organologie_motoare_cu_aprindere_prin_scânteie

8/21/2019 organologie_motoare_cu_aprindere_prin_scnteie

1/34

1

Investete n oameni !

FONDUL SOCIAL EUROPEAN

Programul Operaional Sectorial pentru Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 2013Axa prioritar2 Corelarea nvrii pe tot parcursul vieii cu piaa muncii"Domeniul major de intervenie 2.1 Tranziia de la coalla viaa activ

Numrul de identificare al contractului: POSDRU/90/2.1/S/62399Titlul proiectului: Construiete-i inteligent din timp cariera profesional

INDRUMAR DE PRACTIC

ORGANOLOGIE MOTOARE CU APRINDERE PRIN SCNTEIEN 4 TIMPI

1. Notiuni intoductive

Motorul cu ardere internface parte din categoria mai larga mainilor termice care transform

cldura obinutprin arderea unui combustibil n lucru mecanic prin intermediul evoluiilor unui fluid

de lucru, denumit fluid motor.

La motorul cu ardere intern fluidul motor este nclzit prin arderea combustibilului in

interiorul cilindrului i conine produsele arderii. Evoluiile fluidului motor sunt realizate prin micarea

alternativ a pistonului n cilindru cu ajutorul mecanismului biel-manivel. Micarea alternativ a

pistonului este transformatn micare de rotaie a arborelui cotit obinndu-se astfel energie cinetic

de rotaie care este uor de utilizat (micarea de rotaie se poate transmite, multiplica sau demultiplica

cu uurin).Motorul cu ardere interneste alctuit din urmtoarele pri importante:

I - mecanismul motor

II - ansamblul sistemelor complementare

III - aparatura pentru monitorizarea i controlul funcionrii.

n fig. 1 se prezintstructura de baza mecanismului motor, care este alctuitdin doupri:

A -prile fixe: cilindrul, chiulasa i carterul

B -prile mobile: grupul piston (alctuit din pistonul echipat cu segmenii i axul pistonului),biela i arborele cotit


2/34

2

Ansamblul de sisteme complementare (denumite i sisteme auxiliare) care sunt necesare pentru

funcionarea motorului sunt:

1) sistemul de distribuie, realizeazprocesele de schimbare a gazelor - sunt evacuate gazele

arse dupevoluia acestora n ciclul care s-a ncheiat i se introduce n cilindru ncrctura

proasptpentru ciclul urmtor

2) sistemul de alimentare cu combustibil, are rolul de a realiza formarea amestecului aer-

combustibil i de a regla doza ciclicde combustibil prin arderea cruia se obine cldura

transformatn lucru mecanic

3) sistemul de rcire, are rolul de a menine temperatura pieselor motorului n anumite limite,

regimul termic normal, la care se obin cele mai bune performane4) sistemul de ungere, are rolul de a reduce lucrul mecanic de frecare dintre piesele motorului

aflate n contact n micare relativi uzura acestora

5) sistemul de pornire, antreneazmotorul la turaia necesarpornirii

6) sistemul de aprindere, necesar pentru realizarea aprinderii comandate (controlate) a

amestecului aer-combustibil, care la motorul cu aprindere prin scnteie (MAS) se produce

prin declanarea unei scntei electrice intre electrozii bujiei montate in camera de ardere.

Totalitatea evoluiilor parcurse de fluidul motor, care se repetperiodic n cilindrul motorului,constituie ciclul motor. Ciclul motorului este format din urmtoarele procese:

Fig.1- Schema constructiva de principiu

a motorului cu aprindere prin scanteie npatru timpi:1-cilindru2-chiulas3-carter superior4-carter inferior5-piston6-biel7-arbore cotit8-supapde admisie,9-canal de admisie

10-colector de admisie11-supapde evacuare12-canal de evacuare13-colector de evacuare14, 15-arbori cu came admisie/evacuare16-bujie


3/34

3

1) procesul de admisie (denumit i proces de umplere), const n ptrunderea ncrcturii

proaspete n cilindru

2) procesul de comprimare, constn reducerea volumului ocupat de gaze n cilindru, evoluie ncare presiunea i temperatura cresc

3) procesul de ardere, prin care se produce transformarea energiei chimice a combustibilului n

cldur

4) procesul de destindere, evoluie n timpul creia volumul ocupat de gaze n cilindru crete i se

produce lucru mecanic cedat pistonului

5) procesul de evacuare, n timpul cruia gazele arse sunt evacuate din cilindru.

n timpul desfurrii ciclului, pistonul acionat de mecanismul biel-manivel ocup doupoziii caracteristice n cilindru:

PMI, punct mort interior - cnd volumul ocupat de gaze n cilindru este minim, fig.1.

PME, punct mort exterior - cnd volumul ocupat de gaze n cilindru este maxim, fig.1.

Deplasarea pistonului ntre cele dou puncte moarte reprezint cursa pistonului, S,aceast

secvenfiind denumiti timp al motorului.

Numrul de curse ale pistonului pentru realizarea ciclului, reprezint unul din cele mai

importante criterii pentru clasificarea motoarelor cu ardere intern. Ciclul motorului poate fi realizat n

patru curse ale pistonului motoare n patru timpi, sau n doucurse ale pistonului motoare n doi

timpi.

Pentru a realiza funcionarea continu(ciclic) a motorului, este necesarefectuarea proceselor

de schimbare a ncrcturii cilindrului. n cilindru este introdus ncrctura proasptpentru ciclul

care urmeaz, dupce au fost evacuate gazele arse din ciclul precedent.

ncrctura proasptpoate fi:

- aer, cnd alimentarea cu combustibil este realizatn interiorul cilindrului

- amestec aer + combustibil, cnd alimentarea cu combustibil este realizat n exteriorul

cilindrului.

2 Ciclul teoretic al MAS

Ciclul teoretic al MAS aste ciclul cu ardere la volum constant (ardere izocor), fig.2.


4/34

4

Fig. 2 Ciclul teoretic al MAS in 4 timpi0-1 admisie, 1-2 comprimare adiabatic, 2-3 ardere izocor,

3-4 destindere adiabatica, 4-1 rcire izocor(evacuare liber), 1-0 evacuare forat

Notatii:

k= cp/cv exponentul adiabatic

cp caldura specifica masica la presiune constanta

cv caldura specifica masica la volum constant

= V1/V2 - raport de comprimare

p = p3/p2 - raportul de cretere a presiunii n evoluia de ardere 2 -3

m masa de fluid motor

Se determinmrimile de stare n punctele caracteristice ale ciclului.

Temperatura la finele comprimrii adiabatice

Temperatura la finele arderii izocore

Temperatura la finerle destinderii adiabatice

Caldura primita de fluidul motor in aderea izocor:

1k

12 TT

1kp1

2

323 Tp

pTT

p1

1k

4

334 T

V

VTT


5/34

5

Caldura cedata de fluidul motor in procesul de racire izocor:

Randamentul termic al ciclului: teoretic:

Rezulta ca randamentul ciclului crete cu creterea raportului de comprimare .

Raportul de comprimare la MAS este limitat datoritfenomenului de ardere anormal, arderea

cu detonaie. Valori uzuale max


6/34

6

3 - Principiul de funcionare al MAS in 4 timpi ciclul real

Procesele reale din motorul cu ardere internse deosebesc de procesele considerate la ciclurile

teoretice, avnd n vedere urmtoarele aspecte:

n procesele de schimb de gaze sunt pierderi

procesele de comprimare i de destindere sunt evoluii politropice, intre gaze si pereti are loc

schimb de caldura

arderea se desfoarn timp finit

fluidul motor este un amestec de gaze reale

Ciclul motorului se desfoarpe durata a patru curse ale pistonului, care se realizeazla

dourotaii ale arborelui cotit. Principiul de funcionare poate fi urmrit n figura 3

Fig.3 - Ciclul defuncionare al MAS n

patru timpi

Timpul 1, sau cursa de admisie - pistonul se deplaseaz de la PMI la PME. n cursa de

admisie supapa de admisie este deschis (supapa de admisie se deschide cu avans fa de PMI n

momentul DSA) i datoritdepresiunii create la deplasarea pistonului, n cilindru ptrunde ncrctura

proaspt. Pe durata acestei evoluii, g-a, presiunea n cilindru este mai micdect cea atmosferic, po.


7/34

7

Timpul 2, sau cursa de comprimare, reprezintdeplasarea pistonului de la PME la PMI .

Volumul cilindrului se reduce i, dupnchiderea supapei de admisie, ISA, se produce comprimarea

fluidului motor, proces n care temperatura i presiunea fluidului motor cresc. Cu avans fade PMI, ns, se declaneazscnteia electricpentru aprinderea amestecului aer-combustibil i cu ntrziere fa

de acest moment, n d, ncepe procesul de ardere. Datoritdegajrii de cldurn evoluia cu ardere, s-

d-c', presiunea crete mai mult dect ntr-o evoluie de comprimare frardere, s-d-c.

Fig. 4 Timpii de funcionare a MAS n 4 timpi

Timpul 3, sau cursa de destindere, reprezint deplasarea pistonului de la PMI la PME.Continuprocesul de ardere i ca urmare a degajrii unei cantiti mari de cldur, presiunea continu


8/34

8

s creasc pn n punctul z, dei volumul crete. Dup atingerea presiunii maxime n z, datorit

reducerii cantitii de cldur degajatprin ardere i creterii volumului ocupat de gaze n cilindru,

presiunea scade. Arderea se termin dup atingerea vrfului de presiune, n t. n timpul cursei dedestindere fluidul motor produce lucru mecanic asupra pistonului. Deschiderea supapei de evacuare,

DSE, are loc cu avans fade PME i ncepe procesul de evacuare a gazelor arse din cilindru. Datorit

evacurii unei cantiti de gaze, presiunea la finele cursei de destindere scade, DSE-b', fade cazul

cnd evoluia de destindere ar avea loc frdeschiderea supapei de evacuare cu avans, DSE-b.

Timpul 4, sau cursa de evacuare, are loc prin deplasarea pistonului de la PME la PMI. n

acest timp supapa de evacuare este deschis i gazele arse sunt refulate din cilindru, continund

procesul de evacuare, care a nceput cu avans fade PMEn momentul DSE. Procesul de evacuare sencheie dupPMI, n momentul nchiderii supapei de evacuare, ISE.

Pe durata celor patru curse ale pistonului/timpi, are loc succesiunea proceselor: admisie,

comprimare, ardere, destindere i evacuare. Procesul de ardere nu are loc pe o curs ntreag, se

desfoarla sfritul cursei de compresie i la nceputul cursei de destindere.

Succesiunea proceselor efectuate de fluidul motor, care se repet periodic n cilindrul

motorului, reprezintciclul motorului. In fig.4 sunt reprezentati timpii de functionare ai motoruylui.

Combustibili utilizai la motoarele cu aprindere prin scnteie

Condiiile generale care trebuie sfie ndeplinite de combustibilii utilizai n motoare sunt: s

permitpornirea uoara motorului n orice condiii de temperaturale mediului ambiant; sasigure

funcionarea motorului cu randament ridicat; snu producprin ardere substane nocive pentru om; s

nu aib aciune corosivasupra materialelor din care este construit motorul; s poat fi depozitat i

transportat n condiii de siguran; sfie disponibil n cantiti suficiente i la un precompetitiv.

Combustibilii care ndeplinesc cel mai bine aceste cerine i sunt utilizai n prezent pe scar

larg la motoarele cu ardere intern, sunt combustibilii lichizi de origine petrolier i reprezint

combustibilii convenionali. La motoarele cu aprindere prin scnteie combustibilul de baz

(combustibilul convenional) este benzina. Benzinele se obin prin distilarea ieiului i sunt alctuite

din hidrocarburi C5-C10, care distilin intervalul de temperatur30-205oC.

Procedee de formare a amestecului aer-combustibil

La MASs-a aplicat pe scara larga carburatia, fig.5. Procedeul este simplu dar prezinto serie

de dezavantaje privind precizia dozrii combustibilului i in ceea ce privete pulverizarea

combustibilului i amestecarea cu aerul.


9/34

9

Fig. 5 Schema unui MAS alimentat prin carburatie

In present, datoritavantajelor pe care le prezintinjecia combustibilului,carburaia este mai

putin utilizata. Sunt utilizate urmatoarele procedee de injectie:

- injectie monopunct, fig.6

- injectie multipunct (MPI) injecie n poarta supapei de admisie, fig.7

- injecie directn cilindru (GDI), fig.8


10/34

10

Fig. 6 SchemMAS cu injecie monopunct

Fig. 7 SchemMAS cu injecie n poarta supapei de admisie injecie multipunct MPI1-colector admisie, 2-injector, 3-jet combustibil, 4-canal de admisie din chiulas,

5-supapde admisie, 6-supapde evacuare

Fig. 8 - MAS cu injecie directde benzin


11/34

11

4 OrganologieIn fig.9 se prezinta sectiunea transversala si sectiunea logitudinala printr-un motor cu

aprindere prin scanteie de autoturism.


12/34

12

Fig. 9 - MAS de autoturism cu 4 cilindri in linie, racire cu lichid

La motoarele de autovehicule este frecvent utilizata solutia constructiva de dispunere a

cilindrilor in linie sau in V. La motoarele racite cu lichid, pentru realizarea unor solutii constructive

compacte si cu rigiditate ridicata, cilindrii sunt dispusi intr-un bloc comun denumit blocul

cilindrilor.

Blocul cilindrilor poate fi realizat cu cilindri nedemontabili, sau cu cilindri demontabili. n

cazul cilindrilor nedemontabili se asigura o rigiditate mai mare constructiei, dar blocul astfel obtinut

este mai scump deoarece trebuie sa se utilizeze un material cu calitati corespunzatoare conditiilor de

lucru specifice cuplului de piston-cilindru la un regim termic relativ ridicat (fonta aliata cu crom,

molibden...) pentru a rezista la uzura, fig.10a. Pentru o mai buna eficienta se practica frecvent

turnarea blocului din materiale mai putin costisitoare si numai camasile de cilindru se realizeaza din

materiale mai scumpe. Daca exteriorul cilindrului nu este in contact direct cu lichidul de racire se

numeste camasa uscata, fig.10b si 10c, si se monteaza in bloc prin presare, iar daca este spalata la

exterior de lichidul de racire atunci acesta (cilindrul) se numeste camasa umeda, fig.11 si este

montata in bloc fiind prevazuta cu zone de centrare si umeri de rezemare.


13/34

13

Fig. 10 Solutii constructive de cilindrua)- cilindru nedemontabil (monobloc); b), c) camasi de cilindru uscate

Fig. 11 Solutii constructive de camasi de cilindru umede

Particularitatea constructivde baza cmii umede este aceea c, fiind n legturdirect

cu mediul de rcire, pe lngfaptul ctrebuie sreziste la fora de presiune a gazelor din cilindru

motorului, trebuie s realizeze i etanarea fa de mediul de rcire n prile superioar i

inferioar. Funcie de modul de fixare n bloc i de felul n care se face etanarea, se deosebesc trei

soluii constructive de camasi de cilindru.

In fig.11-a se prezinta cmaa de cilindru cu umr de sprijin si zona de centrare n partea de

sus, iar in partea inferioareste numai ghidatsi etanarea se realizeazcu inele de cauciuc de tip

O. La partea dinspre chiulasa etansarea este realizata cu garnitura de chiulasa blocul fiind prevazut

cu placa superioara in care este prelucrata zona de centrare si de sprijin. Aceasta solutie constructiva

de camasa are inconvenientul ca impiedica racirea la partera superioara unde regimul termic este

mai ridicat.

Cmaa de cilindru cu sprijin n partea de jos (fig. 11-b) prezint avantajul unei rciri maibune a acesteia la partea superioarns, datoritfaptului cfora de apsare se transmite pe toat


14/34

14

lungimea, poate aprea deformarea cmii, fapt pentru. care se utilizeazmai ales la motoare mici.

Construcia are avantajul unui bloc foarte simplu, cu un singur miez, pretndu-se chiar la turnare n

cochil. n partea inferioar, aceste cmi se etaneazcu un inel de cupru sau hrtie, iar la parteasuperioaretanarea se face prin garnitura de chiulas, blocul fiind frplacsuperioar.

Soluia intermediarntre variantele prezentate este cea din fig.11-c, unde sprijinirea se face

pe un umr plasat aproximativ la un sfert din cursa pistonului, asigurndu-se astfel o rcire buna

prii superioare a cmii. n acelai timp, se scurteaz partea care transmite apsarea, de unde

rezultun pericol mai mic de deformare a cmii.

ntruct cmaa umedtrebuie sreziste la fora de presiune a gazelor, grosimea acesteia este

mai mare dacat la cmaa uscat, la proiectare putndu-se adopta o grosime de 0,05-0,06 dindiametrul cilindrului. Cmaa trebuie s deapeasc faa de sus a blocului cu 0,06-0,15 mm,

funcie de materialul garniturii de chiulas. Pentru protejarea garniturii de chiulas, la aciunea

gazelor fierbini, unele cmi se executcu o supranlare, dimensionat funcie de grosimea i

elasticitatea garniturii de chiulas.

Ca i la cmile uscate, camera de rcire trebuie sse ntindpeste zona primului segment,

cnd pistonul se afl la P.M.I. i sub zona ultimului segment de ungere cnd pistonul se afl la

P.M.E.

Camasile de cilindru umede prezinta mai multe avantaje:

- confectionarea cilindrilor demontabili dintr-un material de calitate superiuoara, cu

rezistenta inalta la uzura si la utilizarea unui material mai ieftin pentru blocul de cilindri

- simplificarea turnarii blocului de cilindri

- mentinerea in serviciu a blocului de cilindri si in cazul defectarii sau uzarii unui singur

cilindru

- reducerea tensiunilor termice ale cilindrului intrucat nu este impiedicata dilatarea pe

directie axiala

- inlocuirea usoara in exploatare a cilindrilor uzati.

Solutia cu camasi de cilindru umede prezinta insa si dezavantaje:

- in cazul unei productii de masa si de serie mare tehnologia prelucrarilor mecanice si

montajului sunt mai complicate si mai costisitoare

- rigiditatea blocului de cilindri este mai redusa decat in cazul cilindrilor nedemontabili

sau cu cilindri demontabili de tip uscat.

Cilindrii motorului racit cu aer sunt de tipul independent si se fixeaza separat pe carter.

Particularitatea principala a acestora o reprezinta nervurile necesare pentru asigurarea racirii.


15/34

15

Dimensiunile nervurilor sunt mai mari in partea superioara si mai redus la partea inferioara a

cilindrului deoarece si fluxul de caldura variaza in acelasi mod, fig.12, fig.13. Nervurile contribuie

si la rigidizarea cilindrilor, limitand deformatiile si vibratiile.

Fig.12 cilindri motor racit cu aer

Carterul serveste pentru fixarea cilindrilor independenti la motoarele racite cu aer sau a

blocului de cilindri la motoarele racite cu lichid. Carterul este pravazut cu pereti transversali in care

se realizeaza lagarele de sprijin ale arborelui cotit. De regula carterul este constituit din doua parti,

separate printr-un plan normal pe peretii transversali ai lagarelor:

- partea adiacenta blocului de cilindri se numeste carterul superior

- partea inferioara, confectionata din tabla de otel ambutisata (1...2 mm grosime), sau din

aliaje usoare prin turnare, se prinde de carterul superior cu suruburi si reprezinta baia de

uleia motorului, sau carterul inferior(suprafata de imbinare se etansaza cu ajutorul unei

garnituri).


16/34

16

Fig.13 Motor cu aprindere prin scanteie cu cilindrii opusi racit cu aer

La motoarele pentru autovehicule de putere mica si mijlocie, blocul cilindrilor si carterul

superior alcatuiesc o piesa unica numita blocul-carter, sau blocul motor. Se confectioneaza printurnare din fonta sau din aliaj usor de aluminiu. In fig.14 se prezinta constructia unui bloc motor cu

cilindri in linie, iar in fig.15 pentru un motor cu cilindri in V.

Fig. 14 - Bloc motor cu cilindri in linie, racit cu lichid

In peretii transversali ai carterului sunt prevazute lagarele arborelui cotit. La motoarele de

autovehicule se utilizeaza varianta cu lagare suspendate paretea superioara a lagarului se toarna

odata cu carterul superior, iar partea inferioara capacul lagarului constituie reazemul propriu-


17/34

17

zis se fixeaza de partea superioara cu prezoane sau suruburi, fig.16. In corpul lagarului se

monteaza cu strangere cuzinetii, care sunt formati din doua parti semicilindrice confectionate

dintr-un corp de otel pe care se aplica unul sau doua straturi de material antifrictiune. Aceastasolutie constructiva este mai potrivita pentru fabricatia de serie mare intrucat:

- permite asamblarea pe banda a motorului

- permite vizitarea lagarelor si schimbarea cuzinetilor printr-o operatie simpla si usoara

de demontare a carterului inferior

- permite strangerea controlata si independenta al fiecarui lagar

- carterul inferior are o forma simpla.

Fig. 15 Bloc motor cu cilindri in V, racit cu lichid

Fig.16 Solutie constructiva de lagare paliere suspendate


18/34

18

La motoarele racite cu aer, particularitatea constructiv const n faptul c cilindrii sunt

separai i se monteazunul cte unul n locaurile din carter (fig.12). Datoritacestui fapt, carterul

are o construcie mai simpldect blocul motorului rcit cu lichid, fig.13.

Pentru mrirea rigiditii, unele motoare sunt prevzute cu carter tip tunel, fig.17, arborele

cotit fiind sprijinit pe corpuri de lagare, sau pe rulmenti montati pe brate care au forma circulara.

Fig.17 Carter tunel: a)-vedere; b)- sectiune transversala

ChiulasaChiulasa, mpreuncu cilindrul i pistonul, formeazspaiul nchis n care evolueazfluidul

motor. n chiulas se amplaseaz, dup caz, camera de ardere, se afl orificiile pentru bujii,

injectare (dupa caz) i canalele de distribuie a gazelor. De asemenea, chiulasa este locul de montare

a unor piese din mecanismul de distribuie. Datoritacestor particulariti, chiulasa este o piesde

dimensiuni mari, cu o pondere nsemnat(12-15%) din masa motorului.

n timpul funcionrii, chiulasa este supussarcinilor mecanice, datorit forei de presiune a

gazelor i forei de strangere a uruburilor. Totodat, din cauza nclzirii inegale a diferitelor zone(diferena de temperaturajunge pnla 100-200C), chiulasa este supusunor importante tensiuni

termice, care pot provoca deformri i fisurri ale acesteia. Tensiuni suplimentare sunt determinate

de prezena unor pri constructive care se monteazpe chiulas.

Pentru a asigura condiii normale de funcionare, chiulasa trebuie sa prezinte rezisten

mecanicridicata si rigiditate mare pentru ca deformatiile sa fie reduse si sa asigure etaneitatea la

gaze, lichid de racire si ulei. Se executa prin turnare din fonta sau aliaj de aluminiu.

Construcia chiulasei depinde de tipul motorului, de forma camerei de ardere, de amplasarea

supapelor i traseul canalelor de distribuie a gazelor i de sistemul de rcire. Pe lng aceste

deosebiri, existi unele elemente comune tuturor tipurilor constructive.


19/34

19

Diferitele particulariti constructive sunt determinate de tipul motorului i forma camerei de

ardere. La M.A.S. racite cu lichid datorit alezajelor relativ mici ale cilindrilor, se utilizeaz

chiulasa monobloc. Camera de ardere se realizeaza de regula in chiulasa. Constructia chiulasei esteinfluentata de forma camerei de ardere, numarul de supape pe cilindru, modul de dispunere a

canalelor de admisie si de evacuare (pe aceeasi parte sau pe parti diferite), s.a. In chiulasa sunt

prevazute locasuri pentru bujie, orificii de trecere pentru suruburile/prezoanele de fixare pe blocul

motor, orificii de trecere pentru tijele impingatoare pentru actionarea supapelor (daca arborele cu

came este in blocul motor), circuitul de racire, circuitul de ulei pentru ungerea elementelor

sistemului de distributie plasate in chiulasa (supape, culbutori etc.), s.a.

Fig.18- Chiulasa MAS de autoturism; camera de ardere tip acoperis

In fig18 si fig.19 sunt prezentate solutii constructive de chiulase MAS racite cu lichid.

Fig.19- ChiulasaMAS 4 cilindri inlinie racit cu lichid;camera de ardere tip

pana


20/34

20

In fig.20 sut prezentate solutii constructive de dispunere a nervurilor de racire la chiulase de

MAS racite cu aer.

Fig.20 - Repartizarea nervurilor de rcire pe chilasa la MAS racite cu aer

ntre chiulasa si blocul motor este montata garnitura de chiulasa, fig.21, care asigura

etansarea camerelor de ardere, circuitului de racire, circuitului de ungere. Garniturile de chiulasa

sunt metaloplastice, plastice si metalice. Cele mai utilizate sunt cele metaloplastice, din foi de cupru

cu inima de azbest, protejate la partea dinspre camera de ardere care vine in contact cu gazele

fierbinti cu o camasa de nichel. Garniturile de chiulasa mai pot fi confectionate din clingherit, foi

subtiri de otel moale, tabla de otel cu azbest, aluminiu s.a.

Fig. 21 Garnitura de chiulasa metaloplastica

Partile mobile ale mecanismului motor

Partile mobile ale mecanismului motor sunt:- pistonul cu segmentii si boltul - ansamblu denumitgrup piston- biela- arborele cotit

Pistonul


21/34

21

Pistonul este articulat cu biela prin intermediul boltului. Miscarea alternativa a pistonuluiasigura evolutia fluidului motor in cilindru conform transformarilor care compun ciclul. Pistonulindeplineste urmatoarele functiuni:

- transmite bielei forta de presiune a gazelor prin intermediul boltului- ghideaza piciorul bielei in cilindru si transmite acestuia reactiunea normala produsa debiela

- etansaza cilindrul la gaze si ulei (impiedica scaparea gazelor spre carter si patrundereauleiului in cilindru)

- evacueaza o parte din caldura dezvoltata prin arderea combustibilului.

Fig. 22 Fortele din mecanismul motor

In fig.22 sunt prezentate fortele din mecanismul motor:

Ft - forta de inertie a maselor in miscare de translatie

Fg - forta de presiune a gazelor

F= Ft+ Fg forta rezultanta care actioneaza pe directia axei cilindrului

N = Ftg forta normala care aplica pistonul pe cilindru in planul de oscilatie al bielei.

Prile componente ale pistonului sunt prezentate in fig.23:

- capul pistonului, partea care vine n contact cu gazele din cilindru; uneori el cuprinde

parial sau total camera de ardere sau poate fi profilat pentru a asigura o anumitmicare

a gazelor n cilindru

- regiunea portsegmeni, RPS, zona unde sunt prelucrate canalele n care se monteaz

segmenii

- mantaua pistonului, care ghideazpistonul n cilindru i preia fora normalpe cilindru

- umerii pistonului,in care sunt prelucrate orificiile pentru montarea bolului ca element de

legturntre piston i biel.


22/34

22

In contact cu gazele fierbinti din camera de ardere pistonul se incalzeste si se dilata, iar sub

actiunea fortelor care-l solicita se produc deformatii. Pentru a permite deplasarea libera pistonul se

monteaza cu joc in cilindru. Ca sa evite blocarea in cilindru, deformatiile produse la dilatare si lasolicitarile mecanice nu trebuie sa anuleze jocul.

In fig.24 se prezinta deformarea pistonului datorita dilatarii in timpul functionarii. Dilatarile

sunt mai mari in zona capului pistonului unde regimul termic este mai ridicat si in zona umerilor pe

directia axei boltului datorita concentrarii de material (in plan transversal mantaua tinde sa ia forma

ovala cu axa mare pe directia axei locasurilor boltului).

Fig.23 - Partile constructive ale pistonului

Fig.24 Deformarea pistonului prin dilatare in timpul functionarii


23/34

23

In fig.25 se prezinta deformarea pistonului sub actiunea fortelor care-l solicita. Forta de

presiune a gazelor care actioneaza asupra capului pistonului se transmite la bolt prin intermediul

umerilor. Sub actiunea presiunii gazelor pistonul se deformeaza fata de forma la montaj atat in planlongitudinal rezultand inclinarea mantalei si a umerilor, fig.25a, cat si in plan transversal, fig.25b,

unde mantaue este deformata de reactiunea cilindrului luand forma unei elipse cu axa mare dupa

directia axei umerilor. Datorita deformatiilor jocul se reduce si apare pericolul de blocare a

pistonului in cilindru. Rezulta ca pistonul trebuie sa indeplineasca o conditie importanta sa posede

o rigiditate suficient de mare pentru limitarea deformatiilor produse in timpul functionarii

motorului.

In general pistoanele motoarelor cu aprindere prin scanteie sunt construite din aliaje dealuminiu.

Pistonul se construieste cu joc mai mare la montaj in partea superioara (capul si regiunea

portsegmenti) avand in vedere dilatarile din timpul functionarii si mantaua ovala in plan transvesal,

cu axa mica pe directia axei umerilor avand in vedere dilatarile si deformarea sub actiunea fortelor.

Fig.25 Deformarea pistonului in timpil functionarii

Segmentii


24/34

24

Pistonul fiind montat cu joc in cilindru, pentru realizarea etansarii sunt prevazuti segmentii,

care dupa functia indeplinita se clasifica in doua categorii:

- segmentii de compresiecare au in principal functia de etansare la gaze- segmentii racloricare au rolul sa indeparteze surplusul de ulei de pe oglinda cilindrului,

cunoscuti sub denumirea desegmenti de ungere.

In fig.26 sunt prezentate solutii constructive de segmenti de compresie, iar in fig.27 sunt

prezentate solutii constructive de segmenti de ungere (segmenti raclori).

Fig.26 - Solutii constructive de segmenti de compresie

Fig.27 Solutii constructive de segmenti de ungere


25/34

25

In general segmentii sunt construiti din fonta; in unele cazuri cand fonta nu satisface

conditia de rezistenta mecanica se utilizeaza otelul.

Ca sa poata fi montati in canalele de pe piston segmentii au forma unui inel taiat. In fig.28

sunt prezentate variantele constructive de prelucrare a capetelor segmentilor. Varianta cea mai

utilizata este cu capetele prelucrate drept datorita simplitatii executiei. Solutia cu sectionarea

capetelor inclinat la 45o/(30o) reduce spatiul prin care au loc scapari de gaze, iar varianta cu capetele

suprapuse imbunatateste si mai mult etansarea, dar este mai putin utilizata datorita dificultatilor de

prelucrare.

Fig.28 Solutii constructive de prelucrare a capetelor segmentilor

Pentru a mentine contactul cu oglinda cilindrului segmentul trebuie sa dezvolte o presiune

pe cilindru si pentru aceasta trebuie sa fie elastic. In acest scop, segmentul in stare libera are

diametrul exterior mai mare decat diametrul cilindrului. La montaj segmentul este strans in cilindru

si va dezvolta pe oglinda cilindrului o presiune elastica, mentanand permanent contactul cu acesta.Ca sa poata urmari deformatiile cilindrului segmentul terebuie sa fie liber si de aceea se monteaza in

canal cu joc axial si radial. Ansamblul segmentilor asigura etansarea functionand ca un labirint,

sectiunile reduse creeaza rezistente mari la scaparile gazelor. Cea mai mare cadere de presiune,

~75% este la nivelul primului segment, care indeplineste sarcina principala de etansare (~3/4). Se

considera ca etansarea este eficienta daca scaparile de gaze nu sunt mai mari de 0,2...1 % din

incarcatura cilindrului. In general MAS este echipat cu 2 segmenti de compresie si 1 segment de

ungere.


26/34

26

Pentru cresterea presiunii dezvoltata de segment pe oglinda cilindrului in scopul

imbunatatirii etansarii, la motoarele de autovehicule este utilizata frecvent solutia constructiva cu

expandor.

Expandorul este un element elastic care se monteaza in spatele segmentului in canal si

aplica segmentul pe oglinda cilindrului cu o presiune uniform distribuita. Expandorul este utilizat in

primul rand la segmentul de ungere care trebuie sa dezvolte o presiune ridicata pe oglinda

cilindrului pentru raclarea eficienta a surplusului de ulei (expandorul nu se utilizeaza la primul

segment, segmentul de foc, datorita regimului termic ridicat). In fig.29 sunt prezentate solutii

constructive de expandor.

Fig.29 - Solutii constructive de expandor: a)-expandor cu arc spiroidal; b)- expandor poligonal;c)- expandor special care asigura simultan apasarea radiala si axiala a inelelor de otel ale

segmentului

Axul pistonului (boltul)

Boltul realizeaza articulatia pistonului cu biela. Pentru ca biela sa poata oscila in timpul

functionarii, boltul se monteaza cu joc, fie fata de piston, fie in biela sau in ambele zone. Boltul

trebuie sa prezinte o rezistenta mare la solicitarile de incovoiere variabile si cu soc. Materialul

utilizat pentru constructia boltului este otelul.

Sunt posibile trei metode de montaj a boltului:


27/34

27

- bol flotant atunci cnd bolul este liber att n piciorul bielei ct i n umerii

pistonului n timpul funcionrii motorului

- bolfix n piciorul bielei- bolul este liber n umerii pistonului- bolul fix n umerii pistonului- bolul este liber n piciorul bielei.

Solutia cubolflotantare avantajele:

- n funcionare bolul se poate roti, ceea ce are drept consecin uniformizarea si

reducerea uzurii lui deoarece se micoreaz viteza relativ dintre bol i umerii

pistonului, pe de o parte i dintre boli piciorul bielei, pe de altparte

- att n umerii pistonului, ct i n piciorul bielei se formeaz un film de ulei care

amortizeazocurile produse n timpul funcionrii- axul se poate dilata liber i nu apar tensiuni de naturtermic.

Solutia are insa si dezavantaje:

- boltul trebuie asigurat axial, fie prin inele de siguran, fie prin dopuri din material

moale (care snu zgrie cilindrul), fig.30

- montajul special al bolului (mai ales la pistoanele din aliaje uoare: pentru a se realiza

un joc convenabil la cald, bolul se monteazcu strngere n umerii pistonului; aceast

strngere introduce tensiuni cu att mai mari cu ct alezajul, deci i dimensiunile

bolului, sunt mai mari).

Fig.30 Solutii constructive de impiedicarea deplasarii axiale a boltului:

a)- sigurante elastice; b)- capace din material moale-aliaj de aluminiu

Metoda cu boltul flotant este cel mai utilizat mod de montaj.

A doua metod bolfix n piciorul bielei se realizeazprin fretare n cazul motoarelor

mici.

Avantajelemetodei:


28/34

28

- reducerea lungimii n piciorul bielei unde se pot admite presiuni mai mari (nu se mai

pune problema existenei filmului de ulei ntre boli picior, pentru cbolul este fix n

piciorul bielei); ca urmare ncrcarea umerilor pistonului va fi mai mici se vormicora i tensiunile de ncovoiere;

- reducerea dezaxarii bielei fata de solutia cu bolt flotant unde se cumuleaza dezaxarile

din ambele imbinari

- nu mai sunt necesare sigurane pentru impiedicarea deplasarii axiale.

Dezavantaj:

- este necesar ca axul sfie liber n umeri chiar de la montaj, ceea ce ar putea duce la

necesitatea adoptarii unui joc mai mare in aceasta zona si la funcionarea ansamblului

piston-bolcu oc

- uzura mai pronuntata pe o singura directie pentru ca boltul nu se poate roti complet.

Solutia se utilizeazcu predilecie n cazul MAS cu alezaje reduse.

A treia metod bol fix n umerii pistonului necesta fixarea n umerii pistonului la un

capat pentru a permite dilatarea libera.

Solutia nu este putin utilizata la motoarele cu aprindere prin scanteie de autovehicule.

Boltul are forma tubulara pentru reducerea masei. In fig.31 sunt prezentate solutii

constructive ale boltului.

Fig.31- Solutii constructive ale boltului


29/34

29

Cea mai simplformde boleste cea cilindriccu orificiu interior, de asemenea cilindric,

fig.31,a. La motoarele rapide orificiul interior se poate profila pentru a micora i mai mult masa,dar care sasigure n acelai timp rezistena necesarla solicitrile la care este supus, ca urmare se

obine o grind de egal rezisten, fig.31,b...e. Prelucrarea orificiului interior se executa fie n

trepte, fie evazat spre capete sau pe toata lungimea.

Biela

Biela transmite forta de presiune a gazelor de la piston la arborele cotit si serveste la

transformarea miscarii alternative de translatie a pistonului in miscare de rotatie a arborelui cotit.In fig.32 se prezinta partile componente ale bielei. Piciorul bielei are forma unui tub si se

racordeaza la corpul bielei. Daca boltul este montat cu joc in piciorul bielei este prevazuta o bucsa

din bronz asamblata prin fretare. Cand boltul este uns prin stropire, pentru facilitarea accesului

uleiului in articulatia cu boltul in piciorul bielei este prevazut un orificiu sau o frezare. Daca

ungerea se face sub presiune se practica un canal prin corpul bielei prin care uleiul este adus la

picior. In acest caz, daca, este necesara racirea pistonului, in piciorul bielei este prevazut un

pulverizator prin care jeturile de ulei sunt directionate spre capul pistonului.

Fig.32 Partile componente ale bielei

Corpul bielei este solicitat la compresiune si la flambaj. Pentru o solicitare uniforma amaterialului in planul de oscilatie si in planul arborelui cotit (planul de incastrare), sectiunea


30/34

30

transversala a corpului bielei este de forma unui dublu T cu talpile paralele cu planul de incastrare,

fig.33b. Acest profil se obtine prin forjare in matrita.

Fig.33 Solutii constructive de biele

Capul bielei se asambleaza pe fusul maneton al arborelui cotit si trebuie sa indeplineasca

mai multe cerinte:

- rigiditare mare conditionata de functionarea normala a cuzinetului

- masa redusa

- dimensiuni reduse, deoarece acestea determina conturul carterului, fig.34, si permite la

montaj sau demontaj trecerea bielei prin cilindru.

Pentru asigurarea rigiditatii si pentru reducerea efectului de concentrare a tensiunilor, capul

bielei este racordat cu o raza mare la corp, fig.33.


31/34

31

Fig.34 Conturul carterului

Pentru a face posibil montajul pe arborele cotit (cand arborele coti este nedemontabil), capul

bielei este sectionat dupa un plan normal pe axa bielei, sau dupa un plan oblic, inclinat la 45o...60o.

Sectionarea dupa un plan oblic se executa cand dimensiunile capului bielei in planul de oscilatie nu

permite trecerea bielei prin cilindru la montaj, fig.35.

Fig.35 Conditia pentru trecerea capului bielei prin cilindru la montajArborele cotit

Arborele cotit transforma miscarea de translatie a pistonului in miscare de rotatie proprie si

transmite momentul motor dezvoltat de forta de presiune a gazelor la utilizare si antreneaza in

miscare unele sisteme ale motorului. La motorul policilindric arborele cotit insumeaza momentele

produse de fiecare cilindru si transmite momentul rezultant la utilizare.


32/34

32

Arborele cotit este alcatuit dintr-un numar de coturi egal cu numarul cilindrilor la motorul in

linie si cu jumatate din numarul cilindrilor la motoarele in V. In fig.36 sunt prezentate partile

componente ale unui arbore cotit pentru un motor cu 4 cilindri in linie. Arborele cotit se reazema pefusurile paliere 1 in lagarele din carter. Fiecare cot este alcatuit din doua brate 3 si un fus maneton 2

pe care se articuleaza biela. In unele cazuri pe bratele arborelui cotit sunt prevazute contragreutati 4.

Fig.36- Arborele cotit

La partea arborelui cotit care transmite miscarea la utilizare este prevazuta flansa 6 pe care

se asambleaza volantul. La paretea opusa, partea frontala, este prevazuta partea cilindrica 5 pe care

se monteaza printr-o pana roata dintata care actioneaza mecanismul de distributie si o fulie care

antreneaza alte sisteme ale motorului, ventilatorul, pompa de apa, generatorul de curent, amortizorul

de vibratie s.a. Arborele cotit trebuie sa realizeze o masa redusa, o tehnologie simpla, o durabilitate

ridicata si o siguranta mare in functionare. Arborele cotit este supus la solicitari variabile si cu

caracter de soc la intindere, compresiune, incovoiere si rasucire. Se executa prin forjare/matritare

din otel si prin turnare din fonta sau otel. La capetele arborelui cotit sunt prevazute elemente de

etansare pentru evitarea scaparii uleiului din carter. Fusurile sunt gaurite axial pentru reducerea

masei si sunt prevazute gauri pentru circulatia uleiului de la paliere la fusurile manetoane.

Exemple parti constructive MAS 4 timpi


33/34

33

Fig.37 - Piston cu capul profilat, D=82,5 mm Fig.38 - Piston cu capul plan, D=82,7 mm

Fig.39 - Segmenti MAS 4 timpi

Fig.40 - Ansambul arbore cotit-volant MAS 4 timpi


34/34

Fig.41. Sectiune MAS 4 timpi pentru autoturism

(4 cilindri in linie, 2,2 litri,102 kW/5800 rpm, 199 Nm/4400 rpm, 16 supape, MPI)

GM-Automotive EngineeringJanuary 2000

Date post:	07-Aug-2018
Category:	Documents
Upload:	costel80
View:	212 times
Download:	0 times

organologie_motoare_cu_aprindere_prin_scânteie

Documents