Download pdf - Tipuri de Combustibili Utilizati de Automobile

8/17/2019 Tipuri de Combustibili Utilizati de Automobile

1/33

TIPURILE DE COMBUSTIBIL

1


2/33

CUPRINS

1. Scurt istoric ………………………………………………… pag.4

2. Combustia în practică ........................................................ pag.5

3. Clasiicar!a combustibililor ............................................... pag."

4. Compo#i$ia combustibililor ………………………….......... pag.1%

5.&r'!r!a combustibililor ……………………………............. pag.11

(. Proc!sul '! ar'!r!……………………………………........... pag.12

".Put!r!a calorică ………………………………………........... pag.13

).Combustibili p!ntru motoar! cu ar'!r! int!rna ……......… pag.14

*.+otoar! cu b!n#ina…………………………………........…. pag.1"

1%.+otoar! 'i!s!l ........................................................................ pag.1)

11.,io'i!s!l ................................................................................... pag.2(

2


3/33

Scurt istoric

Obtinerea combustibililor este rezultat din zacamintele de extragere a p!trolului

(ţiţeiului) , care este un amestec de hidrocarburi solide i gazoase dizolvate într-un amestec deș

hidrocarburi lichide, este un amestec de substan eț lipofile.

i eiul în stare brută (nerainat) con ine !este 1" ### de substan e organice com!lexe,Ț ț ț ț

motiv !entru care este materia !rimă cea mai im!ortantă !entru industria chimică (vo!sele,

medicamente, materiale !lastice, etc.) i !roducereaș carburan ilorț . P!trolul a ost desco!erit

în urmă cu c$teva mii de ani. %v$nd densitatea mai redusă dec$t a a!ei sărate, s-a găsit în

caverne i zone cu straturi sedimentare calcaroase, argiloase, sau nisi!oase de la su!raa ă.ș ț &ncazul în care straturile im!ermeabile de argilă sunt deasu!ra, ne!ermi $nd ie irea la su!raa ăț ș ț

a !etrolului, acesta se va găsi în straturile !rounde de unde va i extras !rin sonde !etroliere.

'traturile de !etrol situate la su!raa ă !rin oxidare se transormă înț asfalt acesta iind dea

desco!erit în Orient în urmă cu cca. 12 ### de ani în eso!otamia antică.

i eiul era cunoscut !e teritoriul *om$niei încă din secolul + î.r., de c$nd dateazăȚ ț

obiectele desco!erite în cadrul cetă iiț dacice de la oiana ( icore ti, /ala iș ț )0 !odoabe

din smoală întărită i aco!erită cu un strat sub ire deș ț argint.e altel, !rima rainărie de !etroldin lume a ost construită în *om$nia, în 134, la !erieria ora ului loie ti, (în !artea de sud-ș ș

est, în drum s!re localitatea *$ov, la nord de calea erată loie ti - 5uzău).ș

6ormarea zăcămintelor de !etrol susţinută du!a teoria biogenă a luat na7tere din

organisme marine !lancton care du!ă moarte s-au de!us !e undul mării, iind aco!erite

ulterior de sedimente. 8onorm acestei teorii !erioada de ormare a !etrolului se întinde !e

!erioada de tim! de ca. 93# - :## milioane de ani în urmă , !erioadă în care a avut loc în

r$ndurile lorei i aunei o mortalitate în masă, ex!licată !rin teoria meteoritului uria care aș șcăzut în aceea !erioadă !e ăm$nt, declan $nd tem!eraturi i !resiuni ridicate.ș ș

;xtracţia !etrolului se ace cu autorul unor sonde , insule sau !latorme de ora înuncţie de locaţia zăcămintelor de !etrol.


4/33

Combustia in practică

Amestecul perfect între combustibil si aer nu survine întotdeauna, chiar si în conditii bune de amestec. Câteodatã, amestecarea dureazã prea mult,astfel cã amestecul ajunge într-o zonã în care temperatura este preascãzutã pentru a furniza suficientã cãldurã în vederea definitivãriicombustiei. Dacã se furnizeazã doar cantitatea de aer stoichiometric, o parte acombustibilului nu arde si combustia rãmâne incompletã. entru a asigurao combustie completã, se furnizeazã aer în e!ces fatã de cantitateastoichiometricã. "n acest mod, fiecare moleculã de combustibil gãsestenumãrul corect de molecule de o!igen necesare pentru încheierea

combustiei. Acest aer adãugat este denumit aer în exces, deci cantitatea efectivã deaer este egalã cu aerul teoretic plus aerul în exces. Cantitatea de aer în e!ces utilizatã pentru combustia practicã depinde îngeneral de mai multi factori #natura si starea fizicã a combustibilului,forma camerei de combustie, tipul de arzãtor etc.$% cantitatea de aer îne!ces este mare pentru combustibilii solizi si are valori mai mici pentrucombustibilii lichizi sau gazosi. Am stabilit cã respectivele conditii optime pentru a garanta combustiacompletã a unor cantitãti mari de combustibil într-un spatiu limitat si în

timp scurt presupun sã se lucreze cu aer în e!ces fatã de necesarul de aerteoretic. Dorim sã subliniem acum cã ocombustie optimã se realizeazã cu cea mairedusã cantitate de aer în exces posibilã. Aer în e!ces înseamnã cã o parte din o!igen, nefiind utilizatã, va deveni oparte a flu!ului de gaze arse, ducând la cresterea volumului total alacestuia. &!istã deci o valoare optimã pentru aerul în e!ces. "n cazul în care cantitatea de aer este prea micã, va fi prezent combustibilnears, datoritã combustiei incomplete #înregistrându-se astfel o risipã decombustibil si pericolul poluãrii atmosferei$, în vreme ce o cantitate prea

mare de aer produce o combustie completã, dar vor e!ista pierderi maimari la cos #ducând la scãderea eficientei si la cresterea emisiei de o!izide azot$. 'ona optimã este cea care combinã poluarea minimã cu cele maireduse niveluri de combustibil nears si de pierderi la cos.

:


5/33

3


6/33

Clasiicar!a Combustibililor

Clasificarea combustibililor se !oate realiza !e de-o !arte du!ă starea de agregareîn combustibili solizi, lichizi şi gazoşi, iar !e de altă !arte du!ă !rovenienţă în combustibili

naturali 7i artiiciali.

8ombustibilii sunt ormati din 0

- substante combustibile (in care intra elementele combustibile = carbon (8), hidrogen() si sul (')> si elementele necombustibile = oxigen (O) si azot ()>

- substante minerale necombustibile>

- umiditate>

8ombustibilii se clasiica du!a mai multe criterii.

&n uncţie de starea de agregare 0

- combustibili solizi>

- combustibili lichizi>

- combustibili gazo7i>

&n uncţie de modul de obţinere0

- combustibili naturali>

- combustibili artiiciali (!rodusi din cei naturali, !rin !rocedee industriale)>

- combustibili sintetici (abricati din alte substante, !e cale industriala)>

&n uncţie de calitate0

- combustibili ineriori (?i(#) @ 12,4 ABCg)>

- combustibili medii (12,4 @ ?i(#) @ 21ABCg)>

- combustibili su!eriori (?i(#) D 21ABCg)>

*Qi(0) – puterea calorifică inferioară raportată la starea iniţială (căldura dezvoltată prin arderea completă a unitaţii de combustibil si răcirea gazelor de ardere până la temperatura de 25!" fără caldura latentă de condensare avaporilor de apă din gazele de ardere)#

+n uncţie de sco!ul utilizării 0

- combustibili tehnologici (olosiţi in diverse !rocese tehnologice, in sco!ul !roducerii

de materii !rime !entru industrie = !etrochimica, cocsochimica etc.)>

- combustibili energetici (olosiţi !entru ardere, in sco!ul !roducerii energiei termice,mecanice sau electrice)>

&n igurile de mai os sunt !rezentate modurile de a!rindere a motoarelor uncţionabile.

4


7/33

cu combustibil benzină 7i a motoarelor uncţionabile cu motorină (diesel).

&n igura 1.1 este detaliata modul de a!rindere !rin sc$nteie adica motoarele cu ardere

internă.Ea motorul cu a!rindere !rin sc$nteie ini ierea !rocesului de ardere a amestecului aer-ț

combustibil se ace în interiorul camerei de ardere cu o sc$nteie de la o buie. Fermenul

contrastează cu motoarele diesel cu a!rindere !rin com!resie, unde căldura generată de

com!resie este suicientă !entru a ini ia !rocesul de ardereț .

6ig.1.1 otor cu a!rindere !rin sc$nteie.

&n igura 1.2 este !rezentată modul de a!rindere a combustibilului motorină la

motoarele diesel.

&n motorul diesel aerul este com!rimat abia a!oi este inectat combustibilul.in

cauză că aerul se incălze7te c$nd este com!rimat , combustibilul se a!rinde.

otorul diesel oloseste ciclul de !atru tim!i ca 7i motorul !e benzină.

- admisia0 valva de admisie se deschide ,lans$nd aerul sa intre în cilindru 7i mi7c$nd

!istonul in os>

"


8/33

- com!resia0 !istonul se mi7că in sus com!rim$and aerul>

- combustia0 cum !istonul aunge in !artea de sus, combustibilul este introdus exact in

momentul o!ortun 7i a!rins , orţ$nd !istonul in os>

-evacuarea0 !istonul se mi7că in sus ,orţ$nd gazele care au rezultat din combustie să iasă

!rin su!a!a de evacuare>

6ig.1.2 odul de a!rindere al motorinei la motoarele diesel, cele : eta!e. e ţinut minte că motorul diesel nu a!rinde motorina !rin sc$nteie , acesta estea!rins de aerul ierbinte rezultat din com!resie . e asemenea , combustibilul este inectatdirect in camera de combustie.


9/33

Compo#i$ia combustibililor

8om!oziţia combustibililor !oate să ie stabilită global !rin desemnarea !ărţii care

!artici!ă eectiv la !rocesul de ardere, denumită masa combustibilă 7i a !ărţii care nu

!artici!ă la ardere, denumită balast , care se regăse7te între !rodu7ii inali ai arderii, sub ormă

de zgură. %ceastă modalitate de deinire a com!oziţiei combustibililor evidenţiază 7i

umiditatea, res!ectiv cantitatea de a!ă conţinută de combustibili 7i este numită analiză

tehnică.

ecesităţi !ractice legate de calculul !rocesului de ardere, im!un detaliereacom!oziţiei celor două com!onente ale combustibililor, !rin analiza chimică elementară, sau

mai scurt analiza elementară, în elemente chimice !rimare, sau com!u7i stabili, carealcătuiesc îm!reună combustibilul. 8om!oziţia chimică elementară, este ex!rimată !entrucombustibilii solizi 7i lichizi în articia!ii masice GHg com!onent B Hg combustibilI, iar

!entru combustibilii gazo7i în articia!ii "olumice Gm9 com!onent B m9 combustibilI.Combustibilii solizi #i lichizi , au în com!oziţie ca 7i elemente chimice

combustibile0carbonul (c), hidrogenul (h) 7i sulul (s). &n !aranteze, cu litere mici, au ost notate

!artici!aţiile masice ale elementelor chimice. intre aceste elemente, sulul este o !rezenţă

nedorită, deoarece reacţionează cu umiditatea din combustibil, rezult$nd acid suluric, iar

acesta este extrem de coroziv !entru elementele metalice ale instalaţiilor de ardere. %lte

elemente care !artici!ă la !rocesul de ardere sunt0 oxigenul (o) legat, deci existent în

combustibil 7i umiditatea combustibilului (J). asa inertă, minerală, sau balastul, are

!artici!aţia masică notată !rin (a).

'uma !artici!aţiilor masice evidenţiate !rin analiza elementară, trebuie să

satisacă relaţia0

cKhKsKoKJKaL1

Combustibilii $azo#i au în com!oziţie ca elemente cobustibile0 hidrogen (h2), oxid

de carbon (co), dierite hidrocarburi de ti!ul (cmhn) de exem!lu metanul (ch:), iar ca

elemente necombustibile0 oxigen (o2), azot (n2), bioxid de carbon (co2) 7i umiditate (J). &ntre

!aranteze au ost notate !artici!aţiile volumice, care trebuie să satisacă relaţia0

2KcoKMc 2 hnKo2n2Kco2KJL1

N


10/33

&r'!r!a combustibililor

&n vederea arderii unui combustibil, trebuie să se asigure mai int$i, !rezenta

simultană 7i a oxigenului 7i a!oi să se !roducă a!rinderea.

%rderea oricărui combustibil este !recedată de a!rindere. entru a!rinderea unui

combustibil trebuie să existe o anumită !ro!orţie locală între combustibil 7i oxigen 7i să existe

o sursă de energie !entru încălzirea combustibilului !$nă la tem!eratura de a!rindere.

Fem!eratura de a!rindere de!inde de natura combustibilului si re!rezintă cea mai oasă

tem!eratură la care ince!e arderea internă. %!rinderea combustibilului este !recedată

intotdeauna de o !erioada de tim!, numită !erioada de inductie, !e durata căreia, sub inluenţa

tem!eraturii înalte 7i a altor actori, combustibilul sueră !rocese de descom!unere 7i oxidare,cu ormare de combinaţii mai sim!le, !roduse intermediare active ca radicali, atomi sau

molecule semi-stabile, cu o energie de activare mică, care !artici!ă la !ro!agarea reacţiilor de

ardere.

&prin'!r!a si ar'!r!a combustibililor ga#osi- are loc !rin reactii inlantuite,initiate

termic.

Combustibilii ga#oi- oerind cea mai mare su!raaţă de contact între ei 7i oxigen,

se a!rind oarte usor, arderea are loc în întreg volumul amestecului de combustibil = aer.

&r'!r!a combustibililor lic/i#i- se realizează mărindu-se su!raaţa de contact cu

oxigenul sau aerul, în care acesta se !ulverizează.

&r'!r!a combustibililor soli#i- este un !roces eterogen 7i se com!une din

următoarele eta!e0

- încălzirea 7i uscarea combustibililor>

- descom!unerea !irogenică a combustibilului cu ormare de materii volatile 7i a

cocsului>

- arderea materiilor volatile>

- arderea cocsului>

1#


11/33

11


12/33

Proc!sul '! ar'!r!

entru a analiza !rocesul de ardere, sistemul termodinamic în care se !roduce aceasta, este

deinit ca în schema din igura alăturată 7i !ermite introducerea unor noţiuni oarte im!ortante

!entru înţelegerea ulterioară a enomenelor legate de ardere.

Schema sistemului termodinamic în care se produce arderea

'!aţiul în care se desă7oară arderea este denumit ocar. &n acest s!aţiu sunt introduse celedouă elemente care se înt$lnesc obligatoriu în orice !roces de ardere 7i anume combustibilul,adică acea com!onentă care urmează să ardă, av$nd debitul mcb 7i comburantul, adică aceacom!onentă care conţine oxigenul necesar arderii. e regulă, în !rocesele de ardere uzualedin tehnică, aerul este cel mai înt$lnit comburant.

&n urma arderii, rezultă0

- gaze de ardere, av$nd o com!oziţie care dieră în uncţie de ti!ul combustibilului 7i alcomburantului,

- cenu7ă sau zgură, datorită balastului conţinut de combustibil>

- căldură, care re!rezintă eectul util 7i care de!inde de condiţiile în care se desă7oarăarderea 7i de cantitatea de aer (comburant) introdusă în sistem.

Put!r!a calorică

12


13/33

uterea calorica este com!usă din doua categorii sup!rioar! 7i in!rioar!.

Put!r!a calorică 0căl'ura '! ar'!r! sup!rioară este căldura de reacţie !entru

cazul în care aceasta conţine căldura de va!orizare a a!ei (a!a re!rezintă un !rodus al arderii

în stare lichidă, iar toate !rodusele arderii sunt obtinute în condiţiile de tem!eratură 7i !resiune cores!unzătoare stării normale izice = starea iniţială a combustibilului 7i

comburantului, înainte de arderea !ro!riu-zisă).

Put!r!a calorică 0căl'ura '! ar'!r! in!rioară este căldura de reacţie !entru

cazul în care aceasta nu conţine căldura de va!orizare a a!ei, deoarece aceasta se regăse7te în

gazele de ardere (a!a re!rezintă un !rodus al arderii în stare de va!ori, iar toate !rodusele

arderii sunt obtinute în condiţiile de tem!eratură 7i !resiune cores!unzătoare desă7urării

arderii). Put!r!a calorică 0căl'ura '! ar'!r! s! poat! '!t!rmina !p!rim!ntal într-o

instalaţie denumită bombă calorim!trică. eterminarea ex!erimentală urnizează !uterea

calorică (căldura de ardere) reală a combustibilului 7i constă în încălzirea unei cantităţi

cunoscute de a!ă, între valori determinate ex!erimental ale tem!eraturii iniţiale 7i inale, cu

autorul căldurii rezultate în urma arderii unei cantităţi cunoscute de combustibil.

Put!r!a calorică 0căl'ura '! ar'!r! s! poat! '!t!rmina prin calcul cunosc$nd

elementele combustibile, !uterile calorice (căldurile de ardere) ale acestora 7i !artici!aţiile

masice, res!ectiv volumice ale acestora.

uterea calorică (căldura de ardere) inerioară a combustibililor solizi 7i lichizi secalculează cu relaţia0

Hi=∑k =1

n

H ik gk [ kj

kg ]

-unde Hik este puterea calorică (căldura de ardere) inferioară a elementului k, gk este

participaţiamasică a elementului k, iar n este numărul de elemente combustibile;

uterea calorică (căldura de ardere) inerioară a combustibililor gazo7i se calculează cu

relaţia0

kJ /m N 3

H ik 1'

k ¿

H i=∑

k =1

n

¿I

unde rk este participaţia !olumică a elementului k

19


14/33

Combustibili p!ntru motoar! cu ar'!r! int!rna

otoarele termice utilizează dre!t sursa de energie un combustibil care arz$nd in

anumite condiţii în !rezenţa aerului urnizează o cantitate de căldură ce se transormă in

energie mecanică. 8ombustibili cei mai des olosiţi !entru motoarele cu ardere internă !rovin

din ţiţei, care este su!us unui ansamblu de tratamente chimice si izice.%cesti combustibili

datorită caracteristicilor uncţionale ale motoarelor în care se olosesc, sunt dierenţiaţi în0

- benzine 0 !entru motoarele cu a!rindere !rin sc$nteie>

- motorina 0 !entru motoarele cu a!rindere !rin com!resie>

- !etroluri în amestecuri !entru turbomotoare>

,!n#in!l!- din !unct de vedere chimic sunt un amestec de

hidrocarburi C5 = C1% din clasa alcanilor (!arainice),cicloalcanilor (natenice) aromatice si

nesaturate liniare (oleinice). +n benzină !rocentul de carbon este de # = 2 iar cel de

hidrogen de 1:-13.

&'itii p!ntru b!n#in!-

- aditivi antidetonanţi (îm!iedică autoa!rinderea, măresc cira octanică)>

- aditivi anticorozivi (reduc coroziunea !ieselor metalice ce intră in contact cu

benzinele)>

- aditivi degivranţi (au rolul de a îm!iedica ormarea gheţii !e carburator,!rodusă de

eva!orarea benzinei)

1:


15/33

Cira octanica.rinci!alul criteriu !entru determinarea calitaţii antidetonante a benzineloreste cira octanica (8O). 8u cat valoarea cirei octanice este mai mare, cu at$t benzina are orezistenţă mai mare la detonaţie.8ira octanică se determină !rin com!ararea benzinei cu un

combustibil etalon cu o cira octanică cunoscută.

+otorin!l!0combustibili i!s!l- sunt racţiuni !etroliere cu densitate cu!rinsă între 3# =

N# HgBcm9 7i cu tem!eratura de ierbere cu!rinsă între 2## = 9"# 8. ;le !rovin, în general,

de la distilarea atmoserică a ţiţeiului 7i constau din amestecuri de hidrocarburi ce au în

moleculele lor de la 12 !$nă la 1 atomi de carbon.

Caract!ristici al! motorin!lor motorinele trebuie să înde!lineasca următoarele condiţii0

- rezistenţă mică la autoa!rindere>

- va!orizare u7oară>

- !unct de congelare scăzut>

entru îmbunătăţirea calităţilor combustibililor se introduc aditivi s!eciali.

&'itii p!ntru motorină-

- aditivi acceleratori (măresc cira cetanică,mic7orează tem!eratura de autoa!rindere si

avorizează !rocesul de ardere)>

- aditivi anticongelanţi (im!iedică ormarea 7i dezvoltarea !rocesului de cristalizare a

hidrocarburilor !arainice)>

- aditivi contra umului (ac ca emisia de um să ie mult mai redusă iar consumul de

combustibil să se reducă si el)>

13


16/33

P!troluril! turbo 0combustibilii p!ntru turbomotoar!-întrebuinţate în industrie,

trans!orturi terestre, aeriene, navale, cu!rind o mare varietate de !roduse0 !roduse !etroliere,

sus!ensii de !ulberi metalice în racţiuni de ţiţei, combustibili gazo7i etc. &n cazul

turbomotoarelor de aviaţie se utilizează racţiuni de ţiţei cu intervalul de distilare cu!rins între

149 si 9#2 8, Herosen 7i !etrol lam!ant, !recum si racţiunea largă în intervalul tem!eraturilor

de distilare cu!rins între 32 si 9#2 8.

14


17/33

+otor cu b!n#ină

Motorul cu ardere internă este motorul care transformă energia chimică a prin

intermediul energiei termice de ardere, în interiorul motorului, în energie

mecanică. Căldura degajată în camera de ardere se transformă prin intermediul

presiunii (energiei poten iale) aplicate pistonului în mi care mecanică ciclică, deț ș

obicei rectilinie, după care în mi care de rota ie uniformă, ob inută de obiceiș ț ț la

arborele cotit. Camera de ardere este un reactor chimic unde are loc reac ia chimicăț

de ardere.

Căldura introdusă în ciclul care se efectuează în cilindrii motorului se ob ine prinț

arderea combustibilului, de obicei un

combustibil lichid ca: benzina, motorina sau gazul petrolier lichefiat, dar se pot folosi

i combustibiliș gazo iș , ca gazul natural, sau chiar solizi, ca praful

de cărbune. Oxigenul necesar arderii se ob ine dinț aerul atmosferic. Combustibilul în

amestec cu aerul se nume te amestec carburant. rderea poate fi ini iată prinș ț

punerea în contact direct a amestecului carburant cu o sursă de căldură sau se

poate produce aproape instantaneu în toată masa amestecului caz în care se

nume teș detona ieț i are un caracter ș explozi!.

"rin arderea carburan ilor rezultă diferite produse de ardere cu o temperatură deț

aproximati! #$$$ %C. &ajoritatea acestor produse se prezintă sub formă gazoasă.

"entru o ardere completă se asigură combustibilului o cantitate de oxigen dozată

astfel înc't să producă oxidarea integrală a elementelor sale componente.

Clasificarea motoarelor cu ardere internă

in punctul de !edere al ob inerii lucrului mecanic, aceste motoare se clasifică în:ț

• motoare cu ardere internă cu piston, cu mi carea liniară a pistonului,ș

sau rotati!e

• motoare cu reac ie.ț

*a turbinele cu gaze, denumirea de motor se folose te doar pentru cele folosite înș

a!ia ie, c'nd se discută despre întregul motor, adică toate păr ile lui, în care seț ț

execută ciclul termodinamic, nu doar la discul paletat.

&otoarele cu ardere internă rotati!e sunt utilizate pe scară mai redusă datorităproblemelor tehnologice mari si a fiabilită ii mai scăzute. Cel mai cunoscut tip deț

1"


18/33

motor cu combustie internă rotati! este motorul +anel, dar există i alte solu ii, deș ț

exemplu cu pistoane în foarfece, sau cu diferite alte sisteme.

Clasificarea motoarelor cu ardere internă

După natura combustibilului

• motoare la care se întrebuin ează drept combustibilț benzina,

au carburator sau pompă de injec ie.ț

• motoare la care se întrebuin ează drept combustibilț motorina, au pompă de

injec ie.ț

• motoare cu gaz la care se întrebuin ează drept combustibil un combustibilțgazos, de obicei gaz natural sau un amestec de combustibil.

&otor cu piston în - timpi.

După numărul de curse simple efectuate de piston într-un ciclu ( sau numărul

de timpi)

• motoare în patru timpi

• motoare în doi timpi.

După spa iul producerii amestecului carburantț

• &otoare cu formarea în exteriorul cilindrului a amestecului carburant. ste

cazul motoarelor cu carburator, injec ie de benzină în conducta de aspira ie i alț ț ș

motoarelor cu gaze cu instala ie de formare externă a amestecului aer/ț

combustibil.

• &otoare cu formarea în cilindru a amestecului carburant. in această

categorie fac parte motoarele cu injec ie de combustibil cum sunt motoareleț

iesel sau i unele motoare cu aprindere prin sc'nteie i motoarele cu gaze laș ș

care combustibilul gazos este introdus în cilindru printr/o supapă aparte în timpulaspira iei.ț

1


19/33

După felul aprinderii amestecului carburant

• &otor cu aprindere prin sc'nteie (prescurtat MAS).

upă admisia iș comprimarea amestecului carburant în cilindrii motorului, în

apropierea "&0(punctul mort interior) al pistonului, are loc aprinderea. ceasta serealizează prin producerea unei sc'ntei între electrozii bujiei, care aprinde

amestecul carburant. rderea are loc într/un inter!al de timp relati! scurt, în care

presiunea i temperatura gazelor din cilindru cresc repede p'nă la presiunea deș

1$ / -$ da23cm4 i temperatura de 56$$ș 7 #.$$$ %C. atorită presiunii gazelor din

cilindru, care ac ionează asupra pistonului, acesta se deplasează spre "&ț

(punctul mort exterior), i rote te prin intermediul sistemului biela/mani!ela,ș ș

arborele motor. ceastă cursă a pistonului, se mai nume te iș ș cursă

activă sau cursă motoare.

• &otor cu aprindere prin comprimare (prescurtat MAC sau iesel). *a sf'r itulș

compresiei, combustibilul este introdus sub presiune în cilindru, fiind pul!erizat

foarte fin cu ajutorul injectorului, montat în chiulasă. atorită contactului cu aerul

fierbinte din interiorul cilindrului, particulele pul!erizate se aprind i ard, iarș

presiunea din cilindru cre te, moderat, men in'ndu/se relati! constantă pe durataș ț

arderii. 8azele rezultate în urma arderii apasă asupra pistonului, determin'nd

deplasarea acestuia spre "&0, efectu'nd cursa acti!ă. 9upapele răm'n închise

p'nă aproape de sf'r itul acestei curse.ș

După a ezarea cilindrilor suntș

• motoare cu cilindrii $n linie.

• motoare cu cilindrii $n % .

• motoare cu cilindrii $n & .

• motoare cu cilindrii i pistoanele opuse,ș bo'er .

• motoare înclinate, la care cilindrii au axele situate în acela i plan, însă înclinatș

fa ă de planul !ertical.ț

• motoare cu cilindrii a ezatiș $n stea, utilizate cu precădere unde este ne!oie de

un raport putere3greutate mare, de exemplu în a!ia ie i în marina militarăț ș

(!edete).

• &otoare cu cilindrii $n +elta, ,apier +eltic-motoarefolosite la căile ferate iș

!apoare engleze ti.ș

1N


20/33

Bibliografie

• erthold 8r;nră ilă, &ariana >ră ilă, 9. 9amoilăț ț utomobile, ditura idactică iș

"edagogică, ucure ti,ș #$$?

• @ictor "imsner, 8heorghe urelian Aădulescu, 1nergetica turbomotoarelor ,

B, 5=?

2#


21/33

+otar! 'i!s!l

&otorul diesel este un motor cu aredere internă în care combustibilul se aprindedatorită temperaturii ridicate create de comprimarea aerului necesar arderii, i nu prinșutilizarea unui dispoziti! auxiliar, a a cum ar fi bujia în cazulș motorului cu aprindereprin scanteie.

2umele motorului a fost dat după inginerul german Audolf iesel la sugestia so ieițsale, &artha iesel, care în 56= îl sfătuie te cu:ș ,enn i/n doc/ einfac/+ieselmotor (Dnume te/l pur i simplu motor ieselEF),ș ș u urînd astfel lui ieselșcăutarea după denumirea motorului, pe care l/a in!entat în 56=# i l/a patentat peș #1februarie 56=1. 0nten ia lui iesel a fost ca motorul său să utilizeze o gamă largă dețcombustibili, inclusi! praful de cărbune. iesel i/a prezentat in!en ia func ion'ndș ț ț

în 5=$$ la 1'pozi ia 3niversalăț (+orldGs >air ) a!'nd drept combustibil ulei de alune.

Comprimarea unui gaz conduce la cre terea temperaturii sale, aceasta fiind metodaș

prin care se aprinde combustibilul în motoarele diesel. erul este aspirat în cilindri iș

este comprimat de către piston p'nă la un raport de #:5, mai ridicat dec't cel al

motoarelor cu aprindere prin sc'nteie. 9pre sf'r itul cursei de comprimare motorinaș

(combustibilul) este pul!erizată în camera de ardere cu ajutorul unui injector.

&otorina se aprinde la contactul cu aerul deja încălzit prin comprimare p'nă la o

temperatura de circa ?$$/=$$ %C. rderea combustibilului duce la cre tereaș

temperaturii i presiunii, care ac ionează pistonul. Hn continuare, ca la motoareleș ț

obi nuite, biela transmite for a pistonului către arborele cotit, transform'nd mi careaș ț ș

liniară în mi care de rota ie. spirarea aerului înș ț cilindri se face prin intermediul

supapelor, dispuse la capul cilindrilor. "entru mărirea puterii, majoritatea motoarelor

diesel moderne sunt supraalimentate cu scopul de a mări cantitatea de aer introdusă

în cilindri. >olosirea unui răcitor intermediar pentru aerul introdus în cilindri cre teș

densitatea aerului i conduce la un randament mai bun.ș

Hn timpul iernii, c'nd afară este frig, motoarele diesel pornesc mai greu deoarece

masa metalică masi!ă a blocului motor (format din cilindri i chiulasă) absoarbe oș

mare parte din căldura produsă prin comprimare, reduc'nd temperatura iș

împiedic'nd aprinderea. Inele motoare diesel folosesc dispoziti!e electrice de

încălzire, de exemplu bujii cu incandescen ă, ajut'nd la aprinderea motorinei laț

pornirea motorului diesel. lte motoare folosesc rezisten e electrice dispuse înț

galeria de admisie, pentru a încălzi aerul. 9unt folosite i rezisten e electrice montateș ț

în blocul motor, tot pentru a u ura pornirea i a mic ora uzura. &otorina are un gradș ș ș

mare de !îscozitate, mai ales la temperaturi scăzute, duc'nd la formarea de cristale

în combustibil, în special în filtre, împiedic'nd astfel alimentarea corectă a motorului.&ontarea de mici dispoziti!e electrice care să încălzească motorina, mai ales în zona

21


22/33

rezer!orului i a filtrelor a rezol!at această problemă. e asemenea, sistemul deș

injec ie al multor motoare trimite înapoi în rezer!or motorina deja încălzită, care nu aț

fost injectată, pre!enind astfel cristalizarea combustibilului din rezer!or. Hn prezent,

folosirea aditi!ilor moderni a rezol!at i această problemă.ș

O componentă !itală a motoarelor diesel este regulatorul de tura ie, mecanic sauț

electronic, care reglează tura ia motorului prin dozarea corectă a motorinei injectate.ț

9pre deosebire de motoarele cu aprindere prin sc'nteie (Otto), cantitatea de aer

aspirată nu este controlată, fapt ce duce la supraturarea motorului. Aegulatoarele

mecanice se folosesc de diferite mecanisme în func ie de sarcină i !iteză.ț ș

Aegulatoarele motoarelor moderne, controlate electronic, comandă injec ia deț

combustibil i limitează tura ia motorului prin intermediul uneiș ț unită i centrale deț

control care prime te permanent semnale de la senzori, doz'nd corect cantitatea deș

motorină injectată.

Controlul precis al timpilor de injec ie este secretul reducerii consumului i al emisiilor ț ș

poluante. Bimpii de injec ie sunt măsura i în unghiuri de rota ie ai arborelui cotitț ț ț

înainte de punctul mort superior. e exemplu, dacă unitatea centrală de control

ini iază injec ia cu 5$ grade înainte de punctul mort superior, !orbim despre un a!ansț ț

la injec ie de 5$ grade. !ansul la injec ie optim este dat de construc ia, tura ia iț ț ț ț ș

sarcina motorului respecti!.

!ans'nd momentul injec iei (injec ia are loc înainte ca pistonul să ajungă laț ț punctulmort interior) arderea este completă, la presiune i temperatură mare, dar cresc iș ș

emisiile de oxizi de azot. *a cealalată extremă, o injec ie înt'rziată conduce la ardereț

incompletă i emisii !izibile de particuleș

&otorul diesel modern este o îmbinare a crea iilor a doi in!entatori. Hn mare, răm'neț

fidel conceptului original al lui Audolf iesel, adică combustibilul este aprins prin

comprimarea aerului din cilindru. Hnsă, aproape toate motoarele diesel de azi

folosesc a a/numitul sistem de injec ie solidă, in!entat de Jerbert roKd 9tuart,ș ț

pentru motorul său cu cap incandescent (un motor cu aprindere prin comprimarecare precedase motorul diesel, dar func ionează oarecum diferit). Hn cazul injec ieiț ț

solide, combustibilul este adus la o presiune extremă cu ajutorul unor pompe iș

introdus în camera de ardere prin intermediul unor injectoare i a aerului comprimat,ș

într/o stare aproape solidă. *a început, combustibilul era injectat în motorul diesel cu

ajutorul aerului comprimat care îl pul!eriza în cilindru. &ărimea compresorului de aer

era at't de mare, înc't primele motoare diesel erau foarte grele i !oluminoase înș

raport cu puterea produsă, mai ales datorită antrenării unor astfel de compresoare.

"rimele motoare montate pe na!e a!eau un motor auxiliar dedicat antrenării

compresorului de injec ie. 9istemul era prea mare i greoi pentru a fi folosit înț șindustria auto.

22


23/33

Injec ia controlată mecanic i electronicț ș

&otoarele din !echile genera ii utilizau o pompă mecanică i un mecanism cuț ș

supape antrenate de arborele cotit, de obicei prin intermediul unui lan sau cureaț

din ată. ceste motoare foloseau injectoare simple, cu supapă i arc, care seț ș

deschideau3închideau la o anumită presiune a combustibilului. "ompa consta dintr/

un cilindru care comprima motorina i o supapă sub formă de disc care se rotea laș

jumătate din tura ia arborelui cotit. 9upapa a!ea o singură deschidere pe o parte,ț

pentru combustibilul sub presiune i o alta pentru fiecare injector. "e măsură ce seș

rotea, discul supapei distribuia fiecărui injector o cantitate precisă de combustibil la

mare presiune. 9upapa injectorului era ac ionată de presiunea motorinei injectateț

at't timp c't discul debita combustibil cilindrului respecti!. Aegimul motorului era

controlat de un al treilea disc care se rotea doar c'te!a grade i era ac ionat de oș ț

p'rghie. cest disc controla deschiderea prin care trecea combustibilul, dozînd astfel

cantitatea de motorină injectată.

@echile motoare diesel puteau fi pornite, din gre eală, i în sens in!ers, de iș ș ș

func ionau ineficient datorită ordinii de aprindere dereglate. ceasta era de obiceiț

consecin a pornirii ma inii într/o treaptă de !iteză gre ită.ț ș ș

&otoarele moderne au o pompă de injec ie care asigură presiunea necesară injec iei.ț ț

>iecare injector este ac ionat electromagnetic prin intermediul unei unită i centrale deț ț

control, fapt ce permite controlul precis al injec iei în func ie de tura ie i sarcină,ț ț ț ș

a!'nd ca rezultat performan e mărite i un consum scăzut. 9olu ia tehnică maiț ș ț

simplă a ansamblului pompă/injector a condus la construc ia de motoare mai fiabileț

i mai silen ioase.ș ț

Injec ia indirectăț Hn cazul motorului diesel cu injec ie indirectă, motorina nu esteț

injectată direct în camera de ardere, ci într/o antecameră unde arderea este ini iată iț șse extinde apoi în camera de ardere principală, antrenată de turbulen a creată.ț

9istemul permite o func ionare lini tită, i, deoarece arderea este fa!orizată deț ș ș

turbulen ă, presiunea de injec ie poate fi mai scăzută, deci sunt permise !iteze deț ț

rota ie mari (p'nă la -$$$ rpm), mult mai potri!ite autoturismelor. ntecamera a!eaț

deza!antajul pierderilor mari de căldură, ce trebuiau suportate de către sistemul de

răcire i a unei eficien e scăzute a arderii, cu p'nă la /5$L mai scăzută fa ă deș ț ț

motoarele cu injec ie directă. proape toate motoarele trebuiau să aibă un sistem deț

pornire la rece, ca de exemplu bujii incandescente. &otoarele cu injec ie indirectă auț

fost folosite pe scară mare în industria auto i na!ală încep'nd dinș anii timpurii5=$ p'nă în anii 5=6$, c'nd injec ia directă a progresat semnificati!. &otoarele cuț

29


24/33

injec ie indirectă sunt mai ieftine i mai u or de construit pentru domeniile deț ș ș

acti!itate unde emisiile poluante nu sunt o prioritate. Chiar i în cazul noilor sistemeș

de injec ie controlate electronic, motoarele cu injec ie indirectă sunt încet înlocuite deț ț

cele dotate cu injec ie directă, care sunt mult mai eficiente.ț

Hn perioada de dez!oltare a motoarelor diesel din anii 5=1$, diferi i constructori auț

pus la punct propriile tipuri de antecamere de ardere. Inii constructori,

precum &ercedes/enz, a!eau forme complexe. l ii, precumț *ano!a, utilizau un

sistem mecanic de modificare a formei antecamerei, în func ie de condi iile deț ț

func ionare. Hnsă, cea mai folosită metodă a fost cea în formă de spirală, conceputăț

de JarrK Aicardo ce folosea un design special pentru a crea turbulen e. &ajoritateaț

producătorilor europeni au folosit acest tip de antecamere sau i/au dez!oltatș

propriile modele (&ercedes enz i/a men inut propriul design mul i ani).ș ț ț

Injec ia directăț

&otoarele moderne folosesc una din următoarele metode de injec ie directă.ț

Injec ia directă cu pompă-distribuitor ț

"rimele motoare diesel cu injec ie directă au folosit o pompă de injec ie rotati!ă, cuț ț

injectoarele montate în partea superioara a camerei de ardere i nu într/oș

antecameră. xemple de !ehicule dotate cu astfel de motoare sunt >ord Bransit

sau Ao!er &aestro, a!'nd ambele motoare fabricate de "erins. "roblema acestormotoare era zgomotul excesi! i emisiile de fum. in această cauză aceste motoareș

au fost la început montate doar pe !ehicule comerciale 7 excep ia notabilă fiindț

autoturismul >iat Croma. Consumul era cu 5 / #$ L mai scăzut dec't la un motor

diesel cu injec ie indirectă, îndeajuns să compenseze, pentru unii, zgomotul produs.ț

"rimul motor cu injec ie directă de mică capacitate, produs în serie a fost conceputț

de grupul Ao!er. &otorul cu - cilindri, cu o capacitate de #$$ cmc, a fost folosit de

*and Ao!er pe !ehiculele sale din 5=6=, a!'nd chiulasa din aluminiu, injec ie oschț

în # trepte, bujii incandescente pentru pornire u oară i un mers lin i economic.ș ș ș

Controlul electronic al pompei de injec ie a transformat radical acest tip de motor.ț

"ionierul a fost grupul @ols


25/33

Injec ia directă cu rampă comunăț

*a !echile motoare diesel o pompă/distribuitor asigura presiunea necesară la

injectoare care erau simple duze prin care motorina era pul!erizată în camera de

ardere.

*a sistemele cu rampă comună, distribuitorul este eliminat. O pompă de înaltă

presiune men ine motorina la o presiune constantă de 56$$ bari într/o rampăț

comună, o conductă unică care alimenteză fiecare injector comandat

electromagnetic de mare precizie sau chiar injectoare piezoelectrice (utilizate de

&ercedes la motorul diesel cu M cilindri în @ de 1 *).

&ajoritatea constructorilor europeni au în gama lor modele echipate cu motoare

diesel common rail , chiar i la !ehiculele comerciale. Inii constructori japonezi,șprecum BoKota,2issan i, mai recent,ș Jonda, au dez!oltat i ei motoare diesel cuș

rampă comună.

iferi i constructori de automobile au denumiri diferite pentru motoarele lor diesel cuț

rampă comună. 9pre exemplu: C0 la aimlerChrKsler, BCi la >ord, NB la

grupul >iat, dCila Aenault, CBi la Opel, CAi la JKundaK, 0/ la &itsubishi, J0 la

grupul "9, /- la BoKota.

Injec ia directă cu pompă-injector ț

cest tip de sistem injectează, de asemenea, motorina direct în cilindru. 0njectorul iș

pompa formează un corp comun plasat în capătul cilindrului. >iecare cilindru are

propria pompă care alimentează injectorul propriu, fapt ce exclude fluctua iile deț

presiune i asigură o injec ie consistentă. cest tip de injec ie, dez!oltat deș ț ț osch,

este folosit de către autoturismele grupului @ols


26/33

• 56=# / &otorul JornsbK cu numărul 5$5 este construit i instalat într/o casă deș

apă. cesta se află în muzeul camioanelor &2 din nordul ngliei.

• 56=# / Audolf iesel dez!oltă !ersiunea sa de motor a!'nd la bază

principiile motorului Carnot alimentat cu praf de carbune. Hn data de 5$august 56=1 în &aschinenfabri ugsburg porne te pentru prima dată motorulș

in!entat de el. prinderea carburantului în cilindru produsese o bubuitură at't de

puternică, inc't a spart ni te geamuri i aparate de măsurat, motorul însăș ș

răm'n'nd intact. mai durat însă încă patru ani, pînă motorul a func ionat. lț

a!ea o putere de #$ C". l este angajat de Carl !on *inde, apoi de producătorul

de fier &2 8 din &;nchen i mai tărziu deș 9ulzer, companie de motoare

din l!e ia. iesel împrumută idei de la fiecare i lasă o mo tenire bogatăț ș ș

firmelor.

• 56=# / Nohn >roelich construie te unș tractor cu motor a!'nd drept

combustibil petrolul.

• 56=- / +itte, Aeid, and >airbans încep construc ia de motoare pe bază deț

petrol cu di!erse sisteme de aprindere.

• 56=M / JornsbK construie te tractoare cu motor diesel i motoare pentruș ș

locomoti!e.

• 56=? / +inton produce i conduce primul automobil pe benzină dinș 9tatele

Inite mai t'rziu construie te fabrici de motoare diesel.ș56=? / &irrlees, +atson ParKan construiesc primul motor diesel englez cu licen ățAudolf iesel. cesta este expus în 9cience &useum din 9outh Qensington, *ondra.

24


27/33

2"


28/33

,io'i!s!l

iodieselul este un biocombustibil sintetic lichid care se ob ine dinț lipide naturale , ca uleiuri

!egetale sau grasimi animale, noi sau folosite, prin procese industriale de esterificare i trans/ș

esterificare. 9e poate folosi în substituirea totală sau par ială a petro/dieselului.ț

iodieselul poate să se amestece cu motorină care pro!ine din rafinarea petrolului în diferite

cantită i. 9e folosesc abre!ieri potri!it procentajului de biodiesel din amestec:ț !"" în cazul

folosirii de 5$$L biodiesel, sau nota ii caț #, !# sau $" unde numărul indică procentajul de

!olum biodiesel din amestec. *a prima utilizare a biodieselului în ma ină, acesta ar putea cauzașeliberarea depozitelor din rezer!or i pot duce la blocarea filtrului combustibilului. upă aceastăș

perioadă ini ială, un utilizator poate alterna între biodiesel i motorină, după preferin e, fără alteț ș ț

modificări.

Ileiul !egetal, ale cărui propietă i pentru impulsarea motoarelor se cunosc de laț

in!entarea motorului diesel datorită rezultatelor lui Audolf iesel. *a începutul secolului RR0, în

contextul căutării de noi surse de enegie i a îngrijorării pri!ind încălzirea globală, s/a impulsatș

folosirea lor în locul deri!a ilor dinț petrol.

iodieselul descompune cauciucul natural, de aceea este necesar substituirea prin elastomeri

sintetici în cazul folosirii de amestecuri cu un înalt con inut de biodiesel. in acest moti!, uneleț

autoturisme construite înainte de 5==1 pot necesita înlocuirea conductelor de combustibil care

con in cauciuc natural, deoarece biodieselul poate pro!oca umflarea sau crăparea acestora.ț

0mpactul ambiental i consecin ele sociale din pre!izibila produc ie i comercializare masi!ă, înș ț ț ș

special în ările în curs de dez!oltare sau înț lumea a treia, este obiectul între speciali ti i diferi iș ș ț

agen i sociali, gu!ernamentali i interna ionali. iodieselul oferă reduceri substan iale ale emisiilor ț ș ț ț

de monoxid de carbon, pulberilor în suspensie, hidrocarburilor nearse i sulfa ilor. Hn plus,ș ț

biodieselul reduce emisiile compu ilor cancerigeni cu aproape 6L fa ă de motorină. Hnș ț

combina ie cu motorina, aceste reduceri ale emisiilor sunt în general propor ionale cu cantitateaț ț

de biodiesel utilizat.

Carburan ii biodiesel sunt o alternati!ă ecologică la motorină, fiind cu mult mai pu in poluan i, darț ț ț

oferă i a!antajul ca pot fi produ i din mai multe surse regenerabile, principala modalitate folosităș ș

fiind uleiurile !egetale.

2


29/33

2N


30/33

Priopr!tă$iiodieselul se descrie ca un compus organic din acizi gra iș de lan lung sau scurt.ț

%elati de sinteză

"rocesul de trans/esterificare consistă în combinarea , uleiului (în mod normal !egetal) cu unalcool u or, în mod normalș metanol i lasă reziduuș propanotriolul de care se poate profita înindustria cosmetică.

Materii prime

9ursa de ulei !egetal în mod normal este uleiul de rapi ă, este o specie cu un înalt con inut deț ț

ulei i se adaptează bine la climele reci. Botu i există i alte !arietă i cu randament mai mare laș ș ș ț

ha. cum ar fi uleiul de palmier, jatropha curcas etc. easemenea se pot folosi i uleiuri folositeș

(ex. uleiul uzat la bucătărie) în cazul lui materia este ieftină, în plus în acest mod se reciclează

ceea ce altfel ar fi fost reziduu.

Hn plus există i alte materii prime din care se pot extrage ulei. Hn sel!a amazoniană sunt folositeș

ca materie primă: piSTn, sacha inchi, mamona, i palmierul de ulei.ș

Proc!s! in'ustrial!

Hn ziua de azi există di!erse procese industriale cu ajutorul cărora se poate ob ine biodiesel. Celeț

mai împortante sunt:

5."rocesul bază/bază, prin care se folose te un catalizator,ș hidroxidul. cest hidroxid poate

fi Jidroxid de sodiu (soda caustică) sau Jidroxid de potasiu.

#."rocesul acid/bază, este procesul în care se face prima dată o esterificare acidă i apoiș

continuă cu procesul normal bază/bază, se folosesc în general acizi cu un înalt grad de aciditate.

1."rocese supercritice, în acest proces nu este ne!oie prezen a unui catalizator, se face laț

temperaturi înalte în care uleiul i alcoolul reac ionează fără necesitatea ca un agent extern caș ț

hidroxidul ac ioneze în reac ie.ț ț

-."rocese enzimatice, în ziua de azi se cercetează unele enzime care pot să fie folosite ca

acceleratori de reac ie ulei/alcool. cest proces nu se folose te în actualitate datorită înaltuluiț ș

cost , ceea ce împiedică să se producă biodiesel în mari cantită i. Cre terea pre uluiț ș ț

combustibilor con!en ionali îl face mai competiti!.ț

!#aanta6!

iodieselul are i c'te!a deza!antaje, precum:ș

9#


31/33

• o durată de păstrare mai redusă dec't a motorinei (circa opt luni)

• putere mai mică a motoarelor alimentate cu biodiesel, fa ă de cele alimentate cu motorinăț

• punct de inflamabilitate mai ridicat dec't al motorinei.

• o !'scozitate mai mare dec't motorina, în anumite perioade ale anului, care pune unele

probleme motoarelor

Boate aceste deficien e pot fi remediate prin di!erse procedee tehnice, inclusi! prin adăugarea deț

aditi!i.

,io'i!s!lul p! pia$a '! combustibiliIniunea uropeană a impus ca, p'nă în anul #$#$, #$L din combustibilul folosit sa fie bio."'nă atunci, cotele intermediare sunt de ,?L în #$5$ i #L în #$$. iodieselul, care p'nă înșanul #$$ lipsea cu desă!'r ire dinș Aom'nia, acoperea în #$$6 o pia ă internă de circa $țmilioane de uro. Aom'nia poate produce anual între -$$.$$$ i M$$.$$$ tone de biodiesel, ceeașce reprezintă de patru/ ase ori mai mult dec't necesarul său cerut i impus prin reglementărileș șI.

91


32/33

92


33/33