GENERALITATI ASUPRA FUNCTIONARIIMOTORULUI CU ARDERE INTERNASeria de procese succesive, care se repeta periodic si care au loc in fiecare cilindru al motorului, determinand transformarea energiei termice in energia mecanica, se numeste ciclu de functionare a motorului .Procesul termodinamic care are loc la functionarea unui motor cu ardere interna este rezultatul unor transformariale amestecului carburant, numite faze . O succesiune de faze diferite care se repeta periodic se numeste ciclu . Ciclul se efectueaza de obicei intr-un numar de doua sau curse ale pistonului si vom spune, dupa cum e cazul, ca motoarele respective functioneaza in doi timpi sau in patru timpi . Dintre aceste curse una va fi neaparat motoare, adica generatoare de lucru mecanic, restul curselor fiind nemotoare ( ajutatoare ) . In timpul desfasurarii ciclului de functionare pistonul se misca in cilindru intre anumite limite determinate de raza arborelui cotit . Atunci cand pistonul se gaseste in punctele extreme si schimba de sens zicem ca se gaseste in punct mort. Pozitia in care pistonul corespunde punctului celui mai departat de axa arborelui cotit, determinand volumul minim al camerei de ardere, poarta numele de punct mort superior. (PMS) se mai numeste si punct mort interior (PMI) . Pozitia pistonului la care aceasta distanta este minima si determina un volum maxim al camerei de ardere se numeste punct mort inferior (PMI) sau punct mort exterior (PME) . Distanta dintre punctul mort inferior si punctul mort superior se numeste cursa pistonului (S) . In general, la fieare cursa a pistonului corespunde o semirotatie () a arborelui cotit . Cursa pistonului este egala cu dublul razei manivelei: S = 2 RVolumul util al cilindrului (V) este voluml cilindrului intre cele doua puncte moarte ale pistonului . Suma volumelor utile ale tuturor cilindrilor motorului, exprimata de obicei in poarta numele de capacitate cilindrica a motorului sau cilindree si se calculeaza cu formula: = * S*1 . D = diametrul cilindrului (alezajul in cm) S = cursa pistonului (cm) 1 = numarul cilindrilor .Volumul camerei de ardere sau volumul camerei de compresie () reprezinta volumul format deasupra pistonului, cand acesta este in punctul mort superior (PMS) . Raportul dintre volumul total al cilindrului si volumul camerei de compresie se numeste raport de compresie si se noteaza cu : = = volumul cilindrului = volumul camerei de ardereRaportul de compresie volumetric este caracteristic pentru fiecare motor si poate varia intre limitele = 4 , 5 ... 9 la motoarele cu aprinderea prin scanteie si = 13 20 ... La motoarele cu aprindere prin compresie . Tendinta structurilor de motoare este de a mari acest raport . Motoarele cu ardere interna functioneaza dupa ciclul in patru timpi sau in doi timpi, adica ciclul Otto Beau de Rochas numit si ciclul sub volum constant .Principiile stabilite de Beau de Rochas (1862) si realizate de Otto (1875) au ramas in vigoare si astazi, cunoscute sub denumirea de ciclul Otto . CICLUL UNUI MOTOR TERMICSe cunoaste din fizica ciclul Carnot de la studiul ciclului ideal al masinilor termice si repartizarea sa in diagrama p.V . Randamentul acestui ciclu este dat de relatia : = 1 = 1 - Deci prin marirea temperaturii randamentul () creste . Pentru aceasta este nevoie sa se produca o compresie prealabila a fluidului inainte ca motorul sa primeasca caldura . Acest ciclu este format din doua isoterme si doua adiabate; transformarea se face intr-un ciclu inchis fara schimb de caldura cu exteriorul . In realitate lucrurile nu se petrec asa . Ciclul de referinta al masinilor termice difera de ciclul Carnot . Considerand agentul drept un gaz care respecta legile gazelor perfecte . Ciclul de transformari termodinamice se numeste ciclu teoretic de referinta . Pentru motoarele cu ardere interna prezinta importanta trei cicluri termice si anume : Ciclul Otto, cu aport de caldura la volum constant Ciclul Diesel, cu aport de caldura la presiune constanta Ciclul mixt cu aport de caldura atat la volum constant cat si la presiune constanta.

Ciclul cu aport de caldura la volum constant(Ciclul Otto)Acest ciclu sta la baza functionarii motoarelor in doi si patru timpi de functionare cu aprinderea prin scanteie . Acest ciclu este construit din doua izocore si doua adiabate . In diagrama pV fluidul este comprimat din punctul 1 la punctul 2, suferind o transformare adiabatica in timpul careia temperatura si presiunea lui cresc lent, descriind o curba adiabatica . Din punctul 2 pana in punctul 3 are loc aportul de caldura datorita incalzirii gazelor prin comprimare si degajarii de caldura prin aprinderea combustibilului . Aceasta degajare de caldura are loc la volum constant, iar presiunea si temperatura cresc brusc dupa o izocora .Din punctul 3 in punctul 4 are loc destinderea gazelor rezultate din arderea combustibilului (fluid motor), dupa o adiabata variind volumul si presiunea . Din punctul 4 in punctul 1 are loc cedarea cantitatii de caldura izvorului rece, dupa o izocora, iar presiunea si temperatura fluidului scad . Diferenta intre cantitatea de caldura absorbita de fluid de la izvorul cald si cantitatea de caldura cedata de fluid izvorului rece, este transformata in lucru mecanic dupa ecuatia : AL = - ; A = Kcal/KgRandamentul termic al ciclului teoretic () este definit prin raportul dintre cantitatea de caldura transformata in lucru mecanic si cantitatea de caldura absorbita astfel : = = Facand o serie de transformari, randamentul se poate exprima si in functie de raportul de compresie ( ) : = 1 - Valoarea randamentului depinde de valoarea raportului de compresie si de valoarea exponentului adiabatic (R) . Considerand ca valoarea exponentului adiabatic variaza intre limite foarte mici, randamentul termic al ciclului variaza in functie de raportul de compresie ( ) . Cu cat raportul de compresie este mai mare randamentul se imbunatateste, lucru foarte important: de aici si tendinta de a se mari cat mai mult, la motoarele moderne, raportul de compresie . Insa la motoarele cu aprindere prin scanteie, cresterea raportului de compresie este insa limitata de aparitia fenomenului de detonatie ( autoaprindere ), care provoaca o functionare normala a motorului . La motoarele ce functioneaza cu benzina acest raport de compresie nu depaseste in general valoarea de 9 . Motoarele cu explozie care au un grad ridicat de compresie necesita o alimentare cu o benzina superioara rezistenta la detonatie . Ciclul cu aport de caldura la presiune constanta(Ciclul Diesel)Acest ciclu sta la baza functionarii motoarelor cu aprinderea prin compresie, cu compresor . In diagrama pV fluidul motor este comprimat adiabatic din punctul 1 in punctul 2 . Aportul de caldura se face dupa o izocora, iar volumul fluidului creste de la punctul 2 la punctul 3 . Destinderea fluidului are loc din adiabata de la punctul 3 la punctul 4, dupa care urmeaza cedarea cantitatii de caldura dupa o izocora de la punctul 4 la punctul 1 .Ciclul mixtAcest ciclu se desfasoara cu aport de caldura la volum constant si la presiune constanta . El sta la baza functionarii motoarelor Diesel fara compresor si este alcatuit din doua adiabate, doua izocore si o izobara . In diagrama pV aerul atmosferic este comprimat adiabatic din punctul 1 pana in punctul 2. Aportul de caldura la volum constant de la punctul 2 la punctul 3 din o izocora si apoi aportul de caldura la presiune constanta dupa o izobara de la punctul - 3 . Destinderea fluidului se face dupa adiabata, iar cedarea cantitatii de caldura izvorului rece, are loc dupa izocora 4 1 .Si la acest ciclu ca si la celelalte cicluri raportul de compresie joaca un rol important in aprecierea valorii randamentului termic . Deorece in cilindrii motorului real se comprima aer curat, nu exista pericolul aparitiei detonatiei . Pentru aceste considerente la motoarele Diesel raportul de compresie este mult mai mare decat la motoarele cu aprinderea obligata ( cu scanteie ); acest raport variaza intre 15-20.Cunoasterea ciclurilor teoretice permite intelegerea proceselor ce au loc in cilindrul motorului real cu ardere interna . Procesele reale ce se desfasoara incilindrul unui motor difera de procesele ciclurilor teoretice, deoarece in afara de schimbarile de caldura si in plus la motoarele termice se produc pierderi de caldura, prin frecare, radiatie gaze de ardere etc., iar fluidul motor este un gaz real, astfel transformarile adiabatice din ciclul teoretic devin transformari politropice . Din aceasta cauza randamentul real este mai mica decat randamentul teoretic . In motorul real ciclul nu este inchis ci deschis introducandu-se mereu noi cantitati de fluid motor ( aer sau amestec carburant ), care dupa foloosire sunt eliminate din motor . La fiecare sfarsit de ciclu, un nou ciclu incepe cu admisia in cilindru a unei noi cantitati de fluid motor . Din aceasta cauza diagrama indicata reala va avea in plus, fata de diagrama teoretica, o linie de aspiratie si una de evacuare . In procesul real de functionare a motorului au loc pierderi de caldura, dupa cum am vazut mai inainte, compresia si detenta se face prin schimb de caldura cu mediul exterior .Fenomele termodinamice ce se desfasoara in timpul functionarii motorului real cu ardere interna cu piston sunt complexe, totusi se admit unele asemanari intre procesele ciclurilor reale cu cele ale ciclurilor teoretice .Fenomenele principale legate de ciclul de functionare reala a unui motor cu ardere interna sunt urmatoarele : admisia fluidului motor in cilindrul motorului ; compresia aerului sau amestecului de carburant admis in cilindrul motorului ; aprinderea si arderea combustibilului ( producerea caldurii ) acest fenomen poarta si denumirea de : explozie atunci cand arderea se face foarte rapid (M.A.S.) detenta sau destinderea gazelr provenite din ardere; in acest timp se produce si lucrul mecanic ; evacuarea gazelor arse din cilindrul motorului .Dupa terminarea procesului de evacuare, are loc admisia unei noi cantitati de amestec carburant sau aer, adica incepe un nou ciclu . Pentru realizarea intregului ciclu de functionare, pistonul motorului se deplasaseaza in cilindru, intre punctele moarte, de patru ori, efectuand patru curse, sau de doua ori, efectuand doua curse . Atunci cand pentru realizarea unui ciclu de functionare pistonul, dupa patru curse avem de-a face cu un motor in 4 timpi, iar cand pistonul face doua curse pentru realizarea ciclului de functionare, avem de-a face cu motoare in 2 timpi .Pentru realizarea celor patru curse ale pistonului arborele motorului (arborele cotit) face doua rotatii () si o singura rotatie () la motoarele in doi timpi . Motoarele in 4 timpi si motoarele in 2 timpi pot functiona ca motoarele cu aprinderea prin scanteie sau ca motoare cu aprinderea prin compresie . In general motoarele cu aprindere prin scanteie se mai numesc si motoare cu carburator, fiindca amestecul de aer si combustibil se face in exteriorul cilindrului intr-un carburator . Scanteia necesara aprinderii amestecului carburant este produsa de o sursa electrica exterioara . Aceste motoare se mai numesc si motoare cu explozie, deoarece arderea amestecului carburant se face foarte rapid, cu caracter de explozie . La motoarele cu aprindere prin compresie, combustibilul este injectat in interiorul cilindrului la sfarsitul compresiei . Combustibilul se amesteca cu aerul in interiorul cilindrului si se aprinde progresiv in tot timpul injectiei, datorita caldurii rezultate prin comprimarea aerului . Aceste motoare se mai numesc si motoare cu ardere progresiva . Pentru a introduce combustibilul in interiorul cilindrului aceste motoare sunt prevazute cu pompe de injectie si injector . Pentru a studia functionarea motoarelor de pe tractoare si automobile, trebuie sa se tina seama de particularitatile de functionare ale acestor motoare . Se va lua in considerare modul de realizare al ciclului de functionare, in 4 timpi sau in 2 timpi . In prezentarea modului de functionare a motorului se va cerceta neaparat fiecare tip de motor, atat in ce priveste modul de aprindere a combustibilului, cat si in ceea ce priveste numarul de timpi in care se realizeaza ciclul de functionare . FUNCTIONAREA MOTOARELORFUNCTIONAREA MOTOARELOR IN 4 TIMPI CU APRINDERE PRIN SCANTEIE( MOTOARE CU CARBURATOR )Majoritatea motoarelor de la tractoarele si automobilele cu carburator functioneaza dupa ciclul in 4 timpi, fiecare dintre acesti timpi poarta o anumita denumire : primul timp admisia, al doilea timp compresia, al treilea timp detenta, al patrulea timp evacuarea, denumirea este corespunzatoare proceselor ce se petrec in cilindru .Se vor examina aceste procese pornind de la schema unui motor cu un singur cilindru, folosind diagrama care da presiunea (p) in cilindru, in functie de variatia volumului (V), corespunzand diferitelor pozitii ale pistonului in cilindru . Aceasta diagrama da posibilitatea sa se cunoasca transformarile care au loc in interiorul cilindrului in decursul intregului ciclu de functionare a motorului si se numeste diagrama indicata . Timpul I ADMISIA . Pistonul se deplaseaza de la PMS la PMI realizand in interiorul cilindrului, deasupra pistonului, o depresiune . In acest timp se deschide supapade admisie si cilindrul este pus in comunicatie, prin intermediul galeriei de admisie, cu carburatorul . Sub influenta diferentei de presiune, amestecul carburant trece din carburator in cilindru . Temperatura amestecului care intra in cilindru creste aproximativ pana la - C datorita peretilor incalziti ai galeriei de admisie, ai cilindrului si al contactului cu gazele reziduale . La motoarele moderne gradul de umplere al cilindrului cu amestec carburant se afla intre limitele 0,75 0,85 . Presiunea de admisie variaza intre 0,8 si 0,9 kgf/ . Timpul II COMPRESIA . Pistonul se deplaseaza de la PMI la PMS . La inceputul cursei, orificiul de admisie este inca deschis, amestecul carburant continua sa intre datorita inertiei gazelor pana se echilibreaza presiunea din cilindru cu presiunea atmosferica, deci supapa de admisie se inchide cu intarziere . In acest timp ambele supape ( admisie si evacuare ) sunt inchise, amestecul carburant este comprimat in functie de raportul de compresie la 6 9 kgf/, iar temperatura creste ajungand la sfarsitul cursei la cca C . Cu cat raportul de compresie este mai mare, temperatura din interiorul cilindrului creste, putand da nastere fenomenului de detonatie sau de aprindere, fenomen care se repercuteaza foarte daunator asupra motorului inainte ca pistonul sa ajunga la PMS . Intre electrozii bujiei se produce o scanteie electrica care aprinde amestecul carburant, arderea se produce rapid ( S ), avand un caracter exploziv, iar temperatura si presiunea din cilindru creste brusc . Timpul III DESTINDEREA . In acest timp ambele supape sunt inchise . Sub actiunea presiunii gazelor, pistonul este impins in jos si prin intermediul bielei roteste arborele cotit . Deoarce in decursul destinderii gazului se efectueaza un lucru mecanic, aceasta cursa a pistonului se mai numeste si cursa utila . Presiunea gazelor la inceputul cursei utile este de aproximativ 30-40 kgf/, iar catre sfarsitul cursei utile cand pistonul ajunge la PMI scade pana la 4-5 kgf/. Temperatura in cilindru in momentul arderii ajunge pana la 1800-C .Timpul IV EVACUAREA . Pistonul se deplaseaza de la PMI spre PMS, el impinge gazele din cilindru. Gazele se scurg prin supapa de evacuare deschisa, in atmosfera, trecand prind galeria de evacuare si toba de esapament . Presiunea in cilindru in cursul timpului de evacuare este ceva mai mare decat presiunea atmosferica (1,05-1,1 kgf/), iar temperatura gazelor de ardere la sfarsitul evacuarii este de 700-C .In cursul timpului de evacuare gazele de ardere nu sunt evacuate in intregime, gazele care raman se numesc gaze reziduale . Aceste patru procese ce constituie ciclul de functionare a motorului se repeta in aceeasi ordine pentru fiecare cilindru, in tot timpul functionarii motorului . Obseram ca intreg ciclul se desfasoara in timp ce pistonul se deplaseaza de patru ori intre punctele moarte, adica la patru curse ale motorului . Unei curse a pistonului ii corespunde jumatate de rotatie arborelui, deci la patru curse ale pistonului corespund doua rotatii ale arborelui . In cazul acesta avem de-a face cu motorul in patru timpi . Schema de functionare a motorului cu aprinderea prin scanteie si diagrama indicata reala este reprezentata in figura 144 . In realitate momentul deschiderii si inchiderii supapelor precum si aprinderea combustibilului nu se face exact in punctele moarte, ci cu un avans sau cu o intarziere .Daca in raport cu pozitia arborelui motor notam momentul de deschidere si de inchidere se obtine o diagrama (ciclograma) cu fazele d distributie in cei patru timpi de functionare ai motorului in raport cu cele doua rotatii ale arborelui motor .Supapa de admisie se deschide cu avans fata de PMS, corespunzand unui unghi de rotatie a arborelui motor de 5- si se inchide cu intarziere fata de PMI cu un unghi d 35-. Scateia are loc cu un avans de cca 30- fata de PMI si se inchide cu intarziere de cca 5-.Avansul si intarzierea deschiderii si inchiderii sunt caracteristice fiecarui tip de motor . Pe baza diagramei de distributie se construiesc camele de comanda ale supapelor, astfel incat sa se realizeze fazele in concordanta cu rotatia arborelui motor . Potrivirea deschiderii si inchiderii supapelor de admisie si evacuare se mai numeste si punerea la punct a distributiei .

FUNCTIONAREA MOTORULUI CU APRINDERE PRIN COMPRESIE IN 4 TIMPI(MOTORUL DIESEL)Acest tip de motor functioneaza intr-un mod asemanator cu motorul cu aprindere prin scanteie in 4 timpi .

El se deosebeste prin urmatoarele : in cilindrul motor, in loc de amestec carburant, se aspira aer curat ; raportul de compresie este mult mai ridicat ; introducerea combustibilului in interiorul cilindrului se face cu ajutorul unei pompe de injectie si injector ; aprinderea se face datorita caldurii aerului comprimat in cilindru ; motorul nu are carburator si instalatii de producerea scanteii electrice .Intrucat functionarea acestui motor are asemanari cu functionare motorului cu carburator, in cele ce urmeaza se prezinta numai deosebirile de functionare . Timpul I ADMISIA corespunde deplasarii pistonului de la PMS spre PMI; supapa de admisie fiind deschisa, se aspira aer curat in cilindru . In timpul aspiratiei presiune in cilindru este de 0,8-0,9 kgf/. Aerul aspirat se incalzeste de peretii cilindrului si de gazele reziduale la o temperatura de cca C .Timpul II COMPRESIA . Supapa de admisie continua sa fie deschisa . Ea se va inchide cu intarziere deoarece datorita inertiei, aerul continua sa intre in cilindru . In timp ce pistonul se deplaseaza de la PMI spre PMS si supapa de admisie se inchide, aerul este comprimat . Astfel la sfarsitul cursei de compresie, presiunea in cilindru este de 30-45 kgf/, iar temperatura se ridica la 600-C .Inainte ca pistonul sa ajunga la PMS, in camera de ardre patrunde combustibilul trimis de pompa de injectie, prin injector . Combustibilul (motorina) pulverizat in injector ajunge in contact cu aerul incalzit si se aprinde; in acest timp pistonul ajunge la PMS . Arderea combustibilului este la inceput rapida, avand loc aproape la volum constant, corespund aproximativ pozitiei pistonului la PMS . Timpul III DETENTA . Ambele supape sunt inchise, iar in cilindru continua sa aiba loc arderea, un scurt interval de timp cand pistonul se deplaseaza spre PMI . Cu toate, cresterea volumului din cilindru, arderea are loc aproape la presiune constanta, de aceea este numita si ardere lenta sau ardere progresiva .