Transcript motoare cu ardere interna (mai). introducere. generalitati

CURS PCMAI
DR.ING. MARIASIU FLORIN
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
• BIBLIOGRAFIE
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
• BATAGA, N., BURNETE, N. – MOTOARE CU ARDERE INTERNA,
Lito UTCN, 1995
• BATAGA, N., s.a. – MOTOARE CU ARDERE INTERNA,
Ed.Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 1995.
• BOBESCU, Ghe., s.a. – MOTOARE PENTRU AUTOMOBILE SI
TRACTOARE (vol. I+II+III), Ed.Tehnica, Chisinau, 1996.
• NEGREA, D.V. – MOTOARE CU ARDERE INTERNA. PROCESE.
ECONOMICITATE. POLUARE, Ed.Sidonia, Timisoara, 1997
• NEGURESCU, N., s.a. – MOTOARE CU ARDERE
INTERNA.PROCESE, Ed.MatrixRom, Bucuresti, 1995.
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
• Cele mai utilizate motoare pentru actionarea
autovehiculelor si tractoarelor sunt motoarele
termice cu piston. Prin motor termic cu piston se
intelege motorul cu ardere interna cu piston aflat
in miscare alternativa.
• Un motor cu ardere interna (MAI) este definit ca
fiind un motor care transforma energia chimica a
combustibilului in lucru mecanic, lucru mecanic
disponibil la arborele cotit.
• Transformarea energiei chimice a combustibilului
(prin ardere acestuia) in energie mecanica (lucru
mecanic) este insotita de o serie de pierderi.
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
PROCESELE MAI SI DIAGRAMA INDICATA
PROCESELE MAI SI DIAGRAMA INDICATA
PROCESELE MAI SI DIAGRAMA INDICATA
PROCESELE MAI SI DIAGRAMA INDICATA
PROCESELE MAI SI DIAGRAMA INDICATA
PROCESELE MAI SI DIAGRAMA INDICATA
PROCESELE MAI SI DIAGRAMA INDICATA
PROCESELE MAI SI DIAGRAMA INDICATA
PROCESELE MAI SI DIAGRAMA INDICATA
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
In conditiile actuale, in care se pune tot mai acut
problema folosirii rationale a combustibilului la
aprecierea unui motor intereseaza principalii indici
de economicitate:
• Randamentul efectiv (tine seama de pierderile
termice si mecanice ale motorului);
• Consumul specific efectiv de combustibil
(consumul de combustibil necesar producerii
unei unitati de energie, in g/kWh)
Indicii de economicitate reflecta si gradul de
perfectionare a unui motor.
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
Alti indici care trebuie luati in considerare in
aprecierea unui MAI sunt:
• Indici de economicitate (costul combustibilului cu
care functioneaza, costul motorului, durabilitatea
motorului, cheltuielile de exploatare si reparatie a
motorului);
• Indici constructivi (compactitatea, puterea volumica
sau litrica, masa volumica sau litrica, masa pe
unitatea de putere);
• Indicii de exploatare (siguranta in functionare,
deservirea usoara, silentiozitatea, mersul linistit si
fara trepidatii, pornirea usoara, adaptabilitatea la
tractiune)
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
• Eficienta economica a motorului trebuie
apreciata in complexitatea ei astfel ca chiar daca
prin perfectionarile aduse motorului poate creste
pretul de cost acestea conduc la scaderea
cheltuielilor de exploatare, intretinere etc.
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
CLASIFICAREA M.A.I.
1. Dupa procedeul de aprindere:
• Motor cu aprindere prin comprimare (MAC) –
aprinderea are loc datorita temperaturii rezultata
prin comprimarea incarcaturii proaspete din cilindru
(aer+combustibil+gaze reziduale)
• Motor cu cap de aprindere (cu cap incandescent) –
aprinderea are loc datorita comprimarii incarcaturii
proaspete si datorita temperaturii locale a unui
perete cald)
• Motor cu aprindere prin scanteie (MAS) –
aprinderea amestecului aer+combustibil se face de
la o scanteie electrica
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
2. Dupa starea combustibilului
• Motor cu combustibil lichid
• Motor cu gaz – combustibili sub forma gazoasa
• Motor policarburant – motorul poate utiliza
combustibili cu diferite proprietati de aprindere
• Motor cu gaz si injectie pilot lichida –
combustibilul
principal
este
gazos
iar
combustibilul lichid este utilizat doar pentru
aprindere
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
3.Dupa procedeul de formare a amestecului
• MAS cu carburator – amestecul aer+combustibil se
realizeaza in afara cilindrilor in carburator
• MAS cu injectie de benzina – combustibilul este
injectat fie in tubulatura de admisie a aerului fie
direct in cilindru
• MAC cu injectie de motorina – aerul este admis si
comprimat in cilindru iar combustibilul este injectat
in cilindru la sfarsitul procesului de comprimare
• Motor cu amestecator (motor cu gaz) – amestecul
aer+gaz se realizeaza in exteriorul cilindrului in
echipamentul de amestecare (amestecator).
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
4.Dupa ciclul motor
• Motor in patru (4) timpi – ciclul de lucru se
realizeaza la patru curse succesive ale pistonului
sau la doua rotatii complete ale arborelui cotit
• Motorul in doi (2) timpi – ciclul de lucru se
realizeaza la doua curse succesive ale pistonului
sau la o rotatie completa a arborelui cotit
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
5.Dupa procedeul de racire
• Motor racit cu aer – cilindrii si chiulasa sunt
racite cu aer
• Motor racit cu lichid – cilindrii si chiulasa sunt
racite cu lichid
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
6.Dupa modul de actionare a pistonului
• Motor cu simplu efect – arderea are loc pe o singura
parte a pistonului
• Motor cu dublu efect – arderea are loc alternativ pe
o parte si de alta a fiecarui piston
• Motor cu pistoane opuse – in fiecare cilindru exista
cate doua pistoane legate mecanic avand intre ele
fluidul de lucru
• Motor reversibil – sensul de rotatie poate fi
schimbat prin utilizarea unui sistem de comanda
• Motor cu pistoane libere – pistoanele nu sunt legate
mecanic intre ele si nu se transmite putere la
arborele motor. Puterea se transmite sub forma de
gaz cald.
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
7.Dupa dispunerea cilindrilor
• Motor vertical – cilindrii sunt situati deasupra
arborelui cotit
• Motor orizontal – cilindrii sunt situati in acelasi
plan cu arborele cotit
• Motor inversat – cilindrii sunt situati sub
arborele cotit
• Motor in linie – cilindrii sunt dispusi pe un singur
rand
• Motor in V – cilindrii sunt dispusi pe doua linii in
V, pe un singur arbore cotit
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
• Motor cu cilindrii opusi (boxer) – doua randuri
paralele de cilindrii situati in acelasi plan si
dispusi de o parte si de alta a arborelui cotit
• Motor inclinat – axele cilindrilor sunt inclinate
fata de un plan vertical
• Motor in stea – motor cu numar impar de
cilindrii dispusi uniform in jurul unui arbore cotit
• Motor in X – motor cu patru randuri de cilindrii si
un singur arbore cotit
• Motor in H – motor cu doi arbori cotiti, cu patru
randuri de cilindrii dispusi in doua planuri
paralele
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
• Cel mai important criteriu de clasificare din cele
prezentate anterior este cel legat de procesul de
aprindere (MAS si MAC)!!!
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
• Ciclul functional al unui motor in 4 timpi
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
• Ciclul functional al motorului in 2 timpi
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
DEFINITII
• pms – punct mort superior (pozitia pistonului
corespunde volumului minim al fluidului motor
in cilindru)
• pmi – punct mort inferior (pozitia pistonului
corespunde volumului maxim al fluidului motor
in cilindru)
• Cursa pistonului (S) in mm este spatiul parcurs
de piston intre cele doua puncte moarte
• Alezajul (D) in mm este diametrul cilindrului.
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
• Cilindreea unitara (Vs) – volumul descris de
piston intr-o cursa iar cilindreea totala (Vt) este
suma acestor volume pentru cei (i) cilindrii ai
motorului.
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
• Raportul de compresie (ε) – definit ca fiind
raportul dintre volumul maxim ocupat de fluidul
motor (Va) si volumul minim (Vc).
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
• Unghiul de rotatie al arborelui cotit (φ) oRAC –
este unghiul format de cotul arborelui cotit cu
axa cilindrului.
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
• Viteza medie a pistonului (wpm) – este viteza cu
care pistonul parcurge doua curse succesive, in
timpul (60/n)
• La motoarele de tractoare si autocamioane
wpm=7,8...12 m/s iar la autoturisme wpm=12...17
m/s.
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
• Turatia si sarcina motorului definesc regimul de
functionare al unui motor.
• Sarcina – este puterea dezvoltata de motor si
preluata (consumata) de autovehicul la un moment
dat. Sarcina se regleaza prin intermediul pedalei de
acceleratie.
• Pentru o functionare stabila a motorului incarcarea
trebuie sa fie egala cu sarcina.
• Aprecierea valorii sarcinii se realizeaza prin
intermediul coeficientului de sarcina (χ), coeficient
care reprezinta raportul dintre puterea efectiva (Pe)
si puterea efectiva continua (Pec) a motorului pentru
o turatie data.
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
• Puterea efectiva continua (Pec) este valoarea
maxima a puterii ce poate fi dezvoltata de motor
in mod continuu, la o turatie data, fara
modificarea indicilor motorului si fara aparitia
unor uzuri anormale.
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
• Puterea efectiva intermitenta Pei poate fi dezvoltata
de motor pentru intervale scurte de timp (15 min la
o ora). Puterea continua maxima limitata de uzina
constructoare a motorului este puterea nominala
(Pen) la turatia nominala corespunzatoare (nn).
• Sarcina corespunzatoare Pec (χ =1) se numeste
sarcina plina, cea corespunzatoare Pei (χ =1,1)
sarcina totala iar cea corespunzatoare mersului in
gol Pe=0 (χ =0) sarcina nula. Intre sarcina nula si
sarcina plina (0< χ<1) este domeniul sarcinilor
partiale iar intre sarcina plina si sarcina totala este
domeniul suprasarcinilor.
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
• Calitatea
amestecului
(proportia
dintre
combustibil si aer) se numeste dozaj si se
exprima prin intermediul coeficientului de dozaj
(d).
• ,unde Cc este cantitatea de combustibil din
amestec iar Ca este cantitatea de aer.
Combustibil
Dozajul
Coeficient de dozaj
Raport aer-combustibil
Motorina
0.070
14.40
Pacura
0.072
14.00
Benzina
0.068
14.70
Metanol
0.173
5.78
Etanol
0.111
9.00
Metan
0.058
17.24
Hidrogen
0.029
34.48
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
• Daca cantitatea de aer din amestec este cea
minima necesara pentru arderea completa a
combustibilului dozajul se numeste teoretic sau
stoichiometric.
• Cand cantitatea de aer este in exces dozajul se
numeste sarac iar cand cantitatea de aer este
mai mica decat cea corespunzatoare dozajului
teoretic dozajul se numeste bogat. (termenii de
sarac si bogat se refera la combustibil!!!)
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
• Aprecierea calitatii amestecului se realizeaza prin
intermediul coeficientului de exces de aer (λ)
care este definit ca fiind raportul dintre
cantitatea de aer (L) disponibila pentru arderea a
1 kg de combustibil si cantitatea minima de aer
(Lmin) necesara pentru arderea teoretica a 1 kg de
combustibil
• Dozaj teoretic (λ=1), sarac (λ>1), bogat (λ<1)
Coeficientul de exces de aer in cazul
motoarelor MAC (Diesel)
Admisie normala
Combustibil lichid
Supraalimentare
Combustibil gazos
Injectie directa
1,3…1,7
Injectie indirecta
1,1…1,4
Injectie directa
1,5…2,5
Injectie indirecta
1,3…1,7
1,4…2,2
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
• Principalii indici energetici ai motorului raportati la
arborele cotit al motorului sunt :
 Le – lucrul mecanic efectiv
 pe – presiunea medie efectiva
 Pe – puterea medie efectiva
• Daca raportarea se face la suprafata pistonului sau la
diagrama indicata avem:
 Li – lucrul mecanic indicat
 pi – presiunea medie indicata
 Pi – puterea medie indicata
• Legatura dintre cele doua grupe de indici se
realizeaza prin intermediul randamentului mecanic
(ηm)
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
• PARAMETRII FUNCTIONALI
• Precizarea regimului functional al unui motor
reclama determinarea si indicarea simultana a
doi parametrii turatia si sarcina.
• Sarcina motorului poate fi apreciata prin lucru
mecanic care este produs pe ciclu si cilindru,
lucru mecanic ce poate fi evaluat pe diagrama de
variatie a presiunii in cilindrul motorului
(diagrama indicata).
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
• Se defineste presiunea medie indicata (pi) ca
fiind raportul dintre lucrul mecanic indicat si
volumul cilindrului motorului
• Cu ajutorul pi se pot compara motoarele intre
ele. Cel mai bun motor va fi cel care realizeaza o
presiune medie indicata cea mai mare.
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
• Cu ajutorul presiunii medii calculate se poate calcula
puterea indicata a motorului (Pi)
•
(kW)
• , unde:
–
–
–
–
(τ) este numarul de timpi ai motorului (2 sau 4)
(Vs) cilindreea in litri
(n) turatia in rot/min
(K) constanta ce depinde de unitatea de masura a lui
(pi),K=30 daca pi este in [MPa], K=300 daca pi este in
[bar].
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
• Puterea indicata (Pi) reprezinta puterea produsa
la nivelul cilindrului motorului iar puterea
furnizata utilizatorului (puterea efectiva Pe este
mai mica) datorita consumurilor interna ale
motorului (pentru evacuarea gazelor arse si
admisia incarcaturii proaspete, invingerea
frecarilor, antrenarea mecanismelor auxiliare
etc.). Raportul dintre cele doua puteri apreciaza
gradul de perfectiune al constructiei motorului si
se numeste randament mecanic (ηm).
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
• Pe baza puterii efective masurate la standul de
proba se poate determina presiunea efectiva
medie (pe)
• , sau
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
• Pe baza legaturii dintre putere si moment
• , vom avea
•
(Nm)
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
• INDICI TEHNICO-ECONOMICI
• Randamentul efectiv (ηe) apreciaza calitatea
procesului de transformare a caldurii in lucru
mecanic utilizabil.
• , unde:
– Ch – consumul orar de combustibil in kg/h
– Hi – puterea calorica inferioara a combustibilului in
kJ/kg
– Le – lucrul mecanic efectiv produs de motor in kJ/h
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
La fel, randamentul indicat este dat de relatia
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
• Legatura dintre randamente este data de relatia
• , ce arata ca randamentul efectiv are doua
componente. O componenta termodinamica (ηi)
si o componenta mecanica (ηm)
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
• Economicitatea motoarelor se apreciaza prin
valoarea consumului specific de combustibil,
definit ca si raportul dintre consumul orar de
combustibil
(Ch)
si
puterea
efectiva
corespunzatoare (Pe).
•
(g/kWh)
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
• INDICII DE PERFORMANTA
• Apreciaza gradul de fortare al motorului sau de
compactitate constructiva a lui.
• Puterea litrica (PL) – raportul dintre puterea
efectiva maxima si cilindreea totala a motorului
•
(kW/litru)
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
200
180
50 kW/dm3
Puterea maxima Pmax [kW]
160
140
40 kW/dm3
120
PL
100
30 kW/dm3
80
60
40
20
0
0
500
1000
1500
2000
2500
Cilindreea totala Vt
[cm3]
3000
3500
4000
4500
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
Evolutia puterii litrice motoare Diesel VW
70
60
50
2000, 58
PL [kW/litru]
1998, 45
40
1993, 35
30
1976, 25
20
1936, 13
10
0
1880
1897, 0.67
1900
1920
1940
1960
1980
2000
2020
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
• Viteza medie a pistonului (wpm) – apreciaza
rapiditatea motoarelor si constituie un criteriu de
apreciere a uzurii motorului (cu cat wpm este mai
mare cu atat durabilitatea motorului scade)
•
(m/s)
Motoare lente wpm=3...6,5 m/s
Motoare semirapide wpm=6,5...10 m/s
Motoare rapide wpm >10m/s (formula 1 si motoarele
de locomotiva)
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
• Puterea specifica (PS) este un indicator
important pentru forma constructiva a
pistonului. Puterea specifica (PS) este raportul
dintre puterea efectiva maxima si aria totala a
suprafetelor
transversale
ale
cilindrilor
motorului.
•
(W/mm2)
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
• 1- piston Al, monobloc
• 2-piston fonta, monobloc
• 3-piston compus (mai multe bucati din diferite materiale)
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
• Masa specifica (ms) – este masa motorului uscat
(fara combustibil, ulei si lichid de racire) complet
echhipat, raportata la puterea efectiva maxima.
(kg/kW)
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI
• Puterea pe cilindru (PCIL)
(kw/cilindru)
• Masa litrica (mL) – masa motorului uscat
raportata la cilindreea totala
(kg/litru)
MOTOARE CU ARDERE INTERNA (MAI). INTRODUCERE. GENERALITATI