Motorul
Otto
Obiectivele
referatului:
1. Date bibliografice despre
Nikolaus August Otto și scurt istoric al motorului pe benzină
2. Componentele motorului Otto
3. Timpii de funcționare
4. Ciclul de funcționare al motorului Otto
5. Diferențele dintre motoarele Otto și Diesel
Date
bibliografice despre Nikolaus Otto și scurt istoric al motorului pe benzină
Nikolaus August Otto s-a născut în anul 1832 în localitatea
Holzhasen din Germania.
A absolvit cursurile politehnice, obținând
diploma de inginer.
În 1867, împreună cu inginerul Eugen Langen (1833-1895),
Otto a construit un motor termic cu ardere internă, cu piston în patru timpi,
care folosea combustibil gazos.
În anul 1878, Nikolaus Otto, a pus la punct
un motor în 4 timpi alimentat cu combustibil lichid (benzină) cu un randament
de 22%. O contribuție însemnată la perfecționarea motorului cu ardere internă,
cu aprindere prin scânteie electrică, au adus-o inventatorii germani Karl Benz
și Gottlieb Daimler, care au realizat primele automobile acționate cu astfel de
motoare.
Nikolaus August Otto a murit în anul 1891,
la Koln.
Componentele motorului Otto
Figura
din stânga prezintă principalele părți componente ale unui motor cu adere
internă, în 4 timpi, cu aprindere prin scânteie electrică. În continuare le voi
descrie pentru a se înțelege despre ce e vorba.
Cilindrul- Reprezintă componenta în care
culisează pistonul. Motorul descris aici are un singur cilindru, dar
majoritatea motoarelor au mai mulți cilindrii (4, 6 sau 8). Motoarele, dacă au mai
mulți cilindrii, pot fi: în linie, în V sau opuși orizontal (boxer), ca în
figură:
În funcție de configurație,
diferă nivelul vibrații și zgomot, costul de fabricare și caracteristicile ce
le fac mai potrivite sau nu pentru anumite tipuri de autovehicule.
Pistonul- Este o piesă din mecanismul
bielă-manivelă, confecționat din aliaj de aluminiu, turnat, având formă
cilindrică, care culisează în cilindru.
Segmenții- Sunt inele elastice, montate pe
piston în canale executate pe suprafața cilindrică exterioară a pistonului,
care au următoarele roluri:
a) de a
proteja ceilalți segmenți în momentul exploziei (segment de foc)
b) de
etanșare a jocului dintre cilindru și piston
c) de ungere
și radere (raclare) a uleiului depus pe peretele interior a cilindrului.
Bujia- Piesă componentă a unui motor
cu aprindere prin scânteie care servește la aprinderea amestecului carburant în
cilindru prin producerea unei scântei electrice între doi electrozi la un
moment bine stabilit.
Supape- Au rolul
de a deschide și închide orificiile prin care se realizează admisia
combustibilului în cilindru și evacuare gazelor arse. Supele execută o mișcare
de translație, fiind comandate de camele de pe axul cu came (ca în animația
alăturată, unde axul cu came are culoarea verde)
Camera de ardere- Reprezintă locul unde are
loc compresia și arderea amestecului de aer cu combustibil. Camera de ardere
își schimbă volumul odată cu mișcarea pistonului. Capacitatea camerei de ardere
oferă de obicei o idee asupra puterii motorului.
Biela- Este de forma unei tije sau a
unei bare. Face legătura dintre piston și arborele cotit. Ea este legată
articulat la ambele capete de piston și respectiv brațul arborelui cotit,
astfel încât, împreună cu arborele cotit, transformă mișcarea alternativă de
translație a pistonului în mișcarea de rotație a arborelui cotit.
Arborele cotit- El este cel care, împreună cu
biela, transformă mișcarea de translație care vine de la piston, într-o mișcare
circulară.
Timpii de
funcționare
Timpii de funcționare ai unui motor cu ardere internă și
aprindere prin scânteie sunt:
1- Absorbția
2- Compresia
3- Aprinderea
4- Evacuarea
Timpul
1- Absorbția
În timpul
1 se deschide supapa de admisie, iar în timp ce pistonul se deplasează înspre
punctul mort inferior, în cilindru este absorbit amestecul de vapori de benzină
și aer (realizat în carburator) datorită depresiunii formate.
Timpul 2- Compresia
După ce pistonul a ajuns în punctul mort inferior,
supapa de admisie se închide. Supapa de evacuare este și ea închisă. În
deplasarea pistonului înspre punctul mort superior, acesta comprimă amestecul
din cilindru până la o rată de 9:1.
Timpul 3-Aprinderea
La sfârșitul compresiei, când pistonul a ajuns la
punctul mort superior și ambele supape sunt închise, se produce o scânteie
electrică între electrozii bujiei. Scânteia aprinde amestecul carburant care
începe să ardă progresiv. Temperatura rezultată este de circa 2000°C și presiunea de aproximativ 25 atm. Gazele
produc o forță mare de apăsare asupra pistonului împingâdu-l spre punctul mort
inferior. Pe măsură ce pistonul coboară, gazele se destind - are loc detenta. Acum este singurul moment când se
produce lucru mecanic.
Timpul 4- Evacuarea
Supapa de admisie este închisă, iar cea de evacuare este deschisă, permițând gazelor arse din cilindru să fie împinse afară din cilindru de pistonul care se deplasează de la punctul mort inferior spre punctul mort superior.
Ciclul de
funcționare al motorului Otto
Graficul alăturat,
prezintă schema de funcționare a motorului Otto, în coordonatele presiune (P)
și volum (V).
Timpul 1- Aspirația
A1 aspirație izobară (P1=constant= presiunea
atmosferică)
Timpul 2- Compresia
12 compresie adiabatică a
amestecului
Timpul 3- Aprinderea
23 aprindere izocoră (V2=constant)
34 detentă adiabatică
41 destinderea izocoră (se
destinde gazul prin deschiderea supapei de evacuare, pistonul fiind la
punctul mort inferior, V1=constant)
Timpul 4- Evacuarea
1A evacuare izobară (gazul
este eliminat prin supapa de evacuare cu ajutorul pistonului la P1=constant= presiunea atmosferică)
Diferențele
dintre motoarele Diesel și Otto
·
Motorul Otto aspiră un amestec de benzină și aer, îl comprimă
și îl aprinde cu o scânteie electrică.
Motorul Diesel aspiră aer, îl
comprimă și apoi este injectată motorina care se aprinde.
·
Motorul Otto folosește o rată de compresie ce variază între
8:1 și 12:1.
Motorul Diesel folosește o rată
de compresie mult mai mare și anume 14:1 până la 25:1.
·
Motorul Otto folosește un carburator unde este amestecată
benzina cu aerul, sau o pompă de injecție (carburantul nu este injectat direct în
cilindru).
Motorul Diesel folosește injecție
directă, în care combustibilul este injectat direct în cilindru.