Partile Fixe Ale Mecanismului Motor

41
Părţile fixe ale mecanismului motor 1. Blocul motorului 1.1. Condiţii funcţionale Blocul motorului constituie elementul structural al motorului, determinând construcţia generală a acestuia. Conţine cilindrii în care se desfăşoară ciclul motor, prin pereţii săi exteriori închide cămaşa de răcire la motoarele răcite cu apă, pe acesta se prinde chiulasa şi susţine în lagărele sale arborele cotit şi arborele cu came. Prin pereţii blocului se transmit forţele de presiune a gazelor de la chiulasă la corpul lagărelor, reacţiunea momentului motor la şasiul autovehiculelor, iar la unele tractoare acesta constituie chiar o parte a şasiului. Pe bloc se montează toate agregatele şi instalaţiile auxiliare ale motorului: instalaţia de ungere, instalaţia de răcire, instalaţia de alimentare. 1

description

mecanica

Transcript of Partile Fixe Ale Mecanismului Motor

Page 1: Partile Fixe Ale Mecanismului Motor

Părţile fixe ale mecanismului motor

1. Blocul motorului1.1. Condiţii funcţionaleBlocul motorului constituie elementul structural al motorului, determinând construcţia

generală a acestuia. Conţine cilindrii în care se desfăşoară ciclul motor, prin pereţii săi exteriori închide cămaşa de răcire la motoarele răcite cu apă, pe acesta se prinde chiulasa şi susţine în lagărele sale arborele cotit şi arborele cu came. Prin pereţii blocului se transmit forţele de presiune a gazelor de la chiulasă la corpul lagărelor, reacţiunea momentului motor la şasiul autovehiculelor, iar la unele tractoare acesta constituie chiar o parte a şasiului. Pe bloc se montează toate agregatele şi instalaţiile auxiliare ale motorului: instalaţia de ungere, instalaţia de răcire, instalaţia de alimentare.

În timpul funcţionării, blocul motorului este supus solicitărilor forţelor de presiune a gazelor, forţelor de inerţie şi momentelor acestora care au un caracter variabil. Totodată, apar solicitări suplimentare datorită încărcării termice şi strângerii la montaj a diferitelor organe.

Datorită rolului funcţional şi condiţiilor de exploatare, pentru blocul motorului se impun anumite cerinţe: rigiditate şi stabilitate dimensională; uşurinţa montajului şi întreţinerii diferitelor părţi componente ale motorului; masă mică; formă constructivă simplă şi simplitate de fabricaţie.

1

Fig. 2.1. Motor cu cilindrii în linie.

Page 2: Partile Fixe Ale Mecanismului Motor

1.2. Construcţia blocului motorului1.2.1. Particularităţi constructive.În construcţia automobilelor şi tractoarelor cea mai largă utilizare o au motoarele cu

cilindri în linie (fig. 2.1), cu cilindri dispuşi în V (fig. 2.2) sau cu cilindri opuşi (fig. 2.3).Din punctul de vedere al montării cilindrilor, motoarele sunt cu cilindri într-o piesă

comună cu carterul, monobloc (fig. 2.1 şi 2.2) sau cu cilindri separaţi, demontabili (fig. 2.3). Construcţia monobloc este mai răspîndită la motoarele cu lichid, pe când cea cu cilindri separaţi se utilizează la motoarele răcite cu aer. În cazul construcţiei monobloc, se deosebesc mai multe soluţii, şi anume: cu cămăşi uscate (fig. 2.1), cu cămăşi umede (fig. 2.2), cu planul de separaţie a băii de ulei sub axa arborelui cotit (fig. 2.1) sau cu acest plan în planul arborelui cotit (fig. 2.2).

Întrucât construcţia motoarelor răcite cu lichid şi a celor răcite cu aer prezintă deosebiri importante, în cele ce urmează se va analiza separat construcţia blocurilor acestor motoare.

Blocul motoarelor răcite cu lichidPrincipial, o astfel de construcţie este constituită dintr-o placă superioară, 1, (fig. 2.4)

pe care se aşază chiulasa, o placă intermediară 2 în care se fixează partea inferioară a cilindrilor şi care închide cămaşa de apă pentru răcire. Aceste plăci sunt legate între ele prin pereţii exteriori longitudinali 3 şi pereţii interiori transversali 4 uniţi apoi cu pereţii carterului 5, care se leagă cu corpul lagărelor arborelui cotit 6. Se observă că blocul este un cadru de rezistenţă rigid, puternic nervurat, care asigură cerinţele impuse de condiţiile de funcţionare. Construcţia blocului motorului începe de la secţiunea transversală a unui cilindru şi se dezvoltă în direcţie longitudinală. Pentru aceasta, se stabileşte mai întâi dimensiunea cilindrului (funcţie de cursa şi alezajul adoptat), se dimensionează apoi biela şi arborele cotit,

2

Fig. 2.2. Motor cu cilindrii în V.

Page 3: Partile Fixe Ale Mecanismului Motor

având în felul acesta principalele elemente pentru determinarea distanţei de la axa arborelui cotit la faţa de aşezare a chiulasei. Pentru stabilirea spaţiului necesar mecanismului bielă-manivelă se desenează traiectoria descrisă de punetele exterioare ale bielei în mişcarea sa, după care se poate stabili forma carterului şi poziţia celorlalte organe principale.

Cunoscând posibilitatea de amplasare a şuruburilor chiulasei precum şi caracterul solicitărilor (ca urmare a executării calculului termic şi de rezistenţă), se desenează placa superioară, bosajele şuruburilor chiulasei şi pereţii de legătură între placa superioară, respectiv bosajele şuruburilor chiulasei şi carpul lagărelor arborelui cotit. Având dimensiunile capacelar de lagăr palier şi a şuruburilor acestora, trebuie să se urmărească ca şuruburile să fie cât se poate de aproape de alezajul cuzineţilor. Pentru a asigura o rezistenţă mai mare a filetului pentru şuruburile capacelor palier, acesta se execută de la 15-20 mm mai sus de axa palierului (fig. 2.4).

Se va urmări, de asemenea, ca bosajele şuruburilor chiulasei să se găsească cât mai aproape de prelungirea axei şuruburilor capacelor palier şi să fie legate între ele (fig. 2.4 şi 2.5). Pereţii camerei de lichid vor trece prin centrul bosajelar şuruburilor chiulasei, iar la motoarele cu cămăşi umede se va executa un perete de legătură transversal, care va lega pereţii camerei de lichid în dreptul bosajelor şuruburilor chiulasei. Pentru mărirea rigidităţii blocului, acest perete se va continua pînă la corpul lagărului şi va avea o secţiune în formă de I (fig. 2.5). În acelaşi mod se construieşte şi blocul motoarelor cu cilindri dispuşi în V, plăcile superioare ale celor două ramuri fiind legate prin pereţi transversali şi nervuri longitudinale de corpul lagărelor şi bosajele capacelor paliere (fig. 2.6).

Nervurile se vor racorda cu raze mari la pereţi, iar grosimea acestora va fi cu 1-2 mm mai mare decât la pereţilor exteriori ai blocului. Pentru orientare se dau în tabelul 2.1 grosimile de pereţi pentru blocuri turnate din fontă cenuşie, funcţie de diametrul cilindrului. La blocurile din aliaje uşoare, pereţii se vor face în general cu 2 mm mai groşi.

Tabelul 2.1. Grosimea pereţilor pentru blocul motor turnat din fontă cenuşieDiametrul cilindrului, în mm Grosimea pereţilor exteriori

sau ai camerei de apă, în mmGrosimea pereţilor lagărelor, în mm

80-100 4-5 5-6100-130 5-6 7-8130-150 6-7 8-10

3

Fig. 2.3. Motor cu cilindrii opuşi.

Page 4: Partile Fixe Ale Mecanismului Motor

De mare importanţă este fixarea sigură a capacelor de lagăr. Acestea se centrează lateral în bloc, înălţimea părţii de centrare fiind de 10-15 mm pentru fontă şi 15-30 mm pentru aliaje uşoare, ajustajul H7/k6 pentru fontă, respectiv H7/m6 pentru aliaje uşoare. Între suprafaţa de aşezare a capacului de lagăr şi suprafaţa de centrare laterală se face o racordare de 3-6 mm sau un şanfren de aceeaşi lăţime. Pentru centrarea axială a capacului de lagăr care conţine inelele de centrare axială a arborelui cotit se utilizează un ştift de centrare sau un guler de centrare la unul din şuruburile capacului palier. În unele cazuri este suficientă centrarea axială a arborelui cotit numai pe o jumătate de cerc (cu un singur semiinel), în acest caz nemaifiind necesară o fixare axială precisă a capacului palier.

Fixarea axială a cuzineţilor se face prin pinteni realizaţi din ştanţare, care intră în frezări ale blocului, respectiv ale capacelor de lagăr. Aceşti pinteni impiedică în acelaşi timp

4

Fig. 2.4. Bloc cu cilindrii în linie.

Page 5: Partile Fixe Ale Mecanismului Motor

rotirea semicuzineţilor în alezajul lagărelor. Unele execuţii de pinteni şi frezări în bloc, respectiv în capacul lagărelor, sunt prezentate în tabelul 2.2.

Pe feţele laterale ale blocului motorului se prevăd bosaje pentru prinderea organelor anexă, ca: filtre de ulei şi combustibil, răcitorul de ulei, pompa de combustibil etc. În partea inferioară se realizează o flanşă pe care se fixează baia de ulei; pe părţile frontale se realizează bosajele fixării carterului volantului şi capacului roţilor de distribuţie; de asemenea, tot pe bloc se fixează pompa de ulei şi pompa de apă. Întrucât mecanismul motor, mecanismul de distribuţie, şi eventualele mecanisme de echilibrare suplimentară trebuie unse, blocul asigură o parte din canalizaţia de ungere. În bloc este plasată rampa principală de ungere, cu un diametru de 12-14 mm, din care se distribuie uleiul în toate părţile prin canale cu diametrul de 6-8 mm executate direct în acesta, sau prin conducte exterioare. Pentru evitarea pericolului unor pori de turnare, la unele motoare rampa principală de ulei se execută sub forma unei ţevi de oţel, presată în bosaje ale blocului motorului.

Răcirea motorului se realizează prin circulaţia forţată a lichidului de răcire în spaţiul dintre pereţii blocului şi cilindri (formând cămaşa de răcire), de grosime 4-7 mm, precum şi în interiorul chiulasei. Circulaţia apei este asigurată de pompa de apă prin canale care, în parte, sunt conţinute tot în blocul matorului. Pentru a asigura posibilitatea curăţirii perfecte de orice urmă de nisip de turnare, camera de apă sau celelalte cavităţi trebuie să fie deschise spre exterior prin ferestre de vizitare cât mai mari, care însă să nu scadă rigiditatea piesei. Ferestrele acestea pot servi şi pentru sprijinirea miezurilor la formare şi se închid cu capace, demontabile sau nedemontabile.

Blocul motoarelor răcite cu aerParticularitatea constructivă constă în faptul că cilindrii sunt separaţi şi se montează

unul câte unul în locaşurile din carter (fig. 2.3). Datorită acestui fapt, carterul are o construcţie mai simplă decât blocul motorului, răcit cu lichid. Pentru mărirea rigidităţii, unele motoare sunt prevăzute cu carter tip tunel.

La motoarele răcite cu aer, de obicei, cilindrul şi chiulasa se prind pe bloc cu aceleaşi prezoane lungi (fig. 2.6), iar uleiul este trimis spre organele montate pe chiulasă prin conducte exterioare sau prin tijele împingătoare (fig. 2.6).

Detaliile constructive privind capacele lagărelor, fixarea cuzineţilor şi a altor organe etc. sunt cele amintite la subcapitolul privind blocul motoarelor răcite cu lichid.

5

Fig. 2.5. Bloc cu cilindrii în V.

Page 6: Partile Fixe Ale Mecanismului Motor

Tabelul 2.2. Exemplu de execuţii ale pintenilor cuzineţilor (dimensiuni în mm).Diametrul arborelui d

Grosimea cuzinetului

Lăţimea pintenului

b

Lăţimea locaşului

B

Adâncimea pintenului t

Adâncimea de frezare T

Înălţimea pintenului

h

Înălţimea de frezare

H20-40 < 1,6 4,6 4,7 1,0 1,6 4 5,640-65 1,6 4,6 4,7 1,0 1,6 5,6 765-90 > 1,6 6,1 6,3 1,4 2,0 5,6 7

Peste 90 > 1,6 9,3 9,5 1,6 2,4 8,7 10,3

Aspecte specifice ale blocului motorului turnat din aliaje uşoareÎntrucât blocul motorului este piesa cu masa cea mai mare (25-35% din masa

motorului), s-a căutat reducerea masei acestuia prin turnare din aliaje uşoare. Soluţia se aplică la unele motoarele mici şi mijlocii răcite cu lichid sau cu aer, pentru automobile. Construcţia

6

Fig. 2.6. Detaliu constructiv pentru un motor răcit cu aer.

Fig. 2.7. Detalii constructive pentru un bloc din aliaje uşoare.

Page 7: Partile Fixe Ale Mecanismului Motor

blocului motor turnat din aliaje uşoare are unele particularităţi determinate în principal, de rezistenţa mecanică mai mică a aliajelor uşoare. Pentru mărirea rezistenţei, pereţii exteriori sau interiori se nervurează mai des, formându-se o adevărată reţea de nervuri.

În fig. 2.7 se prezintă câteva detalii constructive ale bosajelor, nervurilor şi aripioarelor carterelor turnate din aliaj uşor.

1.2.2. Condiţii tehniceAvând în vedere că blocul motorului este organul structural de bază care trebuie să

asigure montarea tuturor subansamblurilor, deşi este o piesă cu gabarit şi cu masă mare, trebuie prelucrat în conformitate cu condiţiile tehnice, deoarece numai astfel se asigură condiţii egale de funcţionare a tuturor secţiunilor motorului. Pentru aceasta, în documentaţia de execuţie a blocului se prescriu condiţii tehnice care se referă la semifabricat, precizie dimensională şi de formă, poziţie reciprocă a suprafeţelor şi rugozitate. Condiţiile privind forma geometrică se indică pe desenul de execuţie al piesei ca în figura 2.8, unde orientativ, s-au dat şi unele valori admisibile ale abaterilor.

O mare atenţie la blocul motor trebuie acordată curăţirii interioare de orice urmă de nisip de turnare, mai ales din cavităţile ce nu se mai prelucrează mecanic şi prin care circulă uleiul de ungere al motorului, pentru acestea prescriindu-se operaţii de curăţire speciale, grunduire şi vopsire cu vopsea rezistentă la produse petroliere. De asemenea, la fiecare bloc se prevede proba hidraulică: pentru cămaşa de lichid, la 2 bar, cu menţinere 2 min; pentru canalizaţia de ulei, la 5 bar, menţinere 1 min.

7

Fig. 2.8. Condiţii tehnice pentru blocul motorului.

Page 8: Partile Fixe Ale Mecanismului Motor

1.3. Materiale şi semifabricate1.3.1. Caracteristicile materialelorMajoritatea blocurilor se execută din fontă cenuşie, iar la unele motoare mai mici m.a.s.

sau m.a.c. se execută din aliaje uşoare pe bază de aluminiu. În tabelul 2.3 se prezintă câteva materiale tipice.

Tabelul 2.3. Caracteristicile materialelor pentru blocul motorului şi chiulasă.Fonte cenuşii Aliaje pe bază de aluminiu

Com

pozi

ţia

chim

ică,

%

I II III

Com

pozi

ţia

chim

ică,

%

IC 3,00-3,50 3,2-3,5 3,0-3,3 Si 6,5-7,5Si 2,20-2,50 1,9-2,2 1,9-2,2 Mg 0,2-0,5Mn 0,50-0,70 0,6-0,9 0,6-,0,9 Mn 0,2-0,6P max. 0,20 0,25 0,25 Ti 0,1-0,2S max. 0,10 0,12 0,12 Al RestulCr 0,25-0,50 0,25-0,40 0,25-0,40 Fe max. 0,5Cu - - - Zn max. 0,3Mo 0,70-0,80 - - Cu max. 0,2V - - - Ni max. 0,05Ni 0,35-0,45 - - Pb max. 0,05

Sn max. 0,05Rezistenţa la tracţiune,

MPa280 280 320 Rezistenţa la

tracţiune, MPa200

Duritatea Brinell, MPa2170-2411

1700-2600

1700-2600

Duritatea Brinell, MPa

750

1.3.2. Semifabricate pentru blocul motoruluiSe obţin în exclusivitate prin turname în formă din amestec de formare, iar pentru

blocuri de gabarit mai mic din aliaje uşoare – prin turnare în cochilă. Procesul tehnologic de turnare trebuie astfel conoeput încât să se obţină un material compact, fără porozităţi sau sufluri, cu suprafeţe netede şi curate. Amestecul de formare şi de miez trebuie preparat în condiţii de acurateţă ridicată şi cu dozaje precise, dat fiind faptul că blocul prin construcţia sa necesită multe miezuri destul de mari care trebuie să aibă o rezistenţă suficienrtă şi care să se poată fixa precis în formele repective. Proiectantul blocului trebuie să aibă în vedere dificultatea deosebită a turnării unei piese atât de complicate şi trebuie să urmărească realizarea unei construcţii cât mai tehnologice, cu miezuri cât mai puţine, cu posibilitate bună de fixare a acestora, cu grosimi de pereţi cât mai uniforme şi evitarea trecerilor bruşte de secţiuni care devin noduri termice, cu posibilitatea scoaterii miezurilor de turnare din cavităţi după turnare etc. În formă se prevăd găuri de aerisire şi, în cazul în care constructiv au rezultat zone care devin noduri termice, se amplasează răcitori speciali. Formele şi miezurile se pregătesc prin ajustare, chituire şi vopsire pentru obţinerea unor suprafeţe cât mai netede la piesa turnată. După asamblare, se verifică poziţia corectă a acestora cu dipozitive speciale de control. La forma asamblată se ataşează bazinul de turnare şi se asigură forma pentru turnare.

După turnarea şi dezbaterea piesei se impun operaţiile de curăţire, tăierea maselotelor, sablare cu alice, ajustare şi pregătirea suprafeţelor de referinţă, control dimensional. O mare atenţie trebuie acordată scoaterii resturilor de amestec de formare din cavităţile care nu se mai prelucrează şi în care ajunge uleiul de ungere (de ex. camera tacheţilor).

În cazul blocurilor din fontă se face un tratament de recoacere de detensioare (STAS 2500-66), care constă în încălzire lentă (80-160°C/oră) pînă la 500-550°C, menţinere la această temperatură timp de 2-8 ore şi răcire lentă (20-50°C/oră) pînă la 200-250°C.

La blocurile din aliaje pe bază de aluminiu, în scopul obţinerii unei structuri corespunzătoare, se face o îmbătrînire artificială. Urmează o spălare (decapare), uscare cu aer cald, grunduime şi vopsire cu vopsea rezistentă la produse petroliere, după care piesa poate intra la uzinare.

8

Page 9: Partile Fixe Ale Mecanismului Motor

2. Cămaşa cilindrului2.1. Condiţii funcţionaleCămaşa cilindrului, sau cilindrul, este organul motorului în interiorul, căruia se

realizează ciclul motor fiind supus forţei de presiune a gazelor şi tensiunilor termice, suprafaţa de lucru a acestuia fiind supusă şi la un intens proces de uzură. Aceste condiţii de funcţionare impun cămăşii cilindrului următoarele cerinţe:

● rezistenţă la acţiunea (presiunea şi temperatura) fluidului motor;● rezistenţă la uzură;● rezistenţă la coroziune a suprafeţei de lucru şi a aceleia în contact cu mediul de răcire;● etanşeitate faţă de gazele din interior şi de mediul de răcire din exterior.

2.2. Construcţia cămăşii cilindrului2.2.1. Cămaşa cilindrului pentru motoare răcite cu lichidDupă modul de asamblare cu blocul motorului se disting trei soluţii constructive:- cămaşă integrală (face corp comun cu blocul cilindrilor);- cămaşă uscată;- cămaşă umedă.La proiectarea motorului, constructorul are de ales una din soluţii, cu avantajele şi

dezavantajele specifice (tabelul 2.4), alegere care hotărăşte construcţia motorului în ansamblu.

Tabelul 2.4. Avantajale şi dezavantajele diferitelor construcţii ale cămăşii cilindrului.Variante

constructiveAvantaje Dezavantaje

Cămasa integrală

Bloc de cilindri foarte rigid.Presiune uniformă între chiulasă şi bloc.Posibilitatea realizării de înălţimi mici a cilindrilor.

Pretenţii mari la turnarea blocului, tehnologii foarte bine puse la punct.Necesitatea turnării blocului dintr-un material mai scump pentru asigurarea calităţilor de frecare ale cămăşilor.

Cămaşa uscată Bloc de cilindri foarte rigid, datorită unei bune legături intre placa superioară şi pereţii lagărelor.Posibilitatea realizării celor mai mici înălţimi a cilindrilor prin decupări în partea inferioară a cămăşii pentru trecerea bielei în cazul ieşirii pistonului.Posibilitatea reparării prin înlocuirea unei cămăşi. Libertate mare la alegerea materialului cămăşii şi a blocului (excluderea execuţiei blocului din material scump).

Transfer mai slab de căldură către mediul de răcire.Prelucrare pretenţioasă a blocului şi a exteriorului cămăşii, deci cost ridicat.Realizarea unui bloc cu miezuri complicate, greu de fixat în forme, de unde posibilitatea unui rebut sporit la turnare.

Cămasa umedă Asigură cel mai bun schimb de căldură către mediul de răcire. Libertate mare la alegerea materialului cămăşii.Condiţii de reparaţii uşoare a motorului prin schimbarea unei cămăşi chiar pe autovehicul.Prelucrare în volum redus.Realizarea unui bloc cu miezuri simple şi solide, bine fixate în forme, cu posibilităţi minime de rebut la turnare.

Bloc mai puţin rigid.Grosimea pereţilor cămăşii mai mare pentru asigurarea rezistenţei necesare.

Cămaşa integrală se utilizează la m.a.s. şi rar la m.a.c. mici şi puţin solicitate.Cămaşa uscată se utilizează la m.a.s. şi la m.a.c. având diametrul cilindrului max. 125

mm. Cămaşa uscată se execută ca o bucşă simplă, presată în bloc şi prelucrată ulterior (fig. 2.9, a) cu sprijin în partea superioară (fig. 2.9, b), construcţie mai frecvent întâlnită, sau în partea inferioară (fig. 2.9, c).

9

Page 10: Partile Fixe Ale Mecanismului Motor

Pînă nu demult, cămăşile uscate, indiferent de execuţie, se presau în bloc şi după aceea se prelucrau final (execuţia este şi astăzi obligatorie pentru cazul în care blocul este din aliaje uşoare). Pentru orientare, în fig. 2.9, d sunt prezentate toleranţele de execuţie ale locaşurilor din bloc şi a cămăşilor uscate presate (dimensiunile sunt în milimetri).

În ultimul timp, pentru a uşura reparaţia motoarelor, chiar fără demontarea acestora de pe autovehicul, s-a realizat cămaşa uscată liberă, aşa-numita “slip-fit” (fig. 2.10), care se uzinează definitiv, atât la interior, cât şi la exterior, apoi se introduce uşor cu mîna în alezajul precis prelucrat (honuit) din bloc.

Deoarece cămaşa uscată liberă, în principiu, nu trebuie să transmită forţa gazelor, grosimea acesteia în stare finală este de 2-3,5 mm. Foarte important este modul de prelucrare a blocului în partea de aşezare a umărului cămăşii, precum şi prelucrarea acestui umăr pentru evitarea deformării cămăşii la strîngerea cu chiulasa. În detaliul din fig. 2.10 se pot observa cotele şi toleranţele de prelucrare a umărului, precum şi modul corect de montare a cămăşii în bloc.

Camera de răcire trebuie astfel plasată încât să depăşească în partea de sus zona primului segment când pistonul se află la p.m.i., iar în partea de jos să depăsească zona ultimului segment de ungere când pistonul se află la p.m.e. (fig. 2.10).

Şuruburile de prindere a chiulasei nu se fixează în pereţii exteriori ai blocului, în felul acesta asigurîndu-se o răcire mai bună a cămăşii în partea superioară.

Cămaşa umedă se utilizează atât la m.a.s. cât şi la m.a.c. Particularitatea constructivă de bază a cămăşii umede este aceea că, fiind în legătură directă cu mediul de răcire, pe lângă faptul că trebuie să reziste la forţa gazelor, trebuie să realizeze şi etanşarea faţă de mediul de răcire în părţile superioară şi inferioară. Funcţie de modul de fixare în bloc şi de felul în care se face etanşarea, se deosebesc trei soluţii constructive, (fig. 2.11).

10

Fig. 2.9. Forme constructive ale cămăşii uscate.

Page 11: Partile Fixe Ale Mecanismului Motor

Cămaşa cu umăr în partea de sus (fig. 2.11, a) realizează prin acesta şi etanşarea faţă de mediul de răcire. În partea inferioară, cămaşa este numai ghidată, iar etanşarea se realizează cu inele O de cauciuc.

Cămaşa cu sprijin în partea de jos (fig. 2.11, b) prezintă avantajul celei mai bune răciri a acesteia la partea superioară însă, datorită faptului că forţa de apăsare se transmite pe toată lungimea, poate apărea deformarea cămăşii, fapt pentru. care se utiliează mai ales la m.a.s. mici, unde presiunile maxime de ardere sunt mai reduse. Construcţia mai are avantajul, unui bloc foarte simplu, cu un singur miez, pretându-se chiar la turnare în cochilă. În partea inferioară, aceste cămăşi se etanşează cu un inel de cupru sau hârtie, iar la partea superioară

etanşarea se face prin garnitura de chiulasă, blocul fiind fără placă superioară.

Soluţia intermediară între variantele prezentate este cea din fig. 2.11, c, unde sprijinirea se face pe un umăr plasat aproximativ la un sfert din cursa pistonului, asigurându-se astfel o răcire bună a părţii superioare a cămăşii. În acelaşi timp, se scurtează partea care transmite apăsarea, de unde rezultă un pericol mai mic de deformare a cămăşii.

Întrucât cămaşa umedă trebuie să reziste la forţa de presiune a gazelor, grosimea acesteia este mai mare ca la cămaşa uscată, la proiectare putîndu-se adoptă o grosime de 0,05-0,06 din diametrul cilindrului. Trecerea de la umăr la partea cilindrică se face cu o porţiune

11

Fig. 2.10. Execuţia cămăşii uscate libere.

Fig. 2.11. Diferite solutii constructive de cămăşi umede.

a b c

Page 12: Partile Fixe Ale Mecanismului Motor

conică, cu o înclinare de 2-5°, pe lungimea de 20-30 mm, iar racordarea la umăr cu o rază de 1-2 mm. Suprafaţa de aşezare a gulerului, atât la cămaşă, cât şi în locaşul din bloc, trebuie să fie plană şi perpendiculară pe axa cămăşii, rugozitatea admisă pentru această suprafaţa fiind Ra=0,8 μm. La proiectare, trebuie avut în vedere ca umărul de sprijin şi ghidare a cămăşii să dea o încovoiere minimă a cămăşii, ca urmare a strîngerii chiulasei.

Cămaşa trebuie să deapăşească faţa de sus a blocului cu 0,06-0,15 mm, funcţie de materialul garniturii de chiulasă. Pentru protejarea garniturii de chiulasă, la acţiunea gazelor fierbinţi, unele cămăşi se execută cu o supraînălţare, dimensionată funcţie de grosimea şi elasticitatea garniturii de chiulasă.

Ca şi la cămăşile uscate, camera de răcire trebuie să se întindă peste zona primului segment, când pistonul se află la p.m.i. şi sub zona ultimului segment de ungere când pistonul se află la p.m.e.

2.2.2. Cămaşa cilindrului pentru motoare răcite cu aerParticularitatea constructivă a acestor cămăşi constă în aceea că sunt prevăzute la

exterior cu aripioare de răcire. Dimensionarea acestora se face în aşa fel încât temperatura cămăşii să nu depăşească 200°C. Înălţimea şi numărul aripioarelor sunt impuse de debitul ventilatorului şi posibilităţile tehnologice de realizare a acestora. De obicei, aripioarele se toarnă în forme din amestec de formare sau în cochilă, putîndu-se obţine un pas de 6-8 mm şi grosimi la vîrf de 1,5 mm, pentru diametre ale cilindrului sub 100 mm şi de 2-2,5 mm, pentru diametre mai mari. Flancurile aripioarelor se fac înclinate cu 2-3°, iar 1a bază se racordează bine.

Cămăşile de cilindru (fig. 2.12), se toarnă de obicei din fontă dar pentru îmbunătăţirea schimbului de căldură se execută şi cămăşi din materiale cu conductibilitate mai mare (aliaje de aluminiu). Acestea însă au dezavantajul că necesită în mod obligatoriu durificarea suprafeţei de lucru. La m.a.s. mai mici se poate realiza cromarea interioară. Soluţia cu cea mai mare aplicabilitate pe scară industrială constă în realizarea unei cămăşi din fontă sau oţel, având o manta exterioară cu aripioare din aliaje uşoare. În fig. 2.12, b se prezintă o cămaşă din fontă având presată o manta cu aripioare din aliaje uşoare, iar în fig 2.12, c cămaşa din fontă înglobată la turnare în mantaua cu aripioare din aliaje uşoare.

În principiu, indiferent de procedeul de realizare al cămăşii, se recomandă anumite prescripţii constructive:

● peretele cămăşii trebuie să aibă grosime~a de (0,06-0,07) D, dată fiind deformarea mai mare a acestei cămăşi, faţă de cea a motoarelor răcite cu apă;

● este necesar să se asigure aripioare pînă deasupra primului segment când pistonul se află la p.m.i. şi pînă sub ultimul segment de ungere când pistonul se află la p.m.e.;

12

Fig. 2.12. Variante constructive ale cămăşii de cilindru răcite cu aer.

a b c

Page 13: Partile Fixe Ale Mecanismului Motor

● la partea de fixare în bloc, diametrul trebuie să fie pe cât posibil egal cu al cămăşii, realizîndu-se un ajustaj H7/f7. În această zonă, cămaşa se prevede cu un guler de lăţime (0,05-0,06) D, iar sub guler un diametru cu 0,5-1 mm mai mic;

● la partea de asamblare cu chiulasa, grosimea cămăşii trebuie să rămînă cel puţin (0,03-0,04) D, iar înălţimea părţii de centrare să fie de 10-15 mm. Pentru o uşoară demontare a chiulasei, ajustajului umărului se prevede H8/e9 sau se execută puţin conic. În orice caz, trebuie să se asigure o lăţime de etanşare de (0,04-0,06) D.

2.2.3. Elemente de etanşare a cilindrilorCilindrul, ca spaţiu în care se desfăşoară ciclul motor, trebuie etanşat faţă de gaze în

zona de contact cu chiulasa şi faţă de lichidul de răcire în zona de fixare în bloc.Etanşarea faţă de gaze. La asamblarea cu chiulasa se realizează etanşarea prin

garnitura de chiulasă, care poate fi sub forma unei plăci (fig. 2.13, a şi b), sau sub forma unei garnituri inelare (fig. 2.13, c şi d). Materialul pentru garnitura de chiulasă este, în general, pe bază de azbest. Pentru a-i mări rezistenţa acesta este armat cu o placă intermediară de cupru sau oţel. Decupările corespunzătoare cilindrilor sunt armate cu un inel metalic din tablă de cupru sau oţel (fig. 2.13, a). Grosimea peste aceste armături în stare nemontată a garniturii trebuie să fie mai mare decât a materialului de bază cu 0,1-0,15 mm. Pentru m.a.c. mai mult încărcate, se execută garnituri care în interiorul armăturii din tablă mai au un inel de protecţie de oţel (fig. 2.13, b), care trebuie să rămînă sub cota garniturii montate cu 0,05-0,15 mm. Pentru orificiile de circulaţie a uleiului şi lichidului de răcire între bloc şi chiulasă, decupările se execută cu 1-1,5 mm mai mari pe rază, în scopul evitării efectului de diafragmă la scurgerea acestor fluide. La nevoie şi aceste decupări se pot arma cu inele de tablă ca şi la decupările pentru cilindri. De asemenea, pentru ca strîngerea să fie mai uniformă, filetarea găurilor din bloc pentru şuruburile de fixare a chiulasei se face de la 5-12 mm mai jos decât faţa de aşezare a garniturii, iar decupările din garnitură se fac cu un diametru mai mare cu 1-2 mm decât diametrul şurubului. Pentru a realiza o presiune medie de strîngere a garniturii de 15-30 MPa, în garnitură se fac decupări suplimentare (fig. 2.13, a). Detalii privind montajul garniturii se pot observa şi în fig. 2.10 şi 2.15.

13

Fig. 2.13. Etanşarea cămăşii cilindrului faţă de gaze.

Page 14: Partile Fixe Ale Mecanismului Motor

Etanşarea cu garnituri inelare (fig. 2.13, c) se face mai ales la motoarele răcite cu aer, inelele executîndu-se din cupru sau aluminiu. La motoarele cu chiulase pentru câte un cilindru se poate realiza, cu rezultate bune, etanşarea din fig. 2.13, d, cu un inel profilat din cauciuc siliconic aşezat într-un canal frontal executat în cămaşa cilindrului. La această soluţie constructivă, strîngerea chiulasei se face direct pe cămaşa cilindrului, excluzîndu-se posibilitatea arderii garniturii. La soluţiile din fig. 2.13, c şi 2.13, d, etanşarea orificiilor pentru circulaţia fluidelor de la bloc spre chiulasă se face prin inele O din cauciuc siliconic. Pentru orientare, în tabelul 2.5 se dau câteva caracteristici ale unor materiale folosite la construcţia garniturilor de chiulasă.

Tabelul 2.5. Caracteristicile unor materiale pentru garnituri de chiulasă

DenumireaRezistenţa la temperatură, °C Presiunea de

strângere minimă, MPa

Deformarea utilă, %

Fără bordură Cu bordură Plastică Elastică

Metal masiv >500 - >100 0,2 -Oţel stratificat - 500 >100 0,5 0,2Tablă de oţel 350 - > 100 0,5 0,2Azbest armat cu oţel - 350 50 1,5 0,8Azbest armat cu cupru - 300 30 2 0,8Didur 250 300 25 5 2Ferrolastic - 300 15 10 3

Etanşarea faţă de lichidul de răcire. La cămăşile cu umăr de sprijin în partea de sus, etanşarea la partea inferioară se face prin inele de cauciuc plasate în canale executate în cămaşă (fig. 2.14, a) sau în canale plasate în bloc (fig. 1.24, b). La cămăşile cu sprijin în partea de jos, etanşarea se face cu garnituri din hîrtie prin care se reglează şi înălţimea cămăşilor faţă de suprafaţa blocului motor, care trebuie să fie egală la toate cămăşile unui motor (fig. 2.14, c).

Pentru orientare, în tabelul 2.6 se dau câteva dimensiuni uzuale de canale şi inele. Pentru o uşoară montare şi evitarea distrugerii inelelor la montaj, diametrul porţiunii care cuprinde inelele trebuie să fie mai mic cu 0,5-1 mm decât diametrul de sub umărul cămăşii.

14

Tabelul 2.6. Dimensiunile canalelor pentruinele de etanşare.

Dm, mmDimensiuni

d, mm d după SAE… 120 3 2,62

100-150 4 3,53150 … 4-5,7 3,53-5,33

Inel OLăţimea canalului

Adâncimea

d, mm

Tole-ranţe

b, mm

Tole-ranţe

t, mm

Tole-ranţe

2,62 ±0,07 3,6 ±0,1 2,3 ±0,053 ±0,1 4,2 ±0,1 2,5 ±0,053,53 ±0,1 4,8 ±0,1 3,1 ±0,054 ±0,1 5,4 ±0,1 3,5 ±0,055,53 ±0,12 7,2 ±0,2 4,8 ±0,15,7 ±0,12 7,7 ±0,2 5 ±0,1

Presiunea, bar Duritatea, °Shpînă la 10 55

10-20 65-70peste 20 80-85

Page 15: Partile Fixe Ale Mecanismului Motor

Pentru evitarea coroziunii de interstiţiu, se execută un canal între inele, care adună scăpările de apă şi le evacuează prin orificii spre exteriorul blocului. De asemenea, pentru evitarea coroziunii prin cavitaţie, în zona inelelor se montează un al treilea inel de cauciuc la începutul zonei inelelor (fig. 2.14, a).

La cămăşile umede apare frecvent fenomenul de corodare datorită cavitaţiei. Pentru evitarea acestui fenomen, se poate acţiona astfel:

● utilizarea unei grosimi de perete de (0,065-0,07) D şi un material cu un modul de elasticitate cât mai mare, în felul acesta reducându-se amplitudinea vibraţiei pereţilor cămăşii;

● realizarea de suprafeţe în contact cu apa cât mai deschise, fără strangulări şi spaţii moarte;

● cromarea suprafeţelor exterioare ale cămăşii cu strat de crom dur şi fără pori de 0,25 mm grosime.

2.2.4. Condiţii tehnicePentru semifabricat se prescriu condiţii privind respectarea compoziţiei chimice, iar

pentru piesa finită condiţii referitoare la precizia dimensională, forma geometrică, rugozitatea suprafeţei cilindrice interioare şi a gulerelor de centrare. Se mai prescriu condiţii de duritate şi alte caracteristici ale straturilor superficiale obţinute prin tratamente termochimice (nitrurare,

15

Fig. 2.14. Etanşarea cămăşii cilindrului la partea inferioară.

Fig. 2.15. Desenul de execuţie al unei cămăşi umede.

a b c

Page 16: Partile Fixe Ale Mecanismului Motor

fosfatare. cromare), precum şi condiţii de verificare la etanşeitate prin probe de presiune (de obicei la 5-10 bar).

În fig 2.15 este prezentat desenul de execuţie al unei cămăşi umede, cu diametrul de

115 mm, precum şi detaliul de prelucrare a degajării din bloc, din care rezultă condiţiile deosebite ce se impun pentru corecta montare a acesteia (v. şi tabelul 2.7). Tabelul 2.7. Condiţii tehnice pentru cămaşa umedă.

AbatereaValori

Cămaşă cu sprijin la partea superioară

Cămaşă cu sprijin la partea inferioară

A 0,03 – 0,06 –B 0,010 – 0,015 –C 0,010 – 0,015 –D 0,010 –E 0,010 – 0,030 –F – 0,2 – 0,3G – 0,04/10 mmH – 0,04 – 0,06I – 0,010 – 0,015J – 0,010 – 0,015K 0,010 0,010L 0,015 – 0,020 0,010

2.3. Materiale şi semifabricate2.3.1. Caracteristicile materialelorMaterialul cămăşii trebuie să asigure rezistenţă la solicitări dinamice şi mai ales la

uzură, ţinînd seama că funcţionează în condiţii de frecare deosebit de nefavorabile. Se impune utilizarea unor materiale speciale, fapt îngreunat în cazul soluţiilor constructive la care cămaşa face corp comun cu blocul motorului. Materialul cel mai folosit este fonta cenuşie aliată, de obicei, cu crom, care asigură o rezistenţă sporită la uzură.

În tabelul 2.8 se prezintă unele materiale pentru cămăşi uscate sau umede, grupate după proprietăţile determinate de elementele de aliere.

16

Page 17: Partile Fixe Ale Mecanismului Motor

Tabelul 2.8. Fonte apeciale pentru cămăşi turnate centrifugalAliată cu Cr

standardAliată cu Cr cu rezistenţă

mare la frecare

Aliată cu Cr-Ni cu

rezistenţă sporită la frecare şi

rezistenţă la solicitări mecanice

Aliată cu Cr-Mo cu

rezistenţă sporită la frecare şi

rezistenţă la solicitări termice

Aliată cu Cr-Mo cu

conţinut mare de carbon şi foarte bune

proprietăţi de alunecare

Compoziţia chimică, %C 3,20-3,50 3,20-3,50 3,20-3,50 3,20-3,50 3,80-4,30Si 1,80-2,20 1,80-2,20 1,80-2,20 1,80-2,20 1,00-1,40

Mn 0,60-1,00 0,60-1,00 0,60-1,00 0,60-1,00 0,10-0,35P 0,30-0,50 0,50-0,90 0,30-0,50 0,30-0,50 0,10-0,40S max. 0,07 max. 0,07 max. 0,07 max. 0,07 max. 0,04Cr 0,20-0,50 0,20-0,50 0,20-0,50 0,20-0,50 0,20-0,40Ni - - 0,50-0,80 - -Mo - - - 0,30-0,60 0,20-0,60Cu - - - - 0,40-0,80Sn - - - - 0,40-0,60

Caracteristicile mecaniceDuritatea, HB 200-260 220-280 220-280 230-290 180-240Rezist. la înco-

voiere, MPamin. 440 min. 420 min. 480 min. 460 min. 400

Rezistenţa la întindere, MPa

min. 240 min. 220 min. 260 min. 280 min. 200

2.3.2. Semifabricate pentru cămăşile de cilindruProcedeul modern cel mai des întâlnit de realizare a cămăşilor de cilindru din fontă

specială este turnarea centrifugală. Prin acest procedeu, se realizează cămăşi lipsite de pori şi cu adaosuri de prelucrare minime. De obicei, turnarea se face pe maşini de turnat cu mai multe posturi, tip carusel, grosimea peretelui asigurîndu-se prin cantitatea de metal introdusă în formă. Nu se exclud nici alte procedee de turnare statică în forme metalice ~ sau amestec de formare. În acest caz, turnarea se face în poziţie verticală.

Întrucât răcirea cămăşilor se face rapid, trebuie mărit conţinutul de siliciu (1,8-2,2%), care are rol de grafitizare şi conţinutu1 de fosfor (0,3-0,9%) pentru mărirea fluidităţii. Pentru evitarea apariţiei fontei albe, ca urmare a răcirii prea rapide a cămăşilor la exterior, formele metalice se căptuşesc cu un strat termoizolator. Adaosurile de prelucrare sunt în funcţie de mărimea cămăşii şi procedeul de turnare şi au valori începînd cu 3-5 mm.

Duritatea cămăşilor la majoritatea fontelor speciale, variază în limitele 200-280 HB (tabelul 2.8).

2.3.3. Tratamente de suprafaţă şi acoperiri de protecţiePentru mărirea durabilităţii cămăşilor de cilindru, unele firme execută o nitrurare în băi

de săruri (de ex. nitrurarea după procedeul Tenifer: temperatura 570±10°C şi durata 180 min), operaţie ce se introduce după honuirea de degroşare.

În vederea îmbunătăţirii rodării cămăşilor după honuirea finală, se execută fosfatare a suprafeţei de lucru. După această operaţie nu se mai admite decât decaparea cu soluţie de acid sulfuric 15% timp de 1 min. Pentru mărirea durabilităţii şi păstrării formei, cămăşile din aliaje uşoare se cromează sau se metalizează. Cromul se depune electrolitic, iar metalizarea se face cu oţel. Ambele straturi au pe suprarfaţă pori care reţin uleiul, util în perioada de rodaj. Stratul de crom depus electrolitic direct pe suprafaţa cilindrului din aliaje uşoare trebuie să aibă grosimea de 50-60 μm. La metalizare, se depune mai întâi un strat intermediar de molibden de

17

Page 18: Partile Fixe Ale Mecanismului Motor

20-30 μm, care asigură o legătură bună între oţel şi aliajul uşor, iar apoi pînă la grosimea de 50-90 μm se depune un strat de oţel special.

Totuşi, cel mai utilizat procedeu este înglobarea la turnarea cilindrilor din aliaje uşoare a unor bucşe din fontă specială. Cămaşa cilindrului, care este din fontă, se execută în partea exterioară cu o rugozitate foarte mare şi se introduce în forma de turnare a cilindrului, astfel încât în timpul turnării se produce o înglobare a acesteia de către masa de aliaj uşor.

Pentru realizarea unei îmbinări intime între oţel (fontă) şi aliajul uşor, care se oxidează foarte repede, s-a elaborat procedeul ALFIN, care constă în realizarea unui strat nemetalic intermediar din FexAly oare interacţionează atât cu aluminiul, cât şi cu oţelul. Stratul intermetalic este de obicei de grosime 0,02-0,03 mm, având o rezistenţă la tracţiune de 80-120 MPa, iar la forfecare o rezistenţă de 40-60 MPa. Procedeul se poate aplica şi la alte cupluri de metale, în afară de oţel şi aluminiu, ca de ex.: titan şi nichel în loc de oţel şi magneziu sau aliaj de magneziu în loc de aluminiu, dar nu se pretează la turnarea în cochilă.

3. Chiulasa3.1. Condiţii funcţionaleChiulasa, împreună cu cilindrul şi pistonul, formează spaţiul închis în care evoluează

fluidul motor. În chiulasă se amplasează, după caz, camera de ardere, se află orificiile pentru bujii sau injectare şi canalele de distribuţie a gazelor. De asemenea, chiulasa este locul de montare a unor piese din mecanismul de distribuţie. Datorită acestor particularităţi, chiulasa este o piesă de dimensiuni mari, cu o pondere însemnată (12-15%) asupra masei motorului.

În timpul funcţionării, chiulasa este supusă sarcinilor mecanice, datorită forţei de presi-une a gazelor şi forţei de strîngere a şuruburilor. Totodată, din cauza încălzirii inegale a diferi-telor zone (diferenţa de temperatură ajunge pînă la 100-200°C), chiulasa este supusă unor im-portante tensiuni termice, care pot provoca deformări şi fisurări ale acesteia. Tensiuni supli-mentare sunt determinate de prezenţa unor părţi constructive care se montează pe chiulasă.

Pentru a asigura condiţii normale de funcţionare, chiulasei i se impun anumite cerinţe:● rigiditate, pentru a asigura etanşeitatea faţă de gaze;● rezistenţă mecanică şi termică ridicată la o masă cât mai mică;● realizarea unei distribuţii cât mai uniforme a temperaturii, asigurînd la punctele de

solicitare termică transmiterea căldurii prin dirijarea cât mai eficientă a agentului de răcire;

● posibilitatea realizării formei optime a camerei de ardere şi dirijarea convenabilă a canalelor pentru distribuţia gazelor;

● amplasarea şuruburilor să poată asigura o presiune de etanşare uniformă, forţele de strîngere să nu deformeze cămaşa cilindrului, iar amplasarea bosajelor şuruburilor să nu împiedice răcirea uniformă a cilindrilor.

3.2. Construcţia chiulaseiConstrucţia chiulasei depinde de tipul motorului, de forma camerei de ardere, de

amplasarea supapelor şi traseul canalelor de distribuţie a gazelor, şi de sistemul de răcire. Pe lângă aceste deosebiri, există şi unele elemente comune tuturor tipurilor constructive.

3.2.1. Chiulase pentru motoare răcite cu lichidDiferitele particularităţi constructive sunt determinate de tipul motorului şi forma

camerei de ardere.Camera de ardere. La m.a.s., datorită alezajelor relativ mici ale cilindrilor, se

utilizează chiulasa monobloc (fig. 2.16). Camerele de ardere se amenajează în corelaţie cu canalele de admisie şi evacuare, asigurînd, în acest fel, indici energetici înalţi şi condiţii optime de schimbare a gazelor. S-au dezvoltat mai mult camerele de ardere tip pană (fig. 2.16) şi tip acoperiş (fig. 2.17), care sunt mai compacte.

La m.a.c., în cazul alezajelor mici, se utilizează chiulase comune pentru toţi cilindrii (fig. 2.18) sau pentru un grup de cilindri. La alezaje peste 130 mm, chiulasa individuală este mai indicată deoarece se reduc tensiunile termice.

18

Page 19: Partile Fixe Ale Mecanismului Motor

La m.a.c. cu injecţie directă, chiulasa are a construcţie relativ simplă (fig. 2.18), deoarece camerele de ardere sunt amplasate în piston. În cazul camerelor separate, construcţia camerei se complică.

Camerele de preardere (fig. 2.19) se montează din partea exterioară a chiulasei.Canalele pentru distribuţia gazelor. Geometria şi traseul acestor canale trebuie să

asigure eficienţa maximă a proceselor de schimbare a gazelor. Din această condiţie, diametrul d al suprafeţei tronconice controlate de supapă (fig. 2.20), care este egal cu diametrul mare al capului supapei se stabileşte la valoarea , rezultând pentru diametrul canalului , care este egal cu diametrul mic al capului supapei, valoarea .

19

Fig. 2.16. Chiulasa m.a.s. ARO-L25.

Fig. 2.17. Chiulasa motorului Peugeot J7.

Page 20: Partile Fixe Ale Mecanismului Motor

Diametrul canalului de admisie se face cu 10-20% mai mare decât diametrul canalului de evacuare, pentru îmbunătăţirea coeficientului de umplere.

Dimensiunile determinate pentru canalele de trecere a gazelor se verifică din condiţia vitezei medii convenţionale admise. În secţiunea controlată de supapă, în ipoteza că supapa rămîne complet deschisă în decursul admisiei sau evacuării, =70...90 m/s la admisie şi

=80... 110 m/s la evacuare. Într-o secţiune oarecare a canalului, = =40...80 m/s la admisie

şi =70...100 m/s la evacuare.Canalele se execută cu secţiune variabilă descrescătoare spre orificiul supapei (fig.

2.21) pentru a reduce pierderile gazodinamice. Experienţa arată că raza de curbură a canalului la ieşirea de la scaunul supapei nu trebuie să fie prea mică, ci trebuie să aibă valoarea de aproximativ 0,5-0,6 din diametrul scaunului supapei.

În cazul m.a.c. cu injecţie directă, îmbunătăţirea formării amestecului pe seama organizării mişcării aerului se obţine prin dirijarea adecvată a canalelor (v. fig. 2.18). Efectul se amplifică în cazul canalelor de admisie în formă de spirală (fig. 2.22).

Principial, în cazul m.a.s. canalele de admisie şi de evacuare se dirijează de aceeaşi parte a chiulasei (fig. 2.16) pentru a favoriza preîncălzirea încărcăturii proaspete. La m.a.c., cele două tipuri de canale se dirijează spre ambele părţi ale chiulasei pentru a evita încălzirea aerului admis, care ar micşora umplerea.

Plasarea supapelor. Secţiunile maxime controlate de supape se obţin când acestea sunt plasate la mijlocul cilindrilor. Din cauza prezenţei camerei de ardere şi a locaşului pentru bujie sau injector, supapele se deplasează faţă de această poziţie. Pentru a evita micşorarea coeficientului de umplere, distanţa dintre supapa de admisie şi peretele cilindrului trebuie să

20

Fig. 2.18. Chiulasă monobloc pentru un m.a.c. cu injecţie directă.

Fig. 2.19. Chiulasă cu cameră de preardere.

Fig. 2.20. Schemă pentru determinareasecţiunii canalelor.

Page 21: Partile Fixe Ale Mecanismului Motor

fie de cel puţin (0,015...0,02) D. Efecte favorabile privind umplerea şi arhitectura camerei de ardere se obţin când supapele sunt înclinate.

Plasarea şuruburilor. Orificiile pentru trecerea şuruburilor de chiulasă (fig. 2.18) trebuie repartizate cât mai uniform şi cât mai apropiat în jurul alezajului cilindrului. În acelaşi timp, acestea trebuie puse în concordanţă cu pereţii din carterul motorului pentru ca fluxul de forţe să aibă o acţiune cât mai directă spre şuruburile lagărelor. De aici rezultă că şuruburile chiulasei trebuie aşezate aproape de planul pereţilor lagărelor. Pe de altă parte, trebuie avut grijă ca bosajele şuruburilor să fie suficient de depărtate de cilindru pentru a nu împiedica răcirea uniformă a cilindrului. Chiulasa se va monta pe bloc prin cel puţin patru şuruburi repartizate uniform, care să asigure o presiune mult superioară presiunii maxime a gazelor.

Cămaşa de apă. Pentru ca răcirea să fie eficientă, este necesar ca circuitul apei să fie cât mai simplu şi cât mai puţin ramificat. Ieşirea apei din chiulasă trebuie condusă spre punctul cel mai de sus pentru a permite evacuarea totală a aerului sau a vaporilor formaţi. Apa trebuie să circule cu o viteză de cel puţin 15 m/s în lungul tuturor pereţilor; această viteză asigură o bună răcire prin convecţie şi evacuarea imediată a bulelor de vapori.

Camera de ardere trebuie răcită pe o suprafaţă cât mai mare. Canalul de evacuare trebuie înconjurat de camera de apă pe întreaga lungime. Bosajul ghidului supapei de evacuare trebuie să fie cât mai bine udat pe contur şi cât mai jos posibil (fig. 2.24 şi 2.25), asigurînd o răcire cât mai bună a zonei cuprinse între supape şi de asemenea a zonei dintre supapa de evacuare şi injector.

Bosajul bujiei se înconjoară din toate părţile de lichidul de răcire (fig. 2.17). Când spălarea este parţială, pentru îmbunătăţirea evacuării căldurii, bosajele trebuie făcute masive. Pentru a evita apariţia arderii cu detonaţie, bosajul bujiei se amplasează între supape, mai aproape de supapa de evacuare.

La m.a.c., injectoarele se montează în locaşuri turnate şi prelucrate în chiulasă (fig. 2.18, fig. 2.19) sau în cămăşi de cupru cu pereţi subţiri, ceea ce favorizează în mod simţitor condiţiile de răcire. Pentru a se îmbunătăţi posibilităţile de amplasare a supapelor, injectorul se montează înclinat şi excentric faţă de axa cilindrului.

21

Fig. 2.21. Variaţia secţiunii pentru un canal de admisie.

Fig. 2.22. Canal de admisie în spirală.

Page 22: Partile Fixe Ale Mecanismului Motor

Parametrii constructivi. Chiulasa trebuie să se caracterizeze printr-o mare rigiditate, care se obţine atât prin grosimea pereţilor, cât şi prin pereţii interiori ai diferitelor cavităţi. Pe baza datelor statistice după construcţii existente, se pot face anumite recomandări.

Grosimea peretelui suprafeţei de aşezare pe blocul cilindrilor trebuie să fie de (0,08...0,10) D, în medie 8-10 mm. Grosimea celorlalţi pereţi este de 5-7 mm, funcţie şi de alezajul cilindrului. Pentru chiulasele din aluminiu, pereţii sunt cu 1-2 mm mai groşi. Din cauza rezistenţei miezurilor, distanţa între pereţii curbi nu trebuie să fie mai mică de 8 mm. Grosimea spaţiilor pentru apă între pereţii chiulasei şi a diferitelor canale este de 12-14 mm. Pentru a asigura rigiditatea necesară, înălţimea chiulasei, fără a exagera, trebuie să fie suficient de mare; se apreciază normală înălţimea de (0,95-1,10) D. Lăţimea chiulasei rar depăşeşte lăţimea blocului cilindrilor.

Masa chiulasei reprezintă 12-13% din masa motorului în cazul fontei şi 9-10% în cazul aluminiului. Raportată la unitatea de lungime este de 0,40-0,50 kg/cm.

Scaunul supapei. Se prelucrează direct în chiulasă sau într-o piesă separată sub formă de inel, presată în locaşuri amenajate corespunzător (fîg. 2.25). În cazul general, grosimea

peretelui inelului este de (0,08-0,10)dc, iar înălţimea este de (0,22-0,25)dc. Inelele se montează cu o strângere mică (0,015-0,035 din diametrul exterior), în limitele 0,045-0,115 mm, deoarece în timpul lucrului datorită încălzirii, strîngerea se măreşte.

În cazul chiulasei din fontă, inelele separate se folosesc mai ales pentru supapele de evacuare (fig. 2.24) şi mai rar pentru supapele de admisie (îndeosebi la m.a.c.). La chiulasele de aluminiu, inelele separate se prevăd pentru ambele supape. Inelele se execută din fontă refractară, bronz de aluminiu sau oţel refractar. În cazul când este necesar să se obţină o stabilitate înaltă la coroziune, suprafaţa scaunului se acoperă cu un strat de stelit sau alt material dur.

Ghidul supapei. Are rolul de a dirija supapele în mişcarea lor şi totodată de a uşura răcirea acesteia. Are forma unei bucşe (fig. 2.24) şi se presează în locaş.

Lungimea ghidului trebuie să fie de aproximativ şapte ori diametrul tijei supapei, astfel reducându-se la minim presiunea laterală care provine din acţiunea de frecare a culbutorului pe capătul supapei.

Ajustajul la presare este de 0,003-0,005 din diamtrul său exterior. Grosimea peretelui este de 2,5-4 mm. Jocul dintre tija supapei şi ghid, pentru a uşura evacuarea căldurii, trebuie redus la minim; în schimb creşte pericolul de gripaj. După date experimentale, se acceptă mărimea jocului (0,005-0,010) pentru supapa de admisie şi (0,0080,012) pentru supapa de evacuare, fiind diametrul tijei supapei. În general, jocul este cuprins în limitele 50-100 μm.

Un exemplu privind cotele şi condţiiile tehnice pentru ghidul supapei este arătat în fig. 2.25.

22

Fig. 2.23. Dimensiuni şi toleranţe pentru scaune de supape.

Page 23: Partile Fixe Ale Mecanismului Motor

Ghidul supapei, datorită condiţiilor de lucru, trebuie să se execute din materiale cu proprietăţi antifricţiune, rezistente la temperaturi înalte.

Astfel de materiale sunt fonta refractară şi bronzul refractar. Dintre calităţile de bronz se folosesc bronzul cu aluminiu (9-15% Al), bronzul silicios (3-5% Si) şi bronzul fosforos.

3.2.2. Aspecte specifice ale chiulaselor răcite cu aer.La motoarele răcite cu aer chiulasele se execută individual. În unele cazuri, la m.a.s., se

folosesc chiulase pentru doi cilindri, sau trei cilindri. La m.a.c., în cazuri cu totul rare, se utilizează chiulase pentru doi cilindri.

Camera de ardere exercită o influenţă esenţială asupra construcţiei chiulasei. Problema principală constă în dificultatea de a dirija aerul de răcire spre camera de ardere. Din acest punct de vedere, camerele de ardere compacte de tip semisferic la m.a.s., precum şi cele cu injecţie directă la m.a.c. sunt cele mai raţionale. În cazul camerelor divizate trebuie avut în vedere volumul, forma şi amplasarea acestora.

Canalele de distribuţie a gazelor pot fi dispuse după diferite scheme (fig. 2.26). În principiu, pentru a asigura condiţii bune de lucru pentru injector, respectiv, pentru bujie,

23

Fig. 2.24. Ghidurile supapelor motorului SR-211.

Fig. 2.25. Ghidul supapei motorului Skoda S-100.

Page 24: Partile Fixe Ale Mecanismului Motor

acestea se plasează la intrarea aerului. Schema din fig. 2.26, a este favorabilă pentru m.a.s. deoarece asigură o anumită încălzire a canalului de admisie faţă de cel de evacuare. Schema

din fig. 2.26, b este raţională pentru m.a.c., unde răcirea efectivă a canalului de admisie este favorabilă totdeauna. Schema din fig. 2.26, c, cu canalul de admisie vertical, asigură o umplere bună. Canalele plasate perpendicular pe direcţia aerului (fig. 2.26, d), îngreunează evacuarea căldurii. Pentru a mări eficienţa răcirii în zona centrală, planul supapelor se plasează sub un anumit unghi faţă de direcţia aerului (fig. 2.26, e). Când canalele de admisie şi evacuare sunt paralele cu direcţia curentului de aer (fig. 2.26, f ), răcirea se asigură numai pe părţile laterale, care trebuie să fie bine nervurate. Când chiulasa este comună pentru doi cilindri, canalele de distribuţie a gazelor pot fi conduse aşa cum se arată în schema din fig. 2.26, g.

Unele detalii constructive pentru o chiulasă răcită cu aer, cu canalele amplasate după schema din fig. 2.26, a se arată în fig. 2.27.

24

Fig. 2.27. Chiulasa motorului Deutz 614.

Page 25: Partile Fixe Ale Mecanismului Motor

La stabilirea distribuirii şi formei nervurilor pentru răcire trebuie avut în vedere

asigurarea unui câmp uniform de temperatură şi a unei temperaturi medii cât mai scăzute a întregii chiulase, pentru a evita deformările sau eventualele fisurări datorită tensiunilor termice. În zonele cele mai fierbinţi, cu deosebire în spaţiul dintre supape, temperatura nu trebuie să depăşească 230-260°C. Repartizarea nervurilor de răcire poate fi realizată după una din schemele arătate în fig. 2.28. Cea mai bună se consideră dispunerea nervurilor perpendicular pe suprafeţele de la care acestea trebuie să conducă energia termică. Această condiţie este satisfăcută într-o mare măsură de repartizarea combinată a nervurilor. Pentru a mări eficacitatea răcirii, este bine ca nervurile cu dimensiuni sporite să fie amplasate în zonele de maximă solicitare: zona camerei de ardere, a supapei de evacuare şi a canalului corespunzător şi zona bujiei, respectiv, a injectorului.

Chiulasele pentru m.a.c., de obicei, se relizează cu supapele amplasate paralel una faţă de alta. La m.a.s., cea mai raţională este dispunerea supapelor în V, cu un unghi de 60°, 75° sau 90°. La această formă, se creează cele mai bune posibilităţi în privinţa dezvoltării secţiunilor de trecere a canalelor şi a suprafeţei de răcire, precum şi de realizare a camerei de ardere semisferice, cu parametrii energetici cei mai buni. Pentru conducerea căldurii din zona centrală servesc nervurile verticale, iar pentru răcirea canalelor de distribuţie a gazelor şi alte regiuni calde, servesc nervurile orizontale perpendiculare pe pereţii canalelor.

Suprafaţa de aşezare a chiulasei pe cilindru se realizează suficient de groasă (mai mare de 15 mm în cazul fontei şi mai mare de 25 mm în cazul aluminiului), pentru a asigura etanşarea şi o bună eliminare a căldurii din zona centrală către periferie.

Pentru scaunul supapei se folosesc inele din materiale speciale (v. §2.3.2.1), care se montează prin presare după unul din următoarele procedee: răcirea inelului; încălzirea chiulasei; combinarea acestora. Mai simplu este încălzirea chiulasei până la temperatura de 150-200°C, în funcţie de calitatea materialului şi apoi introducerea inelului. Se realizează o strângere de cca 0,075 mm.

25

Fig. 2.26. Scheme privind dispunerea canalelor de distribuţie a gazelor: A-admisie; E-evacuare; Ø-poziţia injectorului, respectiv a bujiei.

Fig. 2.28. Scheme de amplasare a nervurilor de răcire.

Page 26: Partile Fixe Ale Mecanismului Motor

Etanşarea îmbinării, când cilindrul şi chiulasa se fac din fontă, se realizează cu inele de cupru (fig. 2.29, a). La cilindri din fontă cu chiulase de aluminiu, etanşarea se poate asigura fără garnituri, prin strunjirea unor canale inelare pe părţile frontale de reazem ale chiulasei (fig. 2.29, b şi c). În cazul cilindrilor cu diametre mari şi presiuni de ardere ridicate, etanşarea se poate obţine prin înşurubare (fig. 2.30, d).

26

Fig. 2.29. Etanşarea îmbinării chiulasei cu cilindrul.

Page 27: Partile Fixe Ale Mecanismului Motor

Chiulasele, împreună cu cilindrii, se strâng de obicei cu patru prezoane înşurubate în carter (fig. 2.30, a şi b). Mărirea numărului de şuruburi peste patru, pentru ridicarea siguranţei etanşării, duce la mărirea lungimii motorului. În unele cazuri, fixarea se face prin şuruburi montate în cilindri (fig. 2.30, c).

3.2.3. Condiţii tehniceLa prelucrarea chiulaselor se impun prescripţii riguroase privind precizia dimensională,

de formă, de poziţie şi de rugozitate.În ceea ce priveşte planeitatea suprafeţelor, toleranţe riguroase se impun pentru

suprafaţa de aşezare pe blocul cilindrilor, prin care să se realizeze siguranţa etanşării; neplaneitatea admisă (adîncime şi bombaj) maximum 0,05-0,08 mm, pe toată lungimea. Pentru suprafaţa opusă se admite toleranţa pînă la 0,1 mm. La suprafeţele laterale, toleranţa admisă este de 0,08-0,12 mm pe toată lungimea.

Toleranţa de perpendicularitate a suprafeţelor laterale şi frontale în raport cu suprafaţa de aşezare pe bloc se limitează la 0,1%. Neparalelismul dintre suprafaţele plane nu trebuie să depăşească 0,02 mm. Referitor la găurile tehnologice, perpendicularitatea; trebuie să fie de 0,1%, iar antraxul are toleranţa de ±0,02-0,05 mm. Alte prescripţii: bătaia maximă a suprafeţelor conice a scaunului supapei în raport cu suprafaţa cilindrică a ghidului de supapă, max. 0,03 mm; variaţia înclinării supapelor în raport cu suprafaţa de referinţă ±0,1%; poziţia axei locaşului pentru injector, respectiv, orificiul pentru bujie ş.a.

În ceea ce priveşte calitatea, este necesar ca: pentru suprafeţele plane, rugozitatea să fie Ra=6,3 μm; pentru suprafeţele de montaj a scaunului de supapă, Ra=1,6 μm; pentru canalele de admisie şi evacuare, Ra= 12,5 μm.

27

Fig. 2.30. Fixarea chiulasei şi a cilindrilor de carter.

Page 28: Partile Fixe Ale Mecanismului Motor

3.3. Materiale şi semifabricate3.3.1. Caracteristicile materialelorMaterialul pentru chiulasă trebuie să fie impermeabi1 faţă de gaze şi apă, să aibă

proprietăţi mecanice ridicate, care să se menţină şi la temperaturi mari de funcţionare şi să aibă proprietăţi bune de turnare. Materialele care satisfac cel mai bine aceste condiţii şi condiţiile corespunzătoare particularităţilor constructive sunt fonta şi aliajele de aluminiu.

Fonta, ca material pentru chiulasă, are cea mai largă întrebuinţare datorită calităţilor sale bine cunoscute; în acelaşi timp, chiulasele din fontă sunt foarte rigide. Se utilizează fonta cenuşie Fc l50, Fc 200 STAS 568-75, sau fonta specială aliată cu crom, nichel, molibden, cupru (tabelul 2.3).

Aliajele de aluminiu au o tot mai mare utilizare, mai ales la m.a.s. (Dacia, Renault etc.), pentru că se micşorează masa motorului şi se îmbunătăţesc calităţile antidetonante ale camerelor de ardere, datorită nivelului termic mai scăzut.

Funcţional, utilizarea aliajelor de aluminiu este necesară în cazul motoarelor răcite cu aer datorită conductibilităţii termice ridicate şi fluidităţii mai mari, care permite obţinerea chiulaselor cu aripioare de răcire de forme deosebit de pretenţioase.

Pentru motoare răcite cu aer, în tabelul 2.9 se prezintă compoziţia chimică a unor aliaje de alumirnu folosite pentru chiulase.

Tabelul 2.9. Compoziţia chimică a unor aliaje de aluminiu pentru chiulase răcite cu aerAliajul Zn Mn Ni Mg Si Cu Fe

1 0,20 0,100 0,14 2,06 1,20 1,08 0,562 - 0,302 - 12,70 1,03 0,60 0,203 1,50 0,500 0,40 0,50 7,00-12,00 2,00 1,00

28