Ene MelaniaIlie AlexandruCozac Timotei

Motorul Diesel

Motorul Diesel

Motor Diesel construit de MAN AG in 1906

Patentul lui Rudolf Diesel din 1893 pe proiectul motorului sau

Motorul Diesel

Motorul Diesel La motorul Diesel,spre deosebire de motorul

Otto,in cilindru este aspirat doar aer curat,care este comprimat mai mult decat la motorul Otto(raportul de comprimare 14:1 pana la 25:1 fata de motorul Otto cu 4:t pana la 10:1)Aerul atinge astfel o temperatura de 7000 °C pana la 9000 °C.La sfarsitul comprimatiei este injectata in cilindru la presiune ridicata o anumita cantitate de combustibil (Diesel) motorina.Din cauza temperaturii ridicate,combustibilul se aprinde singur(se autoaprinde).Picaturile de combustibil injectat,pulverizate fin,se amesteca cu aerul comprimat din camera de ardere,se incalzesc,se evapora si se aprind.Acest proces dureaza circa 1/1000 s si este cunoscut sub numele de inatrziere si aprindere. Picaturile pulverizate in jetul injectat sunt distribuite uniform:picaturile mici in zonele periferice,picaturile mari in zona centrala.

Motorul Diesel Arderea se initiaza la exterior (picaturile mici vaporizandu-se

primele),apoi se aprind si picaturile mai mari din interiorul (miezul) jetului.Injectarea combustibilului continua si dupa initierea arderii (“ardere principala”).Daca o particula de combustibil Diesel arde incomplet la prima ardere,sau daca intarzierea la aprindere este prea mare,arderea are loc violent,cu explozie(fenomenul fiind cunoscut sub numele de detonatie),iar motorul functioneaza neuniform,cu zgomote metalice puternice.Pentru comparatie,se poate urmari modul de propagare a frontului de flacara la motorul Otto,la care amestecul carburant se aprinde initial in apropierea bujiei.

La motorul Diesel exista aceleasi variante de functionare(motor in 4 timpi si in 2 timpi) ca si la motorul Otto.

Motorul Diesel 1.La motoarele Diesel cu camere de ardere divizate jetul de

combustibil este injectat intr-un compartiment separat de ardere propriu-zis din cilindru.In aceasta categorie intra:

a)Motoare cu camera de vartej(turbulenta) la care camera separat (de forma cilindrica sau sferica)comunica cu cilindrul printr-un canal de forma unui ajutaj ,dispus tangential la camere separate.Astfel,in timpul comprimarii in camere separat in care are loc injectia,se produce un vartej puternic care mareste viteza de ardere.Acelasi vartej produce in cilindru o miscare circulara a aerului,favorabila extinderii rapide si uniforme a frontului de flacara.Prin aceasta circulatie se asigura arderea in cilindru a combustibilului care s-a aprins in camera de vartej.Volumul camerei de vartej reprezinta 50-80% din volumul total al camerei de ardere.

Motorul Diesel b)Motoare cu antecamera (camera de preardere),la care

injectia are loc intr-o camera separata,de forma cilindrica,tronconica sau sferica,reprezentand 25-40 % din volumul total al camereide ardere,si care comunica cu cilindrul prin unul sau mai multe orificii de sectiune redusa care au rolul unor duze.

c)Motoare cu camera de vartej si cu injectie directa la care injectorul este proiectat astfel incat sa dirijeze un jet direct in camera principala de ardere si altul(cu debit mai redus)in camera secundara de vartej.Arderea incepe in camera secundara,dand nastere unui curent invers in camera principala de ardere si favorizand procesul de ardere.

Motorul Diesel `O caracteristica comuna a motoarelor Diesel cu camere divizate este

functionarea mai lin datorita cresterii mai reduse a presiunii in cilindrul motorului.Ca dezavantaj se remarca necesitatea montarii unei bujii incandescente in camera separata utilizata pentru pornirea la rece.

2.La motoarele Diesel cu camera de ardere nedivizata (camera unitar) combustibilul este injectat direct in camerea de ardere.Pentru ca sa se asigure o ardere buna,este necesara o intensificare a miscarii aerului in cilindru.Aceasta se produce ori cu supapa ecran ori cu ajutorul unor forme corespunzatoare ale camerei de ardere realizate in capul pistonului.In primul caz carburantul este injectat aproape perpendicular pe directia de deplasare a aerului,obtinundu-se reducerea consumului specific de combustibil la sarcini mari.In celalalt caz carburantul est einjectat direct pe peretele camerei si formeaza acolo o pelicula in care se vaporizeaza rapid.

In prezent sunt utilizate diferite sisteme de crestere a puterii motoruluiDiesel.Celmai utilizat este supraalimentarea prin precomprimarea aerului admis in cilindru cu un airbocompresor.Procedeul se bazeaza pe folosirea energiei gazelor arse evacuate din cilindru intr-o turbina.Antrenat de catre gaze,turbina actioneaza o suflanta(compresor) cuplata pe acelasi arbore, care comprima aerul inainte de aspiratia in cilindru.

Motorul Diesel Motorul diesel este un motor cu ardere internă în care combustibilul se

aprinde datorită temperaturii ridicate create de comprimarea aerului necesar arderii, şi nu prin utilizarea unui dispozitiv auxiliar, aşa cum ar fi bujia în cazul motorului cu aprindere prin scânteie.

Motorul lucrează pe baza ciclului Diesel. Istorie Numele motorului a fost dat după inginerul german Rudolf Diesel la sugestia

soţiei sale, Martha Diesel, care în 1895 îl sfătuieşte cu: Nenn ihn doch einfach Dieselmotor! („numeşte-l pur şi simplu motor Diesel!”), uşurînd astfel lui Diesel căutarea după denumirea motorului, pe care l-a inventat în 1892 şi l-a patentat pe 23 februarie 1893. Intenţia lui Diesel a fost ca motorul său să utilizeze o gamă largă de combustibili, inclusiv praful de cărbune. Diesel şi-a prezentat invenţia funcţionând în 1900 la Expoziţia Universală (World's Fair) având drept combustibil ulei de alune (vezi biodiesel).

Motorul DieselScurtă cronologie• 1862 - Nicolaus Otto dezvoltă motorul pe bază de gaz de cărbune, similar unui motor pe benzină modern.• 1891- Herbert Akroyd-Stuart îmbunatăţeşte motorul său pe bază de ulei şi cedează drepturile către

Hornsby din Anglia pentru construcţia motoarelor. Aceştia au construit primul motor cu aprindere prin comprimare cu start rece.

• 1892 - Motorul Hornsby cu numărul 101 este construit şi instalat într-o casă de apă. Acesta se află în muzeul camioanelor MAN din nordul Angliei.

• 1892 - Rudolf Diesel dezvoltă versiunea sa de motor având la bază principiile motorului Carnot alimentat cu praf de carbune. În data de 10 august 1893 în Maschinenfabrik Augsburg porneşte pentru prima dată motorul inventat de el. Aprinderea carburantului în cilindru produsese o bubuitură atât de puternică, incât a spart nişte geamuri şi aparate de măsurat, motorul însă rămânând intact. A mai durat însă încă patru ani, pînă motorul a funcţionat. El avea o putere de 20 CP.]El este angajat de Carl von Linde, apoi de producătorul de fier MAN AG din München şi mai tărziu de Sulzer, companie de motoare din Elveţia. Diesel împrumută idei de la fiecare şi lasă o moştenire bogată firmelor.

• 1892 - John Froelich construieşte un tractor cu motor având ddrept combustibil petrolul.• 1894 - Witte, Reid, and Fairbanks încep construcţia de motoare pe bază de petrol cu diverse sisteme de

aprindere.• 1896 - Hornsby construieşte tractoare cu motor diesel şi motoare pentru locomotive.• 1897 - Winton produce şi conduce primul automobil pe benzină din Statele Unite mai târziu construieşte

fabrici de motoare diesel.• 1897 - Mirrlees, Watson & Yaryan construiesc primul motor diesel englez cu licenţă Rudolf Diesel. Acesta

este expus în Science Museum din South Kensington, Londra.

Motorul Diesel• Comprimarea unui gaz conduce la creşterea temperaturii sale, aceasta fiind metoda prin care se aprinde

combustibilul în motoarele diesel. Aerul este aspirat în cilindri şi este comprimat de către piston până la un raport de 25:1, mai ridicat decât cel al motoarelor cu aprindere prin scânteie. Spre sfârşitul cursei de comprimare motorina (combustibilul) este pulverizată în camera de ardere cu ajutorul unui injector. Motorina se aprinde la contactul cu aerul deja încălzit prin comprimare până la o temperatura de circa 700-900 °C. Arderea combustibilului duce la creşterea temperaturii şi presiunii, care acţionează pistonul. În continuare, ca la motoarele obişnuite, biela transmite forţa pistonului către arborele cotit, transformând mişcarea liniară în mişcare de rotaţie. Aspirarea aerului în cilindri se face prin intermediul supapelor, dispuse la capul cilindrilor. Pentru mărirea puterii, majoritatea motoarelor diesel moderne sunt supraalimentate cu scopul de a mări cantitatea de aer introdusă în cilindri. Folosirea unui răcitor intermediar pentru aerul introdus în cilindri creşte densitatea aerului şi conduce la un randament mai bun.

• În timpul iernii, când afară este frig, motoarele diesel pornesc mai greu deoarece masa metalică masivă a blocului motor {format din cilindri şi chiulasă) absoarbe o mare parte din căldura produsă prin comprimare, reducând temperatura şi împiedicând aprinderea. Unele motoare diesel folosesc dispozitive electrice de încălzire, de exemplu bujii cu incandescenţă, ajutând la aprinderea motorinei la pornirea motorului diesel. Alte motoare folosesc rezistenţe electrice dispuse în galeria de admisie, pentru a încălzi aerul. Sunt folosite şi rezistenţe electrice montate în blocul motor, tot pentru a uşura pornirea şi a micşora uzura. Motorina are un grad mare de vîscozitate, mai ales la temperaturi scăzute, ducând la formarea de cristale în combustibil, în special în filtre, împiedicând astfel alimentarea corectă a motorului. Montarea de mici dispozitive electrice care să încălzească motorina, mai ales în zona rezervorului şi a filtrelor a rezolvat această problemă. De asemenea, sistemul de injecţie al multor motoare trimite înapoi în rezervor motorina deja încălzită, care nu a fost injectată, prevenind astfel cristalizarea combustibilului din rezervor. În prezent, folosirea aditivilor moderni a rezolvat şi această problemă.

Motorul DieselO componentă vitală a motoarelor diesel este regulatorul de turaţie, mecanic sau electronic, care reglează turaţia motorului prin dozarea corectă a motorinei injectate. Spre deosebire de motoarele cu aprindere prin scânteie (Otto), cantitatea de aer aspirată nu este controlată, fapt ce duce la supraturarea motorului. Regulatoarele mecanice se folosesc de diferite mecanisme în funcţie de sarcină şi viteză. Regulatoarele motoarelor moderne, controlate electronic, comandă injecţia de combustibil şi limitează turaţia motorului prin intermediul unei unităţi centrale de control care primeşte permanent semnale de la senzori, dozând corect cantitatea de motorină injectată.

Controlul precis al timpilor de injecţie este secretul reducerii consumului şi al emisiilor poluante. Timpii de injecţie sunt măsuraţi în unghiuri de rotaţie ai arborelui cotit înainte de punctul mort superior. De exemplu, dacă unitatea centrală de control iniţiază injecţia cu 10 grade înainte de punctul mort superior, vorbim despre un avans la injecţie de 10 grade. Avansul la injecţie optim este dat de construcţia, turaţia şi sarcina motorului respectiv.

Avansând momentul injecţiei (injecţia are loc înainte ca pistonul să ajungă la punctul mort interior) arderea este completă, la presiune şi temperatură mare, dar cresc şi emisiile de oxizi de azot. La cealalată extremă, o injecţie întârziată conduce la ardere incompletă şi emisii vizibile de particule de fum.

Motorul Diesel

Injecţia combustibilului la motoarele diesel Primele sisteme de injecţie• Motorul diesel modern este o îmbinare a creaţiilor a doi inventatori. În mare, rămâne

fidel conceptului original al lui Rudolf Diesel, adică combustibilul este aprins prin comprimarea aerului din cilindru. Însă, aproape toate motoarele diesel de azi folosesc aşa-numitul sistem de injecţie solidă, inventat de Herbert Akroyd Stuart, pentru motorul său cu cap incandescent (un motor cu aprindere prin comprimare care precedase motorul diesel, dar funcţionează oarecum diferit). În cazul injecţiei solide, combustibilul este adus la o presiune extremă cu ajutorul unor pompe şi introdus în camera de ardere prin intermediul unor injectoare şi a aerului comprimat, într-o stare aproape solidă. La început, combustibilul era injectat în motorul diesel cu ajutorul aerului comprimat care îl pulveriza în cilindru. Mărimea compresorului de aer era atât de mare, încât primele motoare diesel erau foarte grele şi voluminoase în raport cu puterea produsă, mai ales datorită antrenării unor astfel de compresoare. Primele motoare montate pe nave aveau un motor auxiliar dedicat antrenării compresorului de injecţie. Sistemul era prea mare şi greoi pentru a fi folosit în industria auto.

Motorul DieselInjecţia controlată mecanic şi electronic

Motoarele din vechile generaţii utilizau o pompă mecanică şi un mecanism cu supape antrenate de arborele cotit, de obicei prin intermediul unui lanţ sau curea dinţată. Aceste motoare foloseau injectoare simple, cu supapă şi arc, care se deschideau/închideau la o anumită presiune a combustibilului. Pompa consta dintr-un cilindru care comprima motorina şi o supapă sub formă de disc care se rotea la jumătate din turaţia arborelui cotit. Supapa avea o singură deschidere pe o parte, pentru combustibilul sub presiune şi o alta pentru fiecare injector. Pe măsură ce se rotea, discul supapei distribuia fiecărui injector o cantitate precisă de combustibil la mare presiune. Supapa injectorului era acţionată de presiunea motorinei injectate atât timp cât discul debita combustibil cilindrului respectiv. Regimul motorului era controlat de un al treilea disc care se rotea doar câteva grade şi era acţionat de o pârghie. Acest disc controla deschiderea prin care trecea combustibilul, dozînd astfel cantitatea de motorină injectată.

Vechile motoare diesel puteau fi pornite, din greşeală, şi în sens invers, deşi funcţionau ineficient datorită ordinii de aprindere dereglate. Aceasta era de obicei consecinţa pornirii maşinii într-o treaptă de viteză greşită.

Motoarele moderne au o pompă de injecţie care asigură presiunea necesară injecţiei. Fiecare injector este acţionat electromagnetic prin intermediul unei unităţi centrale de control, fapt ce permite controlul precis al injecţiei în funcţie de turaţie şi sarcină, având ca rezultat performanţe mărite şi un consum scăzut. Soluţia tehnică mai simplă a ansamblului pompă-injector a condus la construcţia de motoare mai fiabile şi mai silenţioase.

Motorul DieselInjecţia indirectă

În cazul motorului diesel cu injecţie indirectă, motorina nu este injectată direct în camera de ardere, ci într-o antecameră unde arderea este iniţiată şi se extinde apoi în camera de ardere principală, antrenată de turbulenţa creată. Sistemul permite o funcţionare liniştită, şi, deoarece arderea este favorizată de turbulenţă, presiunea de injecţie poate fi mai scăzută, deci sunt permise viteze de rotaţie mari (până la 4000 rpm), mult mai potrivite autoturismelor. Antecamera avea dezavantajul pierderilor mari de căldură, ce trebuiau suportate de către sistemul de răcire şi a unei eficienţe scăzute a arderii, cu până la 5-10% mai scăzută faţă de motoarele cu injecţie directă. Aproape toate motoarele trebuiau să aibă un sistem de pornire la rece, ca de exemplu bujii incandescente. Motoarele cu injecţie indirectă au fost folosite pe scară mare în industria auto şi navală începând din anii timpurii 1950 până în anii 1980, când injecţia directă a progresat semnificativ. Motoarele cu injecţie indirectă sunt mai ieftine şi mai uşor de construit pentru domeniile de activitate unde emisiile poluante nu sunt o prioritate. Chiar şi în cazul noilor sisteme de injecţie controlate electronic, motoarele cu injecţie indirectă sunt încet înlocuite de cele dotate cu injecţie directă, care sunt mult mai eficiente.

În perioada de dezvoltare a motoarelor diesel din anii 1930, diferiţi constructori au pus la punct propriile tipuri de antecamere de ardere. Unii constructori, precum Mercedes-Benz, aveau forme complexe. Alţii, precum Lanova, utilizau un sistem mecanic de modificare a formei antecamerei, în funcţie de condiţiile de funcţionare. Însă, cea mai folosită metodă a fost cea în formă de spirală, concepută de Harry Ricardo ce folosea un design special pentru a crea turbulenţe. Majoritatea producătorilor europeni au folosit acest tip de antecamere sau şi-au dezvoltat propriile modele (Mercedes Benz şi-a menţinut propriul design mulţi ani).

Motorul DieselInjecţia directă

Motoarele moderne folosesc una din următoarele metode de injecţie directă. Injecţia directă cu pompă-distribuitor

Primele motoare diesel cu injecţie directă au folosit o pompă de injecţie rotativă, cu injectoarele montate în partea superioara a camerei de ardere şi nu într-o antecameră. Exemple de vehicule dotate cu astfel de motoare sunt Ford Transit sau Rover Maestro, având ambele motoare fabricate de Perkins. Problema acestor motoare era zgomotul excesiv şi emisiile de fum. Din această cauză aceste motoare au fost la început montate doar pe vehicule comerciale – excepţia notabilă fiind autoturismul Fiat Croma. Consumul era cu 15 - 20 % mai scăzut decât la un motor diesel cu injecţie indirectă, îndeajuns să compenseze, pentru unii, zgomotul produs.

Primul motor cu injecţie directă de mică capacitate, produs în serie a fost conceput de grupul Rover. Motorul cu 4 cilindri, cu o capacitate de 2500 cmc, a fost folosit de Land Rover pe vehiculele sale din 1989, având chiulasa din aluminiu, injecţie Bosch în 2 trepte, bujii incandescente pentru pornire uşoară şi un mers lin şi economic.

Controlul electronic al pompei de injecţie a transformat radical acest tip de motor. Pionierul a fost grupul Volkswagen-Audi cu modelul Audi 100 TDI apărut în 1989. Presiunea de injecţie era de circa 300 bar, dar momentul injecţiei, cantitatea de motorină injectată şi turbocompresorul erau controlate electronic. Acest lucru a permis un nivel aceptabil de zgomot şi emisii poluante. Destul de rapid tehnologia a penetrat şi la vehiculele de masă precum Golf TDI. Aceste autovehicule erau mai economice şi mai puternice decât competitorii pe injecţie indirectă.

Motorul DieselInjecţia directă cu rampă comună (common rail)

La vechile motoare diesel o pompă-distribuitor asigura presiunea necesară la injectoare care erau simple duze prin care motorina era pulverizată în camera de ardere.La sistemele cu rampă comună, distribuitorul este eliminat. O pompă de înaltă presiune menţine motorina la o presiune constantă de 1800 bari într-o rampă comună, o conductă unică care alimenteză fiecare injector comandat electromagnetic de mare precizie sau chiar injectoare piezoelectrice (utilizate de Mercedes la motorul diesel cu 6 cilindri în V de 3 L).Majoritatea constructorilor europeni au în gama lor modele echipate cu motoare diesel common rail, chiar şi la vehiculele comerciale. Unii constructori japonezi, precum Toyota, Nissan şi, mai recent, Honda, au dezvoltat şi ei motoare diesel cu rampă comună.

Diferiţi constructori de automobile au denumiri diferite pentru motoarele lor diesel cu rampă comună. Spre exemplu: CDI la DaimlerChrysler, TDCi la Ford, JTD la grupul Fiat, dCi la Renault, CDTi la Opel, CRDi la Hyunday, DI-D la Mitsubishi, HDI la grupul PSA, D-4D la Toyota.

Injecţia directă cu pompă-injector

Acest tip de sistem injectează, de asemenea, motorina direct în cilindru. Injectorul şi pompa formează un corp comun plasat în capătul cilindrului. Fiecare cilindru are propria pompă care alimentează injectorul propriu, fapt ce exclude fluctuaţiile de presiune şi asigură o injecţie consistentă. Acest tip de injecţie, dezvoltat de Bosch, este folosit de către autoturismele grupului Volkswagen AG - denumit sistemul pompă-injector - şi de către Mercedes Benz şi majoritatea fabricanţilor de motoare diesel mari (CAT, Cummins, Detroit Diesel). Ultimele realizări asigură o presiune de injecţie crescută, de până la 2050 bar.

Motorul DieselTipuri de motoare diesel

Motoarele diesel timpuriiIntenţia lui Rudolph Diesel a fost aceea de a înlocui motorul cu abur ca sursă primară de energie pentru industrie. Motoarele diesel de la sfârşitul secolului XIX şi începutul secolului XX foloseau aceeaşi formă şi dispunere ca motoarele cu abur industriale: cilindri cu cursă mare, fără carter, supape exterioare, chiulase pentru fiecare cilindru şi arbore cotit cuplat la un volant enorm. Curând, vor apărea motoare mai mici, cu cilindri verticali, în timp ce majoritatea motoarelor industriale de mărime mare şi medie aveau tot cilindri orizontali, şi întocmai ca motoarele cu abur, aveau mai mulţi cilindri. Cele mai mari motoare diesel timpurii erau replici ale celor cu abur, cu lungimi impresionante, de câţiva metri. Acestea funcţionau cu viteze foarte mici, în special datorită motorinei injectate cu ajutorul aerului comprimat, dar şi pentru că trebuiau să corespundă majorităţii utilajelor industriale construite pentru motoarele cu abur, unde vitezele normale de operare se încadrau între 100 şi 300 rpm. Motoarele erau pornite cu ajutorul aerului comprimat, care era introdus în cilindri şi rotea motorul, deşi cele mai mici puteau fi pornite şi manual.

În primele decenii ale secolului al XX-lea, când marile motoare diesel erau montate pe nave, acestea aveau forma motoarelor cu abur, pistonul împingea o tijă cuplată la o bielă ce rotea arborele motor. Urmând modelul motoarelor cu abur, s-au construit motoare cu dublă acţiune, unde arderea avea loc în ambele părţi ale pistonului pentru a mări puterea. Acestea aveau doua rânduri de supape şi două sisteme de injecţie. Sistemul permitea, de asemenea, modificarea sensului de rotaţie, prin modificarea timpilor de injecţie. Prin urmare, motorul putea fi cuplat direct la axul elicei, fără a mai fi nevoie de o cutie de viteze. Deşi aveau o putere mare şi erau foarte eficiente, marea problema motoarelor cu dublă acţiune era etanşietatea camerelor de ardere. În anii 1930 s-a descoperit că montarea turbocompresoarelor era o soluţie mai uşoară şi eficientă.

Motorul DieselMotoarele diesel moderne

Motoarele diesel sau cu aprindere prin comprimare sunt în doi sau în patru timpi. Majoritatea motoarelor sunt în patru timpi, dar unele motoare mari funcţionează în doi timpi, de exemplu cele de pe nave. Majoritatea locomotivelor moderne folosesc motoare diesel în doi timpi, cuplate la generatoare electrice ce acţionează motoare electrice, eliminând nevoia transmisiei. Pentru creşterea presiunii în cilindri s-a folosit supraalimentarea, mai ales la motoarele diesel în doi timpi care au câte o cursă utile la fiecare rotaţie a arborelui cotit.În mod normal, cilindrii sunt multiplu de doi, dar se poate folosi orice număr de cilindri, atât timp cât sunt eliminate vibraţiile excesive. Cea mai folosită configuraţie este cea de 6 cilindri în linie, dar sunt folosiţi şi 8 cilindri în V sau 4 în linie. Motoarele de mică capacitate (în special cele sub 5000 cmc) au de obicei 4 (majoritatea lor) sau 6 cilindri, fiind folosite la autoturisme. Există şi motoare cu 5 cilindri, un bun compromis între funcţionarea lină a unuia de 6 cilindri şi dimensiunile reduse ale unuia de 4 cilindri. Motoarele diesel pentru întrebuinţări curente (bărci, generatoare, pompe) au 4, 3, 2 sau chiar un singur cilindru pentru capacităţi mici.

Motorul DieselÎn dorinţa de a îmbunătăţii raportul greutate/putere s-au adus inovaţii privind dispunerea cilindrilor pentru a obţine mai multă putere per cilindree. Cel mai cunoscut este motorul Napier Deltic, cu trei cilindri dispuşi sub formă de triunghi, fiecare cilindru având 2 pistoane cu acţiune opusă, întregul motor având 3 arbori cotiţi. Compania de camioane Commer din Marea Britanie a folosit un motor asemănător pentru vehiculele sale, proiectat de Tillings-Stevens, membru al Grupului Rootes, numit TS3. Motorul TS3 avea 3 cilindri în linie, dispuşi orizontal, fiecare cu 2 pistoane cu acţiune opusă conectate la arborele cotit printr-un mecanism de tip culbutor. Deşi ambele soluţii tehnice produceau o putere mare pentru cilindreea lor, motoarele erau complexe, scumpe de produs şi întreţinut, iar când tehnica supraalimentarii s-a îmbunătăţit în anii 1960, aceasta a rămas o soluţie marginală pentru creşterea puterii.Înainte de 1949, Sulzer a construit, experimental, motoare în doi timpi supraalimentate la 6 bar, presiune obţinută cu ajutorul unor turbine acţionate de gazele de evacuare.

Motorul DieselAvantajele şi dezavantajele motorului diesel faţă de cel cu aprindere prin

scânteie

1.Putere şi economie de carburant2.Emisii de gaze3.Emisiile poluante ale motoarelor cu ardere internă4.Legislaţia privind emisiile poluante

Cunoaşterea efectelor nocive ale emisiilor poluante emise de motoarele cu ardere internă a impus limitarea lor treptată. Această acţiune a început în anul 1959 în statul american California când s-au stabilit primele standarde de reducere a emisiilor poluante pentru concentraţiile de CO şi hidrocarburi. Acţiunea a continuat şi în anii următori cu emisiile de evaporare din carburator şi rezervorul de combustibil, apoi densitatea fumului şi aşa mai departe pentru toate gazele ce fac parte din emisiile poluante.

Motorul DieselNocivitatea emisiilor

HC – hidrocarburi. Aceste substanţe nu au un efect direct asupra sănătăţii, cu excepţia hidrocarburilor policiclice aromate, despre care este stabilit caracterul lor cancerigen. S-a stabilit că aceste hidrocarburi nearse care sunt evacuate de motoarele cu ardere internă au un rol important în formarea smogului fotochimic. Smogul fotochimic reprezintă o ceaţă, caracteristică unor regiuni geografice (California, Tokyo). Denumirea provine de la combinarea cuvintelor de origine engleză smoke + fog şi este produs în atmosferă sub acţiunea razelor solare, în special datorită hidrocarburilor şi oxizilor de azot. Smogul este iritant pentru ochi şi mucoase, reduce mult vizibilitatea şi este un pericol pentru traficul rutier. Mecanismul de formare este generat de 13 reacţii chimice catalizate de prezenţa razelor solare. Aldehidele Substanţe organice prezente în gazele de evacuare în proporţie relativ scăzută pentru combustibili clasici de natură petrolieră, dar cu o pondere mult mai mare pentru combustibilii proveniţi din alcooli. Sunt substanţe iritante pentru organism, iar dintre acestea formaldehida are un important potenţial cancerigen. CO (oxidul de carbon) – are unefect toxic generat de fixarea hemoglobinei în sânge prin care se împiedică alimentarea cu oxigen a creierului. O mare influenţă o are la persoanele cardiace, care pot avea crize cardiace cu o frecvenţă mult mai mare.

Motorul Diesel

Oxizii de azot NO şi NO2 Oxizii de azot au efecte dăunătoare prin contribuţia adusă la formarea smogului, precum şi prin efect direct asupra omului. Principalele efecte sunt legate de fixarea hemoglobinei şi prin efecte mai ales la bolnavii pulmonari. De asenenea, oxizii de azot împreună cu oxizii de sulf contribuie la formarea ploilor acide. Particulele nemetalice Aceste particule, în special cele de funingine, sunt emise mai ales de motoarele diesel. Aceste particule pot fi inhalate în plămâni, unele din ele putând avea şi efect cancerigen. Efectul particulelor se poate manifesta şi asupra clădirilor. Particulele de plumb Acţiunea plumbului este foarte dăunătoare asupra omului şi este bine cunoscută încă din antichitate. Concentraţii scăzute de plumb provoacă tulburarea albuminelor şi glucidelor, atacă rinichii şi sistemele nervos şi central. Intoxicaţia cronică de Pb se numeşte saturnism şi provoacă colită, insuficienţă renală,etc. Plumbul se găseşte în combustibilii etilaţi pentru motoarele cu aprindere prin scânteie. Bioxidul de carbon este prezent în aerul atmosferic, iar la concentraţii de până la 3-4 la mie este util în procesul de fotosinteză. Aspectul îngrijorător al creşterii concentraţiei de bioxid de carbon este dat de apariţia efectului de seră (reducerea cantităţii de energie radiate de pământ către spaţiul cosmic, datotorită reţinerii căldurii în unele gaze). Acest efect de seră poate conduce la creşterea temperaturii medii la nivelul solului, iar motoarele cu ardere internă au o mare pondere în creşterea concentraţiei de dioxid de carbon.

Motorul DieselMăsurarea produşilor poluanţi

La motoarele cu ardere internă măsurarea produşilor poluanţi se poate face în mai multe moduri:Concentraţia gazelor poluante în gazele de evacuare (exprimat în părţi pe milion ppm sau procentual)Concentraţia de emisie poluantă a unui motor care echipează un autovehicul raportat la unitatea de distanţă parcursă (g/km sau g-milă) pentru a determina mai exact efectul produs de autovehicolul respectiv.Pentru motoarele diesel staţionare de putere mare se poate utiliza o unitate de măsură raportată la energia produsă (g/(CPh) sau g/(kWh))Legătura care există între cantitatea de emisii evacuată în atmosferă şi regimul de funcţionare al motorului a impus elaborarea unor norme de definire a ciclurilor funcţionale considerate reprezentative pentru condiţiile obişnuite de funcţionare. De asemenea sunt standardizate tehnica de măsurare experimentală, metodele de prelevare a probelor de gaz şi prelucrarea rezultatelor.Cicluri standard de funcţionare. În Uniunea Europeană se aplică ciclul standard ECE + EUDC pentru autovehiculele şi autoutilitarele de până la 3,5 tone. Acest ciclu este definit prin variaţia vitezei vehiculului în intervalul de probă.

Motorul DieselÎn 1897, germanul Rudolf Diesel a realizat un motor mai eficient decât cel al lui

Otto, comprimând doar aer (neamestecat cu combustibil). Este evitată astfel autoaprinderea combustibilului, iar raportul de compresie poate fi mărit foarte mult. Combustibilul este introdus în cilindrul motorului doar la sfârşitul compresiei, aprinzându−se în contact cu aerul suficient de fierbinte. Arderea combustibilului este mai lentă, făcându−se pe măsură ce acesta pătrunde în cilindru. Transformarea este aproape o izobară (figura 2−1).

Motorul Diesel

Poţi calcula randamentul oricărui ciclu termodinamic folosind cea mai convenabilă variantă a expresiei:

Cât este oare randamentul ciclului Diesel?

Două dintre transformările ciclului Diesel sunt adiabate, astfel încât sistemul schimbă căldură cu mediul doar în celelalte două transformări. Cea de−a doua variantă este mai convenabilă − vei fi nevoit să exprimi doar două cantităţi de căldură. În timpul transformării izobare 2→3, datorită arderii combustibilului, gazul primeşte cantitatea de căldură:

Motorul DieselÎn timpul transformării izocore 4→1, datorită deschiderii supapei

de evacuare, gazul se răceşte brusc, cedând cantitatea de căldură:

Astfel, expresia randamentului ciclului Diesel devine:

Temperaturile atinse în timpul ciclului nu sunt independente. Din ecuaţia compresiei adiabatice 1→2, obţii:

unde este raportul de compresie al motorului.

Motorul DieselDin ecuaţia transformării izocore 2→3, obţii: unde este raportul de destindere izobară.

Din ecuaţia destinderii adiabatice 3→4: rezulta

Astfel,

Folosind în relaţia (1) expresiile prelucrate ale temperaturilor, expresia finală a randamentului ciclului Diesel este:

Motorul Diesel Motoarele Diesel funcţionează cu randament mai mare decât

cele Otto şi pot utiliza combustibili mai ieftini (cum este motorina), neexistând pericolul autoaprinderii în timpul compresiei.

Cu toate acestea, motoarele Diesel prezintă dezavantajul unei funcţionări mai lente − arderea combustibilului se face treptat, pe măsura introducerii acestuia în cilindru. Aceasta conduce la motoare mai masive, la aceeaşi putere dezvoltată (putere specifică mică).

Motoarele moderne funcţionează după o combinaţie a ciclurilor Otto şi Diesel, păstrând parte din avantajele fiecăruia: randamente ridicate şi puteri specifice mari

Modul de functionare al motorului diesel in 4 timpi

Motoarele diesel in 4 timpi sunt folosite la masini,locomotive,vapoare etc. Principala diferenta fata de un motor pe benzina in 4 timpi e faptul ca combustibilul e injectat in cilindru si nu intra in amestec cu aerul prin supapa de admisie.Iata ciclul de functionare al unui motor diesel in 4 timpi:

Timpul 1-AdmisiaPrin deschiderea supapei de admisie, pistonul se duce in jos deplasandu-se de la punctul mort superior in punctul mort inferior si se introduce aer in cilindru.

Timpul 2-Compresia

Dupa inchiderea supapelor, pistonul incepe sa se deplaseze dinspre punctul mort inferior spre cel superior comprimand aerul din piston. La un anumit moment al compresiei, prin injector este introdus, in cilindru, combustibilul pulverizat.

Timpul 3-Arderea si detenta

Amestecul de aer cu vapori de motorina, comprimat intr-un timp foarte scurt, explodeaza, impingand pistonul din punctul mort superior in punctul mort inferior.

Modul de functionare al motorului diesel in 4 timpi

Timpul 4-EvacuareaSupapa de evacuare se deschide, iar cea de admisie ramane inchisa si, prin deplasarea pistonului din punctul mort inferior in cel superior, sunt evacuate gazele arse din cilindru.Pe durata timpilor 1, 2 si 4 miscarea este transmisa de la arborele cotit la piston, iar pe durata timpului 3, miscarea este transmisa de la piston la arborele cotit, fiind de fapt cea care genereaza functionarea motorului.

Pentru o mai buna intelegere a modului de functionare a motorului diesel (motor cu aprindere prin compresie) vom explica mai amanuntit fenomenele care se petrec pe durata timpilor 2 si 3. Combustibilul, introdus prin injectare in cilindru, se autoaprinde venind in contact cu aerul, comprimat in prealabil in cilindrul motorului, datorita temperaturii inalte realizate prin comprimare. Presiunea aerului comprimat este cuprinsa intre 30 si 60 at. si temperatura 500°C si 700°C, corespunzator unui raport volumetric de comprimare cuprins intre 12:1 si 22:1. Introducerea (pulverizarea) combustibilului in cilindru se face cu ajutorul injectorului.

Presiunea necesara pentru pulverizarea combustibilului se realizeaza cu o pompa de injectie. Randamentul total (efectiv) al motorului diesel este cuprins intre 0.28 si 0.40. Motoarele diesel se folosesc in centrale termoelectrice, pe nave, locomotive, autovehicule etc.

Modul de functionare al motorului diesel in 4 timpi

Ciclul de functionare al motorului dieselTrasand schema de functionare a motorului diesel, in sistemul de coordonate presiune (p) si volum (v), observam urmatoarele transformari, in functie de cei 4 timpi ai motorului:

• Timpul 1- Aspiratia A›1 absorbtie izobara (P1=constant=presiunea atmosferica)Schema de functionare a motorului diesel

• Timpul 2- Compresia1›2 compresie adiabatica (P2 este de cca. 35-50 atm., iar temperatura de aproximativ 700-800°C )

• Timpul 3- Arderea si detenta2›3 ardere izobara (arderea este lenta, concomitent cu deplasarea pistonului, marindu-se volumul de la V2 la V3)3›4 detenta adiabatica (este singurul timp, motor, cand se efectueaza lucru mecanic)

• Timpul 4-Evacuarea4›1 destindere izocora (momentul cand se deschide supapa de evacuare, iar pistonul este in punctul mort inferior)1›A evacuare izobara (gazul este impins de piston afara, la P1=constant=presiunea atmosferica)

Motorul DieselMotoarele Diesel cu camere de ardere divizate (separate) jetul de combustibil este injectat intr-un compartiment separat de camera de ardere propriu-zisa din cilindru. In aceasta categorie intra:a) Motoare cu camera de vartej (turbulenta), la care camera separata (de forma cilindrica sau sferica) comunica cu cilindrul printr-un canal de forma unui ajutaj, dispus tangential la camere separate. Astfel, in timpul comprimarii in camera separata in care are loc injectia, se produce un vartej puternic care mareste viteza de ardere. Acelasi vartej produce in cilindru o miscare circulara a aerului, favorabil extinderii rapide si uniforme a frontulul de flacara. Prin aceasta circulatie se asigura arderea in cilindru a combustibilului care s-a aprins in camera de vartej. Volumul camerei de vartej reprezinta 50-80% din volumul total al camerei de ardere.b) Motoare cu antecamera (camera de preardere), la care injectia are loc intr-o camera separata, de forma cilindrica, tronconica sau sferica, reprezentand 25-40% din volumul total al camerei de ardere, si care comunica cu cilindrul prin unul sau mai multe orificii de sectiune redusa care au rolul unor duze .c) Motoarele cu camera de vartej si cu injectie directa Ia care injectorul este proiectat astfel incat sa dirijeze un jet direct in camera principala de ardere si altul (cu debit mai redus) in camera secundara de vartej. Arderea incepe in camera secundara, dand nastere unui curent invers in camera principala de ardere si favorizand procesul de ardere.O caracteristica comuna a motoarelor Diesel cu camere divizate este functionarea mai lina datorita cresterii mai reduse a presiunii in cilindrul motorului. Ca dezavantaj se remarca necesitatea montarii unei bujii incandescente in camera separat utilizata pentru pomirea la rece.

Motorul DieselMotoarele Diesel cu camera de ardere nedivizata (camera unitar), combustibilul este injectat direct in camera de ardere (de unde denumirea de motoare cu injectie directa). Pentru ca sa se asigure o ardere buna, este necesara o intensificare a miscarii aerului in cilindru. Aceasta se produce ori cu supapa ecran ori cu ajutorul unor forme corespunzaoare ale camerei de ardere realizate in capul pistonulul (cu praguri de turbionare). In primul caz carburantul este injectat aproape perpendicular pe directia de deplasare a aerului, obtinandu-se reducerea consumului specific de combustibil la sarcini mari. In celalalt caz carburantul este injectat direct pe peretele camerei si formeaza acolo o pelicula in care se vaporizeaza rapid. In prezent sunt utilizate diferite sisteme de crestere a puterii specifice a motoarelor Diesel. Cel mai utilizat este supraalimentarea prin precomprimarea aerului admis in cilindru cu un airbocompresor. Procedeul se bazeaza pe folosirea energiei gazelor arse evacuate din cilindru intr-o turbina. Antrenat de catre gaze, turbina actioneaza o suflanta (compresor) cuplata pe acelasi arbore, care comprima aerul inainte de aspiratia in cilindru.

ConcluziiMotorul Diesel difera de cel Otto doar prin faptul ca arderea are loc la volum constant si nu la presiune constanta. Majoritatea motoarelor Diesel sunt de asemenea in 4 timpi dar functioneaza diferit. In primul timp este aspirat aer nu si motorina. In timpul 2 aerul este incalzit prin comprimare pana la circa 440 grade C. La sfarsitul acestui timp este injectata motorina care se auto aprinde datorita temperaturii mari a aerului. Timpul 4 este ca si la motorul Otto unul de evacuare.Randamentul unui motor Diesel este mult mai mare decat al unui motor Otto si astazi se situeaza putin peste 40%. Motoarele Diesel sunt motoare relativ lente cu viteze ale arborilor cotiti de 100 pana la 750 rpm spre deosebire de motoarele Otto care au viteze ale arborilor cotiti de circa 2500-5000 rpm. Deoarece motoarele Diesel folosesc rate de compresie de 14 la 1, sau mai mari, spre deosebire de motoarele Otto care au rate de compresie intre 8 la 1 si 10 la 1, ele trebuie sa aiba o constructie mai rigida de aceea sunt mai scump de fabricat. Acest dezavantaj este compensat de randamentul mai mare si de faptul ca motorina este mai ieftina decat benzina.

Avantaje si dezavantaje ale motorului diesel in 4 timpi

Motoarele diesel in 4 timpi au un randament mult mai bun decat cele pe benzina.Cu toate acestea motorina are dezavantajele sale.Unele motoare diesel au bujii incandescente,deoarece la temperaturi scazute,aerul din cilindrii nu se poate incalzi indeajuns de tare pentru ca motorina injectata sa se aprinda.

Rudolf Diesel(1858-1913)Inventatorul motorului cu combusŢie internĂ

Datoritã faptului cã benzina era încã foarte scumpã si foarte inflamabilã, inginerul Rudolf Diesel a realizat un nou tip de motor care ardea initial praf de cãrbune, aprinderea realizîndu-se prin încãlzirea aerului comprimat în cilindru. În 1897 înlocuieste cãrbunele cu motorina, iar performantele noului motor nu s-au lãsat asteptate, el fiind utilizat la nave, locomotive etc., fãrã sã uitãm cã în 1930 Junkers adapteazã motorul diesel la avioane.

Rudolf Diesel(1858-1913)Inventatorul motorului cu combusŢie internĂ

Nevoia îl obligă pe om… Desi este cunoscut pentru inventia sa legata de motorul cu aprindere prin

scanteie, francezul Rudolf Diesel a fost de asemenea si un eminent inginer, un cunoscator al artelor, lingvist si teoretician social. Inventiile sale au trei puncte comune: sunt legate de transferul de caldura prin procese si legi fizice; implica un design mecanic creativ; au fost motivate de conceptia inventatorului legata de nevoile sociale. Initial Diesel a conceput motorul diesel ca pe o facilitate, adaptabila in marime si cost si utilizand un combustibil avantajos. In timpul anului 1885 Diesel si-a deschis primul laborator-magazin in Paris si si-a continuat cel de-al treispezecelea an de munca la noul sau motor. In 1892 lui Diesel i s-a atribuit patent-ul pentru o propunere de motor in care aerul era compresat asa de mult incat temparatura depasea cu mult temperatura de aprindere a combustibilului. El a fost sustinut finaciar de Machinenfabrick Augsburg Numberg Company din Germania.

Rudolf Diesel(1858-1913)Inventatorul motorului cu combusŢie internĂ

In august 1893, primul model experimental Diesel a putut sa mearga prin putere proprie. Diesel a mai imbunatatit timp de inca doi ani motorul sau si in ultima zi a anului a 1896 a putut prezenta un alt model care avea o eficienta mecanica de 75.6 procente, spre deosebire de masina cu vapori care avea o eficienta de numai 10 procente sau chiar mai putin. Desi fabricarea in cantitati comerciale a intarziat inca un an, pana in 1898 Diesel a ajuns milionar. Motorul sau nu a fost folosit numai la constructia automobilului, ci si in multiple alte scopuri. In 1922 Robert Bosch din Germania a inceput sa lucreze la un sistem de injectie a combustibilului pentru motorul diesel, si pana in 1927 a fost gata noua pompa de injectie. Cererea pe piata a acestei pompe a fost asa de mare incat nu i se putea face fata. In 1931 au inceput sa fie produse astfel de pompe de injectie si in Franta si Anglia, iar in 1934 si o companie americana sub numele de American Bosh le fabrica. In 1938 a fost intemeiata in Japonia compania Diesel Kiki. De atunci multe alte companii din diverse tari au cumparat licenta de productie a pompei de injectie.

Rudolf Diesel(1858-1913)Inventatorul motorului cu combusŢie internĂ

Moartea lui…

De multe ori ne explicãm destinul sau ceea ce se întâmplã apelând la hazard, la aceastã cauzã necunoscutã a unui efect cunoscut. Dar uneori hazardul nu este decât vointa celorlalţi sau o poreclã a providentei...Când scriu aceste rânduri mã gândesc la ce s-a petrecut în noaptea de 29 septembrie 1913, când a dispãrut în împrejurãri neelucidate Rudolf Diesel, unul dintre cei mai mari inventatori din domeniul motoarelor.La ora actualã, milioane de autovehicule, mii şi mii de vapoare şi locomotive propulsate de motoarele Diesel atestã incontestabil valoarea ši utilitatea acestei mari inventii. Pentru istoria ştiinţei, motorul Diesel constituie primul exemplu de realizare tehnicã plecând de la o analizã ştiintificã teoreticã.Astfel, înainte de a împlini 25 de ani, Rudolf Diesel îşi propune sã realizeze un motor termic raţional plecând de la conceptele termodinamice enunţate în 1824 de cãtre Sadi Carnot şi ia în considerare problema randamentului. Dupã o serie de eşecuri, Diesel reuşeşte sã construiascã primul sãu motor (1897), un monocilindru vertical de 25 CP care folosea drept combustibil motorina şi funcţiona fãrã bujii. Acest motor supraalimentat atinge un randament de 45%.

Rudolf Diesel(1858-1913)Inventatorul motorului cu combusŢie internĂ

Motorul lui Rudolf Diesel a interesat în special ţãrile cu flote comerciale şi militare deosebite, iar folosirea motorinei a influenţat fãrã dubiu dezvoltarea industriei petroliere. În acest context, marile puteri ale vremii şi-au disputat aprig folosirea exclusivã a motorului Diesel, utilizând toate mijloacele posibile. Aceste ţãri s-au strãduit sã denigreze paternitatea lui Diesel asupra invenţiei, existând opinii care acreditau principiul motorului lui Beau de Rochas, Brayton şi Ackroyd-Stuart, ultimul intentându-i lui Diesel un proces în acest sens.Diesel a fost convocat de autoritãţile germane care i-au pus în vedere cã un cetãţean german nu poate pune la dispoziøia unor ţãri strãine o invenţie de importanţã militarã. Experţii germani se gândeau la importanţa strategicã a motorului pentru propulsia submarinelor şi l-au avertizat pe inventator cã vinderea brevetului ar putea fi consideratã drept crimã de înaltã trãdare. Dar Diesel vinde tuturor statelor doritoare brevetele sale...

Pentru a-l apropia pe inventator, Regatul Marii Britanii fondeazã societatea “Consolidated Diesel Engine Company” numindu-l pe Diesel prim consilier tehnic, dar acesta acceptã doar o funcţie onorificã.La 29 septembrie 1913, inventatorul a decis sã ia parte la o şedinţã de lucru a noii societãţi şi se îmbarcã pe vaporul “Dresden”, alãturi de inginerul şi colaboratorul sãu Luckmann. Dar pe vapor apar şi agenţii serviciului secret german...

Rudolf Diesel(1858-1913)Inventatorul motorului cu combusŢie internĂ

Diesel îşi petrece seara în compania colaboratorului sãu în restaurantul navei, iar în jurul orei 22 se retrage. Dar în dimineaøa urmãtoare, stewardul care s-a prezentat cu micul dejun la cabina cu numãrul 18 constatã cu stupoare cã locatarul ei dispãruse, iar patul era neatins.Dupã 15 zile de cãutãri un grup de pescari belgieni gãsesc în apele estuarului Escaut (prin care trecuse vasul “Dresden”) cadavrul unui bãrbat cu o ranã adâncã la cap, primitã, se pare, înainte de a fi în apã. Autoritãţile l-au identificat ca fiind Rudolf Diesel pe baza mãrturiei fiului acestuia...Dar dispariţia rãmâne un mister, fiindcã Rudolf Diesel nu figura în registrul pasagerilor navei “Dresden”. Probabil cã nu se va cunoaşte niciodatã adevãrul asupra dispariţiei celebrului inventator al cãrui geniu a influenat viaţa materialã a umanitãţii.Primul vas propulsat cu un motor Diesel a fost “Petit-Pierre”, dupã un proiect (1903) al inginerului francez Adrien Rochet, care s-a ocupat de motorul în patru timpi.Mai trebuie amintit ši faptul cã la doi ani de la construcţia primului motor Diesel, de cãtre cel care-i poartã numele, inginerul german Hugo Guldner se ocupã de versiunea în doi timpi a aceluiaşi motor, pe care-l încredinţeazã spre fabricare companiei Maschinenfabrik din Augsburg...

Rudolf Diesel(1858-1913)Inventatorul motorului cu combusŢie internĂ

Toti cei care au urmat au cãlcat pe urmele lui Rudolf Diesel, dar nu pentru a-l urma, cât pentru a se depãşi pe sine, dupã cum inima trebuie sã meargã mereu înaintea spiritului, iar indulgenţa - înaintea adevãrului. Atunci îţi dai seama cã întrebãrile la care trebuie sã rãspunzi cel mai sincer sunt cele pe care ţi le pui singur. Apoi, mai târziu, înţelegi cã omul nu progreseazã decât ştiind cã nu poate sã facã ce vrea, sau cã evoluţia nu e un accident, ci o necesitate perpetuã nãscutã din împletirea eternã a eşecului cu succesul...