Motorul Diesel

Motorul DieselProiect

DomeniulFizica

Clasa a VIII-a

Motorul DieselMotorul dieseleste unmotor cu ardere internn carecombustibilulse aprinde datorit temperaturii ridicate create de comprimarea aerului necesar arderii, i nu prin utilizarea unui dispozitiv auxiliar, aa cum ar fi bujia n cazulmotorului cu aprindere prin scnteie.Motorul lucreaz pe bazaciclului Diesel.

Numele motorului a fost dat dup inginerul germanRudolf Diesella sugestia soiei sale, Martha Diesel. L-a inventat n1892i l-a patentat pe23 februarie1893. Intenia lui Diesel a fost ca motorul su s utilizeze o gam larg de combustibili, inclusiv praful decrbune. Diesel i-a prezentat invenia funcionnd n1900laExpoziia Universal(World's Fair) avnd drept combustibil ulei de alune.

Principala diferen ntre motoarele cu benzin i motoarele Diesel const n felul n care este aprins amestecul de combustibil i aer. In cazul unui motor cu benzin, aceasta se face printr-o scnteie electric. n cazul unui motor Diesel, aerul din cilindri este comprimat att de tare nct temperatura sa depete 500C i uneori atinge chiar 2.480C .Cnd se pulverizeaz combustibilul n motor, temperatura este suficient pentru a-l aprinde fr s fie nevoie de vreo scnteieCiclul Diesel n patru timpi. In cursa de admisie, pistonul coboar i aerul ptrunde prin supapa de admisie.n cursa de compresie,pistonul urc, comprimnd i nclzind aerul, i se injecteaz combustibil. In cursa util, amestecul de combustibil i aer explodeaz, mpingnd pistonul n jos. Pistonul urc n cursa de evacuare, expulznd gazele prin supapa de evacuare.

Tipuri de motoare diesel

Motoarele diesel timpurii

Motoarele diesel de la sfritul secolului XIX i nceputul secolului XX foloseau aceeai form i dispunere ca motoarele cu abur industriale: cilindri cu curs mare, fr carter, supape exterioare, chiulase pentru fiecare cilindru i arbore cotit cuplat la un volant enorm. Curnd, vor aprea motoare mai mici, cu cilindri verticali, n timp ce majoritatea motoarelor industriale de mrime mare i medie aveau tot cilindri orizontali, i ntocmai ca motoarele cu abur, aveau mai muli cilindri. Cele mai mari motoare diesel timpurii erau replici ale celor cu abur, cu lungimi impresionante, de civa metri. Acestea funcionau cu viteze foarte mici, n special datorit motorinei injectate cu ajutorul aerului comprimat, dar i pentru c trebuiau s corespund majoritii utilajelor industriale construite pentru motoarele cu abur, unde vitezele normale de operare se ncadrau ntre 100 i 300 rpm. Motoarele erau pornite cu ajutorul aerului comprimat, care era introdus n cilindri i rotea motorul, dei cele mai mici puteau fi pornite i manual.

Motoarele diesel moderne

Motoarele diesel sau cu aprindere prin comprimare sunt n doi sau n patru timpi. Majoritatea motoarelor sunt n patru timpi, dar unele motoare mari funcioneaz n doi timpi, de exemplu cele de pe nave. Majoritatea locomotivelor moderne folosesc motoare diesel n doi timpi, cuplate la generatoare electrice ce acioneaz motoare electrice, eliminnd nevoia transmisiei. Pentru creterea presiunii n cilindri s-a folositsupraalimentarea, mai ales la motoarele diesel n doi timpi care au cte o curs utile la fiecare rotaie aarborelui cotit.n mod normal, cilindrii sunt multiplu de doi, dar se poate folosi orice numr de cilindri, att timp ct sunt eliminate vibraiile excesive. Cea mai folosit configuraie este cea de 6 cilindri n linie, dar sunt folosii i 8 cilindri n V sau 4 n linie. Motoarele de mic capacitate (n special cele sub 5000 cmc) au de obicei 4 (majoritatea lor) sau 6 cilindri, fiind folosite la autoturisme. Exist i motoare cu 5 cilindri, un bun compromis ntre funcionarea lin a unuia de 6 cilindri i dimensiunile reduse ale unuia de 4 cilindri. Motoarele diesel pentru ntrebuinri curente (brci, generatoare, pompe) au 4, 3, 2 sau chiar un singur cilindru pentru capaciti mici.

Acionarea n patru timpiFiecare micare a unui piston printr-un cilindru se numete timp. In cazul unui motor Diesel n patru timpi, fiecare piston coboar prin cilindrul su, n primul timp, i o supap de admisie din partea de sus a cilindrului se deschide pentru a permite ptrunderea aerului proaspt. n al doilea timp, supapa de admisie se nchide i pistonul se mic n sus, comprimnd i nclzind aerul de deasupra. Apoi se injecteaz combustibil prin partea de sus a cilindrului.Cldura provocat de comprimare provoac explodarea combustibilului, iar gazele produse mping pistonul n jos prin cilindru n al treilea timp, numit curs util. n al patrulea timp, pistonul se mic din nou n sus, mpingnd gazele afar printr-o supap de evacuare aflat n partea de sus a cilindrului. Apoi supapa de evacuare se nchide i ciclul n patru timpi se repet. Viteza cu care acioneaz motorul este controlat variindu-se cantitatea de combustibil care se injecteaz n aerul din cilindri. In mod tipic, pistoanele se mic n sus i n jos de mai multe sute de ori n fiecare secund. n diagrama alturat este prezentat diagrama teoretic a motorului diesel n patru timpi.

Notaiile utilizate sunt urmtoarele:

pmax presiunea maxima din cilindrup0 presiunea de admisieVc volumul camerei de ardereVh volumul cilindrului

Micarea pistonului are loc ntre punctul mort interior (p.m.i) i punctul mort exterior (p.m.e)Acionarea n doi timpintr-un tip de motor Diesel n doi timpi, nu exist supape de admisie sau de evacuare. In schimb, fiecare piston deschide supapele de admisie i de evacuare cnd se apropie de captul cursei sale utile.

Aerul proaspt este suflat prin supapa de admisie n cilindru. Acesta mpinge gazele de evacuare n afar prin supapa de evacuare din partea opus a cilindrului. Cilindrul se mic apoi din nou n sus prin cilindru, acoperind cele dou supape i comprimnd aerul de deasupra sa.La un alt tip de motor n doi timpi, gazele de evacuare sunt expulzate printr-una sau mai multe supape din partea de sus a cilindrului.RcireaCa i n cazul unui motor cu benzin, prin arderea combustibilului n interiorul cilindrilor unui motor Diesel se produce o cantitate foarte mare de cldur. Dac temperatura motorului crete prea mult, el devine mai puin eficient i se poate avaria. De aceea se folosete un sistem de rcire pentru prevenirea nclzirii excesive. Motoarele rcite cu aer au eleroane ataate n partea exterioar pentru a le mri suprafaa care radiaz cldura n aerul din jur. Rcirea poate fi mbuntit prin utilizarea unui evantai, acionat de motor, pentru a sufla aer peste eleroane.Motoarele rcite cu ap au circuite interioare prin care se pompeaz ap rece. Apa absoarbe cldura i ea trebuie rcit nainte de a fi recirculat prin motor. Rcirea se efectueaz adesea prin trecerea apei printr-un radiator.

Injecia direct

Motoarele moderne folosesc una din urmtoarele metode de injecie direct.Injecia direct cu pomp-distribuitor : Primele motoare diesel cu injecie direct au folosit o pomp de injecie rotativ, cu injectoarele montate n partea superioara a camerei de ardere i nu ntr-o antecamer. Exemple de vehicule dotate cu astfel de motoare suntFord TransitsauRover Maestro, avnd ambele motoare fabricate dePerkins. Problema acestor motoare era zgomotul excesiv i emisiile de fumInjecia direct cu ramp comun : La vechile motoare diesel o pomp-distribuitor asigura presiunea necesar la injectoare care erau simple duze prin care motorina era pulverizat n camera de ardere.Injecia direct cu pomp-injector : Acest tip de sistem injecteaz, de asemenea, motorina direct n cilindru. Injectorul i pompa formeaz un corp comun plasat n captul cilindrului. Fiecare cilindru are propria pomp care alimenteaz injectorul propriu, fapt ce exclude fluctuaiile de presiune i asigur o injecie consistent.

Modul de funcionare al motorului diesel cu injecie direct

Sistemul de injecie al unui motor cu aprindere prin comprimare (diesel) este alctuit n principal dintr-opomp de injecie,ramp comun,injectori conductele de legtur.

Elementele componente ale sistemului:

1.pomp de nalt presiune2.ramp comun3.injectoare Un sistem de injecie este proiectat astfel nct s ndeplineasc mai multe funcii:

s dozeze cantitatea de combustibil pe ciclu n funcie de regimul de funcionare al motorului;s creeze o presiune ridicat a combustibilului pentru a face posibil pulverizarea;s asigure pulverizarea li distribuia combustibilul n camera de ardere;s iniieze injecia de combustibil la un moment bine determinat pe ciclu i s asigure o durat a injeciei determinat;s asigure dozarea egal a combustibilului ntre mai muli cilindrii.Putere i moment cinetic

Pentru uzul comercial, cum ar fi tractarea, transportul mrfurilor grele sau a altor sarcini care necesita cuplu mare, motoarele diesel au un cuplu mai mare dect cele pe benzin echivalente. Motoarele diesel au, de obicei plaja de cuplu ntre 1600-2000 de RPM pentru o un motor de capacitate mic. Acesta furnizeaz un control mai bun pentru ncrcturile mai grele, la demaraj, astfel n mod crucial, d voie motoarelor diesel s suporte ncrcturi mai grele la plecare dect un motor pe benzin, iar asta l face mai economic pentru astfel de sarcini.