Motoare cu ardere interna
Definitie: Se numeste motor cu combustie interna orice dispozitiv care obtine energie mecanica direct din energie chimica prin arderea unui combustibil intr-o camera de combustie care este parte integranta a motorului(spre deosebire de motoarele cu ardere externa unde arderea are loc in afara motorului.).
Exista de fapt patru tipuri de baza de motoare cu ardere interna dupa cum urmeaza: motorul Otto,motorul Diesel, motorul cu turbina pe gaz si motorul rotativ[1].
Motorul Otto este denumit astfel dupa numele inventatorului sau Nikolaus August Otto, iar motorul Diesel dupa in aceeasi maniera dupa numele inginerului german de origine franceza Rudolf Diesel. Motorul Diesel este folosit pentru generatoare de energie electrica, de asemenea el este utilizat si la camioane si autobuze precum si in unele automobile. Motorul Otto este motorul folosit pentru majoritatea automobilelor
Componentele unui motor
Mai sus este prezentata o sectiune printr-un motor.
Partile esentiale ale unui motor Otto si Diesel coincid. Camera de ardere este formata dintr-un cilindru inchis la un capat si un piston care aluneca de sus in jos. Printr-un sistem biela manivela pistonul este legat de un arbore cotit care transmite lucrul mecanic spre exterior(de obicei cu ajutorul unei cutii de viteze). Rolul arborelui cotit este acela de a transforma miscarea de "du-te vino" a pistonului in miscare de rotatie.
Un motor poate avea de la unu pana la 28 de cilindri(pistoane) care pot fi asezate asa zis in linie sau in V. Sistemul de alimentare cu combustibil consta dintr-un rezervor o pompa si un sistem pentru vaporizarea combustibilului care l-a motorul Otto poate fi carburator sau la masinile de constructie recenta sisteme de injectie. Aceste sisteme de injectie sunt gestionate electronic iar eficienta lor a facut ca ele sa fie folosite pe majoritatea automobilelor (din 2000 pana si amarata noastra de Dacie foloseste injectoare in loc de carburator).
Aerul din ametecul carburant precum si gazele evacuate sunt gestionate de supape actionate mecanic de un ax cu came. La toate motoarele este necesar un sistem de aprindere a combustibilului care la motorul Otto este o bujia. Conform principiului al doilea al termodinamicii un motor trebuie sa cedeze caldura; in general acest lucru este realizat in doua moduri, prin evacuarea gazelor rezultate din arderea carburantului si prin folosirea unui radiator. In timpul deplasarii unui vehicul echipat cu un motor cu ardere interna simpla deplasare genereaza un flux de aer rece suficient pentru a asigura mentinerea temperaturii motorului in limite acceptabile dar pentru ca motorul sa poata functiona si cand vehiculul sta, radiatorul este echipat cu unul sau mai multe ventilatoare. De asemenea se mai folosesc si sisteme de racire cu apa mai ales pentru barci.
Spre deosebire de turbine sau motoarele cu aburi motoarele cu aburi, motoarele cu ardere interna nu genereaza cuplu atunci cand sunt pornite deci pentru a le porni este necesar un alt dispozitiv. La primele automobile pornirea motorului se facea utilizand mijloace mecanice umane, sau mai pe romaneste bietul sofer avea de invartit la o coarba de obicei destul de mult. Astazi pornirea se face cu ajutorul electromotorului, dar metoda anterioara poate fi folosita, nu se poate sa nu fi vazut mai ales in zilele mai reci cum unii incearca sa-si porneasca masinile impingandu-le. Sistemul manual de pornire se mai foloseste acum doar la motoarele cu capacitate cilindrica mica, de exemplu la drujbe sau masini de tuns iarba.
 |
Motor Morris din 1925
Motorul Otto standard este un motor in 4 timpi in care pistonul face 4 curse.
Timpul 1:Admisie pistonul porneste de la capatul superior al cilindrului si in cilindru este aspirat amestecul de aer si benzina deoarece supapa de admisie este deschisa la sfarsitul acestui timp pistonul ajunge la capatul inferior si supapa de admisie este inchisa.
Timpul 2:Compresie adiabatica, amestecul se incalzeste pana cind pistonul ajunge la capatul superior.
Timpul 3:Ardere si destindere adiabatica; o descarcare electrica a bujiei aprinde amestecul carburant a carui ardere are loc rapid, ca o explozie. De aici provine si denumirea alternativa de motor cu explozie. Presiunea si temperatura in cilindru cresc brusc si pistonul este impins. Timpul 3 este timpul motor, in care se efectueaza lucru mecanic asupra pistonului. La sfarsitul acestui timp se deschide supapa de evacuare
Timpul 4: Evacuarea gazelor arse in atmosfera in atmosfera incepe printr-un proces de racire izocora, pana cand gazele ajung la presiunea atmosferica. Pistonul se ridica si gazele sunt evacuate supapa de evacuare fiind deschisa. La capatul ciclului supapa de evacuare se inchide supapa de admisie se deschide si incepe un nou ciclu.
Randamentul mecanic efectiv al unui motor Otto modern este de circa 20-25%
Motorul Diesel
Motorul 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 Otto 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[2]. 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.
Putere. Cuplu
Manualul de clasa a XI-a discuta in general doar despre randamentul motoarelor ori aceasta nu este singura caracteristica esentiala a unui motor.
Cum motoarele cu ardere interna au tot felul de utilizari de la drujbe si masini de tuns iarba pana la propulsarea camioanelor sau chiar navelor si submarinelor nu este nevoie de cine stie ce cunostinte de fizica ci doar de putin bun simt pentru a realiza ca in vecii vecilor un motor din drujba nu va urni din loc o locomotiva. Se impune deci sa vorbim despre puterea motoarelor.
Evident motoarele au diferite dimensiuni de obicei dimensiunile motoarelor se exprima prin capacitatea cilindrica. Uzual capcitatea cilindrica se exprima in centimetri cubi sau litri. Masinile au in general motoare cu capacitati cilindirce intre 1.5 si 3 litri, dar sunt si exceptii mai ales la masinile fabricate in SUA (unde pretul petrolului este usor controlat de dl Bush cu cate un mic razboi) capacitatile cilindrice pot depasi chiar 8 litri. Este totusi gresita asocierea dintre puterea motoarelor si capacitatea lor cilindrica desi capacitatea cilindrica influenteaza in mod direct puterea exista si multe exceptii (motoare cu capacitate cilindrica mai mica mai puternice decat motoare cu capacitate cilindrica mai mare[3]).
In principiu pentru a face un motor mai puternic exista doua modalitati ori facem un motor care dezvolta un cuplu mare ori facem un motor care desi dezvolta un cuplu mic funtioneaza la o rotatie mare furnizand deci o putere mare. Trebuie evident gasit un compromis intre aceste doua marimi intr-ucat desi oricand se poate atasa o cutie de viteze in vreo 50 de trepte pentru a compensa lipsa de cuplu aceasta ar cantari de vreo 3 ori cat masina si masina ar avea un randament mai mic decat motorul lui James Watt.
Bibliografie
O. Rusu, R. Bobulescu, S. Barna,L. Dinica, Manual de Fizica pentru clasa a XI-a, editura Teora 2002
Microsoft Encarta Reference Library 2003
Traducerea din engleza imi apartine si este facuta oarecum dupa regula furculition de aceea imi cer scuze anticipat daca pe parcursul referatului am mai folosit asemenea formulari.
Aceste date sunt preluate direct din Encarta Encyclopedia si personal nu sunt de acord cu ele. Din cultura mea generala un motor diesel atinge circa 2-3000 rpm iar un motor Otto de serie atinge intre 5-8000 rpm, dar in cazul motoarelor de pe masinile de Formula 1 se poate depasi chiar valoarea de 20.000 rpm.
