11. MOTOARE CU ARDERE INTERNĂ

11.1 Generalităţi. Clasificare

Motoarele cu ardere internă sunt maşini termice cu rolul de a transforma în lucru mecanic căldura dezvoltată prin arderea unui combustibil (gazos, lichid, solid – praf de cărbune).

Cele mai importante criterii de clasificare sunt:

a) După numărul de timpi:

-motor în patru timpi ( = 4), la care ciclul de funcţionare se realizează în patru curse ale pistonului (două rotaţii ale arborelui cotit).

timpii sunt: 1. admisia fluidului proaspăt (aer sau amestec aer + combustibil)2. comprimare + începutul procesului de ardere3. sfârşitul procesului de ardere + destindere (singurul timp util)4. evacuarea gazelor arse

-motor în doi timpi ( = 2), la care ciclul de funcţionare se realizează în două curse ale pistonului (o rotaţie a arborelui cotit).

timpii sunt: 1. terminarea procesului de ardere, destinderea gazelor, începerea evacuării gazului ars şi a admisiei de fluid proaspăt.2. terminarea evacuării şi a admisiei, comprimarea amestecului şi începerea procesului de ardere.

b) După modul de aprindere a amestecului carburant:- motor cu aprindere prin scânteie (MAS)- motor cu aprindere prin compresie (MAC)

c) După modul de mişcare a pistonului:-cu piston în mişcare liniară alternativă-cu piston rotitor

d) După numărul de cilindri:- motoare monocilindrice- motoare policilindrice, cu cilindrii dispuşi în linie, în “V”, în stea, etc.

80

11.2 Motorul în patru timpi (MAS sau MAC)

Figura 11.1

Deoarece în cilindru nu evoluează o cantitate fixă de gaz, este impropriu să denumim curba închisă ciclu termodinamic. Din acest motiv, curba care se obţine în diagrama p – V măsurând experimental presiunea şi volumul cilindrului (concomitent) se numeşte diagramă indicată.

Timpii de funcţionare:

-timpul 1 linia 1-2 admisia amestecului de aer – combustibil (la MAS) sau aer (la MAC)(pentru a putea realiza admisia, este necesar ca padmisie p0 presiunea atmosferică)

-timpul 2 linia 2-3 comprimarealinia 3-4 începutul arderii

-timpul 3 linia 4-5 terminarea arderiilinia 5-6 destinderea gazelor arse

-timpul 4 linia 6-1 evacuarea gazelor arse (pentru evacuare este necesar ca pevacuare p0)

Notaţii: SA – supapa de admisieSE – supapa de evacuarePMI, PME – punctul mort interior respectiv exteriorVcam – volumul camerei de ardereS - cursa pistonuluiVs - cilindreea (volumul generat de piston de-a lungul unei curse)Vcil – volumul total al cilindrului

( unde d = diametrul cilindrului)

Dacă motorul are i cilindri, cilindreea totală sau litrajul: Vt = iVs

81

Se defineşte raportul de comprimare: = Vcil / Vcam (care este o dată constructivă a motorului)

11.3 Parametrii indicaţi

În diagrama p–V aria unei curbe închise reprezintă lucrul mecanic. Dacă este parcursă în sens trigonometric, lucrul mecanic este negativ iar în sens orar lucrul mecanic este pozitiv.

Lucrul mecanic corespunzător ariei buclei mari este pozitiv şi indică lucrul mecanic produs (Li 0). Lucrul mecanic corespunzător arie buclei mici este negativ (Lp 0) şi reprezintă lucrul mecanic de pompaj consumat în procesul de admisie şi evacuare.

Lucrul mecanic indicat se notează Li

(pentru un cilindru se poate determina prin planimetrare adică măsurarea ariei)

Lucrul mecanic de pompaj se notează Lp

Presiunea medie indicată pmi reprezintă presiunea constantă care, dacă ar acţiona asupra pistonului de-a lungul unei curse, ar produce un lucru mecanic egal cu lucrul mecanic indicat.

Li = pmi Vs pmi = Li / Vs

Figura 11.2

Puterea indicată Pi a motorului cu i cilindri având turaţia n rot/min:n rot…………….60 sec2 rot…………….. ciclu ciclu = 602 / n = 120 / n

Randamentul indicat i caracterizează gradul de utilizare a energiei combustibilului în cilindrul motorului şi se calculează ca raport între lucrul mecanic indicat şi căldura introdusă prin arderea completă a combustibilului pentru un cilindru şi un ciclu (similar cu randamentul termodinamic al unui ciclu).

i = Li / Qintrodus

82

Qintrodus = cc Hi unde cc = cantitatea de combustibil introdusă pe ciclu şi cilindruHi = puterea calorică a combustibilului

Consumul specific indicat de combustibil ci reprezintă cantitatea de combustibil consumată de motor pentru producerea unei puteri indicate de 1 KW timp de o oră şi se calculează ca raport între consumul orar de combustibil ch [kg / oră] şi puterea indicată a motorului Pi [KW].

(mărime necesară pentru a putea compara două motoare de puteri diferite şi cu consumuri diferite de combustibil – ex. motor de Mercedes cu motor de locomotivă).

11.4 Parametrii efectivi

Lucrul mecanic efectiv Le este lucrul mecanic cedat consumatorului

Le = Li - Lrp unde Lrp = Lf + Lsa +Lp

Lrp = lucrul mecanic consumat pentru învingerea rezistenţelor proprii ale motorului Lf = lucrul mecanic de frecareLsa = lucrul mecanic consumat de sistemele auxiliare ale motoruluiLp = lucrul mecanic de pompaj

Celelalte mărimi se definesc la fel ca cele indicate dar pe baza Le.

pme = presiunea medie efectivă

Pe = puterea efectivă

e = randamentul efectiv

m = randamentul mecanic

e m i

ce = consumul specific efectiv de combustibil

Me = momentul motor efectiv = momentul transmis de motor la cuplajul de legătură cu consumatorul

Pe [W] ; Me [Nm] ; n [rot / min]

11.5 Ciclurile teoretice ale motoarelor cu ardere internă cu piston

83

Studiul termodinamic al proceselor din motor şi calculul mărimilor de bază ale motorului este complicat pentru ciclul real. Din această cauză studiul se face pentru cicluri teoretice simplificate care servesc drept termen de comparaţie pentru motoarele reale în scopul aprecierii gradului de perfecţiune a proceselor reale de lucru. Aceste cicluri teoretice au la bază o serie de ipoteze simplificatoare printre care: fluidul de lucru este gaz ideal, omogen pe tot parcursul ciclului, comprimarea şi destinderea se consideră adiabatice reversibile, arderea combustibilului şi evacuarea produselor arderii se consideră evoluţii reversibile de primire respectiv cedare de căldură.

Exemple:

Ciclul teoretic al MAS Ciclul teoretic al MAC

Figura 11.1

Calculele se fac cu relaţiile cunoscute de la transformările gazelor ideale.

84