Capitolul 3.

3. Constructia si functionarea motoarelor cu ardere interna cu piston.La inceputul anilor 70, statele membre ale Comunitatii Europene au decis sa introduca treptat niste reglementari la constructia motoarelor care sa reduca noxele eliberate in atmosfera . Directiva EURO1 a intrat in vigoare in 1991, cea pentru EURO 2 , in 1994 , iar EURO 3si EURO4 simultan in 1998. Fabricatia autovehiculelor dupa norma EURO 3 in Romania se face incepand din 2005. Conbustibilii EUOR 4 se comercializeaza in Romania din 2009.Norma de poluare Euro 5 s-a introdus in 2008 si EURO 6 din 2012. Analiza evolutiei motoarelor utilizate in constructia vehiculelor, constituie, un instrument util, pentru specialisti interesati in achizitionarea unor masini cat mai performante pentru constructii . Fiecare model mou aduce dupa sine o serie de inovatii tehnologice. In Romania, inainte de 1990 s-au fabricat motoare diesel, cu 6 cilindrii in linie precum: motorul Saviem 797-05 cu puterea de 135 CP, si motoare MAN-D2156 HMN8 cu aspiratie normala de 215CP, sau supraalimentate, de 256CP, folosite pentru motorizarea principalelor tipuri de camioane Roman si utilaje mari. Pe langa acestea, s-a fabricat si o serie intreaga de alte tipuri de motoare diesel, cu 3 si 4 cilindrii in linie, dintre care amintim: D103, D110, D115, D118, etc. cu puteri cuprinse intre 45CP si 80CP, si turatia intre 1800-2200 rot/min folosite pentru echiparea tractoarelor pe roti cu pneuri si senile si a utilajelor de constructii fabricate in tara. Caracteristicile motorului diesel Saviem, prezentat in figura 3.2, sunt: cursa piston 112 mm ; raportul de compresie 17,5:1; camera de ardere tip Meuerer; cilindee totala 5,401 litrii; numarul de cilindrii 6; turatia motorului 3000rot/min; turatia de mers la relanti 600 rot/min; puterea nominala 135 CP la o turatie de 3000 rot/min; momentul cuplului motor 370 Nm la 1800 rot/min ; echipat cu pompa de injectie CAV cu distribuitor rotativ.

Fig. 3.1. Sectiune transversala in motorul SAVIEM 797-05: 1- tubulatura de admisie a aerului; 2injector; 3-bieba; 4- duza de stropit cu ulei; 5-filtru de ulei; 6-filtru de combustibil; 7-sorbul de ulei; 8-compresop; 9-tija impingatoare; 10-tubulatura de evacuare; 11-culbutor; 12- buson pentru turnarea uleiului in motor[10]. In figura 3.2, sunt prezentate elementele componente ale motorului diesel MAN cu puterea de 155 CP cu 4 cilindrii in linie, EURO2, cu un consum redus de combustibil, care a fost folosit la 1

echiparea camioane grele de transport la sfarsitul anilor 1990, si sistemul de distributie cu patru supape pe cilindru, aplicat in prezent la majoritatea motoarelor, printre care si motoarele Actros V 6 si V8, unde asigura o mai mare eficienta a consumului de combustibil pe ciclu [ 27 ].

a

b

Fig.3.2. Elementele componente ale motoarelor diesel moderne[27]: a-motor MAN cu 4 cilindrii cu puterea de 155CP, EURO 2, pentru camioane. Notatii: - baia de ulei; paleta ventilatorului; curea de transmisie dintata; arbore cu came; alternator; supapa; arcul supapei; axul culbutorilo; garnitura de chiulasa; pompa de ulei; piston cu camera de ardere tip Meoerer; pompa de combustibil; biela; electromotor; arbore cotit; carcasa ambreiajului; blocul cilindrilor. b - Sistemul de distributie la motarele Actros V6 si V8 cu 4 supape pe cilindru asigura o mai mare eficienta a consumului de combustibil pe ciclu. Motorul V8 TDI de 165 kW de constructie mai recenta, prezentat in figura 3.3, este folosit pentru autovehicule de teren. El combina performantele deosebite de lucru cu o mare economie de combustibil. Are emisii mici de noxe, fara sa mentioneze funingine si asigura un confort extraordinar. Unghiul dintre planurile cilindrilor este de 90 de grade. Este prevazut cu doua turboincarcatoare. Are capacitatea cilindrica de 3328 cmc, iar puterea maxima la iesire este de 165 kw (225CP) la 4000 de rot/min. Momentul dezvoltat de motor este de 480Nm la 1800 rot/min, iar diametrul x cursa pistonului DxS =78,3 mm x 86,4 mm. Raportul de compresie este de 18 :1, masa 265 kg, si ordinea de aprindere a cilindrilor 1-5-4-8-6-3-7-2. Are patru supape pe cilindru, comandate de doi arbori cu came montati pe fiecare chiulasa. Prepararea mixturii in cilindru, aer combustibil, se face prin injectie directa cu sistemul Common rail. Gazele de evacuare actioneaza doua turbine de gaze pentru turboincarcatoarele de aer cu geometrie variabila. Standardul de poluare este Euro 3. Momentul maxim dezvoltat de 480Nm la 1800 rot/min, ramane constant pana la turatia de 3000 rot/min.

2

Fig.3.3. Motorul diesel de 3,3 l 8V TDI cu puterea maxima de 165 kW( 225 CP) la o turatie de 4000 rot/min. Motorul pentru reducerea noxelor foloseste tehnologia de recirculare externa a gazelor de evacuare EGR [22 ]. Pentru reducerea nivelului de noxe emise in atmosfera, motoarele folosesc si tehnologia FSI de reciclare interna a gazelor de evacuare. Acestea sunt introduse inapoi in cilindru motorului odata cu aspiratia incarcaturii prin supapele de admisie. Tehnologia se aplica, la motoarele de 3,6 litrii V6 FSI, cu cilindreea de 3597 cmc, cu 6 cilindrii in V, raport de compresie 12 :1, managementul motorului Montronic MED9.1, puterea maxima 206 kW la 6200 rot/min, moment maxim de 360Nm la 2500-5000 rot/min, cu doua convertoare catalitice si trei cai, cu control Lambda. Tehnologia este influientata de urmatoarele varialibile ( figura 3.4) [ 24 ]: - sistemul de injectie sub presiune este caracterizat de inceperea injectiei si sfarsitul injectiei; - forma canalului de admisie pentru curgerea aerului; - injectia combustibilului definita prin conul si unghiul jetutului de combustibil; - supapa spatiala pentru comanda arborelui cu came; - cursa supapei si diametrul supapei; - cursa si diametrul pistonului; - forma arhitecturii capului pistonului si turatia arborelui cotit RPM. Motorul cu tehnologia de reciclare interna a gazelor evacuate este prezentat in figura 3.4.[24]

3

Fig.3.4. Motorul de 3,6 litrii V6 FSI cu puterea maxima 206 kW la 6200 rot/min, si cuplul maxim de 350Nm la 2500-5000rot/min. Foloseste pentru reducerea noxelor tehnologia de reciclarea interna a gazelor de evacuare si doua convertoare catalitice[24] 3.1. Mecanismul motor. Prezentarea constructiei motoarelor cu ardere interna, incepe cu principalul ansamblu al motorului cu ardere intern care este mecanismul motor, numit uneori si mecanismul biela-manivela. Mecanismul biela-manivela realizeaz transformarea energiei termice a combustibilului n lucru mecanic prin modificarea micrii de translaie rectilinie alternativ a pistonului n micare de rotaie a arborelui cotit. 3.1.1. Partile fixe ale mecanismului motor. 3.1.1.1. Blocul motor Blocul motor constituie elementul structural al motorului, pe carei n care se fixeaz i se amplaseaz celelalte piese i mecanisme ale motorului. El este o pies complex cu o pondere mare n mas(aproximativ 25-30% din masa total) i volumul motorului. Blocul motor conine cilindrii motorului i cmile de rcire a acestora, susine prin intermediul lagrelor palier arborele cotit, iar n partea superioar prin intermediul prezoanelor susine chiulasa. De la aceste elemente preia forele date de presiunea gazelor, solicitrile termice ce apar, forele de inerie i momentele acestora.Toate aceste solicitri sunt variabile n timp i n spaiu. La blocul motor se disting mai multe zone:-blocul cilindrilor; carterul superior vezi fig.3.5. si carterul inferior, vezi fig.3.6. Carterul superior este zona cuprins ntre partea inferioar a blocului cilindrilor i planul care trece prin axul arborelui cotit. Carterul inferior este partea motorului cuprins ntre planul care trece prin axul arborelui cotit i partea inferioar a motorului. Carterul inferior este constituit n totalitate de baia de ulei.

4

Exist soluii constructive la care carterul inferior este constituit din dou pri:-una solidar cu carterul superior, turnat, ce const din prelungirea carterului superior peste nivelul axului arborelui cotit i o alt parte detaabil care este n fapt baia de ulei a motorului. La motoarele rcite cu lichid, cilindrii sunt grupai n blocul cilindrilor care face corp comun cu carterul superior formnd blocul motor.

Fig.3.5. Organe fixe ale mecanismului motor: 1-chiulasa; 2-camasi de cilindru; 3garnitura de camasa; 4-alezaj pentru camasa;5-blocul cilindrilor;6- garnitura capac distributie;7-capac distributie;8-garnitura de chiulasa;9-carter superior.

Fig.3.6. Blocul motor si carterul inferior: 1- capac distributie;2- garnitura capac distributie;3- garnitura cauciuc carter inferior; 4- carte inferior( baia de ulei);5-buson de golire ulei; 6-tije indicatoare; 7-garnitura pluta carter inferior;8-suporturi laterale motor; 9carter superior; 10- lagar palier [9]. n cazul motoarelor rcite cu aer, cilindrii sunt detaabili fa de bloc-carterul motor, deci nu se mai poate vorbi despre un bloc al cilindrilor. Prinderea lor se face fie ca n fig. 3.7,a cu prezoane lungi, fie ca n fig. 3.7,b cu uruburi scurte i flan att la nivelul chiulasei, ct i la nivelul carterului superior.

5

Fig.3.7, a si b. Fixarea cilindrilor raciti cu aer : a- chiulasa si cilindrul sunt fixate impreuna cu prezoane la bloc (carter tunel); b- chiulasa se fixeaza independent la cilindru, si cilindru la bloc. Motoarele rcite cu lichid de dimensiuni mari, au structura partilor fixe indicata in figura 3.8. Chiulasa motorului se fixeaza prin prezoane pe blocul cilindrilor care face corp comun cu carterul superior. Etansarea cilindrilor se face cu garnitura de chiulasa. Lagarele paliere pentru fixarea mecanismului motor sunt plasate in partea de jos a carteului. Baia de ulei sau carterul inferior se etanseaza cu o garnitura de carterul superior si se fixeaza de acesta prin suruburifixeaza prin mai multe suruburi.

a b Fig.3.8, a- Montarea cilindrilor la motoarele racite cu lichid; b- cuzineti palieri cu fisuri. Suprafaa interioar a cilindrului pe care alunec pistonul i segmenii se numete oglinda cilindrului. Zona de material din imediata vecintate a cilindrului se numete cmaa cilindrului i ea este de supus la un intens proces de uzur , la fora dat de presiunea gazelor i la solicitri termice ce apar la desfurarea ciclului motor. Pentru a face fa acestor solicitri , ea trebuie s aib o rezisten ridicat la uzur , rezisten termic i la aciunea coroziv a gazelor. Cmaa cilindrului poate fi realizat n mai multe soluii constructive (fig.3.9): 1) cma integral care face bloc comun cu blocul cilindrilor. 2) cmi amovibile(detaabile)- care pot fi uscate, caz n care nu vin n contact direct cu lichidul de rcire(fig.3.9,a), sau umede, care vin n contact direct cu lichidul de rcire(fig.3.9,b). n cazul soluiei constructive cu cmaa cilindrului direct n blocul motor, avantajele constau n realizarea unui bloc rigid, iar presiunea de apsare este uniform ntre chiulas i bloc.Aceasta solutie 6

este foarte rar folosita, deoarece uzura cilindrilor inseamna rectificarea alezajelor cilindrilor intregului bloc si modificarea peretilor cilindrilor. Cmaa uscat se prezint sub forma unei buce din font aliat , presat n bloc i sprijinit la partea superioar(fig.3.9,b) sau la partea inferioar.

A) B) Fig.3.9, A- Tipuri de cilindrii utilizati la motoarele racite cu lichid; a- cilindru uscat presat in bloc; b- cilindru umed ; B-uzuri anormale ale cilindrilor produse de defectele bielei si ale arborelui cotit : a- biela torsionata ; b- biela incovoiata ; c,d- biela fugita in plan longitudinal[ 16 ]. Carterul superior se prezint sub forma a doi perei laterali paraleli, nclinai n plan vertical, unii transversal de perei care au rolul de rigidizare a construciei i pe care, la partea lor inferioara, se fixeaza supori lagrelor palier n care se sprijin arborele motor. Carterul superior poate conine tunele n care se monteaz arborele cu came, precum i rampa principal de ungere din care se ramific rampele secundare care trec prin pereii transversali i aduc uleiul sub presiune la lagrele palier. Pe carterul superior se fixeaz cilindrii detaabili n cazul motoarelor rcite cu aer. Lagrele palier sunt lagre cu capac. n corpul lagrelor se monteaz cuzineii care sunt piese de form semicilindric, cu proprieti antifriciune, realizate n dou sau trei straturi (fig.3.10).

Fig.3.10. Constructia cuzinetilor [9]. Cuzineii sunt prevzui cu canale care permit ptrunderea uleiului sub presiune din sistemul de ungere ntre fus i cuzinet, pentru realizarea portanei hidrodinamice. Un cuzinet e prevzut cu umeri pentru fixarea axial a arborelui cotit.

7

Fig.3.11. Constructia lagarelor paliere la motorul de 2 l si 125kW TDI [ 20]. Presiunea mare de combustie de 160 bar, la motorul DTI de 2 l si 125kW, se transmite la arborele cotit prin intermediul suprafetelor lagarelor de alunecare din fig.3.11. Efectul produs de tuburile de descarcare in gaze, datorat bombardarii catodului cu ioni pozitivi aste aplicat aici materialului lagarului de la pozitiv la negativ, materialul este transformat intr-o suprafata extinsa de contact la o viteza de rotatie superioara a arborelui. Stratul de asezare este o suprafata de densitate mare care are o rezistenta mecanica mare [ 20 ]. 3.1.1.2. Chiulasa Chiulasa reprezint capacul cilindrilor motorului care etaneaz incinta de evoluie a pistonului i care conine, parial sau total, camera de ardere. Chiulasa e supus solicitrilor datorate presiunii gazelor, solicitrilor termice foarte importante i solicitrilor de tip mecanic datorate uruburilor de fixare. Chiulasa trebuie s prezinte o rezisten mecanic i termic mare, o rigiditate ridicat, posibiliti de montaj, intervenie i reglaj uor al mecanismului de distribuie, n condiiile unui cost i ale unei mase ct mai sczute. Cea mai simpl chiulas este la motoarele n doi timpi, rcite cu aer, la care se prezint sub forma unui capac cu aripioare ce conine la interior o parte din camera de ardere. De asemenea, chiulasa motoarelor n patru timpi, rcite cu lichid, dar cu supape laterale, este simpl, singurul element suplimentar fa de cazul anterior fiind pereii dubli pentru a asigura rcirea. Chiulasa poate fi cte una pentru fiecare cilindru la motoarele rcite cu aer i la motoarele mari- cte una pentru un grup de cilindrii-sau una pentru toi cilindrii motorului-la motoarele de mrime mic i mijlocie rcite cu lichid. Chiulasele se realizeaz din fonte cenuii sau aliate, sau din aliaje de aluminiu, deoarece sunt mai uoare i creeaz condiii antidetonante ale camerelor de ardere.La masa materialului de baz se preseaz ghidurile de supap din oel, precum i inelele de oel termic ale sediilor de supap. Datorit solicitrilor termice mari, chiulasele se deforma i, de obicei, fixarea lor pe blocul motor se face printr-un numr mare de uruburi de prezon care trebuie strnse n mod uniform, cu chei dinamometrice, iar strngerea se face alternativ dinspre capete spre centru sau invers, dinspre centru spre capetele chiulasei.

8

a b Fig.3.12. Chiulase pentru motoare cu 4 supape pe cilindru: a- cu cilindrii in V, si b- cu cilindrii in linie, cu doi arbori cu came [ 22,24 ]. Rampa centrale a injectoarelor este amplasata in chiulasa, in pozitie de mijloc, intre supapele de admisie si de evacuare. Injectoarele sunt securizate cu arc de strangere, fig.3.12,a. Aceste elemente sunt precis definite si incarca uniform chiulasa pentru a o proteja de eventualele diferente de tensiuni care apar din caldura dezvoltata in cilindrii si de la sistemul de racire. Chiulasa din figura 3.12, b, are doi arbori cu came, care comanda deschiderea celor 24 de supape, cate 4 montate pe fiecare cilindru.

Fig.3.13. Sectiune transversala chiulasa la motorul Peugeut J 7[9].

3.1.1.3.

Garnitura de chiulas

Etanarea dintre blocul motor i chiulas se realizeaz cu ajutorul unei garnituri denumite garnitur de chiulas.La motoarele rcite cu lichid este, de obicei, o singur garnitur de chiulas realizat din clingherit. In ultima perioada se construiesc pentru motoarele termice garnituri de chulasa metalice( fig.3.14, e). Garnitura prezint decupeuri pentru trecerea prezoanelor, a tijei mpingtoare, a lichidului de rcire (fig.3.14,a). De 9

asemenea, n dreptul cilindrilor prezint decupaje protejate cu tabl subire de cupru sau din tabl de oel cositorit (fig.3.14,b). La motoarele rcite cu aer, precum i n cazul unor motoare rcite cu lichid, se folosesc garnituri de chiulas sub forma unei garnituri inelare (fig.3.14,c i d) executat din tabl de cupru sau aluminiu, sau chiar din cauciuc siliconic (fig.3.14,d). Garnitura de chiulasa din figura 3.14,e este cu protectie termica imbunatatita. Este fabricata dintrun aliaj de Al-Cu-Si pentru o mai buna rezistenta mecanica. Optimizarea zonelor de racire se face printr-o mai buna disipare a caldurii, prin canale inelare noi in jurul scaunelor supapelor si de asemenea printr-un schimbator de caldura marit. Zonele termice critice din jurul injectoarelor si supapelor de evacuare sunt descarcate, astfel incat se obtine o scadere a tensiunilor si deformatiilor chiulasei.

e Fig.3.14. Etansarea camasii cilindrului fata de chiulasa [9,20]. 3.1.1.4.Baia de ulei (fig.3.15) Baia de ulei, de cele mai multe ori, se identific cu carterul inferior i se prezint sub forma unei piese din tabl de oel ambutisat-la motoarele de dimensiuni mici sau medii-sau turnat din aliaje de aluminiu sau font-la MAC, sau la motoarele de dimensiuni mari. Ea se fixeaz de blocul motor prin intermediul unei flane strns cu uruburi i prevzut cu garnituri din plut. Baia de ulei este rezervorul de ulei al motorului i pentru a asigura rcirea acestuia, uneori, baia este prevzut cu aripioare de rcire.Ea este prevzut la partea inferioar cu un dop filetat pentru golire, iar uneori zona n care acesta esta nfiletat este prevzut cu o piuli magnetizat pentru reinerea impuritilor metalice din ulei. Bile de ulei din tabl sunt mai uoare, mai ieftine i asigur o rcire mai bun.

Fig.3.15. Baia de ulei si garniturile de etansare[9].

10

3.1.2. Partile mobile ale mecanismului motor.

Prile mobile ale mecanismului motor constituie aa numitul ambielaj.Acest ansamblu este constituit din urmtoarele elemente:piston, segmeni, biel, arbore cotit la care se mai poate aduga i volantul(fig.3.16).

Fig.3.16. Organele mobile ale mecanismului motor: a) 1- piston; 2,3,4- segmenti;5-bolt; 6-biela; 7cuzineti biela; 8,9-surub si piulita capac biela;b) 1- arbore cotit; 2-volant; 3,4,5- cuzineti palier; 6cuzinet axial; 7- rulment [9]. 3.1.2.1. Ansamblul piston. Ansamblul piston este constituit din:piston, segmeni, bol, sigurane. 3.1.2.1.1.Pistonul. Pistonul reprezint peretele mobil al camerei de ardere, elementul care face posibil destinderea gazelor arse i preluarea forei dezvoltate de acestea. n cadrul mecanismului motor, pistonul ndeplinete urmtoarele funciuni: -preia fora dezvoltat de gazele arse i o transmite prin intermediul bolului la biel; -descarc la pereii cilindrului reaciunea normal Fn primit de la biel; -asigur etanarea n dublu sens a camerei de ardere: ntr-un sens mpiedic pierderea presiunii gazelor din cilindru i n sens invers mpiedic ptrunderea uleiului n camera de ardere; -asigur preluarea unei pri din cldura dezvoltat n cilindru n timpul ciclului motor; -asigur mpreun cu segmenii realizarea pe pereii cilindrului a unei pelicule continue i uniforme de ulei. Pentru a face fa acestor cerine, pistoanele trebuie s ndeplineasc o serie de caliti:

11

-asigurarea unei rezistene statice i dinamice la solicitrile care apar n mecanismul motor, att la rece, ct i la temperaturile dezvoltate n timpul funcionrii motorului; -asigurarea unor coeficieni de frecare mici, care s duc la un randament mecanic mare i la uzuri ale pistonului mici, deci asigurarea unei fiabiliti corespunztoare a motorului; -realizarea din aliaje cu mase specifice mici n timpul funcionrii. Pistoanele se realizeaz de obicei prin turnare i mai rar prin matriare din aliaje de aluminiu cu siliciu numite siluminuri sau din aliaje cu cupru cunoscute sub denumirea de aliaje Y. Zonele importante ale pistonului:calota (capul) pistonului, regiunea port segment; mantaua sau fusta pistonului (fig.3.17).

a Fig.3.17.Elementele pistonului [13]. n fig. 3.17, a si b, sunt prezentate forme constructive de pistoane utilizate la MAS, iar n fig 3.18 si 3.19, sunt figurate forme de pistoane utilizate la MAC cu injecie direct. Calota pistonului este partea superioar a acestuia, partea care se afl n contact direct cu camera de ardere prelund att presiunea produs de gazele arse ct i temperatura acestora. Ea este realizat de cele mai multe ori plan, deoarece se uzineaz uor i n acest caz suprafaa de contact cu gazele fierbini este minim, deci, cldura preluat de la acestea este minim. Prezint dezavantajul unei rezistene specifice reduse la solicitarea dat de presiunea gazelor, ceea ce conduce la realizarea unor perei cu grosimi ceva mai mari n dreptul calotelor. Pentru a mri rigiditatea capului pistonului i a favoriza evacuarea cldurii, partea interioar a lui se nervureaz. Calotele bombate (3.17, b) au o rezisten specific crescut datorit efectului de bolt ce apare la solicitarea dat de presiunea gazelor i, deci, grosimea peretelui calotei este mai mic; de asemenea, raportul de comprimare realizat

a b c Fig.3.18, a-piston cu canal de racire pentru motoare V6 TDI [23]; b,cpistoane rotunde sau ovale pentru motoare Kubota acoperite cu sulfura de 12

molibden MoS2, pentru reducerea frecarilor liniare dintre piston si oglinda cilindrului; sunt reduse si scaparile de gaze in baia de ulei[35]. Pistonul are o forma tronconica, pentru a putea prelua diferentele mari de temperatura care se dezvolta in timpul combustiei pe capul pistonului, in raport zona port segmenti si fusta pistonului unde temperaturile sunt mai mici. Forta generata de presiunea gazelor este distribuita pe o suprafata mare, reducand efortul in boltul pistonului. Presiunea mare de combustie din cilindru de 160 bar, face ca solicitatea termo-mecanica a pistonului sa fie mare. Din aceasta cauza, in corpul pistonului au fost facute canalizatii de racire pentru ulei (fig.3.18,a). In aceste canalizatii uleiul ajunge prin stropire din conductele montate in rampa centreala de ulei care este plasata in blocul motor [ 23]. Rezultatul este racirea continua a pistonului si mentinerea constanta a temperaturii pe capul pistonului in timpul lucrului, pentru a evita aparitia gripajelor pistoanelor in cilindrii. Calotele concave se utilizeaz n special la pistoanele de MAC cu injecie direct, n cazul crora n calota pistonului se afl o parte a camerei de ardere, a crei form depinde de sistemul de aprindere utilizat (fig. 3.19,a,b).

Figura 3.19, a,b. [9,13] La MAC cu injecie indirect, calota este totdeauna plat. Regiunea portsegment este zona pistonului care conine canalele n care se monteaz segmenii de etanare i de ungere. Numrul acestor canale este de 3-4 la MAS i de 4-6 la MAC. Mantaua pistonului este zona n care se realizeaz ghidarea pistonului n cilindru. Ea conine i umerii(bosajele) n care se monteaz boltul (fig.3.17.). Pe aceast zon pistonul transmite la cilindru fora transversal N pe care o primete de la biel (fig.3.20.).

13

Fig.3.20. Repartitia presiunii pe suprafata mantalei pistonului: a- pe inaltime; b- pe circunferinta. Mantaua se poate realiza ntr-o construcie elastic, caz n care aceasta conine un decupeu n form de T, cu tieturi nclinate fa de generatoarea pistonului, tieturi ce asigur posibilitatea compensrii dilatrii pistonului, precum i asigurarea unor jocuri funcionale corecte la toate temperaturile ce apar n timpul exploatrii motorului. 3.1.2.1.2. Segmenii Segmenii sunt piese de form inelar care se monteaz n canalele pistonului i care, prin elasticitate proprie, apas pe oglinda cilindrului realiznd etanarea acestuia, precum i realizarea unei pelicule de ulei uniforme i continuie. Segmenii preiau o parte din cantitatea de cldur primit de piston de la gazele fierbini pe care o transmit cmii de cilindru, care la rndul ei este rcit prin intermediul cmii de lichid a sistemului de rcire. Segmenii care asigur etanarea gazelor se numesc segmeni de compresiune, iar cei care controleaz pelicula de ulei de pe cilindru se numesc segmeni de ungere(raclori). Segmenii de etanare au rolul de a asigura izolarea corect a camerei de ardere fa de restul motorului, de a participa la realizarea peliculei de ulei, precum i la rcirea motorului.

Fig. 3.21. Efectul de pompaj al segmentilor de compresie [9, 13]. Ca fenomen secundar la functionarea segmentilor de compresie apare fenomenul de pompaj, care se intensifica in cazul in care jocul segmentului in canalul pistonului este mare (fig.3.21,b). In figura 3.21,a este prezentata evolutia descresterii presiunilor in camera de ardere de-a lungul regiunii portsegment.

14

Fig.3.22. Diferite tipuri de segmenti de compresie si de ungere folositi la MAS si MAC[5,13] Pentru a avea o fiabilitate corespunztoare, n special fa de solicitrile ce provoac uzura abraziv i coroziv, segmenii de etanare se realizeaz din font cenuie perlitic cu grafit lamelar sau font modificat cu structur perlitic cu grafit nodular, simpl sau aliat. n fig.3.22,a,b,c,d sunt prezentate cteva seciuni de segmeni de etanare care sunt utilizate mai des. Segmenii de ungere sunt ceva mai lai dect cei de etanare. Ei au rolul de a asigura distribuia uleiului pe suprafaa cmii cilindrului, precum i rzuirea surplusului din fant.Au n partea central un diametru mai mic i ferestre realizate prin frezare ce permit trecerea uleiului dinspre partea exterioar spre interior sau invers (fig.3.22,e,f,g,h). O alt soluie constructiv este confecionarea lor din oel, fiecare segment fiind constituit din 3 elemente separate: 2 tlpi din tabl simpl ntre care se afl un element spaial numit expandor (omid), realizat tot din tabl de oel i care creeaz depozitul de ulei, precum i posibilitatea trecerii uleiului din exterior spre interior i invers(fig.3.22,i). Segmenii de ungere primesc uleiul sau l evacueaz prin perforaiile existente n canalul n care se monteaz. Aici uleiul ajunge prin stropire de la rampele secundare de ungere, iar surplusul de ulei este evacuat prin aceleai canale i se scurge apoi n baia de ulei(fig.3.23,a,b). 15

Fig. 3.23, a,b [9,13]. 3.1.2.1.3.Bolul Bolul este elementul de articulare al ansamblului piston-segmeni la biel. Are o form simpl, cilindric, tubular. Este supus la solicitri de ncovoiere datorate presiunii gazelor i a forelor de inerie, dar i la solicitri de forfecare n planul existent ntre biel i umerii bosajelor pistonului. Solicitarea de forfecare apare n special datorit funcionrii detonante a motorului atunci cnd se produc creteri rapide ale presiunii din cilindru i are loc schimbarea rapid a sensului solicitrii. Materialele care satisfac cerinele impuse de solicitrile menionate mai sus sunt oelurile carbon i oelurile aliate cu Cr, Mo, Ni, tratate termic prin cementare, pentru obinerea unei duriti mari a suprafeei exterioare necesare pentru a rezista la uzur i la solicitri cu oc. n funcie de modalitatea de fixare axial a bolului fa de piston, exist teoretic trei posibiliti constructive: a) Prima soluie se numete bol flotant i d posibilitatea acestuia s se roteasc att fa de biel, ct i fa de piston (fig.3.24, a). Fixarea axial se face cu elemente de siguran montate n canalele existente n alezajul de montare a bolului (fig.3.25,a,b). Soluia prezint avantajul unei uzuri uniforme a bolului datorit rotirii lui n timpul funcionrii, costul este ceva mai mic datorit toleranelor de prelucrare ceva mai mari, precum i montarea-demontarea uoar. Dezavantajele soluiei constau n funcionarea ceva mai zgomotoas a ansamblului datorit existenei a dou jocuri(bol-piston i bol-biel) care se nsumeaz la schimbarea sensului de deplasare. Un alt dezavantaj l constituie necesitatea existenei unei buce din material cu proprieti antifriciune n piciorul bielei, acolo unde se monteaz bolul. Articulaia bol-biel trebuie uns. Captarea se face cu o mini plnie practicat n piciorul bielei, n partea sa superioar (vezi fig.3.25,a).

16

Fig.3.24. Asamblarea boltului cu biela si pistonul [9,13]

Fig.3.25 [9].

Fig.3.26. Diferite sectiuni de bolt[9].

b) A doua soluie const n realizarea bolul fix fa de piciorul bielei, articularea fcndu-se ntre bol i umerii pistonului. Fixarea axial se face prin realizarea unui ajustaj cu strngere ntre bol i biel. Avantajele soluiei constau n funcionarea mai silenioas datorit existenei unui singur joc n articulaie, nu mai este necesar buca din metal antifriciune n piciorul bielei i, de asemenea, nu este necesar ungerea ansamblului bol-biel. Dezavantajele soluiei constau n montarea-demontarea mai dificil a ansamblului bol-biel (prin nclzire), ct i n costul mai mare impus de toleranele de fabricaie foarte strnse. c) A treia soluie ar consta n realizarea unui bol fix fa de piston i articulat fa de biel. Soluia nu se poate realiza deoarece prin nclzire pistonul de aluminiu se dilat mai mult dect bolul din oel i l elibereaz, iar ea este neconvenabil, deoarece necesit buce antifriciune n piciorul bielei i ungerea acestui ansamblu. 3.1.2.2. Ansamblul biel Ansamblul biel asigur transmiterea eforturilor de la piston la arborele cotit i particip la transformarea micrii rectilinii-alternative a pistonului n micarea de rotire a arborelui cotit. Ansamblul este constituit din biel, capacul bielei i cuzinei(fig.3.27). 17

Biela este constituit din capul bielei-partea articulat la manetonul arborelui cotit(fig.3.27 poz.5),piciorul bielei-partea articulat la bolul pistonului (poz.1) i corpul bielei care este partea central, de legtur ntre cele dou articulaii(poz.3). Biela este unul din cele mai solicitate elemente ale motorului. Fora dat de presiunea gazelor, precum i forele de inerie solicit biela la compresiune(fig.3.28,a), flambaj (fig.3.28,b) i ncovoiere (fig.3.28,d), iar forele de inerie creeaz i solicitri de ntindere (fig.3.28,c). Compresiunea tinde s scurteze biela, flambajul deformeaz paralelismul axelor producnd uzuri suplimentare n lagrele de articulare, ntinderea provoac ovalizarea capetelor bielei, iar excentricitatea bolului(fig.3.28,c) datorat jocurilor mari duce la momente de ncovoiere suplimentare. Bielele se realizeaz prin matriare din oeluri de calitate, tratate termic prin clire i revenire pentru a putea face fa solicitrilor sus menionate. Lungimea bielei influeneaz uzura motorului. Piciorul bielei este un lagr de alunecare care articuleaz prin intermediul bolului biela la piston. Dac n acest lagr se monteaz un bol flotant, atunci este prevzut cu o buce din metal cu proprieti antifriciune(fig.3.29,a,b,c). Corpul bielei (tija bielei) are o seciune n form de dublu T pentru a avea un moment de inerie maxim, necesar bielei la solicitrile axiale i de ncovoiere n cele dou planuri (fig.3.28). Capul bielei este de cele mai multe ori un lagr de alunecare cu capac, prevzut cu semicuzinei, care articuleaz biela la fusul manetonal arborelui cotit. Planul de secionare a capului bielei poate fi normal la axul ei, sau cu plan de secionare nclinat. Capacul capului bielei face pereche permanent cu biela, fiind neinterschimbabil. Preluarea final se face cu capacul montat i fixat prin strngerea la valoarea nominal a uruburilor lui de fixare. Fixarea capacului pe corpul bielei se face cu ajutorul unor uruburi de construcie special, avnd un filet cu pas mrunt pentru micorarea tendinei de deurubare. Materialul din care sunt fcute este un oel de calitate, iar dup strngerea la momentul prescris sunt asigurate mpotriva desfacerii cu elemente de siguran. Centrarea capacului pe corpul bielei se face fie cu ajutorul unei zone calibrate pe uruburile de strngere, fie cu buce de centrare aflate n zona gurilor uruburilor de fixare, fie cu suprafee de centrare plane sau zimate ca n fig.2.30.

Fig.3.27.[9,13]

Fig.3.28.[9,13]

18

Fig.3.29.Solutii constructive pentru piciorul bielei[13]. 3.1.2.3. Arborele cotit

Fig.3.30. Capul bielei[5]

Arborele cotit este elementul final al mecanismului motor, cel de la care se preia energia dezvoltat de motor sub form de micare de rotaie. Asupra arborelui cotit acioneaz solicitrile transmise prin intermediul bielelor, care creeaz solicitri de ntindere, compresiune, ncovoiere i rsucire la care se adaug vibraii torsionale. Aceste solicitri pot provoca deformarea arborelui cotit determinnd uzuri n zona fusurilor, oboseala materialului i n cazuri extreme, ruperea arborelui cotit. Arborele cotit se prezint sub forma unei niruiri de fusuri amplasate axial i denumite fusuri palier (fig.3.31 poz.1)- prin intermediul crora se sprijin n lagrele din carterul superior al blocului motor-fusuri excentrice denumite fusuri maneton, n numr egal cu numrul de cilindrii(2)- pe care se articuleaz bielele, - i brae, care fac legtura ntre fusurile palier i fusurile maneton(3).La unele tipuri de arbori cotii exist brae duble(4) care fac legtura ntre dou fusuri maneton. Pe arborele cotit se mai afl contragreutile(5) dispuse n prelungirea braelor (3) pe partea opus a manetoanelor. Pentru a asigura ungerea n regim hidrodinamic a lagrelor maneton n braele arborelui cotit sunt practicate canale de scurgere(6) care preiau uleiul sub presiune de la lagrele palier i l transmit manetoanelor. Captul anterior al arborelui cotit este prevzut cu flana(7) pe care se monteaz volantul motorului, iar pentru a mpiedica ieirea uleiului prin capetele arborelui cotit n afara semeringurilor se mai realizeaz i deflectorul de ulei(8) care mpiedic stropirea direct a elementelor de etanare. Contragreutile pot face corp comun cu arborele cotit-soluie utilizat la motoarele mici i mijlociisau pot fi detaabile, fixate cu uruburi pe braele arborelui cotit. Arborele cotit este o pies cu un nalt grad de precizie dimensional, de form i de poziie reciproc a diferitelor pri componente, cu o rugozitate strict n zona fusurilor palier i maneton, precum i cu o foarte bun echilibrare static i dinamic. n figurile 3.31 i 3.32, sunt prezentate dou soluii constructive de arbore cotit pentru motor cu patru cilindrii: n prima arborele este cu trei paliere, iar n a doua este cu cinci fusuri palier. Arborii cotii demontabili se utilizeaz la motoarele de mare vitez i putere mic sau, n cazul motoarelor rcite cu aer cnd se folosesc cartere de tip tunel. n acest caz, braele se monteaz pe rulmeni cu role, ceea ce reduce lungimea arborelui i frecarea n lagre.

Fig.3.31.[9,13] 19

Fig.3.32.[9,13]

Fig.3.33. Sistemul de echilibrare cu doi arbori suplimentari antrenati de areborele cotit [ 20 ] In figura 3.34, sunt prezentate trei solutii constructive pentru capatul posterior al arborelui cotit.

20

Fig. 3.34. Elementele capului postrior al arborelui cotit : a) 1- pinionul de distributie fixat cu pana; 2- fulia transmisiei cu curele trapezoidale pentru antrenarea pompeio de apa si ventilatorului ; 3- racul care permite actionarea manuala la pornirea motorului ; 5( fig.3.34,c) atenuatorul de vibratii alcatuit din doua mase concentrate intre care se afla un element elastic[9,13].

3.2. Sistemul de distributie prin supape. Sistemul de distributie a gazelor reprezinta ansamblul tuturor organelor care asigura umplerea cilindrilor cu amestec proaspat sau aer si evacuarea gazelor arse, in asa fel incat sa realizeze ciclul motor si ordinea de functionare adoptata. Conditia principala pe care trebuie sa o indeplineasca sistemul de distributie este sa permita evacuarea cat mai completa a gazelor arse si umplerea cat mai completa a cilindrilor cu amestec proaspat (sau aer); la MAS este necesara si o conditie suplimentara - distribuirea cat mai uniforma a amestecului proaspat intre cilindrii. Piesele sistemului de distributie a gazelor lucreaza la viteze si acceleratii mari, impuse de vitezele mari de desfasurare a ciclului motor, fapt care conduce la o solicitare dinamica mare. Afara de acestea unele piese sunt supuse la solicitari termice mari. Toate acestea perturba distributia corecta a gazelor si accelereaza uzurta pieselor sistemului de distributie. Partile principale componente ale sistemului de distributie sunt : a) colectoarele de gaze, care distribuie si transporta amestecul proaspat sau aerul intre cilindrii motorului si colecteaza gazele arse din cilindrii, transportandu-le in atmosfera ; b)- mecanismul de comanda ; c)- amortizorul de zgomot. Sistemul de distributie poate fi cu supape, cu ferestre sau lumini, cu sertare. Distributia prin supape este aproape universala la motoarele in patru timpi, iar distributia prin ferestre la motoarele in doi timpi. Distributia prin sertare se utilizeaza la unele motoare in patru timpi de turatie ridicata. La unele motoare in doi timpi se utilizeaza distributia mixta prin supape si ferestre. Ordinea de lucru a motorului. La motoarele care au un numar de cilindrii mai mic de patru, ordinea de lucru depinde de forma arborilor cotiti si de distributia cilindrilor. La motoarele cu numarul cilindrilor mai mare 21

de patru, pentru aceiasi forma a arborelui cotit si aceiasi distributie a cilindrilor ordinea de lucru a cilindrilor se poate efectua in diferite variante. In acest caz, la alegerea ordinii de lucru se au in vedere urmatoarele consideratii: pentru a usura conditiile de lucru ale lagarelor se alege ordinea la care arderea si detenta sa nu aiba loc la doi cilindrii alaturati; ordinea de lucru adoptata sa realizeze o repartitie uniforma a amestecului proaspat la diversi cilindrii; la motoarele cu cilindrii in V, ordinea de lucru se alege in asa fel incat detenta din cilindrii grupei din stanga sa nu se succeada cu detenta din cilindrii grupei din dreapta. La motoarele de tractiune cea mai mare raspandire au capatat urmatoarele ordini de lucru[ ] : motoare cu patru cilindrii in linie. .1-3-4-2 si 1-2-4-3; motoare cu sase cilindrii in linie 1-5-3-6-2-4; motoare cu opt cilindrii in linie..1-6-2-5-8-3-7-4; motoare cu opt cilindrii in V .1-5-4-8-6-3-7-2. Ordinea de lucru adoptata pentru motoarele de tractiune poate fi realizata prin distributie cu supape, care este distributia cea mai des utilizata datorita simplitatii lor si sigurantei in exploatare. Mecanismul de distributie al gazelor trebuie sa asigure desfasurarea optima a procesului de schimbare a gazelor. Un mecanism de distributie al gazelor este eficient atunci cand permite evacuarea cat mai completa a gazelor arse din cilindrii motorului si asigura umplerea cat mai deplina a cilindrilor cu fluid motor proaspat, astfel incat coeficientul de umplere sa tinda spre unitate. In cadrul sistemului de distributie a gazelor intra: colectoarele de admisie si evacuare, precum si mecanismul propriu-zis de distributie a gazelor care comanda deschiderea si inchiderea periodica a orificiilor de admisie si evacuare. Cel mai raspandit sistem de distributie la motoarele in patru timpi folosit la autovehicule si utilaje de constructii este sistemul de distributie prin supape. Sistemul de distributie prin supape se compune din supape, care optureaza orificiile de admisie si evacuare, arcuri, care mentin supapele pe scaune, arborele de distributie (cu camele), care actioneaza supapele si mecanismul de transmitere a miscarii de la arborele cotit la arborele cu came.

Fig.3.35. Transmisie prin curerea dintata la motorul de 2 litrii de 125kW TDI [20].

22

Cand arborele cu came nu actioneaza direct supapele (fig. 3.36), mecanismul de distributie mai cuprinde tije impingatoare, tacheti si culbutori. Acest sistem este cel mai des utilizat la motoarele de autovehicule moderne.

Fig.3.36. Partile componente ale mecanismului de distributie: 1- pinionul arborelui cotit; 2- brida; 3-rondel; 4-fusuri; 5-excentric pentru comanda pompei de benzina; 6- came de evacuare; 7-came de admisie; 8-bucsa pentru fusuri; 9-supapa de admisie; 10-ghidul supapei; 11-disc; 12- arc; 13axul culbutorilor; 14- culbutori; 15- surub de reglaj; 16- suportul axului culbutorilor; 17mecanism de rotatie a supapei de evacuare; 18-supapa de evacuare; 19-tije impingatoare; 20 tachet; 21- pionion de antrenare a pompei de ulei [9,13]. In figura 2.37. este prezentat mecanismul de distributie prin supape al motoarelor D103 si D110, impreuna cu diagrama de distributie, care contine unghiul maxim de deschidere al supapei de admisie si, respectiv, unghiul maxim de deschidere al supapei de evacuare in raport cu PMI si PME. Din figura 3.37,b, se observa ca, unghiul maxim de deschidere al supapei de admisie este mai mare decat unghiul maxin de deschidere al supapei de evacuare, deoarece se urmareste o umplere cat mai buna a cilindrilor. Ansamblul general al mecanismului de distributie prin supape, montate in chiulasa, prezentat in figura 3.37,a, asigura deschiderea supapelor de admisie si de evacuare conform diagramei de distributie din figura 3.37,b, corelata cu ordinea de lucru a motorului cu patru cilindrii. Deschiderea supapelor se face cu ajutorul lantului cinematic format la actiunea varfului camelor amplasate spatial pe arborele cu came 1. Arborele cu came este antrenat de la arborele motorului prin intermediul unei transmisii cu roti dintate, cu lant, sau prin curele dintate, cu raportul de transmitere al rotilor de 1 :2. Varful camei ridica tachetul de tip pahar 2, tija impingator 3, care roteste la randul sau culbutorul 4, montat pe axul culbutorilor 5, si deschide supapa 6 a carei tija lucreaza in ghidul de supapa 7 presat in corpul chiulasei. Inchiderea supapei 6 pe scaunul sau din chiulasa, se produce sub actiunea fortei elastce a arcului de supapa 8, la rotirea in continuare a camei pe portiunea sa cilindrica, cand lantul cinematic al distributiei nu mai este actionat. Culbutorii servesc pentru actionarea supapelor. Un capat al culbutorului se executa sferic sau cu rola, iar celalalt capat are un surub pentru reglarea jocului (v.fig.2.38,a). Culbutorul este o parghie articulata central cu brate inegale care modifica sensul miscari primite de la tija impingator si o amplifica la deschiderea supapei (fig2.38,a).

23

Fig.3.37, a si b [12].

Fig.3.38, a si b [9,13].

Culbutorii se executa cu brate inegale pentru a obtine deplasari mari ale supapei la deplasari mici ale tachetilor, deci acceleratii si uzuri reduse pe profilul camei si eforturi dinamice mai mici in tija impingatoare (raportul este aproximativ 1 la 2). In bratele culbutorului se prevad canale care vehiculeaza uleiul, pompat sub presiune prin canalizatiile din blocul motor si chiulasa, spre capete pentru a asigura ungerea tijei de supapa. Supapele sunt piesele cele mai solicitate ale sistemului de distributie. Subansamblul supapa ( fig.3.38,b) este constituit din supapa cu talerul 1 si tija 3, sediul sau scaunul supapei 2 care este fixat in chiulasa, arcurile supapei 4 si 5, saiba 7 pentru fixarea arcurilor 4 si 5, ghidul supapei 6 si elementele de siguranta 8. Solicitarile mecanice ale unei supape sunt datorate fortei de presiune a gazelor si tensiunii arcului, care produc tensiuni (eforturi unitare) neuniform repartizate pe talerul supapelor. Solicitarile termice sunt mai pronuntate la supapele de evacuare, ale caror temperatura este in medie de 700800 de grade, fata de 300-400 de grade la supapele de admisie. In timpul functionarii la supapele de evacuare, din cauza solicitarilor termice ridicate, pot apare o serie de defectiuni: reducerea considerabila a rezistentei mecanice si a duritatii materialului (chiar pentru oteluri speciale refractare), tendinta de gripaj a tijei in bucsa de ghidare, deformarea talerului, uzura coroziva intensa. Evitarea acestor defectiuni presupune o racire intensa si asigurarea unei ungeri corespumzatoare a tijei supapei.

a b Fig.3.39. Comanda mecanismului cu tachet hidraulic [26]:a)- 1 tija supapei; 2-element de culisare; 3-supapa compensatoare de buna functionare;4 culbutor; 5-canal de ungere; 6-axul culbutorilor; 24

b)- tija supapei; 2-arcul pistonasului; 3-camera de inalta presiune; 5- piston; 6-supapa de nereturnare ulei; 7-rezervor de ulei; 8 -arbore cu came; 9 culbutor; 10 -canal de legatura.

Fig.3.40. Tachet hidraulic pentru buna functionare a deschiderii supapei [ 26]: -cursa fixa supapa; -reglarea supapei pentru buna functionare cu ajutorul tachetului hidraulic montat in culbutor; scaunul de asezare al talerului de supapa este prevazut cu o tesitura care vine in contact cu zona de asezare a supapei. Etansarea talerului de supapa cu scaunul se face dupa un cerc de contact, realizat din intersectia celor doua unghiuri de inclinare diferite din interiorul inelului. Datorita inclinarii suprafetei tachetului, cu 2-3 grade, in raport cu capul tijei supapei, ea va fi rotita cu un anumit grad la fiecare deschidere, astfel incat calamina care se depune pe scaunul supapei in timpul functionarii sa fie indepartata, asigurand o etansare buna. In caz contra, gazele fierbinti care scapa din cilindru datorita netanseitatii talerului pe scaun, pot conduce la arderea supapei de evacuare. Arcurile supapelor trebuie sa asigure inchiderea etansa a supapelor pe sacaunele lor si sa preia fortele de inertie ale supapelor. Inchiderea neetansa a supapelor, in cazul unor arcuri slabe, poate provoca curgerea gazelor si arderea fatetei talerelor. Frecventa mare a actiunii arcurilor care apare la accelerare provoaca oboseala materialului, pierderea elasticitatii acestuia si chiar ruperea. Arborii de distributie (cu came) au rolul de a comanda miscarea supapelor. Inaltimrea si profilul camelor sunt determinate pentru asigurarea momentelor optime de deschidere si inchidere a supapelor, precum si a sectiunii necesare pentru curgerea fluidului motor. Profilul camei trebuie sa asigure o deplasare fara socuri a supapei la o deschidere si inchidere rapida a acestuia, conditii impuse de o umplere cat mai completa a cilindrilor. Tachetii servesc la preluarea miscarii de la arborele cu came si transmiterea acestuia la supape. La unele motoare se utilizeaza tacheti hidraulici, care asigura eliminarea automata a jocului din mecanismul cu supape, asigurand o functionare fara zgomot, nefiind necesara reglarea lor in exploatare. Jocul termic din mecanismul de distributie, are rolul de a asigura dilatarea libera a pieselor componente. Jocul termic este cuprins intre 0,05-0,5 mm, fiind mai mare la supapa de evacuare. Jocurile termice se stabilesc de fabricantul de motoare pe cale experimentala. O importanta deosebita din punct de vedere al perfectiunii evacuarii si umplerii, il reprezinta timpul- sectiune ( cronosectiunea), necesar evacuarii gazelor si admisiei fluidului motor proaspat. Se observa ca, o evacuare cat mai completa a gazelor din cilindru presupune respectarea cursei supapei (limitarea uzurii camelor) si respectarea unghiurilor optime de avans si de intarziere la 25

deschiderea si inchiderea supapelor de admisie si evacuare, mentionate pentru motorul D110 in figura 3.37,b.

Fig.3.41. Aspiratia aerului si evacuarea fortata a gazelor din cilindru la sistemul de distributie cu 4 supape pe cilindru [ 22] :1- conducta de aspiratie cu un sistem de vartejare al aerului; 2 -conducta de alinentare tangentiala cu aer; 4 - conducta de evacuare cu teava dubla; 4 - injector. Teghnologia FSI, folosita la motoarele de 3,6 litrii V6 FSI din fig. 3.4 [24], se aplica la toate nivelele de emisii, inclusiv Euro 4. Aceste propulsoasre de 3,6 litrii V6 FSI, cu puterea de 2o6 kW la 6200 rot/min si 350Nm la o turatie de 2500-5000 rot/min, se monteaza pe Audi Q7 si Volkswagen Touareg. Modelul de motor de 3,6 litrii V6 R36 mareste puterea maxima a acestui propulsor la 220kW la 6600 rot/min si cuplul maxim la 350Nm pentru 2400-5000 rot/min. Aceasta versiune de 3,6 litrii a fost lansata de Volkswagen Passat in America de Nord. Arborele cu came este din otel si este montat pe 7 lagare la motoarele cu injectie multi-punct de de 3,2 litrii, iar la cele de 3,6 litrii este confectionat din aliaje usoare. Supapa de ajustare a miscarii arborilor cu came pentru admisie si pentru evacuare, este de tipul celor prezentati in fig.3.12,b, ea lucreaza in functie de crestere a puterii si momentului, astfel incat consumul de combustibil si emisiile sa fie reduse, depinzand de sarcina motorului [ 24]. Arborii cu came pot fi ajustati continuu in directia deschidrii in avans si inchiderii cu intarziere a supapelor de admisie. Unitatea de control a motorului controleaza urmatoarele supape electromagnetice pentru ajustarea arborilor cu came: -N205 supapa 1 pentru controlul arborelui cu came la supapele de admisie; -N318- supapa 1 pentru controlul arborelui cu came la supapele de evacuare. Ajustarea maxima la arborele cu came: -arborele cu came pentru comanda supapele de admisie: 52 grade RAC ; -arborele cu came pentru comanda supapelor de evacuare: 42 grade RAC. Fiecare arbore cu came este reglat folosind doua supape de control care sunt actionate de la presiunea circuitului de ungere din motor [24]. Lantul de distributiei al motorului de 3, 6 l V6 FSI, este prezentat in fig.3.42 [ 24 ]. Motorului mai contine si sistemul de transmisie prin curele trapezoidale, alcatuit din:

26

- fulia pentru cureaua trapezoidala montata pe arborele cotit; - fulia pompei de lichid de racire; rola de tensionare curea; - fulia alternator; - rola de ghidare; si fulia compresor pentru are conditionat [24].

Fig. 3.42.Lantul de distributiei al motorului de 3, 6 l V6 FSI,de 206 kW la 6200 rot/min[24]:1pinionul arborelui cotit ; 2- lantul primar cu zale si role ; 3- lantul cu zale si role al arborelui cu came; 4- antrenare pompa de combustibil; 5-antrenarea arborelui cu came de admisie ; 6antrenarea arborelui cu came de evacuare ; 7- intinzatorul hidraulic al lantului primar; 8antrenarea pompei de ulei ; 9-intinzatorul hidraulic al lantului arborelui cu came. Lantul de antrenare cu role este plasat in partea transmisiei motorului. Transmiterea miscarii in sus de la arborele motorului se face cu lantul cu role primar si cu lantul cu role pentru antrenarea arborilor cu came. Lantul cu role primar este antrenat de la arborele cotit. El antreneaza lantul cu role al arborele cu came si pompa de ulei prin intermediul unei roti de lant. Lantul cu role al arborelui cu came antreneaza doi arbori cu cane si o pompa de combustibil de inalta presiune. Fiecare lant este precis tensionat cu ajutorul unui intinzator hidraulic de lant. Pompa vacumatica montata pe motor poate fi de tip mecanic, sau, de tip electric in cazul motoarelor montate pe automobilele Touareg, care au cutie de viteze cu transmisie automata. Sistemul electronic de comanda pentru acest sistem cu cutie de viteze automata este prezentat in paragraful 5.2. Pompa de vacum asigura suficient vacum, care poate fi intrebuintat de toti consumatorii conectati la sistemul de vacum al motorului. Pompa de vacum este antrenata impreuna cu pompa de combustibil de inalta presiune prin lantul de transmisie al motorului. Pompa de vacum este montata in capul cilindrilor. Motorul de 3,6 litrii V6 R36 FSI, are colectorul de admisie a aerului de tipul cu admisie variabila [ 24 ]. 27

Functionarea colectorului cu admisie variabil pentru acest motor este prezentat in figura 3.43. Colectorul pentru admisie variabila a aerului se acordeaza dupa principul rezonantei la incarcatura si este proiectat ca o supapa spatiala, care deschide al doilea canal de admisie al areului si asigura oscilatia ritmica a aerului aspirat. Aceasta permite cresterea presiunii in cilindrii la aspiratia aerului si o mai buna functionare a cilindrilor [24].

Fig.3.43. Functionarea colectorului cu admisie variabila [24].Supapa spatiala montata in galeria de admisie permite prin comanda sa, realizarea oscilatiei admisiei de aer prin doua conducte ale galeriei de admisie. Cand supapa de aer este deschisa curentul de aer din cele doua conducte se insumeaza, sau, admisia lucreaza cu o singura teava cand supapa de aer din gaslerie este inchisa. Acest sistem permite sa se modifice cresterea presiunii in cilindrii. Pentru turatia motorului cuprinsa in intervalul 0 - 1200 rot/min, supapa pentru comanda admisiei este pusa in pozitia de putere. Clapeta supapei de comanda nu este actionata de unitatea de putere. Vacumul creat de unda de pornire in procesul de admisie este reflecatat de capatul conductei de putere si returnat la supapa de admisie dupa un timp scurt. Pentru viteza motorului intre 1200-4000 rot/min, clapeta supapei de admisie este actionata de unitatea de control a motorului. Aerul ajunge direct in cilindrii de la colectorul de rotire in conducta spiralata de admisie. Sistemul pentru recircularea interna a gazelor de evacuare inapoi in cilindrii motorului, EGR intern, este indicat in figura 3.44 [24]. Reciclarea interna a gazelor evacuate din cilindrii contracareaza formarea oxidului de azot NOx in noxele de poluare a atmosferei [24]. Cu sistemul de reciclare externa a gazelor de evacuare se reduce formarea NOx, insa prin reducerea temperaturii combustiei care se desfasoara in cilindrii motorului. Aici, gazelor recirculate din galeria de evacuare sunt mai intai trecute printr-un racitor, dupa care sunt mixate cu aer proaspat si introduse din nou in cilindrii. Sistemul asigura o usoara oxigenare a gazelor de combustie recirculate in mixtura proaspat formata din combustibil-aer

28

Fig.3.44. Sistemul de recirculare interna a gazelor de evacuare in motor[24].

Avantajele si modul cum lucreaza sistemul de recirculare interna a gazelor arse, sunt prezentate mai jos [24]. In timpul cursei de evacuare supapele de admisie si evacuare sunt deschise. Admisia este asigurata de o mare varietate vacumatica produsa pe galeria de admisie, astfel incat, gazele de evacuare provenite din camera de combustie a motorului sunt introduse din nou in cilindrii, printr-o legatura inversa cu camera de combustie, in urmatorul ciclu de combustie. Avantajele recircularii interne a gazelor de evacuare [24 ]: -reducerea consumului de combustibil, prin procesul de incarcare al cilindrilor cu noua incarcatura in care se regasesc si gaze de evacuare; -un nivel larg de functionare al motorului in regim de sarcini patiale obtinut prin recircularea gazelor arse; -functionare linistita a motorului; -recircularea gazelor de evacuare este posibila cand racirea motorului este accentuata, folosind un sistem de racire cu o constructie speciala ( v. fig.3.134.)

3.3. Alimentarea MAS prin jiglaj ( carburatia). Solutia clasica de alimentare noneuro. [ 11 ] Rolul sistemului de alimentare consta in a prepara amestecul proaspat (amestecul carburant) si in debitarea acestuia in cilindrii motorului. Sistemul la MAS prin jiglaj este format din urmatoarele elemente: a)- elemente care asigura debitarea benzinei rezervorul, filtrul de combustibil, decantorul, pompa de alimentare cu membrana, indicatorul de nivel; b)- elemente care asigura debitarea aerului - filtru de aer, amortizorul de zgomot al admisiei; c)- elemente care asigura prepararea amestecuilui proaspat cu dozaj corespunmzator- carburatorul; d) elemente care asigura introducerea amestecului proaspat in cilindriimotorului - colectorul de admisie. 29

In principiu, procesul de alimentare al MAS prin jiglaj se desfasoara conform schemei din fig. 3.45.

Fig.3.45. In figura 3.45 este prezentata schema constructiva de principiu a unui carburator elementar impreuna cu instalatia de alimentare cu combustibil si aer. Carburatorul elementar este constituit dintr-o camera de nivel constant 5, in care se monteaza plutitorul 7 si supapa de admisie a combustibilului 8 ( acul obturator), o camera de amestec 13 care contine difuzorul 11 si obturatorul 14, tubul; pulverizator 12, care contine jiglerul (piesa cu orificiul calibrat). Capatul pulverizatorului 12 este situat in sectiunea cea mai mica a difuzorului, unde depresiunea care se formeaza la trecerea aerului este maxima. Orificiul se plaseaza la o inaltime h = 2-6 mmpeste nivelul combustibilului din camera de nivel constant, pentru a preveni curgerea benzinei cand motorul nu functioneaza. Functionarea carburatorului elementar se bazeaza pe principiul pulverizarii combustibilului intr-un curent de aer datorita diferentei de presiune. Benzina din rezervorul 1, se aspira prin filtrul 2 de catre pompa cu membrana 3 si refulata prin conducta 4in camera de nivel constant5. Camera de nivel constant cu plutitorul 7, si cu acul obturator 8, au rolul de a mentine in carburator un nivel condstant al benzinei. Cand nivelul benzinei din canera de nivel constant ajunge pina la inaltimeanecesara, plutitorul se ridica, iar acul opreste intrarea benzinei. Pe masura ce benzina este consumata de motor, nivelul in camera de nivel scade, plutitorul coboara si acul obturatir permite patrubderea benzinei, pana cand plutitorul se ridica din nou inchizind intrarea cu acul obturatorului. Asigurarea unui nivel constant al benzinei in camera de nivel constant este necesara pentru un dozajul corect, deoarece debitul jiglorului de combustibil depinde de inaltimea coloanei de lichid. Pulverizatorul 12 prin orificiul calibrat, asigura dozarea curgerii benzinei din camera de nivel constant in curentul de aer. Jiglorul principal de combustibil se amplaseaza de obicei la partea inferioara a pulverizatorului in varianta inecat avand avantajul ca favorizeaza formarea amestecului. Difuzorul 11 asigura conditiile necesare pentru pulverizarea combustibilului. El trebuie sa asigure depresiunea necesara si viteza necesara a amestecului pentru realizarea unei pulverizari cat mai fine si a unei vaporizari cat mai complete a benzinei. Difuzorul are forma unui ajutaj convergenr- divergent. La nivelul sectiunii minime, viteza aerului Wa atinge valoarea maxima (Wa = 80-100 m/s), iar presiunea Pd valoarea minima, respectiv depresiunea maxima ( v. figura 3.45, a). Cu cat viteza de curgere a aerului prin difuzor este mai mare , cu atat pulverizarea este mai buna. Pentru marirea vitezei se utilizeaza camera de amestec cu doua sau trei difuzoare.

30

Clapeta 14 ( obturatorul) serveste la variatia cantitatii de amestec carburant care intra in cilindrii motorului. Obturatorul este pus in legatura cu pedala de acceleratie , prin care se face comanda motorului. Functionare. In timpul admisiei , prin deplasarea pistonului de la PMI la PME, se creiaza in cilindrul motorului o depresiune. Datorita acestei depresiuni, aerul intra in racordul de admisie al carburatorului. La trecerea prin difuzor, viteza aerului se mareste, iar presiunea scade. Datorita diferentei de presiune dintre camera de nivel constant, in legatura cu atmosfera prin orificiul 9, si difuzor, are loc curgerea benzinei prin jiglorul pulverizatorului. Debitul de benzina este determinat de depresiunea care se creiaza in difuzor si de sectiunea jiglorului. La sarcina plina, viteza aerului in difuzor este de Wa = 80-100 m/s, iar a combustibilului Wc= 4-6 m/s. Datorita diferentei mari de viteza, are loc o frecare intensa intre cele doua fluide determinand pulverizarea combustibilului . Picaturile de combustibil se vaporizeaza in mare parte in camera de amestec 13, iar turbulenta care apare in curentul de aer, contribuie la omogenitatea amestecului. Vaporii si picaturile mici de combustibil sunt antrenate de curentul de aer spre cilindru. Picaturile mari se desprind de curentul de amestec si se depun pe peretii carburatorului si ai colectorului de admisie, formand o pelicula lichida de benzina , care se deplaseaza incet spre cilindru fiind antrenata prin frecarea de curentul de amestec. Pentru vaporizarea acestei parti de benzina se utilizeaza preincalzirea conductei de admisie de catre gazele de evacuare sau lichidul de racire. Dezavantajele carburatorului elementar.Pentru exploatarea curenta a masinii carburatorul trebuie echipat cu o serie de dispozitive auxiliare. In figura 3.46 este prezentata variatia compozitiei incarcaturii proaspete in functie de sarcina la turatie constanta. Variatia pozitie obturatorului (sarcina motorului) are o influienta maxima asupra compozitiei amestecului proaspat. Cu ajutorul acestor curbe se pot gasi compozitiile de amestec care corespund puterii maxime dezvoltate de motor si consumul minim de combustibil. Daca compozitaia amestecului carburant variaza dupa curba 1 (fig.3.46,a), motorul functioneaza in regim de economicitate maxima (amestec economic). La o variatie a amestecului corespunzator curba 3, motorul va functiona in regim de putere maxima (amestec de putere). Curbele 1 si 3 arata ca poate fi aleasa o compozitie de amestec la care puterea maxima a motorului la o sarcina data sa corespunda cu economicitatea maxima. Curba 2 reprezinta variatia compozitiei amestecului carburant care ar trebui sa corespunda unui carburator ideal. Notatiile facute in fig, 3.46,b corespund pentru: a- domeniul sarcinilor mici la mers in gol, unde functioneaza dispozitivul de mers in gol (DMG); b- domeniul sarcinilor mijlocii, in care functioneaza dispozitivul principal de dozare(DPD); c- domeniul sarcinilor mari la care functioneaza dipozitivul de putere (DP). Acest dezavantaj al carburatorului elementar nu poate fi eliminat prin schimbarea depresiunilor. In carburatorul elementar se poate alege compozitia amestecului numai pentru un anumit regim de functionare a motorului sau pentru variatia lui in limite foarte stranse. Rezulta de aici, ca pentru motoarele masinilor de tractiune si transport, in care sarcina si turatia variaza in limitelargi, carburatorul elementar nui este indicat. Un alt dezavantaj , consta in faptul ca, pornirea motorului echipat cu carburator elementar este dificila, deoarece pentru pornire este necesar un amestec foarte bogat in benzina, iar carburatorul nu poate pregati acest amastec din cauza depresiunii foarte mici din difuzor. Din aceste motive carburatoarele sunt prevazute cu o serie de dispozitive auxiliare, care elimina dezavantajele carburatorului elementar. NOTA[7]: Formarea amestecului carburant la MAS se poate realiza atat in exteriorul cilindrului ( carburator, injectie indirecta), cat si in interiorul acestuia( injectie directa).

31

Procesele de aprindere si de ardere sunt puternic dependente de cantitatile de aer si de combustibil ce participa la formarea amestecului carburant. Proprietatile lor in amestec sunt descrise pe baza unui criteriu numit dozaj. Dozajul poate fi apreciat in diferite moduri. Astfel, raportul dintre cantitatea de combustibil si cea de aer se numeste coeficient de dozaj: d= Gcomb/Gaer. Functie de proportia celor doua componente in amestec pot fi deosebite trei situatii distincte. Atunci cand cantitatea de combustibil, Gcomb, ii corespunde cantitatea stricta necesara de aer pentru arderea completa teoretica, dozajul se numeste teoretic sau stoichiometric. In cazul in care cantitatea de combustibil este in excces fata de cazul precedent, dozajul se numeste bogat, iar daca cantitatea de combustibil este mai mica, dozajul se numeste sarac. Arderea teoretica a 1kg de combustibil necesita 15 kg de aer, rezultand valoarea coeficientului de dozaj stoichiometric: d1= 1/15= 0,0666, Pentru facilitarea scrierii se prefera inversul coeficientului de dozaj: 1/d = Gaer/Gcomb. In acest mod dozajul teoretic este precizat de valoarea: dt =15/1 = 15. Pentru a permite unificarea modului de exprimare si de calcul la aprecierea calitatii amestecului se foloseste coeficientul de exces de aer. Acesta exprima raportul dintre cantitatea de aer de care dispune 1kg de combustibil G aer, si cantitatea de aer necesara pentru arderea teoretica a acestei cantitati de combustibil Gaert: L = Gaer/Gaert. Incarcarea motorului este apreciata prin sarcina motorului. Acest parametru exprima gradul de incarcare al motorului, la o anumita turatie, raportat la o incarcare de referinta. Sarcina se poate aprecia prin coeficientul de sarcina: X= Pe/Pe const. Adica, prin raportul dintre puterea efectiva dezvoltata de motor si puterea efectiva continua a motorului la aceiasi turatie. Pe baza coeficientului de sarcina pot fi determinate urmatoarele situatii: X=0 0