Partile componente ale motorului cu ardere interna

PARTILE COMPONENTE ALE MOTORULUI CU ARDERE INTERNA

Motoarele cu ardere interna cu piston se compun din mecanismul motor (mecanismul biela-manivela) si din sisteme auxiliare.

La randul lui, mecanismul motor are parti fixe (blocul motor, chiulasa, cilindrii, baia de ulei) si parti mobile (grupurile piston, bielele, arborele cotit si roata volanta) asa cum se prezinta in figura 1.

Sistemele auxiliare sunt actionate de catre arborele motor si contribuie activ la buna functionare a motorului. De regula aceste sisteme sunt pentru: distributie, alimentare cu aer si combustibil, aprindere, pornire, ungere, racire, supraalimentare, etc.

Fig 1 Schema de principiu a unui motor in patru timpi

1-cilindru; 2-piston; 3-arbore cotit; 4-biela; 5-chiulasa; 6-galerie de admisie; 7-galerie de evacuare; 8-bujie; 9-carter superior; 10-reazeme; 11-carter inferior; SA-supapa de admisie; SE-supapa de evacuare; AD-arbore de distributie

In timpul functionarii, motorul se deplaseaza intre doua pozitii limita, numite puncte moarte. Pozitia pistonului care corespude volumului minim ocupat de fluidul motor in cilindru se numeste punctul mort interior (pmi); pozitia pistonului care corespude volumului maxim ocupat de fluidul motor in cilindru se numeste punctul mort exterior (pme).

Spatiul parcurs de piston intre cele doua puncte moarte se numeste cursa pistonului (S). Volumul generat prin deplasarea pistonului in cursa S se numeste (cilindree unitara V_s). Diametrul cilindrului se numeste alezaj (D).

Motoarele pentru automobile sunt policilindrice. Suma cilindreelor tuturor cilindrilor se numeste cilindree totala sau litraj (V_t). Daca notam cu i numarul de cilindri, obtinem:

V_t = i. V_s   (1.1)

Volumul maxim ocupat de fluidul motor, cand pistonul se afla la pme se numeste volumul cilindrului (V_a); volumul minim ocupat de fluidul motor, cand pistonul se afla la pmi se numeste volumul camerei de ardere (V_c). Raportul dintre cele doua volume se numeste raport de comprimare (e

e = V_a/V_c   (1.2)

Punctele moarte si cursa pistonului

Volumul maxim ocupat de fluidul motor reprezinta suma: V_a =V_c + V_s

Unghiul facut de manivela cu axa cilindrului se numeste unghi de rotatie a arborelui cotit (RA) si se noteaza cu a. Se observa ca o cursa completa a pistonului corespunde la un unghi a de 180^o. Numarul de rotatii efectuate de arborele cotit se numeste: viteza de rotatie, turatia arborelui cotit sau turatia motorului (n). De regula n se masoara in rot/min. Intre unghiul a, turatia n si timpul t exista o relatie de dependenta:

t = a/6.n   (1.3)

Relatie in care t [s], a [^oRA] si n [rot/s].

Se numeste viteza medie a pistonului W_p, acea viteza constanta cu care pistonul ar parcurge doua curse succesive 2S, in intervalul de timp 60/n [s] in care arborele cotit efectueaza o rotatie. Considerand S [mm], rezulta:

W_p = 10^-3.S.n/30   (1.4)

Succesiunea proceselor care se repeta periodic in cilindrul unui motor se numeste ciclu motor. Partea din ciclul motor care se efectueaza intr-o cursa a pistonului se numeste timp.

Realizarea unui ciclu motor presupune in primul rand introducerea in cilindru a fluidului proaspat. Admiterea fluidului prospat in cilindru reprezinta procesul de admisiune sau admisiunea. Eliberarea energiei chimice a combustibilului are loc in procesul de ardere sau arderea. Pentru a mari eficienta procesului de ardere sau eficienta economica a ciclului motor, intre procesul de admisiune si procesul de ardere se interpune un proces de comprimare, comprimarea prealabila a fluidului motor. Lucrul mecanic util se obtine prin actiunea gazelor de ardere asupra pistonului in cursa de destindere, care are loc dupa incheierea arderii. Procesul se numeste procesul de destindere a gazelor sau destinderea. Pentru reluarea ciclului motor, gazele de ardere se indeparteaza din cilindru. Are loc procesul de evacuare sau evacuarea. Procesele de evacuare si admisiune impreuna se numesc procesele de schimbare a gazelor sau schimbarea gazelor. Toate procesele care alcatuiesc ciclul motor se numesc procese termice

La motoarele in patru timpi, procesele termice, cu exceptia arderii, coincid paroximativ cu cursele pistonului, cu exceptia procesului de ardere care se desfasoara aproximativ 1/3 in cursa de comprimare si restul in cursa de destindere.

Schema realizarii ciclului in patru timpi

Conform figurii anterioare, timpul I reprezinta admisiunea, II - compresia, III - aprinderea, arderea si detenta; IV - evacuarea.

In cazul motoarelor in doi timpi, procesele au loc pe parcursul unei curse complete a pistonului intre cele doua puncte moarte (2S):

Schema realizarii ciclului in doi timpi

I₁ - aprinderea, arderea, detenta; I₂ - evacuarea; I₃ -evacuare si baleij; II₁ - evacuare si baleij; II₂ - compresiunea

Desfasurarea proceselor termice se urmareste prin inregistrarea variatiei presiunii din cilindru. Reprezentarile grafice ale variatiei presiunii se numesc diagrame indicate. Diagrama p-a se numeste diagrama indicata desfasurata. In figura urmatoare este prezentata o asemenea diagrama pentru un ciclu mas in patru timpi.

Din aceasta diagrama se observa ca procesele de admisiune si evacuare depasesc cu mult cursele corespunzatoare, iar procesele de comprimare si destindere se desfasoara pe intervale mai mici decat 180^o RA.

Diagrama indicata a m.a.s. in patru timpi

Principii de formare si calitatea amestecului combustibil

In cazul functionarii motorului cu combustibil lichid, formarea unui amestec combustibil-aer cat mai omogen este o cerinta esentiala.

Omogenizarea combustibilului in stare gazoasa se obtine prin:

pulverizarea fina a combustibilului lichid;

vaporizare rapida;

amestecarea cu aerul.

Pulverizarea combustibilului este favorizata de viteza relativa dintre acesta si aer. Marirea acestei vitezen se poate produce prin:

marirea vitezei combustibilului in raport cu aerul (injectia);

marirea vitezei aerului in raport cu combustibilul (carburatia).

In cazul carburatiei, utilizata la m.a.s. datorita bunelor proprietati de vaporizare a benzinei, vaporizarea incepe in carburator, continua in galeria de admisie si se incheie in cilindrii motorului (motoare cu formarea amestecului in exterior

In cazul m.a.c., amestecul aer-combustibil se realizeaza in cilindrul motorului (motoare cu formarea amestecului in interior

In amestecul combustibil-aer, combustibilul si aerul se afla intr-un raport determinat, numit dozajul combustibilului in aer (d)

d = m_c/m_a  (1.5)

Se numeste aer minim sau aer teoretic, masa de aer cea mai mica m_{a min} necesara pentru arderea teoretica completa a combustibilului. Se poate defini dozajul teoretic al combustibilului in aer (d_t):

d_t = m_c/m_{a min}  (1.6)

Acest raport se mai poate defini si ca raportul dintre masa de combustibil cea mai mare m_{c mx} care arde teoretic complet cu aerul disponibil, adica:

d_t = m_{c max}/m_a   (1.7)

Se observa ca:

(m_{c max}/m_a)/( m_c/m_{a min}) = 1 sau:

(m_a /m_{a min})/( m_c/m_{c max}) = 1    (1.8)

Rapoartele m_a /m_{a min} si m_c/m_{c max} definesc calitatea amestecului sau dozajul amestecului deoarece reprezinta raportul in care se afla masa aerului sau masa combustibilului din amestec fata de o masa de referinta, de aer, respectiv de combustibil. Primul raport se numeste coeficientul de dozaj al aerului (l si reprezinta raportul dintre masa de aer disponibila pentru ardere si masa minima de aer necesara arderii teoretice complete. Al doilea raport se numeste coeficient de dozaj al combustibilului (l^* si reprezinta raportul dintre masa de combustibil disponibila pentru ardere si masa cea mai mare de combustibil care arde teoretic complet cu aerul din amestec. Rezulta:

l = m_a /m_{a min}

l^* = m_c/m_{c max}  (1.9)

l l^*

Daca m_a = m_{a min} sau m_c = m_{c max}, amestecul se numeste amestec teoretic, iar dozajul amestecului se numeste dozaj teoretic

Daca m_a > m_{a min} sau m_c < m_{c max}, in amestec se gaseste aer in exces (l > 1) sau combustibil in lipsa (l^* < 1). In acest caz amestecul se numeste cu exces de aer sau amestec sarac; dozajul amestecului se numeste dozaj sarac

Daca m_a < m_{a min} sau m_c > m_{c max}, in amestec se gaseste aer in lipsa (l < 1) sau combustibil in exces (l^* > 1). In acest caz amestecul se numeste cu lipsa de aer sau amestec bogat; dozajul amestecului se numeste dozaj bogat

Daca notam cu L [kg aer/kg. comb] masa disponibila de aer pentru arderea a 1 kg combustibil si cu L_min [kg aer/kg. comb] masa minima de aer necesara pentru arderea completa a 1 kg de combustibil. In aceasta situatie:

l = L/L_min respectiv:

l^* = L_min/L    (1.10)

MAS functioneaza de regula att cu amestec bogat cat si cu amestec sarac, avand 0,8 < l < 1,25 respectiv 1,25 > l^* > 0,83

MAC functioneaza numai cu amestec sarac, avand l

Daca m.a.c. necesita pentru arderea aceleiasi cantitati de combustibil o cantitate dubla de aer fata de m.a.s., rezulta ca volumul unui cilindru de m.a.c. trebuie sa fie de doua ori mai mare decat al unui cilindru m.a.s..

Lucrul mecanic, puterea si momentul motor

Lucrul mecanic schimbat de gazele din cilindru cu pistonul, dupa efectuarea unui ciclu motor, se numeste lucru mecanic indicat rezultant al unui ciclu (L_ir) [J]. Lucrul mecanic indicat rezultant al celor i cilindri ai unui motor este L_irt = i. L_ir.

Diagrama indicata a unui ciclu motor in coordonate p-V este alcatuita din doua bucle: bucla mica (de jos) denumita diagrama indicata de presiune joasa (diagrama PJ) sau diagrama de pompaj. Aria ei reprezinta lucrul mecanic al schimbului de gaze (la motoarele in patru timpi, lucrul mecanic de pompaj) si se noteaza cu L_p. La motoarele cu admisiune normala L_p este un lucru mecanic negativ.

Bucla mare este denumita diagrama indicata de presiune inalta (diagrama PI). Aria ei reprezinta lucrul mecanic al proceselor de comprimare, ardere si destindere si se noteaza cu L_i.

Diagrama indicata a ciclului in coordonate p-V

Lucrul mecanic L_ir = L_i L_p. De remarcat ca L_p se include in consumul propriu de lucru mecanic al motoarelor sau in randamentul mecanic al acestora. De aceea toate marimile indicate nu se refera la L_ir ci la L_i, respectiv la i.L_i.

Lucrul mecanic i.L_i este proportional cu cilindreea totala V_t. In valoare absoluta el este un indice de performanta al unui motor, dar nu este un indice de perfectiune. Pentru a compara gradul de perfectiune a proceselor reprezentate in diagrama PI, se defineste lucrul mecanic indicat specific (l_i) [J/m³]. Aceasta reprezinta lucrul mecanic indicat dezvoltat pe unitatea de cilindree si se determina prin raportul:

L_i = i.L_i/i. V_s = L_i/V_s = p_i  (1.11)

Lucrul mecanic specific indicat reprezinta un indice fundamental de comparatie a motoarelor, aratand ce performanta de lucru mecanic indicat se poate obtine dintr-un litru de cilindree.

De exemplu, la inceputul sec XX (1903) cea mai buna performanta pentru l_i la m.a.s. pentru masini de curse a fost de 500 J/dm³. In prezent, m.a.s. de serie realizeaza aproximativ 800 J/dm³, dar la masinile de curse s-a ajuns la peste 5000 J/dm³. La m.a.c. supraalimentate se dezvolta   30003200 J/dm³, dar la un monocilindru experimental s-a ajuns la peste 5000 J/dm³.

Se observa ca [J/m³] = [N/m²], ceea ce atribuie lucrului mecanic specific indicat dimensiunile unei presiuni. De aceea s-a mai folosit pentru acest indice si denumirea de presiune medie indicata (p_i)

Pe baza lucrului mecanic L_i se defineste puterea indicata P_i, adca puterea dezvoltata in cilindrul motorului. Puterea indicata se poate calcula cu relatia:

P_i = p_i.V_s.i.n/3.10⁴.n [kW] (1.12)

in care:

p_i [n/m²], V_s [m³], n - turatia motorului [rot/min], n-numarul de timpi ai motorului.

Motorul cu ardere interna consuma o parte din lucrul mecanic dezvoltat in cilindru pentru a invinge rezistentele interioare determinate de antrenarea sistemelor auxiliare, de frecarea mecanica dintre suprafetele in miscare relativa si frecarea gazodinamica dintre fluidul motor si organele de distributie, camera de ardere, piston, cilindru, chiulasa. Rezulta ca lucrul mecanic disponibil pentru consumator, la arborele cotit, este mai mic decat lucrul mecanic indicat.

Lucrul mecanic cedat consumatorului de catre motor, pe durata unui ciclu, de un cilindru, se numeste lucru mecanic efectiv al unui cilindru (L_e) [J]. La cuplajul de legatura dintre arborele cotit si arborele antrenat, se masoara lucrul mecanic efectiv dezvoltat de toti cilindrii: i.L_e.

In general, marimile masurate la arborele cotit se numesc marimi efective, spre deosebire de cele masurate in cilindru, care se numesc marimi indicate.

Lucrul mecanic specific efectiv presiunea medie efectiva si puterea efectiva se definesc analog cu marimile indicate (vezi rel. 1.11 si 1.12).

Gradul de perfectiune a proceselor mecanice ale motorului se numeste randament mecanic (h_m si reprezinta raportul dintre lucrul mecanic efectiv si lucrul mecanic indicat, masurate la acelasi regim de functionare a motorului:

h_m = L_e/L_i = p_e/p_i   (1.13)

Similar cu puterea indicata (rel.1.12):

P_e = p_e.V_s.i.n/3.10⁴.n [kW] (1.14)

Uneori, in activitatea de conceptie se exprima puterea efectiva in functie de viteza medie a pistonului:

P_e = (10^-4/n).p_e.i.(p.D²/4).W_p [kW] (1.15)

unde:

D [mm], W_p [m/s], p_e [daN/cm²]

Din ultima relatie rezulta ca puterea efectiva creste cu marirea W_p, ceea ce explica tendinta generala de marire a vitezei pistonului. Astfel, aceasta a crescut de la 3,5 m/s la inceputul sec.XX, la peste 23 m/s.

Aceasta reltie ne arata doua solutii de compromis la constructia motoarelor:

a) Motoare cu W_p mare, ceea ce conduce la micsorarea ariei i.(p.D²/4), adica la realizarea unui motor compact, cu consum redus de material, dar cu frecare intensa ceea ce reduce durata de serviciu a motorului;

b) Motoare cu W_p mic, pentru a mari durabilitatea motorului, ceea ce implica o crestere a consumului de material.

Prima varianta se alege pentru autoturisme, in timp ce cea de-a doua se alege pentru autocamioane, autobuze si autospeciale grele.

Momentul motor efectiv M_e este momentul dezvoltat de motor la cuplajul de legatura cu consumatorul:

M_e = 955 P_e/n   (1.16)

cu:

P_e [kW], n [rot/min].

Randamentul si consumul specific de combustibil

Criteriul de apreciere a eficientei economice a motorului il constituie randamentul termic al ciclului (h_t care este raportul:

h_t = L_i/Q    (1.17)

unde: Q_i - puterea calorica inferioara a combustibilului

Similar se determina randamentul indicat si randamentul efectiv al motorului:

h_i = L_i/Q_i respectiv h_e = L_e/Q_i = h_i h_m (1.18)

La incercarea unui motor pe stand se masoara direct consumul orar de combustibil C_c [kg/h] si se determina puterea efectiva P_e (prin masurarea momentului motor M_e si a turatiei n, folosind relatia 1.16). Din aceasta cauza, in practica se apreciaza eficienta economica a ciclului folosind consumul specific de combustibil c [g/kWh]:

c_i = 10³.C_c/P_i

c_e = 10³.C_c/P_e    (1.19)

unde:

C_c [kg/h], P_i,P_e [kW]

Se observa ca, consumul specific de combustibil reprezinta consumul de combustibil necesar pentru producerea unei unitati de lucru mecanic.

Se poate scrie:

Q_i.c_i.10^-3. h_t = 3600 [kJ/kWh] (1.20)

Rezulta:

h_i = 3600.10³/ Q_i.c_i respectiv h_e = 3600.10³/ Q_i.c_e   (1.21)

Regimurile de functionare a motorului

Regimul de functionare al motorului este definit de trei marimi fundamentale: turatia, sarcina si temperatura care caracterizeaza regimul termic al motorului.

Regimurile de functionare se grupeaza in mai multe clase:

La regimurile stabilizate n, t, sarcina sunt invariabile in timp;

La regimurile nestabilizate n, t, sarcina sunt variabile in timp;

La regimurile tranzitorii n, t, sarcina variaza individual sau simultan la trecerea de la un regim stabilizat la un alt regim stabilizat.

In regimul de functionare continua, la fiecare turatie, motorul dezvolta la arborele cotit in mod continuu cele mai mari P_e, M_e, p_e, cu conditia ca indicii tehnico-economici si de fiabilitate sa ramana invariabili. Marimile se noteaza: P_ec, M_ec, p_ec.

Regimul de functionare intermitent este acela in care marimile regimului sunt superioare marimilor din regimul continuu pentru intervale scurte de timp, in care tinuta de serviciu a motorului si durabilitatea nu sunt afectate. Marimile se numesc intermitente si se noteaza: P_ei, M_ei, p_ei.

In figura urmatoare se reprezinta puterile si momentele motorului in functie de turatie in cele doua regimuri de functionare.

Variatia puterii si momentului motor cu turatia

Domeniul hasurat reprezinta domeniul de supraputeri. Turatia corespunzatoare varfului de putere se numeste turatia de putere maxima n_P. In mod analog, turatia corespunzatoare valorii maxime a momentului se numeste turatia de moment maxim n_M

Uzinele constructoare fixeaza si garanteaza valoarea cea mai mare a puterii efective continue, care se produce la cea mai ridicata turatie. Aceasta se numeste puterea efectiva nominala P_eN.

Sarcina motorului

Actiunea exterioara aplicata de consumator la cuplajul de legatura al arborelui cotit cu arborele antrenat, se numeste incarcatura sau sarcina motorului. Altfel zis, sarcina reprezinta un moment rezistent(M_R) aplicat de consumator la arborele cotit. Se mai obisnuieste sa se defineasca sarcina motorului prin momentul motor M_e dezvoltat la arborele cotit, cu specificarea vitezei de rotatie a acestuia.

Pentru a defini regimul de functionare al motorului este mai convenabil sa se precizeze gradul de incarcare al motorului sau sarcina relativa. Aceasta este data de coeficientul de sarcina c. El se exprima in fractiuni sau procente din momentul motor de referinta M_ec, la turatia n_c

c = M_e/M_ec = p_e/p_ec = P_e/P_ec (1.22)

Coeficientul de sarcina ia valori distincte in limitele 01,2 si defineste clase distincte de sarcina (vezi tabelul):

Valorile caracteristice ale coeficientului de sarcina

Din relatia (1.16) rezulta ca sarcina unui motor M_e este proportionala cu p_e. Deci modificarea sarcinii unui motor se face prin modificarea p_e la turatia respectiva. Pe baza relatiilor anteriore, luand in considerare faptul ca elementele dimensionale sunt invariabile, rezulta ca reglarea sarcinii la o turatie constanta se face prin reglarea dozei de combustibil. Aceasta se poate face cantitativ sau calitativ.

Reglarea cantitativa se face la motoarele cu formarea amestecului in exterior (m.a.s.), prin clapeta de obturare a carburatorului, care regleaza cantitatea de aer ce intra in amestec.

Reglarea calitativa se aplica la motoarele cu formarea amestecului in interior (injectie), care admit in cilindru numai aer. In acest caz, cantitatea de combustibil pe ciclu este dozata de o pompa cu piston. Acesta este actionat de o parghie numita cremaliera care, prin rotirea pistonului, variaza cursa utila a acestuia, deci doza de combustibil refulata de pompa.

La sarcina totala, deplasarea este limitata de un opritor. In aceste conditii, prin notiunea de sarcina constanta se va intelege sarcina definita de o pozitie fixa a organului de reglaj. La autovehicule, comanda organului de reglaj se realizeaza prin pedala de acceleratie.

Incarcarea unui motor de autovehicul in exploatare depinde de conditiile de deplasare, de tipul autovehiculului, de gradul de incarcare al autovehiculului, etc.

Mecanismul motor (mecanismul biela-manivela)

Are rolul de a asigura spatiul necesar arderii amestecului aer-combustibl, preia forta de presiune a gazelor rezultate in urma procesului de ardere si o transforma in energie mecanica pe care o transmite utilizatorului.

a) Blocul motor (carcasa motorului)

Carcasa motorului reprezinta partea mecanismului motor in care se amplaseaza partile mobile si, partial sau integral, unele sisteme auxiliare. Carcasa se fixeaza pe un suport (sasiu) si pe el se fixeaza chiulasa. La unele motoare racite cu lichid, in blocul motor se confectioneaza si cilindrii de lucru (cilindri monobloc).

In peretii transversali sunt prevazute locasurile lagarelor de sprijin ale arborelui cotit si ale arborelui cu came. La partea superioara sunt prevazute orificii filetate pentru imbinarea cu chiulasa, orificii pentru trecerea lichidului de racire spre chiulasa si locase pentru montarea cilindrilor ( la motoarele cu cilindri amovibili). La motoarele racite cu lichid, in blocul motor se gasesc cavitati pentru circulatia lichidului de racire in zonele camerelor de ardere (fig 2).

Fig. 2 Bloc motor cu cilindri amovibili raciti cu lichid

1-orificiu pentru cilindru; 2-camasi de racire; 3-cilindru amovibil; 4-carter superior

Deoarece preia toate fortele si momentele care iau nastere pe timpul functionarii motorului, carterul trebuie sa aiba o rigiditate ridicata. Deformarile carterului conduc la inrautatirea conditiilor de ungere si uzarea lagarelor. Acest lucru poate fi evitat prin: nervurarea peretilor transversali, coborarea planului de separare a carterului sub cel de separare a lagarului, marirea numarului de lagare paliere ale arborelui cotit si turnarea comuna cu cilindrii de lucru.

Lagarele arborelui pot fi suspendate, cu capacul in carterul superior, sau rezemate, cu capacul in carterul inferior. In primul caz, solutia permite asamblarea pe banda a motorului, schimbarea usoara a cuzinetilor, strangerea si controlul independent al fiecarui cuzinet si realizarea unui carter inferior usor si simplu (fig 3).

Fig. 3 Carter motor

Datorita formei complexe si masei mari (24 . 36% din masa totala a motorului), blocurile motoare se fabrica de regula prin turnare din fonta iar la motoarele de putere mai mica, se confectioneaza din aliaj de aluminiu turnat sub presiune. Grosimea minima de 5 . 8 mm este impusa de conditiile de turnare. Principalele materiale utilizate sunt:

fonta perlitica cu grafit lamelar fin sau nodular, care are o rezistenta inalta la uzare, proprietati antifrictiune, rezistenta satisfacatoare la solicitari mecanice si se toarna usor;

fonta cenusie, utilizata pentru motoarele cu cilindri amovibili;

aliajele de aluminiu care au densitate redusa, conductibilitate termica ridicata, rezistenta la uzare coroziva si prelucrabilitate buna. Pentru cilindrii monobloc, in acest caz, oglinda cilindrilor se cromeaza sau se metalizeaza cu otel si molibden.

b)Chiulasa motorului

Este piesa care inchide cilindrii la partea superioara si contine o parte din camera de ardere, locasuri pentru bujii sau injectoare, canale de admisie si evacuare, locasuri pentru supape si la unele tipuri de motoare si locasurile lagarelor de sprijin ale axului cu came. La partea superioara are un capac cu garnitura de etansare, iar la partea inferioara o suprafata plana pentru imbinarea cu blocul motor (fig 4).

Fig. 4 Sectiuni prin chiulasele unor motoare

1-camera de ardere; 2-locasul bujiei (injectorului); 3-canale de admisie si evacuare; 4-locasurile supapelor; 5,6-locas pentru lagarele axului culbutorilor (axului cu came); 7-spatii pentru circulatia lichidului de racire

Chiulasele se confectioneaza prin turnare, de regula din acelasi material ca si blocul motor si pot sa fie independente, pentru fiecare cilindru, sau monobloc pentru un grup de cilindri sau pentru toti cilindrii.

La motoarele cu aprindere prin scanteie, de regula chiulasa se confectioneaza din aliaj de aluminiu deoarece micsoreaza masa motorului, previne detonatia si imbunatateste umplerea cilindrilor.

La fel ca si blocul motor,la motoarele racite cu lichid, in chiulasa se gasesc cavitati pentru circulatia lichidului de racire in zonele camerelor de ardere care au orificii de comunicatie cu cavitatile din bloc

Fig.5 Elementele garniturii de etansare

Etansarea dintre chiulasa si blocul de cilindri se realizeaza folosind o garnitura speciala, termorezistenta, numita garnitura de chiulasa. De regula aceasta se fabrica comuna pentru toti cilindrii si are prevazute orificii pentru trecerea prezoanelor, lichidului de racire, tijele culbutorilor,etc. Garnitura de chiulasa trebuie sa reziste la temperaturi inalte si sa detina un anumit grad de plasticitate, pentru a putea asigura o etansare perfecta. Pentru aceasta, de regula pentru motoarele de autovehicule se confectioneaza garnituri din azbest placate cu tabla subtire de cupru. Pentru protectia impotriva gazelor fierbinti, in zona camerelor de ardere, garniturile de chiulasa se protejeaza cu o camase de nichel (figura 5).

c)Cilindrul de lucru

Cilindrul de lucru este organul in interiorul caruia se deplaseaza pistonul si evolueaza fluidul motor. Cilindrii pot fi nedemontabili sau demontabili (amovibili). Cilindrii nedemontabili (monobloc) reduc lungimea si masa motorului, costul de fabricatie si maresc rigiditatea motorului. Se utilizeaza la motoarele de puteri mici si mijlocii. Cilindrii amovibili se utilizeaza la motoarele cu alezajul peste 120 mm deoarece prezinta urmatoarele avantaje: se pot confectiona din materiale superioare, rezistente la uzare, se simplifica turnarea blocului de cilindri, permite inlocuirea usoara a cilindrilor uzati si asigura supravietuirea blocului motor in caz de distrugere sau uzura excesiva a unui cilindru. Suprafata exterioara a cilindrului este udata de fluidul de racire (apa sau aer), exceptie facand cilindrii demontabili uscati care se monteaza cu strangere in locasurile din bloc. La cilindrii demontabili umezi, etansarea se face cu ajutorul unor inele de cauciuc. Pentru asigurarea strangerea etanse a chiulasei pe conturul cilindrilor umezi este necesar ca la montare sa se prevada un joc de 0,05 . 0,15 mm.

Cilindrii se confectioneaza prin turnare din fonta sau otel cu rezistenta mare la uzare la temperaturi inalte.

d)Grupul piston

Parte mobila a mecanismului biela-manivela, grupul piston are urmatoarele roluri: asigura evolutia fluidului motor in cilindru; inchide camera de ardere la partea inferioara; dirijeaza miscarea gazelor in cilindru; ghideaza piciorul bielei in cilindru; transmite bielei forta de presiune a gazelor; transmite cilindrului reactiunea normala produsa de biela; etanseaza cilindrul in ambele sensuri si evacueaza o parte din caldura dezvoltata prin arderea combustibilului.

Grupul piston se compune din urmatoarele piese: piston, bolt si segmenti.

Pistonul este o piesa in miscare, puternic solicitata mecanic si termic. Din aceasta cauza el trebuie sa indeplineasca o serie de cerinte functionale si de durabilitate: rezistenta mecanica ridicata la temperaturi inalte si sarcini variabile; densitate redusa; conductibilitate termica ridicata; rezistenta la uzare, etc. Din aceste considerente, in functie de tipul si marimea solicitarilor, pistoanele se confectioneaza: din aliaje de aluminiu (siluminiu sau duraluminiu) prin turnare in cochilie sau prin matritare; din fonta prin turnare in nisip; din otel prin turnare sau matritare, sau mixte cu capul din fonta sau otel si mantaua din aluminiu.

Pistonul se compune din urmatoarele parti: capul pistonului, regiunea portsegmenti si mantaua (figura 6).

a) Capul pistonului are urmatoarele roluri: asigura evolutia fluidului motor in cilindru; preia presiunea gazelor de ardere; inchide camera de ardere si dirijeaza miscarea gazelor in cilindru. Pentru a realiza aceasta ultima cerinta, un rol deosebit il joaca arhitectura capului pistonului care depinde in mare masura de tipul camerei de ardere.

In cazul motoarelor cu aprindere prin scanteie, capul pistonului poate avea una din urmatoarele forme: disc, concava sau bombata. La motoarele cu aprindere prin compresie forma capului pistonului poate fi: plana, tip cupa, mulata dupa forma jetului sau cu evaziuni in dreptul pistoanelor (figura 7).

Figura 6 Partile componente ale pistonului

Fig. 7 Forme constructive pentru capul de piston

a-disc plan; b-concav; c-bombat; d,e-cupa;

f-mulat dupa forma jetului; g-evazat in dreptul supapelor

Pentru marirea rigiditatii, la interior capul pistonului se nervureaza in planul de oscilatie al bielei.

b) Regiunea portsegmenti este formata din canale pentru montarea segmentilor. Canalele pentru montarea segmentilor de ungere sunt prevazute cu niste fante pentru scurgerea uleiului raclat de pe oglinda cilindrului.

c) Mantaua are rolul de a ghida piciorul bielei in cilindru si de a evacua o parte din caldura degajata pe timpul arderii.

Datorita incalzirii, se produce o dilatare a pistonului in urma careia pistonul primeste o forma tronconica, iar intr-o sectiune perpendiculara pe axa pistonului, in dreptul umerilor, pistonul ia o forma eliptica (figura 9).

Pentru compensarea acestor dilatari, pistonul in stare rece trebuie sa aiba un profil longitudinal tronconic in zona portsegmenti (cu diametrul mare in dreptul ultimului segment de ungere), iar in sectiune transversala sa aiba un profil eliptic, cu axa mare a elipsei perpendiculara pe axa boltului.

Compensarea dilatarii umerilor mantalei, care apare pe directia axei lor ca urmare a preluarii fortei portante, se poate face prin adoptarea mai multor solutii:

confectionarea pistoanelor de forma eliptica, cu axa mare pe directie normala la axa boltului (la motoarele cu aprindere prin compresie si la motoarele in doi timpi);

executarea unei taieturi sub canalele segmentilor de ungere pentru a impiedica caldura sa se deplaseze spre manta (manta rece) (figura 8); - la mantaua cu pereti subtiri, taierea ei in lung (manta eliptica). Pentru a se preveni aparitia deformatiilor permanente, uneori se practica o taietura oblica incompleta prevazuta la un capat cu un orificiu care impiedica concentrarea tensiunilor;

utilizarea de placute de otel fixate in zona umerilor.

Fig.8 Solutii de piston cu manta rece si elastica

a-manta cu taietura in lung; b-manta cu taietura oblica incompleta; c-manta cu taietura in forma de II

Fig. 9 Deformarea pistonului datorita incalzirii

Jocul la cald dintre piston si cilindru trebuie sa fie  j₁ = (0,006 . 0,008) D in zona capului, pentru prevenirea griparii si j₂ = (0,001 . 0,002) D in regiunea mantaii pentru a preveni bataia pistonului.

Jocul la rece trebuie sa asigure pe timpul functionarii jocurile la cald. Astfel, in cazul pistoanelor de aluminiu j₁ = (0,002 . 0,003) D si   j₂ = (0,002 . 0,003) D, iar in cazul pistoanelor din fonta j₁ = (0,0003 . 0,003) D si j₂ = (0,001 . 0,002) D.

Tab. 1

Relatii de calcul dimensional:

Fig. 10 Dimensiunile caracteristice ale pistonului

Calculul efortului unitar radial la extremitatea capului pistonului:

s_re = 0,75(p_max - 1)(D/2d

Calculul efortului unitar in zona segmentilor de ungere:

s_A = p_max.p.D²/4.A_min

cu:

p_max - presiunea maxima dezvoltata in cilindru [daN/cm²];

D - alezajul;

d - grosimea capului pistonului;

A_min - sectiunea in zona segmentului de ungere.

Segmentii au rolul de a etansa camera de ardere in ambele sensuri, de a evacua caldura (la nivelul regiunii portsegmenti se evacueaza 60 . 75% din caldura pistonului) si de a doza si distribui uniform uleiul pe oglinda cilindrului. Dupa rolul pe care il indeplinesc, distingem doua tipuri de segmenti:

segmentii de compresie, care impidica scaparea gazelor din camera de ardere spre carter (figura 11). Au forma unor inele cu o taietura (fanta) pentru asigurarea montajului in canalele din piston. Exista doi sau mai multi segmenti de compresie. Deoarece la cresterea turatiei motorului timpul de scurgere a gazelor prin interstitiile segment-canal se micsoreaza, imbunatatindu-se etansarea, la motoarele de turatie mare etansarea camerei de ardere se asigura cu un numar mai mic de segmenti.

Fig. 11 Scurgerea gazelor pe langa segmenti

1,2,3,4-compartimente in cadrul treptei de segment

Primul segment dinspre camera de ardere este cel mai puternic solicitat termic, din care cauza se mai numeste si segment de foc. Segmentii de compresie se confectioneaza din fonta cenusie perlitica cu grafit lamelar, care are bune calitati antifrictiune;

segmentii de ungere, care impiedica trecerea uleiului dinspre carter in camera de ardere. Exista 1 . 2 segmenti de ungere confectionati din tabla de otel in forma de U cu fante pentru scurgerea uleiului raclat de pe peretii cilindrului in carter.

Cerintele impuse segmentilor:

sa se aseze perfect pe oglinda cilindrului si pe flancurile canalelor din piston;

sa aiba elasticitate, care sa-l faca sa preseze pe cilindru cu o presiune medie elastica p_E;

Rosturile s necesare pentru montarea segmentilor peste capul pistonului in canale trebuiesc montate defazat pentru realizarea efectului de labirint in scopul limitarii scaparilor de fluid din cilindri la max. 0,2 . 1%.

Materialele pentru segmenti trebuie sa indeplineasca urmatoarele cerinte:

sa aiba proprietati bune de alunecare, care sa asigure reducerea frecarii si evitarea gripajului;

sa aiba duritate ridicata pentru cresterea rezistentei la uzare;

sa reziste la coroziune;

sa aiba rezistenta mecanica si odul de elasticitate mare la temperaturi ridicate.

Cel mai utilizat material pentru segmenti este fonta cenusie perlitica cu grafit lamelar. Acesta are o faza moale (grafitul), care este antigripant, retine uleiul si asigura rezistenta la coroziune si o faza tare (perlita) care asigura rezistenta la uzare. Daca aceasta fonta se aliaza cu Cr, Cu, Mn, Mo, Ni, Ti, V, creste duritatea materialului, se mentin proprietatile mecanice la temperaturi mari si se favorizeaza descompunerea cementitei.

La motoarele m.a.c. supraalimentate, segmentii se confectioneaza din otel, iar segmentul de foc din otel grafitizat.

In prezent se utilizeaza si segmenti din pulberi sinterizate.

Rezultate bune se obtin daca segmentii se protejeaza cu straturi superficiale metalice. Astfel protejarea cu un strat moale de Pb, Sn sau Cd asigura imbunatatirea rodajului, in timp ce cromarea poroasa a segmentului de foc imbunatateste ungerea acestuia.

Relatii de calcul:

c - parametru constructiv al segmentului

c = h.D/(D - a)

k_M - coeficient de calcul. Pentru o distributie uniforma a presiunii pe segment se ia k_M = 2;

p_E - presiunea elastica de strangere a segmentului;

p_E = F_t/h.R_m

B - parametru fundamental al segmentului

B = c.R_m².p_E/E.I   cu E = (16 . 18).10⁵ daN/cm²

Efortul admisibil:

s_a = k_M.a.E.B/(D-a)

D = a.0,58 (s_max/p_E)^0,5

Tab.2

Marimile caracteristice ale segmentilor

Boltul (axul pistonului) este piesa de legatura dintre piston si biela, si are rolul de a transmite forta de presiune intre ele. El transmite forte variabile ca marime si sens, care-l deformeaza atat dupa axa longitudinala, cat si in plan transversal (figura 12). De regula boltul are forma tubulara. La motoarele de turatie mare, grosimea peretilor este redusa    (2 . 5 mm), in timp ce la motoarele cu aprindere prin compresie, datorita solicitarilor puternice, se confectioneaza bolturi cu perti grosi (8 . 13 mm).

Pentru a rezista atat la solicitarile de incovoiere si soc, cat si pentru asigurarea unei rezistente ridicate la uzare, bolturile se confectioneaza din oteluri carbon de calitate sau din oteluri aliate cu Cr, Ni, Mn, Mo care se durifica la suprafata prin cementare.

Fig.12 Deformarea boltului sub efectul fortelor in timpul functionarii.

Relatii de calcul:

Tab. 3

Marimile caracteristice ale boltului

d) Biela este piesa din cadrul mecanismului motor care transmite forta de presiune a gazelor de la piston la arborele cotit si serveste la transformarea miscarii alternative de translatie a pistonului in miscare de rotatie a arborelui cotit.

Biela este compusa din trei parti (figura13):

Fig. 13 Partile componente ale bielei

1-picior; 2-cap; 3-corp

- piciorul bielei, in care se monteaza boltul pistonului. Pentru reducerea uzurilor, intre piciorul bielei si boltul pistonului se monteaza o bucse din material antifrictiune (bronz sau otel moale). Jocul boltului in piciorul bielei la montaj trebuie sa fie intre 0,003 . 0,005 mm, astfel incat jocul la cald pe timpul functionarii sa evite griparea si in acelasi timp sa se evite rotirea boltului atat in piciorul bielei cat si in umerii pistonului. Ungerea imbinarii se face fie sub presiune prin intermediul unui canal practicat in corpul bielei prin care vine uleiul din zona fusurilor manetoane ale arborelui cotit, fie prin barbotaj, situatie in care la partea superioara piciorul bielei are prevazut un orificiu pentru captarea uleiului (figura 14);

Fig. 14 Solutii constructive pentru ungerea bielei prin barbotaj

corpul bielei reprezinta partea centrala care face legatura intre piston si arborele cotit. Pentru a se obtine o masa inertiala cat mai redusa, combinata cu o rigiditate ridicata impusa de solicitarile mari la care este supusa biela, corpul bielei are profil dublu T;

-capul bielei, in care se monteaza arborele cotit. Pentru asigurarea unui regim de ungere hidrodinamic, o buna evacuare a caldurii si o miscare fara joc a bielei, jocul radial dintre maneton si cuzinetul din capul bielei trebuie sa aiba valori cuprinse intre (0,0005 . 0,0015)d_M. Capul bielei este sectionat, capacul fiind separat de partea superioara a capului dupa un plan situat la 90⁰ , la 45⁰ si mai rar la 30⁰ sau 60⁰ fata de planul de incastrare. Sectionarea dupa un plan oblic se executa cand dimensiunea capului in planul de oscilatie, nu permite trecerea bielei prin cilindru, la montaj.

Asamblarea bielei cu arborele cotit se face prin intermediul cuzinetilor. Acestia sunt piese semicilindrice din banda subtire de otel cu grosimea (0,03 . 0,05)d_M care are la interior aplicat unul sau doua straturi de material antifrictiune (cuzineti bimetalici, respectiv trimetalici). In vederea mentinerii libere a canalelor de ungere din zona fusurilor manetoane, cuzinetii se impiedica contra rotirii cu stifturi sau cu proeminente exterioare. Stratul antifrictiune are in compozitie o faza moale, antigripanta din metale moi, cu punct de topire scazut (Sn, Pb) si o faza dura care suporta apasarea transmisa de fus, formata din compusi de sn, Pb, Cu, Al sauSb. Grosimea minima a stratului de material antifrictiune este limitata la 0,15 . 0,25 mm. Cei mai utilizati cuzineti sunt cei pe baza de staniu (babbit), de plumb si de aluminiu, ultimii capatand o raspandire tot mai mare deoarece au rezistenta inalta la oboseala, suporta presiuni specifice mari si au cost redus.

Datorita solicitarilor ridicate la care este supusa biela: rigiditate superioara, masa si dimensiuni reduse, aceasta se confectioneaza prin forjare din otel carbon de calitate, otel aliat, duraluminiu sau fonta cu grafit nodular. Pentru evitarea aparitiei concentratorilor de tensiuni corpul bielei se lustruieste, iar pentru cresterea rezistentei la oboseala se ecruiseaza prin bombardare cu alice. Suruburile de prindere a capacului bielei se confectioneaza din oteluri aliate pentru imbunatatire cu rezistenta mare la rupere (70 . 80 daN/mm²).

Biela este solicitata de forta de presiune a gazelor la compresiune si flambaj, iar de inertia grupului piston la intindere si compresiune. Pentru evitarea unor deformatii periculoase, de regula se utilizeaza biele scurte.

Elemente de calcul:

a) Piciorul bielei

d_eb - diametrul exterior al boltului

Fig. 15 Dimensiunile caracteristice ale piciorului bielei

b) Corpul bielei

c) Capul bielei

d_M - diametrul fusului maneton al arborelui cotit

f) Arborele cotit transforma miscarea de translatie a pistonului intr-o miscare de rotatie si transmite spre utilizare momentul motor dezvoltat de forta de presiune a gazelor prin intermediul rotii volante. Totodata, arborele cotit insumeaza lucrul mecanic produs de fiecare cilindru si-l trimite utilizatoruli si antreneaza in miscare unele sisteme auxiliare ale motorului.

Arborele cotit este piesa principala a motorului, atat din punct de vedere functional, cat si constructiv. El este o piesa complexa a carui masa reprezinta 8 . 15% din masa motorului si al carui pret de fabricatie ajunge la 25 . 30% din pretul motorului.

Arborele cotit este alcatuit din fusuri de reazem (paliere), fusuri manetoane, brate de legatura intre fusurile paliere si cele manetoane si contragreutati care servesc la echilibrare. Numarul fusurilor manetoane este egal cu numarul n de cilindri ai motorului, mai putin la motoarele in V unde sunt n/2 fusuri manetoane. Pe arborele cotit se mai pot gasi: mase pentru echilibrare; roti dintate pentru antrenarea unor sisteme auxiliare; flansa pentru prinderea volantului; fulie pentru antrenarea ventilatorului si generatorului; rac pentru manivela, etc.(figura 16)

Fig.16 Arbore cotit

1-fusuri paliere; 2-fusuri manetoane; 3-brate de legatura si echilibrare; 4-canale de ungere

Arborele cotit este cel mai solicitat organ al motorului. Sub actiunea presiunii gazelor si a fortelor de inertie, arborele cotit este supus la intindere, compresiune, incovoiere si rasucire, solicitari cu caracter de soc. Bratele de legatura sunt supuse la oboseala iar fusurile paliere si manetoane la uzare. Din aceasta cauza el se confectioneaza prin turnare din fonta de calitate (fonta modificata perlitica cu grafit nodular sau fonta aliata cu Cr, Ni, Mo, Cu. Turnarea din aceste materiale prezinta urmatoarele avantaje:

reducerea consumului de material;

realizarea cu usurinta a formelor tubulare;

realizarea formelor optime cerute de echilibru si de rezistenta la oboseala;

materialul are calitati antifrictiune datorita grafitului continut;

amortizeaza vibratiile tosionale.

La motoarele puternic solicitate, arborele cotit se confectioneaza din oteluri aliate cu Cr, Ni, Mo,V. Obtinerea semifabricatului se poate face prin: forjare libera, forjare in matrita sau prin turnare.

Elemente de calcul:

Fig. 17 Dimensiunile caracteristice ale unui cot al arborelui cotit

Sistemele auxiliare ale motorului

Sistemele auxiliare au rolul de a asigura desfasurarea optima a ciclurilor motorului, conform ordinei de functionare, in vederea obtinerii unui regim termic cat mai avantajos.

Ansamblul de sisteme auxiliare este format din: sistemul de distributie a gazelor; sistemul de alimentare cu aer si combustibil; sistemul de aprindere (la m.a.s.); sistemul de racire; sistemul de ungere; sistemul de pornire si la motoarele moderne sistemul de supraalimentare.

a) Sistemul de distributie a gazelor reprezinta ansamblul tuturor organelor care permit umplerea periodica a cilindrului cu gaze proaspete si evacuarea periodica a gazelor de ardere din cilindrii motorului in atmosfera.

Sistemul de distributie a gazelor trebuie sa indeplineasca urmatoarele cerinte:

sa asigure etansarea cilindrului pe timpul cat nu este pus in legatura cu exteriorul;

sa asigure umplerea si golirea eficienta a cilindrilor;

sa aiba functionare linistita;

sa fie simplu, ieftin si sa permita reglaj si intretinere usoare;

sa nu creeze puncte calde care sa favorizeze preaprinderea sau detonatia.

Sistemul de distributie este compus din urmatoarele parti: colectoarele de admisie care transporta si distribuie fluidul proaspat la cilindri; colectoarele de evacuare care colecteaza si transporta gazele de ardere in atmosfera; mecanismul care comanda deschiderea si inchiderea periodica a orificiilor de admisie si evacuare ale cilindrilor; amortizoarele de zgomot care limiteaza intensitatea zgomotului produs de fluidele de lucru la trecerea lor prin conducte si colectoare.

Mecanismele care comanda deschiderea si inchiderea orificiilor de admisie si evacuare pot fi: cu supape, cu sertare sau cu lumini. Ultimul tip se intalneste la motoarele in doi timpi si nu are elemente de comanda, aceasta facandu-se prin intermediul pistonului. Totusi se intalnesc si motoare in doi timpi care utilizeaza distributia mixta, prin supape si lumini.

Sistemul cu distributie prin sertare are o raspandire limitata, de regula fiind utilizat la unele motoare care echipeaza masini de curse.

Distributia prin supape este caracteristica motoarelor in patru timpi. Se intalnesc urmatoarele tipuri:

a) Cu dispunerea supapelor in bloc. S-au utilizat la m.a.s. de tip vechi. Are constructie simpla si reduce inaltimea motorului, insa camera de ardere este mai putin compacta si favorizeaza aparitia detonatiilor si umplerea cilindrilor este deficitara (figura 18).

b) Cu supapele in chiulasa. Permit o forma compacta a camerei de ardere, rapoarte de compresie mai mari si o umplere si golire mai completa a cilindrilor.

c) Cu dispunere mixta a supapelor (supapele de admisie in chiulasa si supapele de evacuare in blocul motor. Se utilizeaza la motoarele cu turatie ridicata pentru autoturisme sport sau de curse. Prezinta avantajul maririi sectiunilor de trecere, insa impun complexitate constructiva ale elementelor motorului si prezinta dificultati la reglaj.

De regula sistemul de distributie cu supape se compune din urmatoarele elemente: sistem de transmitere a miscarii de la arborele cotit la axul cu came, arborele cu came care comanda deschiderea si inchiderea supapelor prin intermediul tachetilor si tijelor impingatoare. De aici miscarea este preluata de catre culbutorii fixati pe axul culbutorilor, care actioneaza supapele. Pentru mentinerea supapei pe scaunul orificiului, aceasta este prevazuta cu un arc care are si rolul de a permite mentinerea supapei in cadrul sistemului de comanda a miscarii.

Fig. 18 Sistemul de distributie cu supape cu arborele cu came in blocul motor

1-supapa; 2-arc; 3-ax cu came; 4-cama; 5-tachet; 6-tije impingatoare; 7-culbutor

Clasificarea sistemelor de distributie cu supape:

a) Dupa amplasarea orificiilor de admisie si evacuare:

cu supape pe un rand

cu supape pe doua randuri. In acest caz se pot folosi doi arbori cu came.

cu trei supape:

o supapa de admisie si doua de evacuare, care asigura reducerea solicitarii termice si permite scaderea temperaturii supapelor de evacuare;

doua supape de admisie si una de evacuare, care permite o umplere mai buna a cilindrilor cu fluid proaspat.

b) Dupa dispunerea arborelui cu came:

cu arborele in bloc, care prezinta avantajul unei constructii simple a mecanismului de antrenare, insa are mase inertiale mari in miscare;

cu arborele pe chiulasa. Se foloseste la motoarele rapide si la motoarele care au mai multe supape pe cilindru.

c) Dupa antrenarea arborelui cu came:

antrenare prin roti dintate. Cand arborele cu came este in apropierea arborelui cotit, se utilizeaza doua pinioane, cel de pe arborele cu came avand diametrul dublu fata de cel de pe arborele cotit. Daca arborele cu came este mai la distanta de arborele cotit se pot utiliza trei sau mai multe pinioane. In acest caz acestea pot antrena si unele agregate auxiliare (pompa de ulei, pompa de injectie,etc.). Antrenarea prin roti dintate produce solicitari ale

axelor si blocului motor si face posibila aparitia vibratiilor (figura 19).

Fig. 19 Schema cinematica de antrenare la un motor cu aprindere    prin scanteie in patru timpi

1-arbore cu came; 2-ventilator; 3-generator de curent; 4-pompa de ulei; 5-pompa de benzina; 6-ruptor distribuitor; 7-pompa de apa

- antrenare prin lant. Sunt simple, usoare, permit o buna amplasare a arborelui cu came si permit antrenarea simultana a mai multor agregate (pompa de injectie, alternatorul, etc). Prezinta dezavantajul uzarii mai accelerate si intinderii in timp a lantului. Acest ultim dezavantaj poate fi evitat prin folosirea de lanturi duble sau chiar triple, ori prin folosirea dispozitivelor de intindere mecanica cu excentric.

antrenarea prin curea. Sunt foarte utilizate deoarece au mase mici in miscare, functionare silentioasa si prezinta simplitate la efectuarea lucrarilor de intretinere si reglare.

Supapele sunt elementele care inchid si deschid orificiile de trecere a fluidului de lucru, in ordinea de functionare a motorului. Dupa natura fluidului caruia ii permit trecerea supapele pot fi de admisie sau de evacuare. Supapa este formata din taler si tije (figura 20). Racordarea celor doua parti se face cu o raza mare care evita concentratorii de presiune, asigura un transfer bun de caldura si reduce pierderile gazodinamice.

Fig. 20 Supapa ans.

1-taler; 2-scaunul supapei; 3-tije; 4-bucse de ghidare; 5-arcuri;

6-disc inferior; 7-disc superior; 8-elemente de siguranta

Talerul supapei prezinta doua parti distincte: capul supapei si suprafata de asezare pe scaunul supapei.

Forma capului supapei influenteaza masa supapei si miscarea fluidului de lucru in interiorul cilindrului. De regula supapele se construiesc cu capul plat, insa se folosesc si supape de admisie cu talerul in forma de lalea, pentru reducerea masei supapei sau cu talerul bombat pentru realizarea unei miscari turbionare in camera de ardere.

Suprafata de asezare a supapei pe scaun este tronconica pentru cresterea sectiunii de curgere a fluidului si pentru micsorarea rezistentelor gazodinamice. De regula, unghiul de asezare pe scaun este de 45^o pentru supapele de evacuare si de 30⁰ (45^o) pentru supapele de admisie.

Tija supapei are forma cilindrica, avand la partea superioara canale pentru elementele de fixare a arcului. Pentru eliminarea unei cantitati cat mai mare de caldura, tijele la unele supape de evacuare au la interior o canitate in care se introduce sodiu. Prin lichefierea acestuia la temperatura de 97^o C intervine un transfer suplimentar de caldura prin convectie, asigurandu-se pe aceasta cale evacuarea a 50 - 60 % din caldura primita de taler.

Supapele sunt puternic solicitate termic, mecanic si la uzare.

Fiind instalate in camera de ardere, supapele au un regim termic ridicat. Temperatura medie a supapelor este de 300 - 400 ^oC la supapele de admisie si de 500 - 900 ^oC la supapele de evacuare (la m.a.s. temperaturile sunt mai ridicate decat la m.a.c. nesupraalimentate).

Si din punct de vedere mecanic supapele sunt puternic solicitate datorita vitezelor foarte mari de deplasare pe timpul functionarii care pot ajunge la 600 m/s.

De asemenea supapele mai sunt solicitate la coroziune datorita regimului termic ridicat, care favorizeaza formarea de acizi si la uzare, atat abraziva datorita particulelor mecanice dure antrenate de fluidul de lucru, cat si adeziva, datorita frecarii dintre tija si ghid, favorizata de dilatarea termica a tijei.

Din aceste cauze, materialele din care se confectioneaza supapele trebuie sa fie de calitate deosebita.

Supapele de admisie se fabrica din otel aliat cu Cr si Ni (tip 35CN45 pentru motoarele lente, respectiv austenitice pentru motoarele rapide), sau oteluri aliate cu Cr si Si care favorizeaza formarea la suprafata a unui strat de oxid care rezista la temperaturi inalte.

Supapele de evacuare se cofectioneaza din otel refractar aliat cu Cr, Ni Si, Mo si W.

La motoarele mari, pentru economie de material, dar si din considerente de rezistenta, talerul care este supus la solicitari termice si de coroziune mari se executa din otel Cr-Si iar tija care este solicitata la uzare de adeziune se confectioneaza din otel Cr-Ni. Imbinarea celor doua parti se face prin infiletare sau sudare.

Pentru marirea rezistentei la uzarea produsa prin soc, suprafata de asezare a supapei pe scaun si capatul superior al tijei se acopera cu un strat de 1,5 . 2,5 mm de stelit (aliaj dur de Co, Cr, W, Mo, Ni si Fe). Pentru a se evita griparea tijei si cresterea rezistentei la uzare, aceasta se cromeaza sau se nitrureaza ajungandu-se la o duritate de 45-50 HRC. La tijele care nu au capul stelitat, pentru marirea rezistentei la soc se folosesc pastile din materiale cu rezistenta mecanica mare, care imbraca capatul tijei.

Relatii de calcul:

Fig. 21 Dimensiunile principale ale supapei

d_o 0,865 d_s (diametrul mare al talerului supapei)

Bucsa de ghidare are rolul de a ghida tija supapei in miscarea sa de translatie si de a transmite elementului in care este montata (chiulasa sau blocul motor) o parte din caldura primita de supapa, contribuind astfel la racirea ei.

Bucsa se introduce in locasul ei prin presare. Pentru limitarea pozitiei, in cazul presarii in chiulasele din aluminiu, bucsa este prevazuta cu guler.

O importanta deosebita prezinta jocul dintre ghid si tija supapei. Acesta trebuie sa asigure o buna evacuare a caldurii, limitarea pierderilor de ulei concomitent cu pastrarea filmului de ulei la dilatare.

Acest joc trebiue sa fie de 20 . 50 mm in cazul supapelor de evacuare si de 50 . 70 mm la supapele de evacuare.

Ungerea in interiorul bucsei se face prin ceata de ulei si barbotare. Pentru favorizarea ungerii unele supape au la partea superioara o degajare care joaca rolul de rezervor de ulei. Pentru a se limita scurgerea uleiului in cilindri pe langa tija supapei, unele bucsi de ghidare, in special la supapele de admisie ale motoarelor m.a.c. nesupraalimentate, au prevazut la partea inferioara un manson. Aceasta solutie prezinta dezavantajul diminuarii transferului de caldura in zona tijei supapei.

Doarece in zona bucsilor de ghidare se evacueaza o mare cantitate de caldura, exteriorul bucsei este scaldat cu lichid de racire din abundenta.

Materialul din care este confectionata bucsa de ghidare trebuie sa aiba o buna rezistenta la uzare la temperaturi inalte, calitati antifrictiune, buna conductibilitate termica si sa permita aderarea filmului de ulei.

In general se utilizeaza fonte refractare, bronzuri refractare, bronzuri de aluminiu sau bronzuri fosforoase.

Scaunul supapei serveste ca locas de asezare a supapei cand aceasta inchide orificiile de trecere a fluidului de lucru. Pentru supapa de admisie scaunul se poate practica direct in bloc sau in chiulasa, in cazul in cazul in care acestea sunt confectionate din fonta, dar pentru supapele de evacuare si supapele montate in elemente din aliaj de aluminiu, acestea se confectioneaza prin inele care se introduc prin presare (mai rar prin infiletare). La montare, concentricitatea dintre ghidul supapei si scaunul supapei trebuiesc riguros respectate pentru a se evita deformarea scaunului si supratensionarile, asigurandu-se astfel mentinerea corecta a supapei pe scaun.

Strangerea la montare pentru diametrul exterior este de 0,019 mm la chiulasa din fonta si de 0,025 mm la chiulasele din aliaj de aluminiu.

Deoarece materialele din care sunt confectionate scaunele de supapa trebuie sa aiba o buna rezistenta mecanica, la uzare si la coroziune si sa isi pastreze duritatea la temperaturi ridicate, pentru confectionarea lor se utilizeaza fonta refractara, otel refractar aliat cu W, Cr, Mo sau bronz de aluminiu. Pentru asigurarea unei duritati ridicate, pe suprafata scaunului se depune un strat de stelit.

Arcurile supapei au rolul de a mentine supapa pe scaun pe timpul inchiderii orificiilor, de a mentine contactul cu elementul de comanda (tachet sau culbutor) si de a prelua fortele de inertie ce ar putea perturba acest contact.

Pentru motoarele de putere mica se utilizeaza cate un arc pentru fiecare supapa. La motoarele de puteri mari, cu supapele in chiulasa, se utilizeaza cate doua sau trei arcuri concentrice cu infasurare opusa. Acestea maresc siguranta in functionare si elimina fenomenul de rezonanta.

Pentru uniformizarea uzurii scaunului si a supapei, se prevaddispozitive speciale pentru rotirea supapei pe timpul functionarii (figura 22). Acest dispozitiv are un disc cu canale in care se monteaza bile si arcuri.

Fig. 22 Dispozitiv pentru rotirea supapelor

1-disc; 2-canale, 3-bile; 4-arcuri; 5-arcul supapei; 6-disc; 7-disc inelar elastic

Profilul fundului canalului are doua canaluri inclinate in panta inversa.Arcul supapei se sprijina pe un disc, iar intre discurile 1 si 6 se introduce un disc elastic inelar. Cand se actioneaza asupra supapei, forta arcului de supapa se transmite arcului-disc, care obliga bilele sa se deplaseze in canale. Pe planul inclinat apare o componenta a fortei care produce rotirea supapei. Cand supapa nu mai este actionata, dispozitivul revine in stare initiala sub actiunea arcurilor. Viteza de rotatie a supapei creste cu frecventa actionarii ei, direct proportional cu turatia motorului, in conditiile mentinerii constante a elasticitatii arcului-disc.

Arcurile de supapa se onteaza cu un capat pe chiulasa si cu celalalt capat pe discul conic si este asigurat cu un manson conic.

Luand in considerare importanta arcurilor de supapa si solicitarile la care acestea sunt supuse, acestea se confectioneaza din otel aliat cu Cr, V, Ni si Mn. Materialul, sub forma de sarma cu diametrul de 3 . 6 mm se infasoara sub forma de spirala cilindrica cu 7 . 14 spire. Pentru evitarea dezaxarii arcurilor si a fenomenului de rezonanta se folosesc arcuri cu spirele extreme mai apropiate si polizate sau arcuri cu forma tronconica.

Elementele de siguranta ale supapelor impiedica supapele sa cada in cilindru. Sunt formate din doi-trei elementi conici care se monteaza in canalul existent in tija supapei, asigurand prin comprimarea initiala a arcului supapei fixarea acesteia.

Se confectineaza din oteluri cu continut redus sau mediu de carbon, iar la motoarele de putere mare, din otel aliat cu Ni si Cr.

Arborele (axul) cu came comanda fazele de distributie ale motorului (momentul deschiderii si inchiderii supapelor si durata deschiderii lor) si, in functie de tipul motorului, actioneaza si alte agregate auxiliare: pompa de ulei, pompa de combustibil, distribuitorul de aprindere, etc.

Arborele cu came se monteaza in carterul superior sau pe chiulasa motorului. In primul caz, mecanismul de antrenare este simplu, insa complica instalatia si presupune mase inertiale mari. A doua solutie constructiva reduce masele inertiale si numarul componentelor sistemului, dar presupune un mecanism de antrenare a arborelui cu came mai complicat.

In functie de tipul motorului pot exista 1, 2 sau mai multi arbori cu came. Arborii cu came au in compunerea lor fusuri de reazem, came, roti dintate si excentric pentru antrenarea sa de catre arborele cotit al motorului sau pentru antrenarea unor agregate auxiliare (pompa de ulei, distribuitor de aprindere, pompa de combustibil,etc.), asa cum se evidentiaza in figura 14.

In general numarul de came este egal cu numarul de supape, dar in cazul motoarelor cu mai multe supape, cate doua supape de acelasi tip pot fi actionate de catre o singura supapa. Inaltimea si profilul camelor sunt determinate astfel incat sa asigure deschiderea si inchiderea supapelor in momentele optime si deasemenea sectiunea necesara pentru trecerea fluidului de lucru.

Profilul camei trebuie sa asigure deplasarea fara socuri a supapei la deschiderea si inchiderea orificiului de trecere. Forma speciala a profilului camei se realizeaza folosind procedee de strunjire prin copiere.

Fig. 23 Arborele cu came

1-fus palier; 2-cama;

Numarul fusurilor paliere este in functie de numarul de cilindri ai motorului, de regula fiind prevazut un fus dupa doi cilindri.

Montarea arborilor cu came in carterul superior al motorului se face prin intermediul unor bucse antifrictiune (din aluminiu sau otel cu material antifrictiune pe baza de Bz-Pb sau Bz-Sn) presate in locasuri. Pentru a se asigura coaxialitatea locasurilor pentru montarea axului cu came, acestea se confectioneaza cu o singura scula aschietoare. In vederea usurarii montajului, uneori, diametrele fusurilor se micsoreaza de la capatul din fata catre capatul din spate. Ungerea se face cu uleiul ajuns prin canale practicate in peretii carterului in zonele respective.

In cazul montarii arborilor cu came pe chiulasa se folosesc suporti din fonta sau aluminiu, prevazuti cu capace care se asambleaza dupa montarea arborelui si cuzineti din bronz sau prevazuti cu material antifrictiune. In aceasta situatie ungerea lagarelor se face cu ulei adus prin canalizatii sau conducte la unul din fusurile paliere, de ude trece la celelalte paliere prin canale practicate in interiorul arborelui.

Pentru evitarea deplasarii sub actiunea fortelor axiale, la motoarele cu arborele cu came in carter, fixarea se realizeaza cu ajutorul unei flanse si a unei bucse distantiere, sau cu un surub de reglare. La arborii montati pe chiulasa fixarea se asigura prin flanse care se sprijina pe fetele laterale ale unui palier.

Arborii cu came sunt supusi la solicitari de incovoiere si torsiune. Totodata, datorita presiunlor specifice ridicate dintre cama si tachet, varfurile camelor sunt supuse unui proces intens de uzare.

Arborii cu came se fabrica prin matritare din otel carbon de calitate sau otel usor aliat cu Cr siMo, sau prin turnare din fonta cu grafit nodular sau aliata cu Cr, Mo, V . Suprafetele supuse la uzare (camele si fusurile) se durifica prin calire CIF sau cementare pentru a ajunge la o duritate de 55 . 65 HRC.

Relatii de calcul:

d_c - diametrul primitiv al camei;

h_{c max} - inaltimea maxima de ridicare a tachetului;

d_o -diametrul galeriei de admisie.

Tachetul preia miscarea de la arborele cu came si o transmite supapei, direct sau prin intermediul tijelor impingatoare si culbutorilor. La blocurile din fonta el culiseaza direct in bloc, iar la blocurile din aliaj de aluminiu culiseaza intr-o bucse de ghidare. Suprafata tachetului care este in contact cu cama poate fi plana, sferica sau cu rola (figura 24).

Tachetul cu rola, desi asigura reducerea gradului de uzare a camei, este mai rar utilizat (de regula la m.a.c. cu cilindree unitara mare), datorita complicatiei constructive si masei mai mare. Pentru reducerea masei, tachetul se executa gol la interior, iar la motoarele rapide se practica uneori si degajari in perete. La sistemele de distributie a gazelor cu tije impingatoare, in partea interioara a tachetilor se prevad locase sferice pentru sprijinirea acestora. Pentru asigurarea ungerii, aceste locasuri se executa cu o raza mai mare decat capatul tijei.

Rotirea tachetului pe timpul functionarii se realizeaza prin executarea sferica a suprafetei de contact a capului si conica a fetei camei, sau prin dezaxarea axei tachetului cu 2 . 5 mm fata de axa camei.

Tachetii hidraulici (figura 25), asigura reducerea uzurii camei si a tachetului si micsoreaza zgomotul produs in timpul functionarii.

Sub actiunea arcului, pistonul este mentinut apasat pe tija supapei sau pe tija impingatoare. In momentul in care tachetul este actionat de catre cama, el se ridica antrenand si cilindrul de lucru determinand cresterea presiunii, ceea ce duce la asezarea supapei pe scaun inchizand comunicarea dintre canalul de ungere si interiorul tachetului. In acest fel efortul de la cama catre elementul actionat (tija supapei sau tija impingatoare) se transmite prin intermediul uleiului. La schimbarea pozitiei camei, aceasta nu

Fig. 24 Tipuri de tacheti

a-cu cap plan; b,c- cu cap sferic; d-cu rola

mai actioneaza tachetul, presiunea scade si bila permite trecerea uleiului pe sub pistonas, asigurand asezarea permanenta a tachetului pe cama.

Daca mecanismul de actionare de deasupra tachetului se uzeaza sau apar dilatari, se modifica inaltimea stratului de ulei printr-un transfer suplimentar de ulei din sistemul de ungere al motorului. Pistonasul sprijinindu-se tot timpul pe tije, transmite miscarea mai departe, nemaifiind necesare reglaje ale jocului termic.

La tachetii cu actiune mecanica ungerea se face prin barbotaj sau prin canale speciale.

Fiind puternic solicitati la uzare, tachetii se confectioneaza din otel aliat de cementare sau din otel de imbunatatire care se caleste superficial prin inductie (CIF). Se intalnesc si tacheti fabricati din fonta, avand suprafata de contact a capului si fetele laterale din fonta alba cu duritate ridicata.

Fig. 25 Tachet hidraulic

1-corp tachet; 2-cilindru; 3-piston plonjor; 4-supapa cu bila;

5-arc; 6-tije; 7-canal de ungere.

Relatii de calcul:

d_o 0,865 d₁ (diametrul mare al talerului supapei)

Tijele impingatoare (tijele culbutorilor) realizeaza transmiterea miscarii de la tachet la culbutori pentru motoarele care au arborele cu came plasat in carter si supapele in chiulasa.

Deoarece pe timpul functionarii, pendularea culbutorului provoaca oscilatia tijei impingatoare in jurul unei pozitii, este necesara realizarea unor articultii sferice la capetele ei.

Tijele culbutorilor trebuie sa indeplineasca doua cerinte opuse: masa redusa si rezistenta la flambaj. Pentru satisfacerea lor este necesara utilizarea unor materiale cu caracteristici mecanice ridicate.

Tijele impingatoare se confectioneaza din teava din otel sau duraluminiu. La un capat sunt prevazute cu un calcai sferic cu care se aseaza pe tachet, iar la celalalr capat cu un locas sferic pentru surubul de reglaj al culbutorului. Aceste zone fiind intens supuse la uzare, se trateaza termic pentru a se asigura o duritate ridicata (50 . 60 HRC) si se lustruiesc pentru a diminua frecarile.

Culbutorii sunt parghii care servesc pentru actionarea supapelor la motoarele care au tije impingatoare.

Culbutorul oscileaza in jurul unei axe si modifica sensul miscarii comandate de cama. Un capat al culbutorului se executa sferic sau cu rola, iar celalalt are surub pentru reglarea jocurilor termice si compensarea uzurilor care apar pe timpul functionarii. Bratele culbutorului sunt inegale, cel mai mic fiind cel care actioneaza supapa in vederea reducerii acceleratiilor imprimate de cama.

Jocul termic permite compensarea dilatarilor elementelor sistemului de actionare a supapelor. Deoarece valorile jocului termic depind de dimensiunile si constructia sistemului de distributie, de regimul motorului, de sistemul de racire, de materialele folosite, ele se determina experimental de catre uzina constructoare si au valori intre 0,05 . 0,5 mm, fiind mai mari in cazul supapelor de evacuare.

Culbutorii se monteaza prin intermediul unor bucsi din bronz sau rulmenti pe un ax comun pentru toti culbutorii, numit axul culbutorilor. Acesta este montat pe chiulasa motorului pe niste suporti. Intre culbutori exista arcuri spirale la distante determinate.

Acesta este gol la interior si prezinta orificii pentru trecerea uleiului spre suprafetele de lucru dintre el si culbutor. Pentru a se asigura ungerea suprafetei de lucru dintre tija impingatoare si culbutor, bratul scurt al culbutorului si surubul de reglaj au prevazute canale pentru trecerea uleiului.

Culbutorii se confectioneaza prin turnare din otel OT 60, prin matritare din otel de calitate OLC 45X sau din otel aliat cu Cr sau Mo siprin stantare din tabla de otel. Ultima varianta se utilizeaza la motoarele rapide, deoarece au o forma simpla si rigiditate satisfacatoare. Suprafetele de lucru ale extremitatilor culbutorului sunt tratate termic pentru a se obtine o duritate ridicata (50 . 60 HRC).

Axul culbutorului se confectioneaza din teava de otel pentru imbunatatire.

Relatii de calcul:

- d_o 0,865 d₁ (diametrul mare al talerului supapei);

- l_T,l_s au valori in functie de amplasarea tijelor culbutorilor si tijelor supapelor.

b) Sistemul de alimentare cu combustibil are rolul de a asigura pastrarea, transportul si introducerea in cilindri a combustibilului necesar arderii.

1) Sistemul de alimentare cu combustibil al motoarelor cu aprindere prin scanteie se caracterizeaza prin faptul ca amestecul aer-combustibil se realizeaza in afara cilindrilor de lucru si, dupa introducerea in camera de ardere se produce aprinderea lui cu ajutorul unei scantei electrice produsa de o bujie. Acest tip de sistem de alimentare se compune din: rezervor de combustibil, pompa de alimentare, filtre de combustibil, conducte de legatura si carburator (figura 26).

Rezervorul de combustibil serveste pentru inmagazinarea rezervei de combustibil necesara functionarii motorului. El este prevazut cu indicator de nivel, sorb cu sita si gura de umplere cu sita si buson. Busonul trebuie sa se inchida etans, dar in acelasi timp trebuie sa asigure legatura cu atmosfera in scopul compensarii depresiunii ce apare concomitent cu consumul de combustibil dar si a presiunii create prin vaporizarea combustibilului. Acest lucru se realizeaza cu ajutorul a doua supape inglobate in buson. Prima se deschide la o depresiune de 0,01 . 0,03 bar si cealalta la o suprapresiune de 0,1 . 0,2 bar. La unele rezervoare de capacitate mare, in interior se practica pereti antival, care atenueaza efectul de izbire al combustibilului in miscare.

Rezervorul se confectioneaza din tabla zincata ori lacuita la interior, cu grosimea de 0,5 . 1,5 mm, sau din fibra de sticla.

Fig. 8.1/59b Linte

Fig. 26 Compunerea instalatiei de alimentare a motoarelor cu aprindere prin scanteie

1-rezervor de combustibil; 2-conducte de alimentare; 3-filtru decantor;    4-pompa de benzina; 5-filtru fin; 6-carburator

Pompa de alimentare are rolul de a asigura debitul necesar functionarii motorului, in functie de regimul de functionare al acestuia. Deoarece filtrele de combustibil la aceste motoare sunt simple si au rezistente hidrodinamice mici, presiunea de refulare necesara este de 0,1 . 0,3 bar, ceea ce permite utilizarea unor pompe cu membrana elastica.

Pompa de alimentare trebuie sa asigure o cantitate de combustibil de 3 . 5 ori mai mare decat consumul orar pentru a asigura un debit uniform.

Dupa modul de actionare, pompele de benzina pot fi: cu actionare mecanica (cu membrana), cu actionare electrica (electromagnetica) sau cu actionare vacuumatica (la motoarele in doi timpi).

La pompele cu actionare mecanica cu membrana, debitul de combustibil se regleaza automat in functie de consum, presiunea de refulare ramanand constanta. Totusi aceste pompe prezinta o serie de dezavantaje:

necesitatea montarii pompei pe motor conduce la complicatii constructive si la pericolul aparitiei incendiilor;

necesitatea amorsarii manuale a pompei la pornire.

In cazul pompelor cu actionare electromagnetica, miscarea membranei este comandata de catre un electromagnet a carui frecventa de actionare depinde de variatia consumului de combustibil.

La pompele cu actionare prin vacuum, miscarea membranei este comandata de presiunile, respectiv depresiunile existente in carterul motorului in doi timpi.

Pompele de alimentare centrifugale, cu actionare electrica se monteaza direct in rezervorul de combustibil, avand partea inferioara permanent in imersie. Aceste pompe prezinta dezavantajul pretului de cost ridicat, ceea ce le limiteaza utilizarea la motoarele de cilindree mare si la motoarele performante.

Filtrele de benzina asigura retinerea impuritatilor mecanice si a apei din combustibil.

Sistemul de alimentare al motoarelor cu aprindere prin scanteie neavand piese in miscare cu jocuri de asamblare mici, nu necesita o filtrare foarte severa. Se utilizeaza filtre brute din sita de sarma, amplasate inaintea pompei de combustibil si filre de filtrare fina din site se matase sau metalice, amplasate in diferite puncte ale instalatiei (dupa pompa de benzina, la intrarea in carburator, etc.).

Conductele de alimentare sunt conducte de joasa presiune cu diametrul interior de 6 . 8 mm. Legatura dintre conducta de pe sasiu si elementele instalatiei de alimentare amplasate pe motor se face prin racoarde flexibile din cauciuc sau material plastic rezistent la actiunea combustibilului. In scopul evitarii deteriorarii lor prin frecare, in zona de contact cu alte piese, conductele de combustibil se protejeaza cu mansoane.

Conductele de benzina se confectioneaza din alama, cupru sau otel, in ultimul caz fiind protejate impotriva coroziunii.

Carburatorul este piesa de baza a acestui sistem si trebuie sa indeplineasca o serie de cerinte:

posibilitatea schimbarii rapide a regimului de functionare;

stabilitate in functionare;

simplitatea lucrarilor de mentenanta;

greutate si gabarit mic;

rezistente mici hidro si gazodinamice.

Carburatorul are urmatoarele roluri:

dozeaza combustibilul si aerul in raport cu sarcina si turatia motorului;

- asigura pulverizarea, vaporizarea si amestecarea partiala a combustibilului cu aerul;

asigura pornirea sigura a motorului la orice temperatura;

permite reglarea dozajului in concordanta cu modificarea starii tehnice a motorului si cu schimbarea anotimpului.

Pentru realizarea acestor sarcini, carburatorul se compune dintr-o parte fundamentala numita carburator elementar si un numar de dispozitive auxiliare care regleaza consumul de combustibil pe timpul functionarii motorului in diferite regimuri (sarcini mici mijlocii sau mari, mers in gol, mers accelerat, pornire la rece, etc). In figura 27 este prezentata compunerea unui carburator elementar.

Fig 27 Schema carburatorului elementar

1-difuzor; 2-camera de amestec; 3-clapeta obturator; 4-tub portjiclor; 5-jiclor de combustibil 6-camera de nivel constant; 7-plutitor; 8-supapa ac; 9-scaunul supapei; 10-orificiu de alimentare cu combustibil;11-orificiu de comunicare cu atmosfera.   

Camera de nivel constant constituie rezervorul de combustibil al carburatorului. Camera de amestec asigura amestecarea partiala a combustibilului cu aerul. Ea se compune din difuzor care pune in miscare coloana de combustibil si declanseaza pulverizarea combustibilului si din clapeta obturatoare care regleaza cantitatea de combustibil.

In prezent exista tendinta inlocuirii acestui tip de alimentare prin folosirea injectiei de benzina, care se poate realiza continuu in galeria de admisie sau, mai nou direct in cilindru, in ambele situatii procesul fiind comandat si controlat electronic. Aceste procedee asigura o serie de avantaje fata de folosirea sistemelor clasice cu carburator:

reducerea apreciabila a consumului de combustibil;

reducerea emisiilor nocive in atmosfera;

siguranta in functionare;

simplitate constructiva prin eliminarea carburatorului;

precizie de dozare a combustibilului in aer.

In figura 28 este prezentat sistemul de alimentare prin injectie continua de benzina K-Jetronic.

Fig. 28 Schema instalatiei de alimentare prin injectie continua de benzina

1-dozator-distribuitor; 2-piston-sertar; 3-platou-sonda; 4-punct de articulatie;    5-masa de echilibrare; 6-regulatorul presiunii de alimentare; 7-dispozitiv pentru comanda debitului auxiliar de aer pentru pornire; 8-conducta de aer pentru pornire, 9-injector pentru pornirea motorului rece;10-injector pentru pornirea motorului la rece; 11-termocuplu; 12-contactor pentru platoul-sonda; 13-acumulator 14-rezervor; 15-filtre; 16-dispozitiv de corectie a presiunii; 17- conducta de refulare;

Dozatorul DD dozeaza combustibilul in raport cu sarcina si turatia motorului si-l distribuie injectoarelor. Injectia are loc pentru fiecare cilindru in parte , in zona supapei de admisie. Sub actiunea presiunii dinamice, platoul PS produce o reducere a gradului de umplere in regimul varfului de putere. Dispozitivul RPC asigura corectia dozajului in functie de sarcina. Dispozitivul DAA controleaza debitul auxiliar de aer pentru pornire.

2. Sistemul de alimentare cu combustibil al motoarelor cu aprindere prin compresie (figura 29) se bazeaza pe introducerea in cilindrii de lucru a aerului proaspat si, dupa comprimarea lui, injectarea in camera de ardere a combustibilului sub presiune. Acest sistem se compune din doua parti: partea de joasa presiune si partea de inalta presiune (sistemul de injectie).

Fig. 29 Schema instalatiei de alimentare a motorului cu aprindere prin compresie

1-rezervor de combustibil; 2-conducta de colectare; 3-injector; 4-conducta de inalta presiune; 5-filtru de filtrare bruta; 6-filtru de filtrare fina; 7-conducta de joasa presiune; 8- pompa de alimentare; 9-supapa de suprapresiune

Partea de inalta presiune are urmatoarele functiuni:

- dozeaza cantitatea de combustibil pe ciclu in functie de incarcarea motorului;

creeaza presiune ridicata in injector (100 . 1000 daN/cm² ), necesara pulerizarii;

pulverizeaza combustibilul si asigura distributia in camera de ardere, potrivit cerintelor de formare a amestecului;

declanseaza injectia combustibilului la un moment determinat pe ciclu, asigura o durata a injectiei limitata si injecteaza combustibilul dupa o lege impusa (caracteristica optima de injectie);

asigura aceeasi doza de combustibil la toti cilindrii.

Partea de inalta presiune este alcatuita din pompa de injectie, injectoare si conducte de inalta presiune.

Pompa de injectie asigura ridicarea presiunii in sistem la valori de sute de atmosfere, care sa permita realizarea unei pulverizari cat mai fine a combustibilului in cilindri. Elementele pompei de injectie pot fi de doua tipuri: cu toate pompele care alimenteaza cilindrii intr-un corp comun (bloc pompa injectie) sau, in ansamblu comun cu injectorul (element pompa-injector) montat in chiulasa separat pentru fiecare cilindru. In cazul blocului-pompa de injectie (figura 30), este obligatorie existenta conductelor de inalta presiune care trimit combustibilul sub presiune de la pompa de injectie la injectoare.

Fig 30 Bloc pompa injectie

1-bloc (carter); 2-element pompa de injectie; 3-alimentarea cu combustibil; 4-arbore de antrenare; 5-regulator de debit; 6-cremaliera

Injectoarele au rolul de a asigura pulverizarea si distributia combustibilului in cilindri. Injectoarele pot fi comandate hidraulic (cele mai raspandite), electric sau mecanic. Daca orificiul de pulverizare este controlat de un ac sau de o supapa, injectorul este inchis (figura 31), in caz contrar este injector deschis.

Fig. 31 Injector inchis cu comanda hidraulica

1-corp; 2-pulverizator; 3-piulita de fixare; 4-ac; 5-tije; 6-arc; 7-surub de reglare; 8-piulita;   9-contrapiulita; 10,11-discuri; 12-capac; 13,15-garnituri; 14-filtru; 16,18-canale; 17-racord; 18-canal; 19-stift; 20-camera pulverizatorului; 21-racord

Partea de joasa presiune asigura o cantitate de combustibil de 15 . 30 de ori mai mare decat consumul necesar functionarii sistemului de injectie si se compune din: pompa de alimentare cu combustibil, filtre de combustibil, supapa de siguranta, conducte de joasa presiune si rezervorul de combustibil.

Pompele de combustibil au acelasi rol ca si la m.a.s., dar fata de acestea prezinta o serie de particularitati:

deoarece este necesara invingerea rezistentei unui numar mai mare de filtre, cu un grad de filtrare mult mai pretentios, presiunea de refulare trebuie sa fie de 1,5 . 2,5 daN/cm², care poate fi realizata numai de pompe cu piston, cu roti dintate sau cu palete;

volumul de combustibil debitat trebuie sa fie de cateva ori mai mare decat la m.a.s., datorita particularitatilor de functionare ale pompei de injectie si injectoarelor.

De remarcat faptul ca la pompele cu roti dintate sau cu palete se monteaza supape de suprapresiune care deviaza o parte din combustibilul refulat in cazul cresterii presiunii.

Filtrele de combustibil trebuie sa asigure retinerea impuritatilor mecanice cu dimensiuni mai mari de 2 . 3 mm pentru a se putea asigura buna functionare a elementelor pompei de injectie si injectoarelor.

In instalatia de alimentare a m.a.c. intalnim urmatoarele tipuri de filtre de combustibil:

--filtrele de epurare prealabila, care de regula sunt sita de la gura de umplere si sita sorbului;

filtre de epurare bruta, montate dupa pompa de alimentare cu combustibil. De regula se confectioneaza din sita de sarma, discuri cu interstitii, fire de sarma, benzi, pasla artificiala, tesatura de bumbac, etc.. Aceste filtre retin impuritatile cu dimensiuni mai mari de 50 . 150 mm,

filtre de epurare preventiva, care se monteaza inaintea sistemului de inalta presiune;

- filtre de epurare fina. Acestea au elementul filtrant din fire de bumbac, pasla, vata de zgura, hartie de filtrare pliata, etc.. Ele retin impuritatile cu dimensiuni mai mari de 2 . 7 mm (figura 32).

Fig. 32 Filtru pentru motorina in doua trepte

I-filtru de epurare preventiva; II- filtru de epurare fina

1-element de filtrare din fetru; 2-canal de admisie; 3-corpul treptei I; 4-capac comun;

5-corpul treptei II; 6-element de filtrare din hartie; 7-canal de refulare

In tabelul 4 sunt prezentate influentele diferitelor tipuri de filtre asupra durabilitatii sistemului de injectie, iar in tabelul 5 sunt prezentate caracteristicile principale ale unor elemente de filtrare.

Tab.4

Influenta filtrului de epurare fina asupra durabilitatii sistemului de injectie

Tab5

Caracteristicile principale ale unor elemente de filtrare

Elemente de calcul:

La pompele de benzina ale m.a.s.:

a) Volumul teoretic* debitat de pompa de benzina pe ciclu:

V_c = 6.10^-5.Nc

relatie in care: N_c reprezinta numarul de cicluri pe minut.

*Practic, volumul debitat de pompa se determina experimental, tinand seama de rezistentele introduse in circuit. Acest debit trebuie sa fie de 2 . 3 ori mai mare decat consumul orar maxim, pentru a se asigura eliminarea bulelor de aer din sistemul de alimentare.

b) Diametrul membranei:

D =

unde: D - diametrul de calcul a membranei;

h - cursa membranei.

c) Sistemul de ungere are rolul de a asigura formarea unei pelicule de ulei intre suprafetele pieselor in miscare relativa ale motorului, pentru a se realiza:

micsorarea lucrului mecanic consumat pentru invingerea fortelor de frecare;

reducerea uzarilor de toate tipurile ale organelor motorului;

reducerea temperaturii organelor in miscare prin preluarea unei parti din fluxul de caldura primit de unele organe in contact cu gazele sau suprafetele fierbinti;

marirea etansarii cilindrilor;

evacuarea impuritatilor existente intre suprafetele in miscare.

Ungerea se poate realiza in doua moduri: prin ceata de ulei si stropire (barbotare) sau prin presiune. Deoarece primul procedeu nu asigura presiunea necesara creerii fortei portante a peliculei de ulei la cuplele puternic solicitate, iar cel de-al doilea complica si scumpeste constructia motorului, in practica se utilizeaza un procedeu mixt: ungerea prin barbotare a cilindrilor, pistoanelor, segmentilor, camelor, tachetilor si uneori a bolturilor de piston si ungerea sub presiune a fusurilor arborilor cotiti, arborilor cu came, a organelor de comanda ale supapelor si uneori a bolturilor de piston.

Se intalnesc doua tipuri de sisteme de ungere:

a) Sistem de ungere cu carter umed. Este cel mai utilizat la motoarele in patru timpi si este caracterizat de faptul ca rezervorul de ulei este chiar carterul inferior al motorului.

b) Sistem de ungere cu carter uscat la care rezervorul de ulei este separat de carterul motorului. Fata de sistemul cu carter umed, acesta permite reducerea inaltimii motorului, nu este influentat de inclinarea autovehiculului si micsoreaza oxidarea datoita gazelor de ardere din cater, insa se complica constructia (sunt necesare minim 2 pompe de ulei si un radiator de racire) si necesita un spatiu mai mare pentru amplasarea rezervorului si radiatorului.

Sistemul de ungere este alcatuit dintr-un circuit principal de ulei si unul sau mai multe circuite secundare. Circuitul principal cuprinde rezervorul de ulei, care de regula este carterul inferior al motorului, una sau mai multe pompe de ulei, conducte si supape de siguranta. Circuitul secundar cuprinde filtrul de ulei in derivatie si radiatorul de racire. Sistemul de ungere mai cuprinde de asemenea aparate de control pentru determinarea presiunii, temperaturii si nivelului uleiului si dispozitive de siguranta pentru prevenirea suprapresiunii in instalatie (figura 33).

Fig. 33 Instalatie de ungere cu carter umed

1-baie de ulei, 2-sorb; 3-pompa de ulei; 4-supapa de siguranta; 5,6-filtre de ulei;

7-rampa centrala; 8-radiator de ulei; 9-indicator manometric

Pompa de ulei asigura deplasarea fortata a uleiului in circuitul de ungere. Se utilizeaza pompe cu una sau mai multe perechi de roti dintate cu angrenare exterioara sau cu angrenare interioara. Acestea au o constructie simpla, prezinta siguranta in functionare si au dimensiuni reduse (figura 34).

Fig.34 Pompa de ulei cu roti dintate cu angrenare exterioara

1-carcasa, 2,3-roti dintate; 4-axul pompei, 5-pinion de antrenare, 6-capac, 7-supapa de siguranta, 8-arc, 9-surub

Supapa de siguranta deviaza excesul de ulei din circuitul principal la cresterea presiunii, mentinand presiunea uleiului in rampa centrala la o valoare corespunzatoare.

Radiatorul de ulei se utilizeaza la motoarele cu carter uscat, la motoarele racite cu aer si la motoarele mari. Constructiv seamana cu radiatorul din instalatiile de racire cu lichid (figura 35).

Ventilatia carterului asigura eliminarea vaporilor de combustibil si a gazelor de ardere din carterul inferior al motorului in scopul franarii procesului de imbatranire a uleiului. Ventilatia carterului se poate realiza fie prin eliminarea gazelor direct in atmosfera, fie prin aspirarea lor in colectorul de admisie (figura 36).

Fig. 35 Radiator de ulei

Fig.36 Sisteme de ventilatie a carterului

1-conducta, 2,6-filtre, 3,5,7-conducte, 4-carburator.

Conductele de ulei se confectioneaza din teava de alama, cupru sau otel. Rampa centrala se confectioneaza prin gaurire in carterul superior al motorului si nu trebuie sa depaseasca diametrul de 15 mm.

Filtrele de ulei au rolul de a retine impuritatile mecanice si apa din ulei. Daca impuritatile din ulei depasesc 2 . 10%, acesta devine inutilizabil.

Filtrele de ulei se clasifica astfel:

a) dupa modul de filtrare:

filtre mecanice (cu membrana filtranta);

filtre active;

filtre magnetice;

filtre centrifugale.

b) dupa finetea de filtrare:

filtre de epurare bruta;

filtre de epurare fina.

Uneori se utilizeaza blocuri de filtre care contin in aceeasi carcasa atat filtru de epurare bruta cat si filtru de epurare fina (figura 37).

Fig. 37 Bloc de filtre de ulei

1-orificiu de admisie; 2-filtru de epurare bruta; 3,5-conducte;

4-filtru fin; 6-ax; 7-supapa cu bila

Deoarece conditiile severe de filtrare (retinerea particulelor mai mari de 5 mm) presupun rezistente hidrodinamice foarte mari, filtrul de epurare fina se monteaza in paralel cu circuitul principal de ungere, prin el trecand numai 8 . 20% din cantitatea totala de ulei aflat in instalatia de ungere. Totusi, pentru a se preveni infundarea rampei centrale, in circuitul principal se monteaza un filtru prin care trece intreaga cantitate de ulei (filtru de epurare bruta), cu un prag de filtrare de25 . 120 mm.

Filtrele mecanice pot fi cu sita metalica pot avea de la 100 . 200 gauri/cm² in cazul sitei sorbului de ulei, pana la 15000 . 2000 gauri/cm² in cazul filtrelor de epurare fina. Sorbul de ulei elibereaza bulele de aer dizolvate in ulei (spargator de spuma) si cu alutorul unui plutitor este mentinut la suprafata baii de ulei pentru a se preveni aspirarea impuritatilor depuse pe fundul acesteia.

Filtrele cu discuri profilate pot fi utilizate atat pentru filtrarea bruta cat si pentru filtrarea fina, in finctie de marimea interstitiilor (0,05 . 0,12 mm).

Filtrele din hartie au cea mai mare raspandire, in special la motoarele de mic litraj, deoarece pot realiza un prag de filtrare de pana la 5 mm. Sunt filtre de tip consumabil si se confectioneaza dintr-o hartie speciala (figura 38). La motoarele mari se folosesc filtre cu element filtrant din pasla.

Fig. 38 Filtru de ulei cu element din hartie

1-colector; 2-ax colector; 3-corp; 4-sesizor manometric; 5-arc; 6-supapa de scurtcircuitare; 7,8-compartimente de lucru; 9-capac; 10-element filtrant; 11-carcasa exterioara; 12-element de filtrare din hartie speciala pliata; 13-carcasa interioara

Filtrele active folosesc element de filtrare din pasla, hartie sau alte materiale impregnate cu substante chimice pentru a retine produsii organici de oxidare dizolvati in ulei, precum si apa. Tot in acest scop se mai folosesc silicagelul, amestecuri de oxizi de aluminiu, bauxita, manganul, sulful sau vata de zgura.

Filtrele magnetice retin impuritatile metalice din ulei. Ele pot fi montate in corpuri speciale sau in dopul de scurgere a uleiului.

Filtrele centrifugale se bazeaza pe separarea particulelor mecanice sub actiunea fortei centrifuge asigurata de turatia foarte mare a rotorului (peste 5000 rot/min). In figura 39 este prezentat filtrul centrifugal care echipeaza motorul MAN 2156.

Fig. 20.18a/780 Gr si20.8/768Gr(ultimul doar vedere sau corelare numerotatie)

Fig. 39Filtru centrifugal de ulei

1-corp; 2-rotor; 3-ax; 4-lagare axiale; 5-capac; 6-conducta;    7-duza; 8-canale; 9-clopot

La motoarele in doi timpi exista doua solutii de asigurare a ungerii:

a) Amestecarea uleiului in procent de 3 . 5% cu combustibilul. Solutia este practica dar incomoda.

b) Injectia de ulei in curentul aer - benzina din carburator. Procedeul este mai complicat, insa asigura o reducere sensibila a consumului de ulei.

Uleiurile folosite in instalatia de ungere a motoarelor cu ardere interna

Uleiurile sunt amestecuri de hidrocarburi, substante de origine minerala sau vegetala, caracterizate prin urmatorii indici caracteristici:

a) Vascozitatea reprezinta rezistenta la curgere datorita frecarii intre molecule.Vascozitatea determina capacitatea de ungere a cuplelor in regim hidrodinamic. Ea scade dupa o lege logaritmica la cresterea temperaturii si creste odata cu presiunea la temperaturi joase.

b) Onctuozitatea arata capacitatea de a se asigura ungerea semilichida in conditii de functionare la limita, deoarece ea reprezinta proprietatea uleiului de a adera la suprafata metalica (fenomenul de adsorbtie). Uleiurile minerale, provenite din prelucrarea titeiului au onctuozitate scazuta, insa uleiurile vegetale au o onctozitate mare, din care cauza se introduc in uleiurile minerale pentru cresterea onctuozitatii acestora.

c) Conductibilitatea termica este capacitatea uleiului de a asigura transferul de caldura. Conductibilitatea termica scade pe masura ce cresc densitatea si temperatura.

d) Stabilitatea la oxidare. La temperaturi peste 150 ^oC are loc descompunerea hidrocarburilor din compozitia uleiurilor. In consecinta creste vascozitatea si aciditatea uleiului si deci efectul coroziv al acestuia. Totodata se formeaza depuneri pe piesele motorului si lacuri dure care conduc la infundarea conductelor si griparea segmentilor. Toate aceste efecte conduc la inrautatirea caracteristicilor uleiului, fenomen cunoscut sub denumirea de "imbatranirea uleiurilor".

In functie de acesti indici, uleiurile trebuie sa satisfaca urmatoarele cerinte:

sa posede o vascozitate optima, o onctuozitate buna, o variatie redusa a vascozitatii cu temperatura;

sa posede o stabilitate chimica ridicata;

sa actioneze eficient impotriva uzurii;

sa posede o temperatura de congelare redusa.

Pentru imbunatatirea caracteristicilor uleiurilor se folosesc aditivi. Aditivii sunt substante organice sau organo-metalice solubile in ulei, care se adauga in procent de 0,5 . 15%. De regula se utilizeaza aditivi polifunctionali (tabelul 6).

Calculul elementelor sistemului de ungere:

a) Debitul de ulei

V_uc - debitul uleiului care circula prin rampa centrala

V_pu - debitul livrat de pompa (include si uleiul care trece prin supapa de siguranta)

c) Dimensiunile pompei de ulei cu angrenare exterioara

Tab.6

Aditivi pentru uleiuri

d) Sistemul de racire are rolul de a evacua fortat o parte din caldura degajata prin ardere, pentru a face posibila desfasurarea continua a procesului de lucru si mentinerea unui nivel termic corespunzator functionarii la parametrii optimi ai motorului.

Sistemul de racire trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii:

sa asigure un regim constant de temperatura sub valori critice, pentru lichid sau ulei, in conditiile atmosferice intalnite pe timpul exploatarii;

sa ocupe un spatiu cat mai mic;

sa fie simple, usoare si cu fiabilitate ridicata;

sa nu necesite pentru fabricatie materiale deficitare;

sa permita executarea usoara a lucrarilor de mentenanta;

- sa consume cat mai putina putere (max. 10 . 13% din puterea motorului).

Sistemele de racire, in functie de modul de racire, pot fi cu lichid sau cu aer.

1. Sistemele de racire cu lichid in raport cu sistemele de racire cu aer prezinta o serie de avantaje dar si dezavantaje. Dintre avantaje mentionam:

racirea este mai uniforma;

posibilitatea preancalzirii la pornire;

posibilitatea folosirii unui bloc comun pentru cilindri;

consum mai mic de putere;

zgomot redus;

solicitari termice mai reduse.

Totusi, aceste sisteme prezinta urmatoarele dezavantaje:

- sunt mai complicate si mai scumpe decat sistemele de racire cu aer;

exista posibilitatea corodarii instalatiei si pericolul de inghetare a lichidului de racire.

Sisemul de racire cu lichid se compune din: pompa de lichid, conducte, termostat, camasile de racire ale cilindrilor, radiator si ventilator    (figura 40). Acest tip de sistem de racire poate fi deschis sau inchis  (sub presiune).

Primele tipuri de instalatii sunt simple si asigura autoreglajul, insa au dimensiuni si mase mari si randament scazut al schimbului de caldura.

Pompa de lichid este de tip centrifugal cu palete (figura 40a). Aceste pompe au o constructie simpla, fiabilitate si siguranta in functionare mari. In plus prezinta avantajul ca dupa intreruperea functionarii nu obtureaza circuitul de lichid, permitand circulatia naturala prin termosifon care uniformizeaza temperaturilor in camasa de apa.

Pompa este actionata de catre arborele cotit prin intermediul unor curele trapezoidale.

Carterul pompei de apa se confectioneaza prin turnare din fonta. Rotorul se confectioneaza din fonta, aliaj de aluminiu sau bronz. Axul din otel inoxidabil este prevazut cu un sistem de garnituri de etansare (presetupa figura 40b).

Fig. 40 Sistem de racire cu lichid

1-pompa de apa; 2-ventilator; 3-curea trapezoidala; 4-radiator de apa;

5-instalatie de climatizare; 6-termostat; 7-racitor de ulei; 8-rezervor de compensare

Fig. 40 Pompa de apa centrifugala

a-elemente constructive; b-solutia de etansare

1-carcasa pompei; 2-rotor; 3-palete; 4-racord de evacuare; 5-racord de aspiratie;

6-inel de etansare; 7-arc; 8-disc; 9-bucse cu autolubrifiere; 10-carcasa

Radiatorul (figura 41) transmite prin convectie caldura de la lichidul de racire la mediul ambiant.Radiatoarele destinate motoarelor de autovehicule trebuie sa indeplineasca urmatoarele cerinte:

sa asigure eliminarea caldurii la toate regimurile de functionare si in orice conditii ale mediului ambiant;

sa aiba masa si dimensiuni de gabarit minime;

sa aiba rezistenta aerodinamica redusa;

sa provoace o rezistenta hidraulica mica;

sa fie rezistente; sa aiba o constructie simpla.

Fig. 41 Radiatorul instalatiei de racire

1-bazin superior; 2-bazin inferior; 3-parte de racire; 4-conducta; 5-robinet de evacuare;   6-gura de umplere cu buson si supapa de siguranta.

Tipurile de radiatoare utilizate la motoarele de autovehicule sunt prezentate in figura 42.

Fig. 42 Tipuri de elemente de racire

1-cu tevi de apa si placi; 2-cu tevi plate si benzi pliate; 3-cu tevi voalate

Radiatoarele cu tevi de apa si placi sunt foarte eficiente si compacte. Si radiatoarele cu tevi plate si benzi pliate sunt eficiente, se confectioneaza usor, dar nu au rigiditate suficienta.

Radiatoarele se cofectioneaza din alama sau din aluminiu.

Ventilatorul are rolul de a asigura circulatia aerului necesar preluarii cantitatii de caldura care urmeaza a fi evacuata de catre instalatia de racire. In fapt, el este un compresor cu raportul de compresie mai mic sau egal cu 1,1 care asigura circulatia aerului in intreaga zona a motorului.

Ventilatoarele din instalatiile de racire trebuie sa indeplineasca urmatoarele cerinte:

sa asigure debitul de aer necesar, avand dimensiuni si mase reduse;

sa fie simple in exploatare si sa se poata intretine usor;

sa aiba randament ridicat;

sa nu produca vibratii si zgomote in functionare.

Dupa modul in care are loc circulatia aerului la trecerea prin ventilator, acestea pot fi axiale sau radiale (centrifugale). Cele mai raspandite sunt ventilatoarele axiale (figura 43) datorita simplitatii constructive si randamentului ridicat de functionare. Deoarece ventilatorul consuma 4 . 5% din puterea motorului, ridicand si consumul de combustibil cu 5 . 7% si intrucat nu este necesara functionarea lui permanenta, mai ales iarna cand provoaca subracirea motorului, de regula se utilizeaza ventilatoare cu functionare intermitenta, care intra in functiune numai cand temperatura lichidului de racire creste peste o anumita valoare. Prin aceasta solutie constructiva se obtin urmatoarele avantaje:

se asigura o racire relativ uniforma a motorului la sarcini variabile;

se reduce timpul de incalzire a motorului;

se asigura un supliment de putere si o reducere a consumului de carburanti;

scade uzura motorului, deoarece functioneaza la temperatura de regim;

functionare silentioasa a motorului.

Fig. 43 Ventilator axial

1-palete; 2-bucsa; 3-buloane; 4-fulie pentru curea de antrenare;

5-rulmenti; 6-ax; 7-curea trapezoidala

Termostatul are rolul de a impiedica circulatia lichidului de racire prin radiator, cand temperatura nu depaseste o anumita valoare predeterminata (de regula 70^oC), servind deci pentru reglajul automat al instalatie de racire.

Din punct de vedere constructiv, termostatele pot fi : cu burduf, in care se introduce lichid ori amestecuri solide usor fuzibile, sau cu spirala bimetalica.

Dintre acestea cea mai mare utilizare o au termostatele cu burduffuzibile. In figura 44 este prezentat un asemenea termostat care functioneaza cu cerezina, o ceara sintetica cu un mare coeficient de dilatare in stare topita. Folosirea termostatelor reduce uzura si mareste economicitatea motorului.

Fig. 44 Termostat cu burduf

1-vas metalic gofrat; 2-element de cauciuc; 3-tije; 4-supapa

Particularitati privind utilizarea instalatiilor de racire cu lichid:

- admisia lichidului de racire in motor la m.a.c. se face pe la partea inferioara a blocului motor, pentru a se favoriza autoaprinderea, in timp ce la m.a.s. se face pe la partea superioara a blocului sau chiar prin chiulasa, pentru a se inlatura pericolul de detonatie. In ambele cazuri, se obtine si o imbunatatire a randamentului de functionare;

- pentru evitarea aparitiei diferentelor mari de presiune in instalatie pe timpul functionarii, instalatiile de racire pot fi in contact permanent cu atmosfera, caz in care apar pierderi mari de lichid pe timpul functionarii, sau pot fi ermetizate, caz in care sunt prevazute cu un vas de expansiune (figura 45). Ultima solutie asigura o functionare sigura in toate anotimpurile si permit o intretinere usoara;

Fig. 45 Instalatie de racire cu lichid capsulata

1-pompa de lichid; 2-radiator; 3-termostat; 4-vas de expansiune

- pentru a se favoriza pornirea motoarelor pe timp de iarna, la unele tipuri de autovehicule instalatia de racire este prevazuta cu un preincalzitor de apa si ulei (figura 46). Preincalzitorul este compus dintr-un cazanel cu pereti dubli, cap de ardere cu arzator si bujie incandescenta, instalatii de alimentare cu motorina si cu aer, instalatie de evacuare a gazelor de ardere,etc.

Fig. 46 Instalatie de preincalzire

1-termostat; 2-radiator; 3-pompa; 4-motor; 5-cazanel; 6-pompa de circulatie

- pentru asigurarea unor conditii optime pentru personal, instalatia de racire este utilizata la majoritatea autovehiculelor si pentru incalzirea spatiului destinat pentru acestia. In acest scop, lichidul incalzit de motor trece prin unul sau mai multe schimbatoare de caldura plasate convenabil.

3. Sistemele de racire cu aer se folosesc de regula la motoare de puteri mici, sub 50C.P., dar pentru anumite marci de motoare se folosesc si pentru puteri mai mari (de exemplu motoarele Skoda si Tatra).

Fata de sistemele de racire cu lichid, aceste sisteme prezinta urmatoarele avantaje:

simplitate constructiva;

stabilitate termica la variatiile temperaturii mediului ambiant;

incalzire rapida a motorului;

eliminarea pericolului de inghet a apei;

regim termic mai ridicat;

dimensiuni si mase mai mici ale motorului.

Totusi, utilizarea lor este limitata, datorita urmatoarelor dezavantaje:

solicitari termice ridicate, care limiteaza turatia si raportul de compresie;

pornire nesigura la temperaturi joase;

zgomot provocat de ventilator;

necesitatea unui radiator mare de ulei;

consum mare de putere pentru actionarea compresorului (9 . 13)% din puterea motorului.

Aceste sisteme, de regula se compun din ventilator, carenaj si deflector. Toate acestea au rolul de a dirija curentii de aer spre zona exterioara a camerelor de ardere si de a mari suprafata totala de schimb de caldura dintre motor si mediul ambiant.

De regula pentru a se mari suprafata de schimb de caldura, motoarele prevazute cu sistem de racire cu aer au cilindrii independenti, prevazuti cu aripioare de racire in zona chiulasei si la partea superioara a cilindrilor.