Construcţia maşinilor cu piston Motoare cu ardere internă şi compresoare.

8/3/2019 Construcţia maşinilor cu piston Motoare cu ardere internă şi compresoare.

http://slidepdf.com/reader/full/constructia-masinilor-cu-piston-motoare-cu-ardere-interna-si-compresoare 1/14

Departamentul de Termotehnică, Motoare, Echipamente Termice şi Frigorifice

LUCRAREA Nr. 4Construcţia maşinilor cu piston

Motoare cu ardere internă şi compresoare.

1. MOTOARE CU ARDERE INTERNA CU PISTON

• Motor cu ardere internă: maşină termică ce transformă în energie mecanică

energia termică (căldura) rezultată din arderea unui combustibil, procesul de

ardere având loc în interiorul spaţiului său de lucru.

• Ciclu motor: Totalitatea proceselor termodinamice care se desfăşoară în

interiorul motorului, începând cu introducerea combustibilului şi aerului (admisia) şi terminând cu evacuarea gazelor de ardere în atmosferă.

1.1 Clasificare

1.

După numărul de cursesimple ale pistonului încare se realizează ciclulmotor

Motoare în 4 timpi - 1 ciclu se efectuează la 4 curseale pistonului, respectiv la 2 rotaţii ale arborelui motor

Motoare în 2 timpi - 1 ciclu se efectuează la 2 curseale pistonului, respectiv la 1 rotaţie a arborelui motor

2.

După modul de aprindereal combustibilului îninteriorul motorului.

MAS - Motoare cu aprindere prin scânteie

MAC - Motoare cu aprindere prin comprimare.

3. După modul de dispunereal cilindrilor

Cu cilindri în linie

Cu cilindri în V

Fig. 1 Motor cu cilindri în linie Fig. 2 Motor cu cilindri în V

S.Dimitriu © 2011




1.2 Construcţia motorului în 4 timpi.Fig. 3 Schema unui motor monocilindric în 4 timpi

A. Ansamblul pieselor mobile (ambielajul) 1-segmenţii de etanşare; 2-pistonul; 3-biela; 4-arborele cotit B. Ansamblul pieselor fixe (corpul maşinii) 5-chiulasa; 6-cilindrul; 7-carterul superior; 8-carterul inferior (baia de ulei); 9-galeriade admisie; 10- galeria de evacuare; 11-bujia (MAS)/injectorul (MAC);

C. Mecanismul de distribuţie12-supapa de admisie (SA); 13-supapa de evacuare (SE); 14-cama; 15-arborele cucame.

1.3Parametrii constructivi ai motorului.- Punct mort = poziţia în care pistonul îşi

inversează sensul de mişcare;- Punctul mort interior (PMI) = punctul mort

apropiat de chiulasă;- Punctul mort exterior (PME) = punctul mort

depărtat de chiulasă;- Cursa pistonului( s) = distanţa parcursă de piston

între punctele moarte;- Camera de ardere (V ca) = volumul existent

deasupra pistonului când acesta se găseşte în PMI;- Cilindree (V s) = volumul cuprins în interiorul

cilindrului între punctele moarte:

s D

V s4

2π

= [cm3]

- Raport de comprimare (ε) = raportul dintrevolumul maxim şi respectiv minim din cilindru:

S.Dimitriu © 2011




ca

s

ca

sca

V

V

V

V V

V

V +=

+==ε 1

min

max

Fig. 4 Poziţiile pistonului 1.4. Funcţionarea motorului în 4 timpi

Fig. 5. Timpii de funcţionare ai motorului

• Timpul (cursa) I - ADMISIAPistonul se deplasează de la PMI către PME, supapa de admisie fiind deschisă iar cea de

evacuare închisă. Prin deplasarea pistonului se creează o depresiune sub efectul căreiacilindrul se umple cu un amestec de aer şi vapori de combustibil la MAS sau cu aer la MAC.

• Timpul (cursa) II - COMPRIMAREAPistonul se deplasează de la PME către PMI, ambele supape fiind închise, comprimând

gazele aspirate anterior. La MAS, raportul de comprimare este în limitele 8,5...9,5 la sfârşitulcomprimării presiunea fiind de 20...25 bar şi temperatura de 350...450 oC. La MAC, raportulde comprimare este în limitele 15...20, la sfârşitul comprimării presiunea fiind 30...50 bar şitemperatura 650...750 oC. La sfârşitul comprimării începe arderea. La MAS aprinderea serealizează printr-o scânteie electrică produsă de bujie. La MAC se injectează combustibilul încilindru şi acesta se autoaprinde prin amestecarea cu aerul comprimat fierbinte.

• Timpul (cursa) III - DESTINDEREAPistonul se deplasează de la PMI către PME, ambele supape fiind închise. El este împins

de gazele cu presiune şi temperatură ridicate rezultate din ardere, care se destind producândlucru mecanic. La sfârşitul destinderii se deschide supapa de evacuare şi datorităsuprapresiunii existente, cilindrul se goleşte brusc în galeria de evacuare (evacuarea liberă).

• Timpul (cursa) IV - EVACUAREA Pistonul se deplasează de la PME către PMI, supapa de evacuare fiind deschisă iar cea de

admisie închisă, forţând restul de gaze din cilindru să iasă în galeria de evacuare (evacuareaforţată).

S.Dimitriu © 2011




Cele patru procese formează ciclul motor , ele desfăşurându-se pe durata a patru cursesimple efectuate de piston, respectiv două rotaţii complete ale arborelui. Comanda supapelor este realizată cu ajutorul unor came, de către mecanismul de distribuţie.

Decalarea funcţionării cilindrilor are ca scop uniformizarea momentului motor laarbore, deoarece dintre cei patru timpi de funcţionare unul singur este activ, producând lucrumecanic - destinderea.

Admisia şi evacuarea se numesc procese de schimbare a gazelor şi pentru realizarea

lor este necesar un consum de lucru mecanic.1.5. Mecanismul de distribuţie.

Mecanism de distribuţie

Cu arbore cu came lateral, tacheţi şi culbutori

Cu arbore cu came în chiulasă

S.Dimitriu © 2011

Fig. 6 Decalarea funcţionării cilindrilor

I - admisie; II - comprimare; III - aprindere; IV - evacuare

Fig. 7 Diagrama p-V a ciclului

1-2 admisia; 2-3 comprimarea; 3-4 arderea; 4-5destinderea; 5-1 evacuarea

Fig. 8 Mecanism de distribuţie cu culbutori 1-camă; 2-tachet; 3-tijă;4-şurub de reglaj; 5-piuliţă; 6-

axul culbutorilor; 7-culbutor; 8-arc; 9-supapă; 10-disc; 11-siguranţă.

Fig. 8 Mecanism de distribuţie cu arborecu came în chiulasă




2. COMPRESOARE CU PISTON

• Compresor cu piston = maşină care măreşte presiunea unui gaz, prin micşorarea

volumului său cu ajutorul unui piston aflat în mişcare rectilinie-alternativă.• Raport de comprimare (ε) = raportul de creştere al presiunii gazului la trecerea

prin maşină (dintre presiunea de refulare - pa şi cea de aspiraţie - pr ):

2.1. Clasificare

1.În funcţie de raportul de creştere al

presiunii

Compresoare cu o treaptă

Compresoare cu mai multe trepte

2. În funcţie de modul deconstrucţie

Compresoare deschise

Compresoare semiermeticeCompresoare ermetice (capsulate)

• Raportul de comprimare pe treaptă este limitat la 4≤ε pentru compresoare răcitecu aer şi la 10≤ε pentru compresoare răcite cu apă sau compresoare frigorifice.Pentru rapoarte de comprimare mai mari sunt necesare compresoare în mai multetrepte.

• Compresoarele deschise au motorul de acţionare separat de compresor, antrenareaefectuându-se prin intermediul unui cuplaj sau a unei curele de transmisie (fig.1).

• Compresoarele semiermetice au motorul introdus în interiorul carcaseicompresorului (fig.2), aceasta fiind etanşă însă demontabilă, pentru a se putea

interveni uşor în cazul în care este necesar să se schimbe unele piese.• Compresoarele ermetice sunt închise în interiorul unei capsule sudate,

nedemontabilă (fig.3), motiv pentru care se mai numesc şi compresoare capsulate.

Fig. 1 Compresoare deschise

S.Dimitriu © 2011




Fig. 2 Compresor semiermetic Fig.3 Compresor capsulat

2.2 Construcţia compresorului cu piston.

• Construcţia compresoarelor cu piston este foarte asemănătoare cu cea a motoarelor cu ardere internă, fiind alcătuite din aceleaşi părţi componente.

• Răcirea compresoarelor este făcută de obicei cu aer sau cu apă în unele cazuri.

S.Dimitriu © 2011Fig. 5 Compresor într-o treaptă răcit

cu apăFig. 6 Compresor în două trepte, răcit

cu aer




2.3 Parametrii constructivi ai compresorului- Cilindree (V s) = volumul cuprins în interiorul cilindrului între punctelemoarte:

s D

V s4

2π

= [cm3]

- Raport de comprimare (ε) = raportul dintre presiunea de refulare şi presiuneade aspiraţie a maşinii:

a

r

p

p=ε

- Volumul vătămător (V v) = volumul existent deasupra pistonului când acestase găseşte în PMI şi care trebuie să fie cât mai mic posibil;- Coeficientul volumului vătămător = raportul dintre volumul vătămător şicilindree

08,0...03,00 ==ε

s

v

V

V

Fig.7 Elemente constructive ale compresorului cu piston1-bielă; 2-supapă de aspiraţie; 3,4-pistoane; 5-placă cu supape; 6-cilindru; 7-arbore.

2.4 Principiul de funcţionareFig. 8 Principiul de funcţionare Fig. 9 Diagrama de funcţionare

S.Dimitriu © 2011

ct pV n=




• Cursa I - COMPRIMARE + REFULARECând pistonul se deplasează de la PME către PMI, supapa de aspiraţie se închide

automat ca urmare a tendinţei de creştere a presiunii (ISA) şi gazul din cilindru estecomprimat. Când presiunea sa depăşeşte presiunea din galeria de refulare r

p , se deschidesupapa de refulare (DSR) şigazul cu presiune ridicată esteevacuat în exterior. Acest

proces are loc până când pistonul ajunge la capătulcursei, în PMI.

• Cursa II -DESTINDERE + ASPIRAŢIE

Inversarea sensului mişcării, de la PMI către PME, determină închiderea automată asupapei de refulare (ISR). Cantitatea mică de gaz care rămâne închisă în volumul vătămător,la presiunea ridicată r

p nu permite deschiderea supapei de aspiraţie. Este necesar ca pistonulsă se deplaseze pe o porţiune a cursei, astfel ca mărirea de volum produsă să creeze odepresiune în cilindru faţă de presiunea a

p din galeria de aspiraţie, determinând în felulacesta deschiderea supapei de aspiraţie (DSA). Din acest moment, se aspiră gaz în interiorulcilindrului, până când pistonul ajunge în PME, la capătul cursei.

• Procesele din cilindrul compresorului se desfăşoară pe două curse simple ale

pistonului, adică la o rotaţie a arborelui.

• Gazul rămas în volumul vătămător determină întârzierea la deschidere a supapei deaspiraţie şi ca urmare, volumul aspirat este întotdeauna mai mic decât cilindreeamaşinii.

• Coeficientul de umplere = raportul dintre volumul efectiv aspirat şi cilindreeamaşinii:

−

ε−==λ 11

1

0

n

a

r

s

a

p

p

V

V (λ

= 0,7 …0,85)

2.5. Organele de distribuţie (supapele).• Supapele utilizate la compresoare sunt supapeautomate, cu arc, care se deschid şi se închiddatorită diferenţei dintre presiunea din cilindru şi

presiunea din exterior şi se prezintă înnumeroase variante constructive.

a) b)

Fig.10 Principiul constructiv al supapelor cu inele (a) sau discuri de etanşare (b).

S.Dimitriu © 2011




1-scaunul supapei; 2-inel de etanşare; 3-arc spiral; 4-limitator de cursă.

• Scaunul supapei ( fig.10 a) are formă circulară şi prezintă mai multe orificii saucanale dispuse pe câteva cercuri concentrice. Peste fiecare rând de orificii se aşeazăcâte un inel care este ţinut apăsat pe scaun cu ajutorul unor arcuri spirale. In altecazuri, în special la supapele mici, organul de etanşare este un disc ştanţat din tablăde oţel ( fig.7b) care prezintă două porţiuni ambutisate, formând două arcurilamelare.

• Supapele de aspiraţie de refulare au aceiaşi construcţie de principiu, supapa deaspiraţie având limitatorul de cursă către cilindru iar supapa de refulare avândscaunul către cilindru.

a)a)a)a)

a)a)a)a)a)a)a)a)a)

b)

Fig. 11 Supape de compresor a) supape circulare cu inele sau discuri de etanşare; b) placă cu supape lamelare.

3. ORGANE COMUNE MOTOARELOR ŞICOMPRESOARELOR

3.1 Ansamblul pieselor mobile (ambielajul)

S.Dimitriu © 2011




Pistonul • Pistonul este organul care asigură evoluţia agentului de lucru în interiorul

cilindrului, realizând şi legătura cu mecanismul bielă - arbore.Fig. 12 Părţile componente ale pistonului

1- capul pistonului; 2- regiunea port-segmenţi; 3-mantaua pistonului;4-orificiul bolţului

• La compresoare pistonul are capul plan, în timp ce la motoare capul pistonului poate avea diferite forme în funcţie de tipul motorului la care se utilizează (bombat, concav

sau cu o formă specială, incluzând o parte din camera de ardere)

Fig.13 Diferite forme ale capului pistonului la motoare.

S.Dimitriu © 2011

1

2

34




• Materiale utilizate la fabricarea pistoanelor :

- aliaje uşoare: silumin (aliaje de Al cu Si), aliaje cu Cu, etc;- aliaje grele: fontă, oţel.În general aliajele de aluminiu se utilizează la maşinile rapide, de turaţie ridicată,

iar cele de fontă la maşinile lente.

Biela• Biela este organul de legătură dintre piston şi arbore, transmiţând în cazul

motoarelor forţa cu care agentul de lucru acţionează asupra pistonului, iar în cazulcompresoarelor forţa aplicată din exterior arborelui.

Fig.14 Părţile componente ale bielei:1 - piciorul bielei; 2 - bucşa bielei (când bolţul este flotant în bielă); 3 - corpul bielei; 4 - şuruburilede bielă; 5 - capul bielei; 6 - cuzineţii de bielă; 7 - piuliţe; 8 - capacul bielei; 9 - loc pentru marcaj;

10 - orificiu pentru expulzarea uleiului pe oglinda cilindrului .

•

Bielele se realizează prin forjare în matriţă din oţeluri aliate şi sunt tratate termic.• Corpul bielei are o formă caracteristică - secţiune transversală în dublu T - în

scopul obţinerii unei greutăţi mici şi a unui modul de rezistenţă la încovoiere mare.

Arborele cotit

S.Dimitriu © 2011

12

3

4

56

78

910




Fig. 15 Arbore cotit

• La compresoare, arborele cotit are rolul de a transforma mişcarea de rotaţieimprimată de motorul de acţionare în mişcare de translaţie a pistoanelor. La motoare, arborelecotit transformă mişcarea de translaţie a pistoanelor în mişcare de rotaţie şi transmite spreutilizare momentul motor produs de forţa de presiune a gazelor.

Fig.16 Părţile componente ale arborelui cotit:1 - capătul liber care se foloseşte la montarea roţii ce antrenează mecanismul de distribuţie, precum şi elementele de etanşare pentru ulei; 2 - fusurile paliere în jurul cărora se învârte arborele cotit;

3 - fusurile manetoane de care se prind bielele; 4 - braţele arborelui cotit;5 - contragreutăţi de echilibrare; 6 - flanşa arborelui cotit pe care se montează volantul;

7 - volantul .• Se fabrică prin forjare liberă sau în matriţă din oţeluri carbon de calitate (OLC 45,

OLC 60) sau oţeluri aliate cu Mn, Mo, V, tratate termic prin cementare (în zona fusurilor) şicălire. De asemenea se poate fabrica prin turnare din fontă cu grafit nodular sau aliată. Dupăforjare sau turnare arborii se prelucrează prin aşchiere în zona fusurilor.

3.2. Ansamblul pieselor fixe (corpul maşinii)

Chiulasa – închide la partea superioară cilindrul, putând fi comună pentru mai mulţicilindri. Chiulasa conţine în interior galeriile de admisie / aspiraţie, respectiv de evacuare /refulare şi supapele de admisie / aspiraţie, respectiv evacuare / refulare. La motoare închiulasă se află si rampa culbutorilor sau arborele cu came, în cazul mecanismului dedistribuţie cu arbore în chiulasă. Etanşarea dintre chiulasă şi cilindru se realizează cu ajutorul

unor garnituri realizate de obicei din clingherit. Chiulasa se realizează prin turnare, din fontăsau din aliaj de aluminiu.

S.Dimitriu © 2011

. 3.32




a) b)Fig. 17 Chiulasa a) compresor b) motor

Cilindrii • Cilindrii formează pereţii laterali ai spaţiului de lucru. Cilindrii pot fi prelucraţi

direct în corpulmaşinii, în cazul în care acesta este realizat din

fontă şi răcit cu aer, pot avea forma unor bucşe individuale amovibile, în cazul maşinilor răcite cu apă, sau forma unor bucşe presate în corpul maşinii, în cazul în care acesta esterealizat din aluminiu.

a) b) c)Fig. 18 Cilindri

a) bloc de cilindri la un motor în V; b) cămaşă de cilindru; c) cilindru răcit cu aer.

Carterul • Carterul are rolul de a susţine cilindrii şi arborele compresorului şi de a sprijini

întreaga maşină pe fundaţie.• Există diverse variante constructive, acestea putând fi grupate în trei categorii:− corp comun cu blocul cilindrilor;− corp independent format dintr-o singură bucată;− corp independent format din două secţiuni: carterul superior care susţine lagărele

arborelui şi carterul inferior sau baia de ulei.• Carterul se confecţionează prin turnare, din fontă. La construcţiile la care partea

inferioară a carterului are rol numai de baie de ulei, aceasta se execută din tablă ambutisată.

S.Dimitriu © 2011




S.Dimitriu © 2011

1

2

3

4

5

Fig 19 Carter 1-arbore; 2-biela; 3-piston;

4-carter superior; 5-carter inferior

Fig. 20 Carterul inferior (baia de ulei)

Construcţia maşinilor cu piston Motoare cu ardere internă şi compresoare.

Documents

Transcript of Construcţia maşinilor cu piston Motoare cu ardere internă şi compresoare.