Referat.motorul Otto Si Diesel

REFERAT LA FIZICA Motorul Otto Motorul Diesel

Nicholas August Otto, Germania, 1832-1891

Otto şi-a început viaţa profesională în postul de comis-voiajor pentru o băcănie din Cologne, dar a devenit tot mai preocupat de tehnologiile care abia apăreau în epoca respectivă – mai exact gaele şi aburul! Cea mai mare noutate a vremii a fost invenţia lui "ean-"oseph-#tienne $enoir – un motor care ardea gae naturale! %cesta a fost ataşat unei căruţe şi, deşi vehiculul se putea mişca astfel &pe cont propriu', motorul era extrem de gomotos şi ineficient! Otto s-a g(ndit că ar putea îmbunătăţi situaţia folosind un combustibil lichid şi a început să facă experimente în acest sens! #l a construit primul motor cu ga în anul )*+) şi a format un parteneriat cu industriaşul german #ugen $angen! Cunoscută iniţial sub numele de !%! Otto  Cie, compania respectivă funcţioneaă şi în preent, sub numele de .eut %/! 0n urma unui accident fericit, Otto a ajuns să recunoască valoarea compresiei mixturii de combustibil cu aer înainte de arderea combustibilului respectiv! %stfel s-a născut ideea ciclului în patru timpi – numit şi astăi 1Ciclul Otto'! Otto şi-a petrecut următorii cinci ani pun(nd la punct acest proiect, care i-a adus în final medalia de aur pentru 2motorul cu ga atmosferic3 la #xpoiţia de la 4aris, din anul )*+5!

2

Motorul Otto. Motorul Diesel. I nt r o duc e r e Definitie: Se numeste motor cu combustie interna orice diso!iti" care obtine ener#ie mecanica direct din ener#ie c$imica rin arderea unui combustibil intr%o camera de combustie care este arte inte#ranta a motorului &sre deosebire de motoarele cu ardere e'terna unde arderea are loc in afara motorului.(. E'ista de fat atru tiuri de ba!a de motoare cu ardere interna dua cum urmea!a: motorul Otto)motorul Diesel) motorul cu turbina e #a! si motorul rotati".

Motorul Otto este denumit astfel dua numele in"entatorului sau *i+olaus Au#ust Otto) iar motorul Diesel dua in aceeasi maniera dua numele in#inerului #erman de ori#ine france!a Rudolf Diesel. Motorul Diesel este folosit entru #eneratoare de ener#ie electrica) de asemenea el este utili!at si la camioane si autobu!e recum si in unele automobile. Motorul Otto este motorul folosit entru ma,oritatea automobilelor. Componentele unui motor diesel 

3

Sectiune printr-un motor 

-artile esentiale ale unui motor Otto si Diesel coincid. Camera de ardere este formata dintr%un cilindru inc$is la un caat si un iston care aluneca de sus in ,os. -rintr%un sistem biela mani"ela istonul este le#at de un arbore cotit care transmite lucrul mecanic sre e'terior &de obicei cu a,utorul unei cutii de "ite!e(. Rolul arborelui cotit este acela de a transforma miscarea de du%te "ino/ a istonului in miscare de rotatie. 0n motor oate a"ea de la unu ana la 12 de cilindri &istoane( care ot fi ase!ate asa !is in linie sau in 3. Sistemul de alimentare cu combustibil consta dintr%un re!er"or o oma si un sistem entru "aori!area combustibilului care l%a motorul Otto oate fi carburator sau la masinile de constructie recenta sisteme de in,ectie. Aceste sisteme de in,ectie sunt #estionate electronic iar eficienta lor a facut ca ele sa fie folosite e ma,oritatea automobilelor Aerul din ametecul carburant recum si #a!ele e"acuate sunt #estionate de suae actionate mecanic de un a' cu came. La toate

4

motoarele este necesar un sistem de arindere a combustibilului care la motorul Otto este o bu,ie. Conform rinciiului al doilea al termodinamicii un motor trebuie sa cede!e caldura4 in #eneral acest lucru este reali!at in doua moduri) rin e"acuarea #a!elor re!ultate din arderea carburantului si rin folosirea unui radiator. In timul delasarii unui "e$icul ec$iat cu un motor cu ardere interna simla delasare #enerea!a un flu' de aer rece suficient entru a asi#ura mentinerea temeraturii motorului in limite accetabile dar entru ca motorul sa oata functiona si cand "e$iculul sta) radiatorul este ec$iat cu unul sau mai multe "entilatoare. De asemenea se mai folosesc si sisteme de racire cu aa mai ales entru barci.

Mo t o r ulOt t o

Motor Morris din 1925

Motorul Otto standard este un motor in 5 timi in care istonul face 5 curse. Sa "edem care sunt acestea: Timul 6:Admisie istonul orneste de la caatul suerior al cilindrului si in cilindru este asirat amestecul de aer si ben!ina

5

deoarece suaa de admisie este desc$isa la sfarsitul acestui tim istonul a,un#e la caatul inferior si suaa de admisie este inc$isa. Timul 1:Comresie adiabatica) amestecul se incal!este ana cind istonul a,un#e la caatul suerior. Timul 7:Ardere si destindere adiabatica4 o descarcare electrica a bu,iei arinde amestecul carburant a carui ardere are loc raid) ca o e'lo!ie. De aici ro"ine si denumirea alternati"a de motor cu e'lo!ie. -resiunea si temeratura in cilindru cresc brusc si istonul este imins. Timul 7 este timul motor) in care se efectuea!a lucru mecanic asura istonului. La sfarsitul acestui tim se desc$ide suaa de e"acuare Timul 5: E"acuarea #a!elor arse in atmosfera in atmosfera incee rintr%un roces de racire i!ocora) ana cand #a!ele a,un# la resiunea atmosferica. -istonul se ridica si #a!ele sunt e"acuate suaa de e"acuare fiind desc$isa. La caatul ciclului suaa de e"acuare se inc$ide suaa de admisie se desc$ide si incee un nou ciclu. Randamentul mecanic efecti" al unui motor Otto modern este de circa 18%19

 Motorul Diesel 

 Rudolf Diesel 

La 62 martie 6292) cand) la -aris) se nastea cel al carui nume este urtat asta!i de motoarele e motorina: Diesel); Rudolf Diesel) si care a trait ana e 1< setembrie 6<67. Cam atat ar fi de sus desre el) dar este mult de sus desre in"entia lui &motorul diesel( e care a atentat%o in 62<1. Rudolf Diesel a conceut motorul diesel ca o alternati"a mai accesibila entru intrerin!atorii articulari a"and in 6

"edere dimensiunile "ariabile si costul sca!ut al motorului si al carburantului) fata de motoarele cu aburi care a"eau un randament foarte sca!ut. Totul a ornit de la obsesia lui entru a doua le#e a termodinamicii si ma'ima eficienta a ciclului Carnot. Inceand din 6229) tim de 67 ani) Diesel a lucrat la motorul sau) intr%un laborator%ma#a!in din -aris. La fabrica de masini de la Au#sbur#) e la sfarsitul lui 62<= si inceutul lui 6<2>) rimul model al lui Diesel) un cilindru inalt de fier cu o "olanta la ba!a) functiona autonom entru rima data. Rudolf Diesel El cantarea 9 tone) roducea 18 c la 6>1 rm si oera la o eficienta de 1=.=. Rudolf Diesel a mai etrecut inca "reo 1 ani la erfectionarea lui si) la sfarsitul anului 62<=) a re!entat un nou model cu o eficienta mecanica &teoretica( de >9.=) fata de motoarele cu aburi care a"eau o eficienta de 68 sau mai utin.

-rimul motor diesel  Cu toate acestea roductia lor a mai fost intar!iata inca un an) dar aceasta nu l%a imiedicat sa de"ina milionar rin "an!area dreturilor de comerciali!are a in"entiei lui. Dua ce am inteles cum a aarut) sa intele#em si cum functionea!a acest ti de motor.

7

La motorul Diesel, spre deosebire de motorul Otto, in cilindru este aspirat doar aer curat, care este comprimat mal mult decat Ia motorul Otto (raportul de comprimare 14:1 pAn la 25:1 fata de motorul Otto cu 4:tl pana la 10:1) Aerul atin! "e astfel o temperatura de #000$ pana Ia %000& La sfarsitul comprimarti este in'ectata in cilindru la presiune ridicata o anumita cantitate de com! bustibil Diesel (motorina) Din caua temperatu! nil ridicate combustibilul se aprinde sin"ur (se autoaprinde) icaturile de combustibil in'ectat, pul*enate fin, se amesteca cu aerul comprimat din camera de ardere, se incalesc, se e*apora si se aprind Acest proces dureaa circa 1+1000 s si este cunoscut sub numele de intariere si aprin! dere icaurile pul*eriate in 'etul in'ectat sunt dtstribuite neuniform: picaturile mici in onele periferice, picatiurile mari in ona centrala Arde! rea se initiaa Ia eterior (picaturiie mici *apo! rindu!se primele), apoi se aprind si picaturile mai mari din interiorul (mieul) 'etului In'ecta! rea combustbilului contnuu si dupa initierea arderii (,,ardere principala-) Daca o particula de combustibil Diesel arde incomplet la prima arde! re, sau daca intarierea Ia aprindere este prea mare, arderea are loc *iolent, cu eploie (feno! menul fiind cunoscut sub numele de detonatie), Iar motorul functioneaa neuniform, cu "omote metalice putemice entru comparatie,se poate urmari modul de propa"are a frontului de flacara la motorul Otto, La care amestecul car! burant se aprinde initial in apropierea bu'iei La motorul Diesel eista aceleasi *ariante de functionare (motor in patru timpi si in doi timpi) ca si Ia motorul Otto La motoarele Diesel cu camere de ardere di! *iate (separate) 'etul de combustibil este in'ectat

8

intr!un compartiment separat de camera de arde! re propriu!is din cilindru In aceasta cate"orie intra: a) .otoare cu camera de *arte' (turbulenta) La care camera separat (de forma cilindrica sau sfe! rica (comunica cu cilindrul printr!un canal de forma unul a'uta', dispus tan"ential la camera separate Astfel, in timpul comprimarii in came! ra separat in care are loc in'ectia, se produce un *arte' puternic care mareste *itea de ardere Acelasi *arte' produce in cilindru o miscare circu! lard a aerului /a*orabil etinderli rapide si unli! forme a frontulul de flacara rin aceasta circu! latie se asi"ura arderea in cilindru a combustibi lului care s!a aprins in camera de *arte' olumul cameret de *arte' repreint 50!0 din *olumul total al camerei de ardere b) .otoare cu antecamerd (camerd de prear! dere), la care in'ectia are loc intr!o camera sepa! rata, de forma cilindrica, tronconica sau sferica, repreentand 25!40 din *olumul total al came! rei de ardere, si care comunica cu cilindrul prin unul sau mai multe orificil de sectiune redusa care au roul unor due  c) .otoare cu camera de *arte' si cu in'ectie directa Ia care in'ectorul este prolectat astfel incat sa diri'ee un 'et direct in camera principala de ardere si altul (cu debit mai redus) In camera secundar de *arte' Arderea incepe in camera secundara, dand nastere unui curent in*ers in camera principa1 de ardere si fa*oriand proce! sut de ardere 0 caracteristica comuna a motoarelor Diesel cu camere di*iate este functionarea mai lin datorita cresterii mai reduse a presiunii in cilin! drul motorului &a dea*anta' se remarca necesi! tatea montarii unei bu'ii incandescente in came! ra separat utiliata pentru pomirea la rece 2 La motoarele Diesel cu camera de ardere nedi*tata (camera unitar), combustibilul este 9

in'ectat direct in camera de ardere (de unde de! numirea de motoare cu in'ectie direct) entru ca sa se asi"ure o ardere buna, este necesara o intensificare a miscarii aerului in cilindru Aceasta se produce ori cu supapa ecran on cu a'utorul unor forme corespunaoare ale camerei de arde! re realiate in capul pistonulul (cu pra"uri de tur! bionare) In primul ca carburantul este in'ectat aproape perpendicular pe directia de deplasare a aerului, obtinandu!se reducerea consumului spe! cific de combustibil la sarcini mari In celalalt ca carburantul este in'ectat direct pe peretele came! rel si formeaa acolo o pelicula in care se *apori! ea rapid In preent sunt utiliate diferite sisteme de crestere a puteril specifice a motoarelor Diesel $ea mat utiliat este supraalimentarea prin pre! comprimarea aerului admis in dilindru cu un air! bocompresor rocedeul se baeaa pe folosirea ener"iei "aelor arse e*acuate din cilindru intr!o turbina Antrenat de catre "ae, turbina actio! neaa o suflanta (compresor) cuplata pe acelasi arbore, care comprima aerul inainte de aspiratia in cilindru

 Modul de functionare al motorului diesel in 4 timpi  Motoarele diesel in 5 timi sunt folosite la masini)locomoti"e)"aoare etc. -rinciala diferenta fata de un motor e ben!ina in 5 timi e fatul ca combustibilul e in,ectat in cilindru si nu intra in amestec cu aerul rin suaa de admisie.Iata ciclul de functionare al unui motor diesel in 5 timi: Timul 6%Admisia -rin desc$iderea suaei de admisie) istonul se duce in ,os delasandu% se de la unctul mort suerior in unctul mort inferior si se introduce aer in cilindru. 10

Timul 1%Comresia Dua inc$iderea suaelor) istonul incee sa se delase!e dinsre unctul mort inferior sre cel suerior comrimand aerul din iston. La un anumit moment al comresiei) rin in,ector este introdus) in cilindru) combustibilul ul"eri!at. Timul 7%Arderea si detenta Amestecul de aer cu "aori de motorina) comrimat intr%un tim foarte scurt) e'lodea!a) imin#and istonul din unctul mort suerior in unctul mort inferior. Timul 5%E"acuarea Suaa de e"acuare se desc$ide) iar cea de admisie ramane inc$isa si) rin delasarea istonului din unctul mort inferior in cel suerior) sunt e"acuate #a!ele arse din cilindru. -e durata timilor 6) 1 si 5 miscarea este transmisa de la arborele cotit la iston) iar e durata timului 7) miscarea este transmisa de la iston la arborele cotit) fiind de fat cea care #enerea!a functionarea motorului.   -entru o mai buna intele#ere a modului de functionare a motorului diesel &motor cu arindere rin comresie( "om e'lica mai amanuntit fenomenele care se etrec e durata timilor 1 si 7. Combustibilul) introdus rin in,ectare in cilindru) se autoarinde "enind in contact cu aerul) comrimat in realabil in cilindrul motorului) datorita temeraturii inalte reali!ate rin comrimare. -resiunea aerului comrimat este curinsa intre 78 si =8 at. si temeratura 988 C si >88 C) coresun!ator unui raort "olumetric de comrimare curins intre 61:6 si 11:6. Introducerea &ul"eri!area( combustibilului in cilindru se face cu a,utorul in,ectorului. -resiunea necesara entru ul"eri!area combustibilului se reali!ea!a cu o oma de in,ectie. Randamentul total &efecti"( al motorului diesel este curins intre 8.12 si 8.58. Motoarele diesel se folosesc in centrale termoelectrice) e na"e) locomoti"e) auto"e$icule etc. Ciclul de functionare al motorului diesel 

11

Trasand sc$ema de functionare a motorului diesel) in sistemul de coordonate resiune &( si "olum &"() obser"am urmatoarele transformari) in functie de cei 5 timi ai motorului: Timul 6% Asiratia A?6 absorbtie i!obara &-6@constant@resiunea atmosferica(

Sc$ema de functionare a motorului diesel Timul 1% Comresia 6?1 comresie adiabatica &-1 este de cca. 79%98 atm.) iar temeratura de aro'imati" >88%288 C ( Timul 7% Arderea si detenta 1?7 ardere i!obara &arderea este lenta) concomitent cu delasarea istonului) marindu%se "olumul de la 31 la 37( 7?5 detenta adiabatica &este sin#urul tim) motor) cand se efectuea!a lucru mecanic( Timul 5%E"acuarea 5?6 destindere i!ocora &momentul cand se desc$ide suaa de e"acuare) iar istonul este in unctul mort inferior( 6?A e"acuare i!obara &#a!ul este imins de iston afara) la -6@constant@resiunea atmosferica(

12

Motoarele Diesel cu camere de ardere di"i!ate &searate( ,etul de combustibil este in,ectat intr%un comartiment searat de camera de ardere roriu%!isa din cilindru. In aceasta cate#orie intra: a( Motoare cu camera de "arte, &turbulenta() la care camera searata &de forma cilindrica sau sferica( comunica cu cilindrul rintr%un canal de forma unui a,uta,) disus tan#ential la camere searate. Astfel) in timul comrimarii in camera searata in care are loc in,ectia) se roduce un "arte, uternic care mareste "ite!a de ardere. Acelasi "arte, roduce in cilindru o miscare circulara a aerului) fa"orabil e'tinderii raide si uniforme a frontulul de flacara. -rin aceasta circulatie se asi#ura arderea in cilindru a combustibilului care s% a arins in camera de "arte,. 3olumul camerei de "arte, rere!inta 98% 28 din "olumul total al camerei de ardere. b( Motoare cu antecamera &camera de reardere() la care in,ectia are loc intr%o camera searata) de forma cilindrica) tronconica sau sferica) rere!entand 19%58 din "olumul total al camerei de ardere) si care comunica cu cilindrul rin unul sau mai multe orificii de sectiune redusa care au rolul unor du!e . c( Motoarele cu camera de "arte, si cu in,ectie directa Ia care in,ectorul este roiectat astfel incat sa diri,e!e un ,et direct in camera rinciala de ardere si altul &cu debit mai redus( in camera secundara de "arte,. Arderea incee in camera secundara) dand nastere unui curent in"ers in camera rinciala de ardere si fa"ori!and rocesul de ardere. O caracteristica comuna a motoarelor Diesel cu camere di"i!ate este functionarea mai lina datorita cresterii mai reduse a resiunii in cilindrul motorului. Ca de!a"anta, se remarca necesitatea montarii unei bu,ii incandescente in camera searat utili!ata entru omirea la rece. Motoarele Diesel cu camera de ardere nedi"i!ata &camera unitar() combustibilul este in,ectat direct in camera de ardere &de unde denumirea de motoare cu in,ectie directa(. -entru ca sa se asi#ure o ardere buna) este necesara o intensificare a miscarii aerului in cilindru. Aceasta se roduce ori cu suaa ecran ori cu a,utorul unor forme coresun!aoare ale camerei de ardere reali!ate in caul istonulul &cu ra#uri de turbionare(. In rimul ca! carburantul este in,ectat aroae erendicular e directia de delasare a aerului) obtinandu%se reducerea consumului secific de combustibil la sarcini mari. In celalalt ca! carburantul este in,ectat direct e eretele camerei si formea!a acolo o elicula in care se "aori!ea!a raid. In re!ent sunt utili!ate 13

diferite sisteme de crestere a uterii secifice a motoarelor Diesel. Cel mai utili!at este suraalimentarea rin recomrimarea aerului admis in cilindru cu un airbocomresor. -rocedeul se ba!ea!a e folosirea ener#iei #a!elor arse e"acuate din cilindru intr%o turbina. Antrenat de catre #a!e) turbina actionea!a o suflanta &comresor( culata e acelasi arbore) care comrima aerul inainte de asiratia in cilindru.

Concluzii  Motorul Diesel difera de cel Otto doar rin fatul ca arderea are loc la "olum constant si nu la resiune constanta. Ma,oritatea motoarelor Diesel sunt de asemenea in 5 timi dar functionea!a diferit. In rimul tim este asirat aer nu si motorina. In timul 1 aerul este incal!it rin comrimare ana la circa 558 #rade C. La sfarsitul acestui tim este in,ectata motorina care se auto arinde datorita temeraturii mari a aerului. Timul 5 este ca si la motorul Otto unul de e"acuare. Randamentul unui motor Diesel este mult mai mare decat al unui motor Otto si asta!i se situea!a utin este 58. Motoarele Diesel sunt motoare relati" lente cu "ite!e ale arborilor cotiti de 688 ana la >98 rm sre deosebire de motoarele Otto care au "ite!e ale arborilor cotiti de circa 1988%9888 rm. Deoarece motoarele Diesel folosesc rate de comresie de 65 la 6) sau mai mari) sre deosebire de motoarele Otto care au rate de comresie intre 2 la 6 si 68 la 6) ele trebuie sa aiba o constructie mai ri#ida de aceea sunt mai scum de fabricat. Acest de!a"anta, este comensat de randamentul mai mare si de fatul ca motorina este mai ieftina decat ben!ina.  Avantaje si dezavantaje ale motorului diesel in 4 timpi Motoarele diesel in 5 timi au un randament mult mai bun decat cele e ben!ina.Cu toate acestea motorina are de!a"anta,ele sale.0nele motoare diesel au bu,ii incandescente)deoarece la temeraturi sca!ute)aerul din cilindrii nu se oate incal!i indea,uns de tare entru ca motorina in,ectata sa se arinda.

14

 Pasi importanti in evolutia motorului diesel 

1892-Este patentat primul motor cu aprindere prin compresie de catre Rudolf Diesel 1894-Motorul lui Diesel functioneaza pentru prima data 1897-Este construit la Fabrica de Motoare din Ausbur !cunoscuta acum sub numele MA"# primul motor cu aprindere prin compresie$ cu un cilindru$ producea 2% cp la 172 rpm si cantarea & tone 1898-'rimul motor diesel stationar este instalat intrun ater din (ermania 19%%-Motorul diesel castia Marele 'remiu al E)pozitiei internationale din 'aris 19%4-'rima centrala electrica actionata de un motor diesel construita in *ie+$ ,craina 1912-'rima calatorie a primului +as$ elandia$ propulsat de un motor diesel -Aparitia primului dispoziti+ mecanic de in.ectie$ care a inlocuit sistemul de in.ectie pneumatic$ permitand astfel utilizarea motorului diesel la auto+e/icule 1914-Motoarele diesel incep sa 0e folosite de caile ferate ermane 1921-'rimul motor dez+oltat in colaborare de Dl artrais si 'eueot este prezentat la alonul Auto din 1921 -'rototipul 'eueot 1&3 ec/ipat cu un motor diesel cu 2 cilindri$ in 2 timpi$ 4% cp$ a fost testat pe traseul 'aris-ordeau) realizandu-se o +iteza medie de 48 5m6/ -Aceasta a marcat nasterea autoturismului propulsat cu motor diesel$ dar au mai trecut multi ani pana s-au comercializat primele modele 1922-e introduce motorul de tractor cu 2 cilindrii$ % cp$ 8%% rpm de catre enz 192-enz introduce primul motor de camion cu in.ectie indirecta

15

1924-enz introduce motorul de camion cu 4 cilindrii$ &% cp$ 1%%% rpm MA" realizeaza primul motor de camion cu in.ectie indirecta 1927-Robert os/ lanseaza productia primei serii de pompe de in.ectie 19&-itroen ofera spre +anzare primul autoturism ec/ipat cu motor diesel !Rosalie 1%c+# 19&4-ol+o incepe productia de camioane turbo diesel 1989-Firma :ucas stabileste noul record mondial de economie la consumul de motorina cu itroen A; diesel !2&l61%% 5m# 

16