Cursuri PCMAI

  • View
    1.617

  • Download
    5

Embed Size (px)

Text of Cursuri PCMAI

Capitolul 1 Istoric1.1. Scurt istorical dezvoltrii motoarelorcupiston, nraport cu cerinele evoluiei tehnico-economice a societiinacest context trebuienceput prinasemenionacpropunerilede utilizare a energiei chimice n scopuri utile societii, le-au precedat de fapt pe cele care aveau n vedere crearea mainilor cu abur. Acestea s-au realizat ns mai uor, anterior construciei primelor motoare cu ardere intern.Astfel, putem meniona c nc din 1678, abatele de Hautefeuille, fcea s explodeze mici cantiti de crbune ntr-ocamer prevzut cu supape. Aceast main era de fapt o pomp aspiratoare care funciona n felul urmtor: dup explozie, aerul dincamer i cea mai mare parte a gazelor produse, prseau incinta care rmnea astfel ncrcat cu gaze calde; prin rcirea acestor gaze ele se contractau provocnd aspiraia apei dintr-un rezervor aflat la un nivel inferior. Hautefeuille i-a perfecionat aceast main dup patru ani, adic n 1682, transformnd-ontr-opompaspiratoare-respingtoarecareutiliza, de data aceasta, praful de puc.Tot n aceast perioad, celebrul fizicianHuygensrealiza o main asemntoare,introducndns un piston de lucru ca organ mobil. Lucrul mecanic util era produs n timpul cursei descendente de ctre fora greutate a pistonului i fora generat de diferena de presiune de pe cele dou fee ale lui. Contracia gazelor era accelerat prin rcirea lor cu ap.Motorul lui Huggens a fost perfecionat de ctre colaboratorul su, Dennis Papin. El a nlocuit supapele cilindrului prin supape-clapete, plasate n piston i nchiderea cu urub a camerei de explozie printr-una cu contragreutate, jucnd astfel i rolul unei supape de siguran (fig. 1.1).Ulterior,Papina obinut ridicarea pistonului n cilindrul su, prin vaporizarea apei, iar depresiunea obinut prin condensarea vaporilor cu ajutorul apei injectate n cilindru cobora pistonul, inventnd astfel prima main cu abur (fig. 1.2).Newkomen i Polzunov au perfecionat mainile cu abur separnd cazanul de cilindru, iarJamesWatta realizat condensarea vaporilor ntr-ocamer distinct, a introdus mecanismul motor cu balansier, precumi regulatorul centrifug. Mainile cu abur extinzndu-se n industrie i transportul terestru i 5naval auoprit, pentruaproape200deani, adicpnnadouajumtatea secolului al XIX-lea, dezvoltarea motoarelor cu ardere intern.Fig. 1.1Motorul realizat de ctre Dennis PapinFig. 1.2Maina cu abur a lui Dennis PapinPe de alt parte, mainile cu abur n-au putut fi timp ndelungat competitive, ocupnd mult spaiu i prezentnd pericolul permanent de explozie.n vederea acionrii mainilor unelte din micile ateliere,Lenoira construit n1860primelemotoaremici funcionndcugazdeiluminat din reeaua oraelor. Constructiv, motoarele erau alctuite dintr-un cilindru, mecanismul motor cupistonul, capul de cruce, biela i manivela motoare, precumi unmecanismdedistribuiecompusdindouexcentricecutijei sertare plane de distribuie. Cilindrul i chiulasele erau rcite cu ap. Procesele de lucru sunt reprezentate n fig.1.3 i sunt asemntoare celor de la ciclul n 2 timpi.Dincauzalipseiprecomprimriiiadestinderii incomplete, motorul avea un randament slab, chiar pentru acea perioad, adic 2 4,5% i implicit un consum exagerat de combustibil, adic 2,7 [m3/CP.h]. Datorit solicitrilor termice crescute, puterea litricobinuteraredus i de asemenea, valoarea presiunii medii efective era extrem de cobort, adic de ordinul: pe= 0,33 0,47 [bar].Fig. 1.3Ciclul motorului cu gaz al lui LenoirO solicitare termic mai favorabil i un randament mai bun s-au obinut la motoarele cu piston liber n timpul cursei de destindere, realizate de Ottoi 6Lange, prezentate ntr-un exemplu din fig.1.4. Aprinderea amestecului se fcea delaoflacr. ntreagaenergiepotenialeracedataxuluinumai ntimpul cursei descendente. Motorul se construia pentru puteri de 0,5 3 [CP]. n ciuda funcionrii zgomotoase provocate de cremalier, randamentul era destul de bun, n jur de 12%, corespunznd unui consum de 0,8 [m3gaze/CP h], fa de 2,7 [m3/CP.h], lamotorul Lenoir. Dimensiuniledegabarit eraunsfoartemari; astfel, pentru un motor de 1,5 [CP], nlimea era de 3,5 [m] [5].Cauza principal a randamen-tului sczut o constituia, de fapt, temperatura maxim a ciclului, redus. Acest lucru se datora, n principal, aprinderii amestecului la temperatura mediului ambiant.Soluia o ofer, puin mai trziuBeau de Rochas, prin introducerea n ciclul de funcionare a comprimrii ncrcturii proaspete (ciclul cu ardere izocor). Acest ciclua fost realizat cu succes de ctreOtto, n anul1876, care se consider de fapt anul de natere almotorului cu aprindere prin scnteie. S-a trecut astfel de la motorul ndoi timpi lamotorul n patru timpi.n anul1893se adopt, de ctre Rudolf Diesel, un nou ciclu de Fig. 1.4Motorul cu piston liber a lui Otto iLangefuncionare, prin similitudine cu studiile lui Carnot (1824), n vederea reducerii consumului decombustibil. Realizri demnedemenionat s-aunregistrat n 1897 i 1899, iar utilizarea sa larg n domeniul naval s-a extins dup 1903.Aceste motoare succedau pe cel realizat de Daimler, n 1894, ulterior i n 1900. Extinderea motoarelor cu autoaprindere a fost ns limitat de necesitatea existenei unei surse de aer comprimat, n vederea pulverizrii combustibilului. Compresorul careasiguraaerul comprimat mreasubstanial dimensiunilei greutatea motorului. n vederea renunrii la compresor trebuiau s se realizeze agregate noi pentru debitarea combustibilului. Aceste agregate trebuiau s asigure debitarea, dozarea i pulverizarea combustibilului n cilindrii motorului, n condiii corespunztoare. n aceast direcie au existat o serie de ncercri i de realizri, n fig. 1.5prezentndu-se un motor construit n jurul anului 1900. Motorul, fr compresor, prevzut cu un sistem mecanic de injecie a combustibilului, relativ simplu, avea diametrul cilindrului de 205 [mm], cursa de 350 [mm], funciona la o turaie de 160 [rpm]., dezvoltnd puterea de 10 [CP]. 7Introducerea sistemelor de alimentare prin injecie mecanic a combustibilului i ulterior a supraalimentrii, au condus la un progres important n construcia motoarelor cu aprindere prin comprimare, deschizndu-se astfel calea utilizrii lor n domeniul mijloacelor de transport terestru. Fig. 1.5Motor cu aprindere prin comprimare cu injecie mecanic realizat dup proiectul lui G. V. Trinkler1.2. Primele utiliti asigurate cu motoare termice. Realizri reprezentativeDup cum s-a artat, primele ncercri de realizare a unor maini de for aveau o finalitate precis i anume ele lucrau cu pompe aspiratoare-respingtoare, menitedeci sridiceoanumitcantitatedeaplaoanumit nlime. Alturi deacestea, ncategoriamotoarelorstaionare, sealiniazi motoarele cugaz de iluminat care antrenau diverse utilaje natelierele de prelucrri ale micilor industrii.Dup anul 1903 se poate considera deschis epoca utilizrii largi a motoarelor cu ardere intern, n vederea echiprii unui mijloc de transport. Acest lucru a fost favorizat de faptul c la sfritul secolului al XIX-lea, dezvoltarea industriei petroliere a facilitat obinerea combustibililor lichizi, uor volatili, de tipul benzinei. n acelai timp, aa cum s-a artat mai sus, o serie ntreag de alte progrese, precum introducerea ciclului de funcionare n patru timpi, realizarea injeciei mecanice de combustibil i supraalimentarea motoarelor aucontribuit, deasemenea, ladezvoltareaunei noi generaii de motoare cu ardere intern utilizat pe scar din ce n ce mai larg n transporturi.8Astfel, dupdateleexistentenliteraturadespecialitate, nanul 1911, flotamondialcuprindeaunnumr de48demotonave, dincare15aveau motoare cuprinse ntre 600 i 10.900 [CP].Utilizarea motoarelor la transportul terestru a fost inaugurat n 1885 cnd Daimleri ulteriorBenz, n 1887, au construit automobile cu doui trei roi. Mai trziu, n jurul anului 1910,I.V. Mamin realizeaz un tractor cu roi acionat deunmotor cuardere interncucombustibil greu, iar n 1912, firmaHoltdinSUA lanseaz un tractor cu roi i enile. Uzinele din Harkov, n 1935, ncep s lucreze la realizarea unui motor Diesel puternic, de turaie mare, motorulBD-Z, prezentat nfig. 1.6, care dezvolta 400 [CP]. Perfecionat nanul 1939, acest motorafost omologat i lansat n fabricaie sub denumirea V-2. n1941el afost modernizat i redenumitV2-34, echipnd mainile de lupt T-34.Fig. 1.6MotorDiesel de turaie mare,tip BD-Zn domeniul aviaiei, primele ncercri de utilizare a propulsiei cu motoare cu ardere intern au fost n legtur cu aparatele mai uoare dect aerul. Astfel, n 1902,PanhardiLevasseurmonteaz pe un dirijabil un motor de 40 [CP], avnd greutatea specific de 9,5 [kg/CP], iar n 1906, un motor de 70 [CP], cu o greutate specific de 9 [kg/CP]. Un an mai trziu, n 1903, se monteaz pe un dirijabil un motor de 110 [CP] care realiza o greutate specific de 4,2 [kg/CP]. Echiparea aparatelor mai grele dect aerul nus-a putut extinde naceast perioad din cauza greutii specifice mari. Creterea turaiei motoarelor a fost saltul hotrtor nacest domeniu. nprezent, motoarelecuardereinterncu piston echipeaz n exclusivitate micile avioane utilitare, sportive, de instrucie, precum i anumite elicoptere i o categorie larg a aparatelor de zbor ultrauoare (U.L.M-uri). Realizri de vrf n acest domeniu putem grupa i pune n discuie astfel:- motorulManley, construit de inginerulCharles Manleyn anul 1901, care avea 5 cilindri dispui n stea, rcii cu ap;9- motorul Antoinette, realizat n 1906, cu 8 cilindri poziionai n V, la un unghi de 90, cu arbore cu 4 coturi, cu bielele alturate. Supapele de admisie funcionau automat, iar cele de evacuare erau comandate. Alimentarea cu benzin se fcea prin injecie direct, iar aprinderea cu un sistem original bazat pe un alternator de nalt frecven. Rcirea motorului era cu lichid, utilizndu-se pentru delimitarea spaiilor de rcire o cma exterioar de tabl de alam;- motorulMercedes-Benz DB 605A-B, ct iDB 601sunt derivate din motorul debazDB600C/D;605 eraun motor cu12 cilindri nV, inversat, formnd ntre ramurile V-ului un unghi de 60. Fiecare cilindru avea 4 supape, dou de admisie i dou de evacuare. Motorul 605A-B era alimentat prin injecie direct de benzin, fiind dotat cu compresor de supraalimentare [41].10Capitolu