Populația planetei este în continuă creștere, ating ând 10 miliarde în secolul 21. Ca urmare, consumul de energie va crește , ceea ce va duce la o… [600515]

Dan MOLDOVANU

STUDIUL INFLUENȚELOR ASUPRA
PROCESELOR DIN MOTOARELE CU
ARDERE INTERN Ă

Editura UTPRESS
Cluj-Napoca , 2014
ISBN: 978-606-737-019-5

Dan Moldovanu Capitolul 1.

2
1. Introducere

Populația planetei este în continuă creștere, ating ând 10 miliarde în secolul 21. Ca urmare,
consumul de energie va crește , ceea ce va duce la o scădere a resurselor de combustibil fosil și la
creșterea încălzirii globale datorită emisiilor de CO 2.
Resursele de petrol ale planetei sunt limitate și neregenerabile, de aceea producția va
atinge un maxim (32 miliarde barili, preconizat în 2012) [4], după care va scădea la 12 -13
miliarde barili, preconizat în 2050 . Aproximativ jumate din resursele de petrol au fost consumate,
jumătate ca re a mai rămas este mai greu de extras datorită accesibilității și necesității de noi utilaje .
Descoperirile de petrol au fost în declin în ultimii 40 de ani, deși căutările au avansat în pas cu
tehnologia. Perioada de atingere a maximului producției de pe trol este prezis ca fiind undeva între
2012 și 2020.
Ceea ce este sigur este faptul că producția de petrol nu va mai putea satisface cererea în
viitorul apropiat, ceea ce va duce la creșterea prețurilor produselor petroliere. Soluția pentru
aceste probleme este introducerea de surse de energie mai eficiente pentru a putea înlocui
combustibilii fosili, de exemplu energii regenerabile. Energia nucleară, solară, energia vântului, a
apei, sunt numai câteva din sursele alternative. În afară de energia nucleară, toate celelalte energii
sunt regenerabile și „prietenoase cu mediul”.
Figurile 1.1 și 1.2 [4,5] arată evoluția producției de petrol și prezicerile pentru următorii 40
de ani, în baza studiilor efectuate de către Asociația de studiu al apogeului producției de petrol.

Fig. 1.1. Producția de petrol, definită pe ariile de producție

Dan Moldovanu Capitolul 1.

3
Graficul care însumează producția de petrol este curba Hubbert, pentru toată planeta.
Partea de dinainte de 20 11 face parte din istoria producției de petrol, iar ceea ce urmează face
aparte dintr -o extrapolare.

Fig. 1.2. Apogeul producției de petrol
Aceste grafice reprezintă o parte importantă din istoria Pământului. Se observă creșterea
abruptă după al doilea război mondial. În 1971 a existat un maxim în producția de petrol, în SUA.
Criza de petrol a OPEC, (Organizația țărilor exportatoare de petrol -Organization of the Petroleum
Exporting Countries) din 1973 este foarte vizibilă, în timp ce producția de petrol asigurată de
țările non -OPEC a rămas constant ă.
Scăderea producției de petrol a dus la î ncetinirea economiei mondiale i ar costurile ridicate
ale petrolului au dus la producerea de automobile mai eficiente. Producția maximă de petrol în
Europa a fost atinsă în anul 2000.
Industria transporturilor este foarte importantă pentru întreaga lume, industrie care în zilele
noastre se bazează în mare part e pe motoare pe benzină sau diesel. De aceea costurile resurselor
petroliere, legislațiile legate de poluarea atmosferică continuă să stimuleze cercetarea de noi
tehnologi mai curate și mai eficiente.
În acest trend, utilizarea de combustibili alternativi, regenerabili și de arhitecturi noi de
automobile au fost propuse ca soluții pentru a reduce efectele dăunătoare ale emisiilor și pentru a
înlocui deficitul de petrol si creșterea continuă a prețurilor.
În ultimii ani, cercetarea combustibililor alternativ i, cum ar fi biodieselul, hidrogenul,
gazele naturale și propanul, a crescut semnificativ. Cu excepția biodieselului și a hidrogenului,

Dan Moldovanu Capitolul 1.

4
toate celelalte surse alternative sunt considerate ca fiind combustibili fosili și fac parte din
resursele limitate ale Pământului și au mai mult sau mai puțin o contribuție la emisiile poluante.
Autovehiculele electrice au dovedit faptul că se pot crea autovehicule cu poluare zero, dar
nu au fost acceptate de public datorită timpului mare de reîncărcare a bateriilor și dis tanței
parcurse, care este limitată de capacitatea bateriilor.
Autovehiculele bazate pe celule de combustie sunt considerate ca fiind mai aproape de
realitate Dar obstacolele majore în folosirea de celule de combustie sunt costul ridicat și fiabilitate
scăzută.
În comparație cu folosirea de celule de combustie, folosirea de biocombustibili este mai
fezabilă din punct de vedere economic datorită modificărilor minore care trebuie făcute la
motoarele existente.

Dan Moldovanu Capitolul 1.

5
1.1. Introducere în p rocesele motoarelor cu arder e internă [1]

Energia mecanică generată prin arderea amestecului carburant, la motoarele cu ardere
internă, se realizează printr -o serie de procese termochimice care au loc în camera de ardere
(figura 1.3).

1. Admisie 2. Compresie 3. Timp motor 4. Evacuare
Fig. 1.3. Funcționarea motorului în patru timpi
Transformările care au loc de -a lungul unui ciclu motor, la motorului Diesel se produc
astfel: aerul este admis în cilindru și este comprimat. În punctul i (figura 1.4.) se injectează
combustibilul care din cauza temperaturii înalte, se autoaprinde. Prin arderea combustibilului
crește rapid presiunea și temperatura, iar forța de presiune a gazelor apasă asupra pistonului
făcând ca acesta să se deplaseze în lu ngul cilindrului și să antreneze arborele cotit prin intermediul
mecanismului bielă – manivelă.

Dan Moldovanu Capitolul 1.

6

Fig. 1.4. Diagrama indicată pentru un motor în 4 timpi

Admisia . Prin deplasarea pistonului de la PMS la PMI se face admisia aerului în cilindri,
datorită depresiuni i care se creează. În punctul dsa se deschide supapa de admisie, mai devreme
de PMS, pentru ca admisia să favorizeze evacuarea prin împingerea gazelor arse de către aerul
proaspăt.
Închiderea supapei de admisie ( îsa) se face cu întârziere, după ce pistonul a trecut de PMI.
Aceasta permite ca aerul, care intră cu o anumită viteză în cilindru, să -și continue drumul spre
interiorul cilindrului și după ce pistonul a pornit spre PMS și a început cursa de comprimare.
Comprimarea . Pistonul deplasându -se de la PMI la PMS, cu supapa de admisie închisă, se
comprimă aerul până în punctul i, unde se produce injecția de combustibil. La sfârșitul
comprimării, în cilindru este o temperatură de 600…700șC, cu o presiune de 25…45 daN/cm2.

Dan Moldovanu Capitolul 1.

7
Arderea și destinderea . În momentul în care pistonul aproape ajunge în PMS, se produce
injecția combustibilului (punctul i), care se autoaprinde. Astfel, temperatura atinge valori de până
la 1500…2000șC iar presiunea până la 45…80 daN/cm2.
Destinderea gazelor începe după ce a fost atins punctul de presiune maximă. În acest timp, gazele
exercită o presiune asupra pistonului și efectuează un lucru mecanic util. La sfârșitul cursei de
destindere, presiunea este de 2…4 daN/cm2 iar temperatura de 600…900șC.
Evacuarea . În punctul dse are loc deschiderea supapei de evacuare și începe evacuarea
gazelor arse, mai întâi liber, datorită diferenței de presiune, urmată de evacuarea forțată a gazelor
la deplasarea pistonului de la PMI la PMS, până în punctul îse unde are loc î nchiderea supapei de
evacuare.
Propagarea flăcării . În studiul arderii termice, momentul apariției flăcării și modul de
propagare a acesteia are o importanță deosebită asupra eficienței totale a ciclului, precum și
asupra poluării chimice, sonore și a dura bilității unui motor termic.
Nucleul inițial de flacără se formează prin aprindere sau autoaprindere. Nucleul de flacără, o dată
format, se dezvoltă și se propagă sub formă de flacără în amestecul combustibil -aer. Flacăra
reprezintă deci zona în care au lo c reacțiile de ardere a elementelor combustibile C, H etc.
Pentru amestecuri combustibil -aer cu mișcare laminară, reacțiile arderii au loc într -o zonă îngustă,
numită front de flacără. Propagarea frontului de flacără se face cu o viteză u n, care se numește
viteza normală a flăcării (fig. 1.5.a).

a) b)
Fig. 1.5. Schema propagării flăcării în regim laminar (a) și turbulent (b);

Dan Moldovanu Capitolul 1.

8
Când amestecul combustibil –aer are o mișcare turbulentă, acesta este delimitat de gazele
arse de un front de aprindere , care inițiază arderea (fig. 1.5.b). Arderea turbulentă reprezintă o
succesiune de autoaprinderi. Conform acestei teorii, elementele de volum combustibil -aer se
amestecă prin turbulență cu gazele arse și se autoaprind. Elementele de volum care ard se
amestecă în continua re cu volume de combustibil -aer, astfel încât primele se sting prin răcire, iar
ultimele se autoaprind. Autoaprinderea și stingerea succesivă conferă un caracter pulsator arderii.
Viteza de propagare a flăcării turbulente u t este influențată, pe lângă fact orii care determină viteza
de reacție (energia de activare E, concentrația C, presiunea p și temperatura T , [2]) și de
intensitatea turbulenței. La intensități mai mari ale turbulenței influența acesteia asupra vitezei u t
devine hotărâtoare.
Cinematica mec anismului motor
Studiul cinematicii mecanismului motor presupune că motorul funcționează la turație constantă,
respectiv viteză unghiulară constantă a arborelui cotit.

Fig. 1.6. Schema principială a mecanismului motor

În acest caz, dependența între viteza unghiulară ω și turația n, în rot/min, se obține cu relația:
𝜔=𝜋 𝑛
30 (1.1)
Dependența între unghiul de rotație al arborelui cotit φ, în grade, timpul τ aferent unghiului
φ, în secunde și turația n, în rot/min, se obține astfel:
𝜑=360 𝑛 𝜏
60=6 𝑛 𝜏 (1.2)
Deplasarea pistonului se obține determinând deplasarea piciorului bielei, respectiv a
punctului A (fig. 1. 6).

Dan Moldovanu Capitolul 1.

9
Astfel, deplasarea pistonului la un moment dat, se obține cu relația:
𝑥=𝑂𝐴0−𝑂𝐴=𝑙+𝑟−(𝑙 cos𝛽+𝑟 cos𝜑) (1.3)
Notând cu 𝜆=𝑟
𝑙 și ținând seama de relațiile trigonometrice
𝑙 sin𝛽=𝑟 sin𝜑 (1.4)
cos𝛽=√1−𝑠𝑖𝑛2𝛽=√1−𝜆2𝑠𝑖𝑛2𝜑 (1.5)
se obține expresia exactă a deplasării pistonului:
𝑥=𝑟(1−cos𝜑)+𝑙[1−(1−𝜆2𝑠𝑖𝑛2𝜑)1
2] (1.6)
Dezvoltând după binomul lui Newton [43]:
(1−𝜆2𝑠𝑖𝑛2𝜑)1
2=1−𝜆2
2𝑠𝑖𝑛2𝜑 (1.7)
se obține expresia aproximativă a deplasării pistonului sub forma:
x = r (1 – cosφ + λ
2 sin2φ) (1.8)
Deoarece
sin2φ = 1
2 (1 – cos2φ) (1.9)
relația ( 1.8) devine:
x = r [1 – cos𝜑 + λ
4(1 – cos2φ)] (1.10)
Erorile care se fac aplicând relația (1.10 ) față de relația (1.6) sunt sub 1%.

Dan Moldovanu Capitolul 1.

10

BIBLIOGRAFIE:
[1] Bățaga, N. , ș.a. Motoare cu ardere internă, București, E.D.P., 1995.
[2] Bobescu, G. , Motoare termice, EDP, București, 1979.
[3] Burnete, N., Naghiu A., Rus I., ș.a., Motoare Diesel și Biocombustibili pentru
transportul urban, Editura Mediamira, ISBN 978 -973-713-217-8, 1054 pg. , 2008.
[4] Demirbas A. Economic and environmental impacts of the liquid biofuels. Energy Edu Sci
Technol 22:37 –58. 2008
[5] Demirbas, A. , Global biofuel strategies, Energy Edu Sci Technol 17:27 –63, 2006.

Dan Moldovanu Capitolul 2.

11
2. Studiul unor factori de influență asupra proceselor funcționale ale
M.A.I.
2.1. Introducere [1, 3]
Ciclurile teoretice ale motoarelor cu ardere internă. Transformările pe care le
suferă amestecul combustibil -aer, folosit ca agent motor în cadru ciclului funcțional al
motoarelor cu ardere internă, cuprind aspecte gazo -termodinamice (transformarea căldurii în
lucru mecanic și invers, schimbul de căldură cu pereții, scurgerea gazelor) și aspecte fizico –
chimice (aprinderea și arderea combustibilului). Studiul cantitativ al acestor transformări
ridică prin urmare probleme complexe.
Pentru simplitate se pot considera în primă analiză numai aspectele termodinamic e,
schematizând pe baza unor ipoteze procesele reale prin transformări termodinamice simple.
În acest mod, rezultă cu ușurință concluzii privind eficiența și economicitatea transformării
căldurii în lucru mecanic în motoare, putând fi puse în evidența infl uențele unor factori
asupra perfecțiunii acestei transformări.
Acest studiu se întemeiază pe următoarele ipoteze:
 Cantitatea de agent motor care evoluează este constantă. Eliminând procesele de
schimbare a agentului motor din cilindru, dispar diferențele s pecifice dintre ciclurile
motoarelor în patru și doi timpi.
 Agentul motor este format dintr -un gaz a cărui compoziție nu variază în cursul unui
ciclu. Arderea este redusă la un proces convențional de cedare a căldurii de la sursa
caldă la agentul motor, în cursul unor transformări termodinamice simple.
 Căldura specifică a agentului motor este considerată invariabilă cu temperatura.
 Agentul motor nu schimba căldură cu pereții în cursul compresiei și destinderii
(procesele sunt adiabatice).
 Procesul real al e vacuării libere a gazelor arse este înlocuit prin cedarea izocoră de
căldura către sursa rece.
Prin adoptarea acestor ipoteze se neglijează ansamblul pierderilor care apar în
realitate, cu excepția cedării de căldură sursei reci.
Ciclurile bazate pe aceste ipoteze se numesc cicluri teoretice și reprezintă cicluri limită,
având eficiența și economicitatea întotdeauna superioare față de ciclurile reale.
Concluziile care se desprind din analiza ciclurilor teoretice rămân valabile calitativ și
pentru ciclurile reale.

Dan Moldovanu Capitolul 2.

12
După natura transformărilor termodinamice în cursul cărora se transmite căldură
agentului motor de la sursa caldă, ciclurile teoretice ale motoarelor cu ardere internă sunt de
trei tipuri: cu ardere izocoră, cu ardere izobară și cu ardere mixtă (iz ocoră și izobară).
Ciclul cu ardere izocoră (Fig. 2.1) se considera că reprezintă sub o formă simplificată ciclul
real al MAS. Indicii caracteristici ai ciclului, randamentul termic 𝜂𝑡 și presiunea medie a
ciclului 𝑝𝑡 se calculează cu relațiile :
𝜂𝑡=1−1
𝜀𝑘−1 ; (2.1)
în care: 𝑝𝑡=𝐿𝑡
𝑉𝑠=1
𝑉𝑎(1−1
𝜀)∙𝑝𝑎𝑉𝑎𝜋−1
𝑘−1(𝜀𝑘−1−1)=𝑝𝑎𝜀(𝜀𝑘−1−1)
𝜀−1𝜋−1
𝑘−1 ; (2.2)
unde 𝜋=𝑝𝑧
𝑝𝑐 este gradul de creștere a presiunii, egal cu raportul dintre presiunea maximă a
ciclului 𝑝𝑧 și presiunea la sfârșitul compresiei 𝑝𝑐;
𝑘=𝐶𝑝
𝐶𝑉 – exponentul adiabatic.
Relațiile pun în evidență influențele unor factori asupra indicilor caracteristici ai
ciclului.

Fig. 2.1. Ciclul teoretic cu ardere izocoră Fig. 2.2. Influența raportului de compresie
asupra randamentului termic al ciclului cu
ardere izocoră

Dan Moldovanu Capitolul 2.

13

Fig. 2.3. Efectul creșterii raportului de compresie asupra diagramei indicate
Raportul de comprimare influențează atât randamentul termic cât si presiunea medie a
ciclului. Mărirea raportului de compresie determină ameliorarea acestor indici ai motorului
(Fig. 2.2). Influența raportului de compresie asupra randamentului termic este explicabilă prin
lărgirea limitelor de t emperatură între care evoluează agentul motor în cursul ciclului. La o
cantitate egala de căldură cedată agentului motor de sursa caldă, creșterea raportului de
compresie determină ridicarea temperaturii și a presiunii finale. Temperatura medie
corespunz ătoare izocorei 𝑐−𝑧 este mai ridicată. Totodată se mărește gradul de destindere a
agentului motor în cilindru, rezultâ nd o presiune și temperatură mai redusă la sfârșitul
destinderii, o temperatură medie pentru izocoră 𝑏−𝑎 mai scăzută (Fig. 2.3).
Conside rând un ciclu Carnot echivalent, determinat de temperatura medie constantă 𝑇1 pentru
izocora 𝑐−𝑧 și 𝑇0 pentru izocora 𝑏−𝑎, mărirea raportului de compresie se reflectă în
modificarea favorabilă a ambelor temperaturi în expresia randamentului 𝜂𝑡=1−𝑇0
𝑇1 .
Îmbunătățirea randamentului termic prin mărirea raportului de compresie explică și
creșterea presiunii medii.
Din Figura 2.2 rezultă că, în domeniul valorilor ridicate ale raportului de compresie, influența
sa asupra randamentului termic scade însă treptat în importanță.
Randamentul termic se ameliorează și prin mărirea exponentului adiabatic (Fig. 2.4). întrucât
gazelor de ardere le corespund valori ale exponentului adiabatic inferioare fața de aer (de
exemplu, 1,31 pentru 𝐶𝑂 2 și 1,40 pentru aer l a 273°𝐾), este de așteptat ca, prin diluarea
gazelor de ardere cu aer, atunci când se mărește coeficientul de exces de aer, să se
îmbunătățească randamentul termic .

Dan Moldovanu Capitolul 2.

14
Din relația ( 2.2) rezultă că presiunea medie a ciclului este controlată de asemenea de
gradul de creștere a presiunii 𝜋 și de presiunea la începutul cursei de compresie (presiunea
inițială). Presiunea medie poate fi majorată prin sporirea gradului de creștere a presiunii 𝜋, pe
calea creșterii cantității de căldura cedate de sursa caldă.

Fig. 2.4. Influența exponentului adiabatic asupra randamentului
termic al ciclului cu ardere izocoră.

Fig. 2.5. Ciclul teoretic cu ardere izobară Fig. 2.6. Influența parametrilor 𝜺, 𝒌 și 𝝆
asupra randamentului termic al ciclului cu
ardere izobară
Ciclul cu ardere izobară (Fig. 2.5) aproximează ciclul real al MAC -urilor mari, de
turație redusa. Randamentul termic al ciclului se determina cu relația
𝜂𝑡=1−1
𝜀𝑘−1∙𝜌𝑘−1
𝑘(𝜌−1) ; (2.3)
iar presiunea medie a ciclului de relația:
𝑝𝑖=𝐿𝑡
𝑉𝑠=𝑝𝑎𝜀
𝜀−1[𝑘𝜀𝑘−1(𝜌−1)−𝜌𝑘−1]; (2.4)
în care 𝜌=𝑉𝑧
𝑉𝑐 este raportul de creștere a volumului în cursul arderii.
Influența raportului de compresie 𝜀 și a exponentului politropc 𝑘 este asemănătoare cu
cea descrisă pentru ciclurile cu ardere la volum constant (Fig. 2.6).

Dan Moldovanu Capitolul 2.

15
Un alt factor care influențează parametri ciclului este raportul de creștere a volumului
în cursul arderii 𝜌. Mărirea parametrului 𝜌 (prin sporirea cantității de căldură cedate agentului
motor) determină reducerea gradului de destindere, cu ridicarea tem peraturii medii
corespunzătoare izocorei 𝑏−𝑎. Randamentul termic se micșorează.
Lucrul mecanic al ciclului, deci și presiunea medie, cresc însă la un aport sporit de
căldură pe ciclu (Fig. 2.7).
Ciclul cu ardere mixtă (Fig. 2.8), considerat ciclul teoret ic al MAC -urilor rapide, este
caracterizat prin parametri [4,5]:
𝜂𝑡=1−1
𝜀𝑘−1∙𝜋𝜌𝑘−1
(𝜋−1)+𝑘𝜋(𝜌−1); (2.5)
𝑝𝑡=𝐿𝑡
𝑉𝑠=𝑝𝑎𝜀
𝜀−1∙1
𝑘−1[𝜀𝑘−1(𝜋−1)+𝜋𝑘𝜀𝑘−1(𝜌−1)−(𝜋𝜌𝑘−1)] ; (2.6)

Fig. 2.7. Efectul creșterii parametrului 𝝆
asupra diagramei indicate Fig. 2.8. Ciclul teoretic cu ardere mixtă
Ciclul cu ardere mixtă reprezintă o combinație a celor două cicluri examinate anterior.
Prin particularizarea 𝜌 = l, relațiile ( 2.5) și ( 2.6) se reduc la cele corespunzătoare ciclului cu
ardere izocoră, iar pentru 𝜋 = 1 la relațiile corespunzătoare ciclului cu ardere izobară.
Influențele separate ale raportului de compresie și ale raportului de creștere a volumului prin
ardere sunt prin urmare aceleași.
O problemă particulară ciclului mixt este stabilirea influenței rapo rtului dintre căldura cedată
izocor 𝑄1𝑣 și izobar 𝑄1𝑝, reflectat prin valorile parametrilor 𝜋 și 𝜌 . Notând cu 𝑄1 cantitatea
totală de căldură cedată agentului motor, se obține prin transformări simple:
𝑄1=𝑄1𝑣+𝑄1𝑝=𝑐𝑣(𝑇𝑦−𝑇𝑐)+𝑐𝑝(𝑇𝑧−𝑇𝑦)=𝑐𝑣𝑇𝑐[(𝜋−1)+𝑘𝜋(𝜌−1)]=
𝑐𝑣𝑇𝑎𝜀𝑘−1[(𝜋−1)+𝑘𝜋(𝜌−1)];

Dan Moldovanu Capitolul 2.

16
sau
𝜋−1+𝑘𝜋(𝜌−1)=𝑄1
𝑐𝑣𝑇𝑎𝜀𝑘−1 ;
Pentru o cantitate totală de căldură constantă și dacă se păstrează neschimbați parametri 𝑇𝑎 și
𝜀 se obține relația de legătură între 𝜋 și 𝜌 , sub forma:
𝜋−1+𝑘𝜋(𝜌−1)=𝐾=𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 , (2.7)
În Figura 2.9 este reprezentată influența parametrilor 𝜋 și 𝜌 asupra randamentului
termic și presiunii medii a ciclului. La o cantitate totală de căldură cedată agentului motor
constantă și păstrând ceilalți factori nemodific ați, randamentul termic și presiunea medie se
înrăutățesc, prin mărirea fracțiunii de căldură cedata izobar (mărirea parametrului 𝜌).
Pentru 𝜌 = 1 (ciclul izocor) se obțin valorile maxime ale randamentului și presiunii
medii, iar pentru 𝜋=𝑙 (ciclul izo bar), valorile lor minime.

Fig. 2.9. Influența parametrilor 𝝆 și 𝝅 asupra randamentului termic
și presiunii medii a ciclului cu ardere mixtă.
În concluzie, analiza ciclurilor teoretice demonstrează posibilitatea îmbunătățirii
randamentului termic și a presiunii medii prin ridicarea raportului de compresie și a
exponentului adiabatic (creșterea conținutului de aer a agentului motor). Reducerea raportului
de creștere a volumului în cursul arderii (a fracțiunii de căldură cedate izobar) este de
asemenea o cale de î mbunătățire a randamentului termic și a presiunii medii.
Comparând cele trei cicluri examinate, rezultă că, la un raport de compresie egal,
ciclul cu ardere izocoră, care se consideră cel mai apropiat de ciclul real al MAS -ului. este
optim atât din punctul de vedere al randamentului cât și al presiunii medii a ciclului.

Dan Moldovanu Capitolul 2.

17
În schimb, la o cantitate totală de căldură și un raport de compresie egale, vor rezulta
presiunile maxime cele mai ridicate pentru ciclul cu ardere izocoră.
Creșterea exagerată a presiunii maxime și apariția unor fenomene de ardere anormală
impun în realitate limitarea raportului de compresie al MAS -ului la valori inferioare față de
MAC, la care randamentul lui este mai scăzut.
Generalități privind stadiul proceselor reale. Concluziile obți nute pe baza studiului
ciclurilor teoretice ale motoarelor cu ardere internă se limitează la influențele unui număr
restrâns de factori asupra puterii și economicității și au un caracter unilateral.
Controlul proceselor care au loc în realitate, posibilita tea influențării lor în scopul
îmbunătățirii parametrilor motoarelor sunt condiționate de cunoașterea aprofundată a acestor
procese în interdependența lor și a modificărilor pe care acestea le suferă în condițiile de
exploatare a motoarelor. Factorii care influențează în general procesele din motoare sunt de
patru categorii:
 factori de stare (parametri ce caracterizează starea încărcăturii proaspete),
 factori funcționali (parametri caracteristici ai regimului de funcționare și ai reglajelor
motorului)
 factori constructivi (parametri caracteristici ai construcției)
 natura combustibilului folosit.
Influențele fiecărui factor se analizează atât în condițiile menținerii constante a
celorlalți factori – care sunt realizabile în experimente de laborator [4] – cât și în condițiile
modificării concomitente a mai multor factori, specifice exploatării motoarelor. Procesele
reale se urmăresc în succesiunea lor normală: schimbarea gazelor, Comprimarea, arderea și
destinderea.
2.2. Influențe asupra procesului de s chimbare a gazelor
Funcționarea continuă a unui motor cu ardere internă necesită înlocuirea ciclică a
conținutului de gaze arse destinse din cilindru prin încărcătură proaspătă. Schimbarea
încărcăturii de gaze a cilindrului se face în cursul proceselor de evacuare și umplere
(admisie).
Modul de desfășurare a proceselor de evacuare și umplere prezintă o importanță
deosebită, întrucât cantitatea de încărcătură proaspătă admisă în cilindru condiționează
cantitatea de căldură introdusă într -un ciclu, și deci lucrul mecani c indicat.

Dan Moldovanu Capitolul 2.

18
Umplerea cu încărcătură proaspătă poate, să aibă loc după golirea cilindrului de gaze
arse, sub efectul de aspirație creat de deplasarea pistonului în sensul creșterii volumului.
Realizată în aceste condiții, umplerea este denumită normală (sau admisie normală).
Procesele evacuării și umplerii se succed pe două curse ale pistonului, corespunzător
ciclului motor în patru timpi.
Dacă încărcătura proaspătă este comprimată înaintea intrării în cilindru, umplerea este
denumita forțată (admisie forțat ă). Procedeul este adoptat întotdeauna la motoarele în doi
timpi, la care, prin intrarea sub presiune a încărcăturii proaspete în cilindru, se desăvârșește
evacuarea gazelor arse. Procesul umplerii se desfășoară în acest caz concomitent cu
evacuarea finală a gazelor arse.
Umplerea forțată este folosită de asemenea în scopul sporirii cantității de încărcătură
admisă în cilindru, în cadrul procedeului de supraali mentare. Aceasta poate fi aplicată atât
motoarelor în patru timpi, cât și celor doi timpi.
Legătur a care exist ă între procesele de evacuare și umplere, ca și natura comună a
fenomenelor care intervin în cursul acestor procese, recomandă tratarea lor concomitentă.
Influențele unor factori asupra umplerii normale :
Factori de stare
Presiunea inițială . Variațiile presiunii la intrarea în sistemul de admisie, denumită
presiune inițială 𝑝0, conduce la modificări de același sens ale presiunii de admisie. Cantitatea
de încărcătură proaspătă admisă variază direct proporțional cu presiunea inițială.
Tempera tura inițială . Creșterea temperaturii încărcăturii la intrarea în sistemul de
admisie (temperatura inițială 𝑇0) determină o încălzire proporțional mai redusă de la pereți în
timpul admisiei; raportul dintre temperatura încărcăturii încălzite 𝑇0′ și tempe ratura inițială 𝑇0
se micșorează. Ca urmare, coeficientul de umplere se îmbunătățește.
Greutatea încărcăturii proaspete admise este influențată, în afară de coeficientul de umplere,
de densitatea inițială a încărcăturii, care se micșorează la creșterea te mperaturii inițiale.
Influența scăderii densității este predominantă; creșterea temperaturii inițiale antrenează
astfel reducerea greutății de încărcătură aspirată.
Cantitatea de gaze reziduale . Mărirea cantității de gaze reziduale determină
reducerea spațiului util al cilindrului care poate fi ocupat de încărcătura proaspătă, deci
umplerea este înrăutățită în acest sens acționează creșterea presiunii la evacuare 𝑝𝑒𝑣, prin
instalarea unui amo rtizor de zgomot cu o rezistență gazodinamică superioară (Fig. 2.10).

Dan Moldovanu Capitolul 2.

19

Fig. 2.10. Influența rezistențelor la evacuare asupra diagramei de pompaj
Turbulența . Prin turbulență se înțelege mișcarea haotică, de amestecare, a volumelor
de fluid. Turbulența de scara mică (microturbulența) corespunde mișcărilor de amestecare ale
unor volume mici, iar turbulența de scară mare (macroturbulența) se referă la volume mari de
gaz.
Experiențele au arătat că încărcătura proaspătă din cilindru este animată în cursul
umplerii de o tu rbulență intensă. Cauza principală a inițierii acestei mișcări este intrarea sub
formă de jet a încărcăturii in cilindru. La periferia jetului apar gradienți importanți de viteză,
care generează mișcările turbulente. Intensitatea mișcării turbulente se red uce mult în cursul
comprimării, apoi începe să crească, trecând printr -un maxim pe un interval de aproximativ
30° de rotație a arborelui cotit (°𝑅𝐴𝐶 ) în jurul 𝑝𝑚𝑖 (de la —15° la +15°). Mărirea turației
determină intensificarea turbulenței, datorită c reșterii gradienților de viteză la umplere,
precum și reducerii timpului în care se produce amortizarea în cursul compresiei. Turbulența
are o influență negativă asupra umplerii.
Factori funcționali
Turația . Creșterea turației mărește pierderile gazo dinami ce la evacuare și admisie ,
rezultând o creștere a presiunii de evacuare și o scădere a presiunii de admisie (Fig. 2.11).
Umplerea se înrăutățește.
Influența turației asupra perfecțiunii umplerii este condiționată însă de fazele de
distribuție fixate. Compa rarea diagramelor de pompaj obținute la turații diferite arată că
fiecărei turații îi corespund faze optime de distribuție diferite. Astfel, la turația momentul
optim de închidere a supapei de admisie, la care se utilizează complet și efectul inerției
coloanei de încărcătură proaspătă, este indicat în figura 2.11. Închiderea supapei cu o
întârziere mai mare înrăutățește umplerea, prin evacuarea unei fracțiuni de încărcătură
proaspătă.

Dan Moldovanu Capitolul 2.

20
La o turație superioară 𝑛2, presiunea de admisie este mai scăzută, astf el încât
presiunea din cilindru devine egală cu acea din conducta de admisie mai târziu în cursa de
compresie. La turația superioară, și efectul inerției este mai important, impunându -se o mărire
suplimentară a întârzierii la închiderea supapei de admisie.

Fig. 2.11. Influența turației asupra
diagramei de pompaj Fig. 2.12. Influența turației asupra întârzierii
optime la închiderea supapei de admisie
Schimbarea turației determină și modificarea celorlalte componente ale fazelor optime
de distribuție. în Figura 2.12 se arată variația întârzierii optime la închiderea supapei de
admisie (măsurată în grade RAC) cu turația. Fazele distribuției fiind însă fixe, variația turației
modifică diferențele dintre fazele de distribuție stabilite și cele optime, rezultând o influe nță
suplimentară a turației asupra umplerii. Mărirea abaterii fazelor de distribuție față de cele
optime înrăutățește umplerea.
Modificarea turației influențează de asemenea frecvența și amplitudinea undelor de
presiune din sistemul de admisie și evacuare, care se reflectă asupra condițiilor umplerii.
Sarcina . Influența sarcinii asupra umplerii este condiționată de modul în care se
realizează variația sarcinii.
La MAS -urile mai vechi cu carburator, schimbarea sarcinii se obține prin modificarea
rezistenței gazodinamice a sistemului de admisie cu ajutorul unei clapete, denumită obturator,
montată în carburator. Închiderea obturatorului conduce la creșterea pierderilor gazodinamice
ale sistemului de admisie și la micșorarea corespunzătoare a presiunii de admis ie (Fig. 2.13)
și a coeficientului d e umplere 𝜂𝑣, (Fig. 2.14); puterea motorului se reduce. Efectul închiderii
obturatorului asupra coeficientului de umplere este cu atât mai pronunțat, cu cât turația este
mai ridicată (Fig. 2.15).
Schimbarea sarcinii la motoarele cu formarea amestecului în interiorul cilindrului
(MAC) se realizează prin variația cantității de combustibil injectate, în acest caz, procesul

Dan Moldovanu Capitolul 2.

21
umplerii este afectat puțin de schimbarea sarcinii, în funcție de micile variații ale gradului de
încălzire a încărcăturii de la pereți (Fig. 2.16).

Fig. 2.13. Influența sarcinii asupra presiunii
de admisie la diferite turații, la MAS Fig. 2.14. Influența sarcinii asupra
coeficientului de umplere la MAS

Fig. 2.15. Influența turației și sarcinii
asupra coeficientului de umplere la MAS Fig. 2.16. Influența sarcinii asupra
parametrilor 𝜼𝒗, 𝒑𝒂 și ∆𝑻 la MAC
Factori constructivi
Fazele distribuției . Pe baza studiului fazelor ele distribuție și al influenței turației a
rezultat că fazele de distribuție stabilite la un motor sunt optime la un singur regim de
funcționare, care corespunde în general sarcinii maxime și unei anumite turații 𝑛, la care se
obține deci umplerea optimă (Fig. 2.17). Schimbarea fazelor de distribuție atrage modificarea
caracteristicii de variație a coeficientului de umplere cu turația (curba 2 în Fig. 2.17
corespunde reglajului optim la turația 𝑛2).

Dan Moldovanu Capitolul 2.

22

Fig. 2.17. Influența fazelor distrib uției asupra variației
coeficientului de umplere în funcție de turație
La motoarele cu o singură turație de funcționare se asigură în mod evident reglajul
optim al fazelor de distribuție la această turație. Dacă însă motorul este destinat funcționării
pe o gamă de turații (motoare de automobil și de tractor), fazele optime de distribuție
corespund unei turații 𝑛 plasate spre limita inferioară sau la mijlocul gamei turațiilor, în
funcție de caracteristica necesară de variație a coeficientului de umplere.
Construcția sistemului de admisie . Deplasarea încărcăturii proaspete în sistemul de
admisie este însoțită de pierderi gazodinamice, a căror mărime depinde de viteza de curgere ți
de rezistențele sistemului. Ultimele sunt determinate de forma constructivă, d imensiunile și
starea suprafeței interioare a sistemului.
Sursele cele mai importante de pierderi gazodinamice sunt, în sensul curgerii
încărcăturii proaspete: filtrul de aer, obturatorul de la carburator (la MAS), galeria din
chiulasă și trecerea pe lângă supapă; în situația obturatorului complet deschis, pierde rile la
supapa ating până la 80% din totalul pierderilor. Creșterea ariei secțiunii medii de trecere
oferite de supapă 𝐴𝑠𝑚𝑒𝑑 prin mărirea diametrului talerului și a înălțimii de ridicare, este astfel
de mare interes pentru îmbunătățirea umplerii, mai ales la turațiile ridicate (Fig. 2.18).
Rezistența introdusă de filtrul de aer depinde de capacitatea sa de filtrare și de gradul
de îmbâcsire cu impurități. Funcționarea motorului cu filtrul de aer necurățat conduce la
înrăutățirea umplerii.

Dan Moldovanu Capitolul 2.

23

Fig. 2.18. Influența ariei secțiunii libere de trecere pe lângă
supapă asupra presiunii de admisie

Fig. 2.19. Influența construcției camerei de ardere asupra
condițiilor umplerii
Forma constructivă și secțiunile colectorului și ale galeriei de admisie au de asemenea
o influență însem nată asupra umplerii. O construcție prezentând secțiuni de trecere mai mari,
trasee mai scurte, coturi cu racordări largi și în număr mai redus contribuie sensibil la
îmbunătățirea umplerii.
Construcția camerei de ardere . Legătura care există între constr ucția camerei de
ardere și modul de montaj al supapelor și dimensiunile lor se reflectă asupra perfecțiunii
umplerii. În Figura 2.19 se prezintă două construcții de camere de ardere utilizate la MAS.
Prima (Fig. 2.19, a), caracterizată prin montajul supape lor lateral față de cilindru, oferă
secțiuni reduse de curgere pentru intrarea în cilindru și determină o întoarcere aproape cu
180° a curentului. La camera cu supapele montate în chiulasă (Fig. 2.19, b), umplerea se
îmbunătățește prin eliminarea acestor d ezavantaje, existând totodată posibilitatea de mărire a
diametrului supapelor.

Dan Moldovanu Capitolul 2.

24
Natura materialului pistonului și ai chiulasei . Fabricarea pistonului clin aluminiu,
iar la MAS rapide și a chiulasei, este favorabilă din punctul de vedere al umplerii. Având o
conductivitate termică superioară, aliajele ușoare de aluminiu asigură o temperatură de
funcționare mai scăzută, deci încărcătura proaspătă se încălzește mai puțin.
2.3. Influențe asupra procesului de comprimare
Comprimarea încărcăturii proaspete admise în cil indru este necesară pentru crearea
condițiilor de presiune și temperatură favorabile aprinderii și arderii combustibilului. În acest
mod se asigură si lărgirea diferenței nivelelor temperaturilor între care evoluează agentul
motor în cadrul ciclului, în sc opul măririi lucrului mecanic ciclic și a economicității
funcționării.
În mod convențional se consideră că comprimarea începe în momentul închiderii
organelor de distribuție în cursa de compresie a pistonului (închiderea supapei de admisie la
motorul în pa tru timpi și a organelor de baleiaj și evacuare la motorul în doi timpi). Sfârșitul
compresiei se consideră în momentul producerii scânteii electrice (MAS) sau al începerii
injecției (MAC). Procesul compresiei ocupă prin urmare numai fracțiunea centrală a cursei de
compresie a pistonului (porțiunea 𝑎—𝑐 în Fig. 2.20). În prima parte a cursei pistonului (din
𝑝𝑚𝑒 până în punctul 𝑎′), modul de variație a parametrilor încărcăturii este influențat de
continuarea proceselor schimbării gazelor, iar pe ultima parte (din punctul 𝑐′ până la 𝑝𝑚𝑖), de
desfășurarea proceselor aprinderii și arderii.

Fig. 2.20. Diagrama 𝒑−𝑽 în perioada compresiei
Un aspect caracteristic pentru procesul compresiei este schimbul permanent de
căldură cu pereții. Deoarece diferitele porțiuni ale pereților nu au aceeași temperatură (capul
pistonului este de exemplu mult mai cald decât cilindrul), rezultă că schimbul de căldură are

Dan Moldovanu Capitolul 2.

25
loc cu intensități diferite. La începutul compresiei, gazele din cilindru au în general o
temperatură mai scăzută decât pereții, astfel încât primesc căldură.
Treptat, pe măsura creșterii temperaturii lor, schimbul de căldură cu porțiunile mai
reci ale pereților se inversează ca sens, astfel că, într -un anumit moment ( 𝑎𝑑), cantitatea de
căldură primită este egală cu cea cedată. Acest moment corespunde aparent unui moment de
adiabatism. Creșterea în continuare a temperaturii gazelor conduce la creșterea progresivă a
cantității de căldură cedate pereților.
Procesul compresiei este prin urmare un proces politropic. Ducând câte o adiabată
prin punctul 𝑎′ al începutului compresiei și prin punctul 𝑎𝑑 de aparent adiabatism, se observă
că curba re ală a compresiei se plasează deasupra adiabatei în prima parte, în care predomină
aportul de căldură de la pereți, și sub adiabată în ultima parte, în care predomină evacuarea
căldurii de la gaze.

Fig. 2.21. Influența turației asupra presiunii la sfârșitul cursei
de compresie (motorul este antrenat).
Dintre factorii care influențează desfășurarea compresiei, cel mai important este
turația motorului. Experiențele arată că reducerea turației conduce la scăderea presiunii 𝑝𝑐,
(Fig. 2.21) și a temperaturii la finele c ompresiei, reflectată în scăderea exponentului
politropic mediu 𝑛𝑐. La o turație mai scăzută crește durata în timp a procesului, mărindu -se
cantitatea de căldură cedată pereților și pierderile de gaz pe la neetanșeități, deci presiunea și
temperatura la finele procesului sunt mai reduse.

Dan Moldovanu Capitolul 2.

26
Arderea în motorul cu aprindere prin scânteie
Tipurile arderii . Trăsăturile fundamentale ale arderii in MAS derivă din faptul ca în
momentul declanșării scânteii electrice, amestecul aer -combustibil din cilindru se găsește în
stare de omogenitate, fără de care nu este posibilă nici apariția focarului inițial (nucleul d e
flacără), nici răspândirea flăcării în toate direcțiile, până la cuprinderea în întregime a
amestecului.
Desfășurarea normală a procesului de ardere din MAS constă din arderea treptată a
amestecului aer -combustibil, ca rezultat al propagării unei flăcări (front de aprindere) în
amestecul inițial de la un nucleu, produs de o scânteie electrică cu declanșare comandată.
Acest proces de răspândire a flăcării cu viteze moderate 25…50 (𝑚/𝑠) poartă.
numele de ardere normală, întrucât el este singurul proces c are determină o eficiență
economică ridicată, nu provoacă avarierea sau uzarea rapidă a motorului și poate fi dirijat sau
controlat.
În anumite condiții apar fenomene perturbatorii, care împiedică desfășurarea arderii
normale. Astfel, uneori este posibil, către sfârșitul arderii normale, înainte ca frontul de
aprindere să cuprindă. amestecul în întregime, să apară în zona finală o accelerare puternică a
arderii, un fenomen de autoaprindere a ultimei porțiuni de amestec. În acest caz, procesul de
ardere este cunoscut sub numele de detonație.
Alteori este posibil ca desfășurarea arderii normale să fie insolită de apariția unor
aprinderi ale amestecului de la punctele sau suprafețele calde din camera de ardere, înainte
sau după producerea scânteii, cu formarea unuia sau a mai multor fronturi de apri ndere
suplimentare. În acest caz, procesul de ardere poartă denumirea de ardere cu aprinderi
secundare. Ultimele două manifestări ale arderii din :MAS sunt cuprinse sub denumirea de
ardere anormală.
Arderea normală. Procesul de ardere a fost studiat cu mi jloace diferite datorită complexității
sale, care pun în evidență, fiecare în parte, numai unele aspecte caracteristice.

Dan Moldovanu Capitolul 2.

27

Fig. 2.22. Diagrama indicată pentru studiul arderii în MAS.
Diagrama indicată Cel mai răspândit și cel mai vechi mijloc de investigație pentru
studiul arderii îl con stituie diagrama indicată, în coordinate 𝑝 − 𝑉 (Fig. 2.2 2., a) sau 𝑝 −
𝜑 (b). Diagrama 𝑝− 𝜑 este mai convenabilă pentru studiul arderii întrucât permite o
extindere a intervalului de variație a presiunii în timpul arderii, ceea ce mărește precizia
investigației. Pentru obținerea unor informații suplimentare se suprapun două diagrame 𝑝−
𝜑 : una reprezintă variația presiunii în cilindru, într -un ciclu fără aprindere (antrenare);
cealaltă reprezintă diagrama obișnuită a unui ciclu cu aprindere (funcționare). Declanșarea
scânteii electrice se produce în punctual s, cu avans față de pmi. Unghiul β s e numește
avansul la producerea scânteii electrice. Diagrama 𝑝 − 𝜑 pune în evidență următoarele
fapte:
1) după declanșarea scânteii electrice, cele două curbe de presiune rămân suprapuse,
un interval de timp, în care arborele se rotește cu unghiul ∆𝜑𝑑
2) din momentul desprinderii curbelor (punctul d, numit pun ct de desprindere),
presiunea din ciclul cu aprindere crește repede, până atinge valoarea maxima (punctul y). În
opoziție cu intervalul ∆𝜑𝑑 în această fază în care arborele cotit se rotește cu unghiul
∆𝛼𝑟 arderea este vizibilă, creșterea însemnată de presiune fiind rezultatul punerii în libertate a
unei părți importante din energia chimică a combustibilului.
Curbele de presiune se desprind înainte de pmi. Un parametru caracteristic al procesului de
ardere din această etapă îl constituie tangenta la curba de presiune, în fiecare punct, care
reprezintă viteza instantanee de creștere a presiunii 𝑝=d𝑝d𝜑⁄.
În Figura 2.22., se arată diagrama 𝑝− 𝜑 în timpul pr ocesului de ardere. Pentru
simplificare se compară de obicei, fie viteza maximă de creștere a presiunii, 𝑃𝑚𝑎𝑥 fie viteza
medie de creștere a presiunii p definiția prin raportul dintre creșterea de presiune în perioada
arderii vizibile și durata arderii vizibile în oRA adică:

Dan Moldovanu Capitolul 2.

28
𝑝̇=(𝑝𝑦−𝑝𝑑)
(𝛼𝑦−𝛼𝑑) [𝑑𝑎𝑁 /𝑐𝑚2 𝑅𝐴𝑜]
Pentru 𝜀=6…8,5 se ajunge la 𝑝𝑚𝑎𝑥̇=1,0…1,8 𝑑𝑎𝑁 /𝑐𝑚2𝑅𝐴𝑜 , pentru 𝜀=
8,5…10 se ajunge la 1,5…2,6 𝑑𝑎𝑁 /𝑐𝑚2𝑅𝐴𝑜. Pentru 𝜀=7, 𝑝̇ ,variază în limitele
0,8…1,8 𝑑𝑎𝑁 /𝑐𝑚2𝑅𝐴𝑜. Oricare dintre cei doi parametri prezinta un interes deosebit intrucât
ei dau informații cu privire la intensitatea procesului de ardere și la intensitatea șocului cu
care forța de presiune a gazelor este aplicată pe organele motorului. Aplica rea cu șoc a forței
de presiune obligă pe proiectant să dimensioneze mai larg organele, ceea ce duce la sporirea
masei motorului. Totodată , aceasta are drept consecință funcționarea brutală a motorului, cu
trepidații și zgomote, ceea ce reprezintă un efect supărător în exploatare, mai ales la
motoarele pentru autovehicule. Totuși, din punctul de vedere al randamentului este de dorit
ca arderea sa se desfășoare instantaneu, la volum constant, adică 𝑝̇= ∞ . Acest deziderat nu
poate fi practic realizat deoarec e arderea se desfășoară în timp. Pe de alta parte, condiția 𝑝̇=
∞ compromite mersul liniștit. În măsura în care este posibilă dirijarea arderii, aceasta se face
prin compromis. Când se urmarește solicitare mecanică redusă și durabilitate înalta (motoare
pentru autobuze, autocamioane etc.) 𝑝̇ ia valori moderate; când se urmărește performanță
ridicată de putere și consum specific redus, 𝑝̇ ia valori ridicate;
3) după ce atinge valoarea maximă, presiunea rămâne constantă. pe un interval redus
𝑦 − 𝑦′, de câteva grade RA, în mod frecvent neglijat. Apoi presiunea scade după o lege care
reprezintă o evoluție termodinamică de destindere. Arderea continuă și după punctul y', ceea
ce se evidențiază prin valoarea exponentului mediu politropic al primei porțiun i din curba de
destindere, care se apropie de unitate și indică natura izotermică a evoluției. 0 astfel de
evoluție este posibilă numai dacă pierderile de căldură prin pereți și lucrul mecanic de
destindere, care tinde să reducă temperatura gazelor de arde re, sunt compensate de un aport
corespunzător de căldură; cum aceasta nu poate proveni decât prin degajarea în continuare a
căldurii de reacție ca urmare a transformărilor chimice, rezultă că arderea nu se încheie în
momentul atingerii presiunii maxime. Sf ârșitul arderii, punctul t, poate fi precizat cu ajutorul
diagramei indicate numai prin calcul, după prelucrarea acesteia pe baza unor ipoteze
simplificatoare.
Astfel, dup ă diagrama 𝑝 – 𝜑 arderea se împarte în trei faze caracteristice: o fază
inițială ∆𝜑𝑑 numită întârzierea la declanșarea arderii rapide; o fază intermediară ∆𝜑𝑟 numită
faza arderii rapide; o fază finală ∆φ𝑚 numită faza arderii moderate.

Dan Moldovanu Capitolul 2.

29
Arderea cu detonație.
Manifestări exterioare. Cu aproape cinci decenii în urmă, încercarea de a mări
raportul de comprimare cu peste 3…4 unități s -a văzut limitată de apariția unui fenomen
perturbator, necunoscut până atunci, care compromitea principalele calități ale motorului:
puterea, economicitatea și durabilitatea. Fenomenul a primit denumirea de detonație.
Principalele manifestări al e detonației sunt:
– micșorarea puterii indicate a motorului ;
– micșorarea randamentului indicat real ;
– micșorarea temperaturii gazelor de evacuare ;
– apariția , în unele cazuri, a fumului negru în gazele de evacuare;
– creșterea căldurii cedate apei de ră cire;
– supraîncălzirea motorului, evidențiată prin creșterea temperaturii cilindrului :
– funcționarea brutală, trepidantă a motorului;
– apariția unui zgomot metalic caracteristic, motiv pentru care, inițial , fenomenul de detonație
a primit denumirea de ciocănire sau bătaie de ardere (spre a -l deosebi de bătăile mecanice
provocate de jocurile dintre piese);
– durabilitate redusă a motorului, determinată de creșterea uzurii cilindrului la partea
superioară de supraîncălzirea pistonului care duce la arderea sau chiar la spargerea lui, de
uzarea suplimentară a cuzineților, de fisurarea izolantului bujiei etc.
Diagrama indicată. În cazul arderii cu detonație, diagrama indicată prezintă trei
particularități distincte (Fig. 2.23) în comparație cu diagrama indicată în regim de ardere
normă: 1) până la un moment dat (punctul D), curbele de presiune în cele două regimuri de
ardere se suprapun, apoi apare o divergență importantă, cu o creștere bruscă, violentă, a
presiunii în cazul a rderii cu detonație, ceea ce permite să se deducă că detonația reprezintă un
fenomen care se manifestă numai în ultima parte a procesului de ardere; 2) după atingerea
valorii maxime, presiunea înregistrează oscilații importante, care se amortizează treptat în
cursa de destindere; 3) aria diagramei, în cazul arderii cu detonație este mai mică.

Dan Moldovanu Capitolul 2.

30

Fig. 2.23. Influența tipului de ardere asupra diagramei indicate.

Dan Moldovanu Capitolul 2.

31
Lista de figuri pentru Cap. II.
Fig. 2.1. Ciclul teor etic cu ardere izocoră ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 12
Fig. 2.2. Influența raportului de compresie asupra randamentului termic al ciclului cu ardere izocoră ….. 12
Fig. 2.3. Efectul creșterii raportului de compresie asupra diagramei indicate ………………………….. …………. 13
Fig. 2.4. Influența exponentului adiabatic asupra randamentului termic al ciclului cu ardere izocoră. ….. 14
Fig. 2.5. Ciclul teoretic cu ardere izobară ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 14
Fig. 2.6. Influența parametrilor 𝜺, 𝒌 și 𝝆 asupra randamentului termic al ciclului cu ardere izobară ………. 14
Fig. 2.7. Efectul creșterii parametrului 𝝆 asupra diagramei indicat e ………………………….. ……………………… 15
Fig. 2.8. Ciclul teoretic cu ardere mixtă ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 15
Fig. 2.9. Influența parametrilor 𝝆 și 𝝅 asupra randamentului termic și presiunii medii a ciclului cu ardere
mixtă. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………….. 16
Fig. 2.10. Influența rezistențelor la evacuare asupra diagramei de pompaj ………………………….. ……………. 19
Fig. 2.11. Influența turației asupra diagramei de pompaj ………………………….. ………………………….. ………… 20
Fig. 2.12. Influența turației asupra întârzierii optime la închiderea supapei de admisie ……………………….. 20
Fig. 2.13. Influența sarcinii asupra presiunii d e admisie la diferite turații, la MAS ………………………….. …… 21
Fig. 2.14. Influența sarcinii asupra coeficientului de umplere la MAS ………………………….. …………………….. 21
Fig. 2.15. Influența turației și sarcinii asupra coeficientului de umplere la MAS ………………………….. ……… 21
Fig. 2.16. Influența sarcinii asupra parametrilor 𝜼𝒗, 𝒑𝒂 și ∆𝑻 la MAC ………………………….. ……………………. 21
Fig. 2.17. Influența fazelor distribuției asupra variației coeficientului de umplere în funcție de turație …. 22
Fig. 2.18. Influența ariei secțiunii libere de trecere pe lângă supapă asupra presiunii de admisie …………. 23
Fig. 2.19. Influența construcției camerei de ardere asupra condițiilor umplerii ………………………….. ……… 23
Fig. 2.20. Diagrama 𝒑−𝑽 în perioada compresiei ………………………….. ………………………….. ………………….. 24
Fig. 2.21. Influența turației asupra presiunii la sfârșitul cursei de compresie (motorul este antrenat). …… 25
Fig. 2.22. Diagrama indicată pentru studiul arderii în MAS. ………………………….. ………………………….. ……… 27
Fig. 2.23. Influența tipului de ardere asupra diagramei indicate. ………………………….. ………………………….. . 30

BIBLIOGRAFIE:

[1] Bățaga, N ., ș.a. Motoare cu ardere internă, București, E.D.P., 1995.
[2] Bobescu, G., Motoare termice, EDP, București, 1979.
[3] Burnete, N., Naghiu A., Rus I., ș.a., Motoare Diesel și Biocombustibili pentru
transportul urban, Editura Mediamira, ISBN 978 -973-713-217-8, 1054 pg., 2008.
[4] Grünwald, B., Teoria, calculul și construcția motoarelor pentru automobile,
București, E.D.P., 1980.
[5] Heywood, J., B., “Internal Combustion Engine Fundamentals”, McGraw -Hill, 1988.

Dan Moldovanu Capitolul 3.

32
3. Influențe asupra arderii în M.A.S. [1, 3]
Influența factorilor de stare
Mișcarea de rotație a fluidului proaspăt în cilindru are influențe favorabile asupra
propagării flăcării. Înregistrările arată că în acest caz, viteza 𝑊̅𝑓 crește de 2… 2,5 ori, iar
durata propagării ∆𝜑𝑝 se reduce la jumătate. Acest fapt prezintă interes deoarece o anumită
mișcare de rotație se obține la un motor de serie prin poziția ex centrică a supapei de admisie,
existența unor supape speciale sau a unor galerii de admisie speciale.
Calitatea amestecului. O realitate fundamentală, caracteristică unui MAS este aceea
că presiunea medie indicată și randamentul indicat variază cu calitatea amestecului în mod
distinct și anume, valoarea maximă a presiunii medii indicate se înregistrează în domeniul
amestecurilor bogate, iar valoarea maximă a randamentului indicat se înregistrează în
domeniul amestecurilor sărace (Fig. 3.1). întrucât puterea este proporțională cu 𝑝𝑖 iar
consumul specific de combustibil este invers proporțional cu 𝜂𝑖 rezultă că un motor cu
aprindere prin scânteie dezvoltă puterea maximă pentru un coeficient de dozaj care este
diferit de acela la care dezvoltă economicitatea maximă. Amestecul bo gat pentru care
motorul dezvoltă puterea maximă pentru un coeficient de dozaj care este diferit de acela la
care dezvoltă economicitatea maximă. Amestecul bogat pentru care motorul dezvoltă puterea
maximă se numește amestec de putere și se caracterizează p rin coeficientul de dozaj al
aerului 𝜆𝑝; (sau coeficientul de dozaj al combustibilului 𝜆̃𝑝); amestecul pentru care motorul
dezvoltă randamentul maxim se numește amestec economic (dozaj economic) și se
caracterizează prin coeficientul 𝜆𝑒𝑐 sau 𝜆̃𝑒𝑐.

Fig. 3.1. Influența coeficientului de dozaj al aerului
asupra presiunii medii și randamentului indicat.

Dan Moldovanu Capitolul 3.

33

Fig. 3.2. Influența coeficientului de
dozaj al aerului asupra temperaturii și
vitezei de reacție a combustibilului Fig. 3.3. Influența calității amestecului și
a momentului declanșării scânteii asupra
variației presiunii în perioada arderii
Faptul că 𝜆𝑝 nu coincide cu 𝜆𝑒𝑐 are o deosebită importanță pentru practică, de aceea
trebuie examinat îndeaproape.
Teoretic, 𝜂𝑖𝑚𝑎𝑥 și 𝑝𝑖𝑚𝑎𝑥 trebuie să se realizeze pentru 𝜆=1, deoarece în acest caz
temperatura din ciclul termic atinge valoarea cea mai mare (Fig. 3.2). Când 𝜆 > 1, 𝑇𝑚𝑎𝑥
scade deoarece puterea calorică a amestecului 𝑄𝑖𝑎𝑚 =𝑄𝑖/(1+𝜆𝐿𝑚𝑖𝑛) se micșorează. Când
𝜆 < 1 se substituie 𝑄𝑖 cu 𝑄𝑖𝑛, deoarece arderea e incompletă și se degajă mai puțină căldură;
în acest caz, la scăderea lui 𝜆, 𝑇𝑚𝑎𝑥 se micșorează. Viteza de reacție a combustibilului 𝐶𝑐̇ se
modifică și ea cu dozajul dar atinge un maxim în domeniul amestecurilor bogate, ceea ce a re
consecințe hotărâtoare asupra presiunii maxime din ciclu (Fig. 3.3).

Dan Moldovanu Capitolul 3.

34
Legătura dintre cele două mărimi este determinată în esență de intensificarea reacției
chimice din flacăra turbulentă. Astfel, în cazul amestecurilor bogate (pentru care 𝐶̇𝑐 =
𝐶̇𝑐𝑚𝑎𝑥) durata transformărilor chimice din flacăra turbulenta se reduce ( ∆𝛼1<∆𝛼2) ceea ce
înseamnă o reducere a grosimii zonei de ardere din flacără.
Cu toate că nu există informații experimentale directe privind dependența fazei finale
a procesului de arde re de calitatea amestecului, această dependență poate fi judecată prin
intermediul grosimii zonei de reacție din flacără. Astfel, dacă prin îmbogățirea amestecului
scade grosimea flăcării, rezultă că după ce frontul de aprindere ajunge la perete, rămâne ma i
puțin combustibil care arde în faza finală. Această realitate este evidențiată și de
caracteristicile de degajare a căldurii de reacție, care arată că 𝜉𝑦 (fracțiunea din 𝑄𝑑𝑖𝑠 care arde
până se atinge presiunea maximă, la 𝛼=𝛼𝑦) este cu circa 20% mai mare în cazul
amestecurilor bogate, de 𝜆=𝜆𝑝 . întrucât se degajă mai multă căldură în faza arderii rapide
arderea se dezvoltă într -o măsură mai mare în condiții de variație minimă a volumului, în
jurul 𝑝𝑚𝑖 și se apropie în mai mare măsură de o ev oluție izocoră, care conduce la un nivel
mai ridicat al presiunii maxime; aria diagramei indicate crește, iar lucrul mecanic specific
este mai mare, 𝑝𝑖=𝑝𝑖𝑚𝑎𝑥.
Trebuie să se rețină că 𝜂𝑖(𝜆) reprezintă o funcție dependentă de calitatea amestecului,
care are o alură proprie determinată de fenomenele fizico -chimice prezentate; în schimb 𝑝𝑖
depinde explicit de 𝜆 și implicit prin 𝜂𝑖, sau altfel spus, este produsul a două funcții 𝜂𝑖(𝜆)(1/
𝜆). Ca urmare, dacă coeficientul de dozaj al aerului se re duce începând de la valoarea 𝜆=
𝜆𝑒𝑐, atunci 𝜂𝑖 se micșorează dar funcția 1/𝜆 crește.
Pantele celor două funcții sunt diferite și anume, la început 𝜂𝑖 scade încet iar 1/𝜆
crește repede, fapt pentru care presiunea medie și totodată puterea dezvolta tă de motor ating
nivelul maxim pentru amestecuri bogate (Fig. 3.4).

Dan Moldovanu Capitolul 3.

35

Fig. 3.4. Influența coeficientului de dozaj asupra unor
indici caracteristici ai ciclului.
Faptul că, în condițiile invariabilității celorlalți factori, modificarea dozajului
determină un maximum de economicitate pentru amestecuri sărace ( 𝜆𝑒𝑐=1,08…1,15) și un
maxim al puterii pentru amestecuri bogate ( 𝜆𝑝= 0,8 — 0,9) delimitează variațiile raționale
ale lui 𝜆. În adevăr, este rațional ca MAS -ul să lucreze cu economicitate maximă. Dar
totodată, este rațional pentru economia de metal ca la aceeași putere, litrajul motorului să fie
minim; rezultă că litrajul unui motor de putere dată, la o turație determinată este invers
proporțională cu 𝑝𝑒.
Proiectând motorul pentru 𝜆=𝜆𝑃, adică la 𝑃𝑒=𝑃𝑒𝑚𝑎𝑥 pe obține litrajul minim. Dar
motorul de autovehicul funcționează rar la puterea maximă, astfel: se va proiecta motorul
pentru 𝜆=𝜆𝑝 pentru a obține dimensiuni minime, dar în regimurile de funcționare cele mai
frecvente, care se dezvoltă în 60…80% din durata de exploatare a motorului, amestecul se
reglează pentru 𝜆=𝜆𝑒𝑐. Reglajul compoziției pentru 𝜆=𝜆𝑝 are ca avantaj și reducerea
regimului termic al motorului (Fig. 3.5).

Dan Moldovanu Capitolul 3.

36

Fig. 3.5. Influența coeficientului de
dozaj asupra unor indic i și mărimi
caracteristice Fig. 3.6. Influența coeficientului de
dozaj asupra cifrei octanice la limita de
detonație.
Uneori se consideră că sărăcirea amestecului peste limitele raționale este indicată
pentru a reduce consumul de combustibil. Se observă că în asemenea cazuri, creșterea duratei
de ardere afectează uzura motorului deoarece flacăra vine în contact cu pelicula de ulei de pe
oglinda cilindrului un interval de timp mai mare, arde filmul de ulei și compromite ungerea.
Durata crescândă a arderii ridică , de asemenea, nivelul regimului termic al motorului,
deoarece crește temperat ura gazelor de evacuare (Fig. 3.6). De aceea reglajele de dozaj fixate
de uzina constructoare în limite raționale trebuie respectate întocmai în exploatare, sau
modificate, numai în urma unor cercetări corespunzătoare.
Calitatea amestecului afectează arderea cu detonație. In condițiile în care se variază
riguros numai calitatea amestecului, ceilalți factori rămânând neschimbați, intensitatea
maximă a detonației se obține pentru am estecuri bogate în vecinătatea lui 𝜆=𝜆𝑃 deoarece la
aceste valori ale lui 𝜆 se atinge viteza de reacție 𝐶̇𝑐 cea mai mare și presiunea maximă din
ciclu cea mai înaltă și deci gradul de comprimare a amestecului din 𝑍𝐹 cel mai ridicat.
Practica exploat ării MAS -ului arată că îmbogățirea amestecului în anumite limite
duce totuși la micșorarea sensibilă a intensității detonației, deoarece, în condiții de exploatare
intervin efecte suplimentare și anume răcirea intensă a amestecului inițial prin vaporizarea

Dan Moldovanu Capitolul 3.

37
unei cantități mai mari de combustibil din fluidul proaspăt, precum și micșorarea regimului
termic al motorului.
Astfel, îmbogățind amestecul mai mult decât este necesar pentru obținerea puterii
maxime ( 𝜆<𝜆𝑃) se obține cu o mică reducere de putere un efect sensibil în ceea ce privește
reducerea înclinării la detonație a motorului; 𝐶𝑂 scade cu aproape 10 unități (Fig. 3.7).
Întrucât amestecuri foarte bogate se folosesc la sarcină totală, în condiții în care MAS –
ul de automobil funcționează rar,soluția este eficientă. Ea a fost aplicată pe scară largă în
ultimele două decenii. Totuși, astăzi se manifestă prudență din cauza implicațiilor care apar
pentru emisiunile nocive și risipa de combustibil.
În fine, se observă că dozajele apropiate de cel de puter e maximă au cea mai mare
tendință spre aprinderi secundare.
Temperatura inițială. Creșterea temperaturii inițiale 𝑇0 a fluidului proaspăt sporește
temperatura amestecului din 𝑍𝐹. Din această cauză întîrzierea la autoaprindere a amestecului
din 𝑍𝐹 scade iar pericolul de detonație crește. Astfel, încălzirea accentuată a amestecului
pentru a intensifica vaporizarea combustibilului devine prohibitivă nu numai pentru că reduce
gradul de umplere, dar și pentru că mărește pericolul de detonație.
Presiunea ini țială. Odată cu creșterea presiunii inițiale crește gradul de comprimare a
amestecului din 𝑍𝐹, ceea ce favorizează apariția detonației , prin reducerea lui 𝜏𝑎𝑎. Această
împrejurare constituie în prezent principalul impediment în supraalimentarea MAS -ului.
Gazele reziduale Frânează transformările chimice din spatele frontului de aprindere
prin efect termic și prin efect cinetic, ca inhibitor, adâncimea zonei de ardere crește, durata
arderii se amplifică și influențează negativ asupra puterii și economic ității.
Influențele factorilor funcționali
Avansul la producerea scânteii electrice. Variația avansului la producerea scânteii
determină o modificare însemnată a formei diagramei indicate (Fig. 3.7). Dacă declanșarea
scânteii are loc chiar in 𝑝𝑚𝑠 (a) du pă consumarea fazei inițiale se înregistrează o creștere
moderată de presiune determinată de arderea lentă ca urmare a deplasării totale a procesului
de ardere în destindere, în comparație cu ciclul teoretic (ciclul cu linie întreruptă) se constată
o pierd ere sensibilă de lucru mecanic.

Dan Moldovanu Capitolul 3.

38

Fig. 3.7. Influența avansului la producerea scânteii
electrice asupra formei diagramei indicate.
Dacă declanșarea scânteii are loc foarte devreme pe ciclu (b), faza de ardere rapidă se
desfășoară integral până la sfârșitul cursei de comprimare. În acest caz se constată o creștere
bruscă de presiune la sfârșitul comprimării, produsă de degajarea unei părți importante din
căldură, care determină o amplificare considerabilă a lucrului mecanic de comprimare. La
începutul cursei de destindere, nivelul presiunii în ciclu nu mai poate ajunge la nivelul
presiunii de la finele comprimării, astfel încât se formează în diagramă o buclă negativă care
reduce în plus aria diagramei.

Fig. 3.8. Influența avansului la producerea
scânteii electrice asupra unor mărimi
caracteristice. Fig. 3.9. Influența avansului la
producerea scânteii electrice asupra
presiunii maxime.

Dan Moldovanu Capitolul 3.

39
Există o valoare intermediară a avansului la producerea scânteii (c) la care diferența
dintre aria ciclului teoretic și aria ciclulu i real este minimă. Reprezentarea puterii indicate
reale 𝑃𝑖 cu 𝛽 (Fig. 3.8) arată că aceasta trece printr -un maxim. Întrucât consumul de
combustibil 𝐶𝑐 este constant, rezultă 𝑐𝑖𝑚𝑖𝑛 = 𝑐𝑡/𝑃𝑖𝑚𝑎𝑥, adică 𝑐𝑖 trece printr -un minim, iar 𝜂𝑖
printr-un maxim.
Atunci se definește avans optim la producerea scânteii 𝛽𝑜𝑝𝑡, acel avans la care puterea
și economicitatea sunt maxime. Avansul optim se realizează când faza de ardere rapidă se
plasează aproximativ simetric față de 𝑝𝑚𝑖,(360 — 𝛼𝑑=𝛼𝑦 — 360 ≅14°𝑅𝐴 (Fig. 3.9),
deoarece pe această cale arderea se desfășoară în condițiile de variație minimă a volumului.
La mărirea lui 𝛽 momentul de desprindere 𝛼𝑑 se produce mai devreme pe ciclu, faza arderii
rapide se deplasează treptat în cursa de c omprimare 𝛼𝑖 se micșorează iar presiunea maximă
crește.
Se observă că la mărirea avans ului cu aproape 30°𝑅𝐴,𝑝𝑦 crește cu aproape 50%.
Există o dependență între avansul la producerea scânteii electrice și durabilitatea motorului.
Astfel, o valoare a avansului mai mare decât valoarea optimă duce la solicitări mari, statice și
dinamice, din cauza nivelului ridicat al presiunii maxime 𝑝𝑦; o valoare a avansului mai mică
decât valoarea optimă duce la o uzură mai intensă a pistonului și cilindrului, deoa rece
deplasarea arderii în destindere mărește timpul de contact al flăcării cu cilindrul și ridică
nivelul regimului termic al motorului. Intensitatea detonației crește odată cu mărirea lui 𝛽
ceea ce impune creșterea cifrei octanice a combustibilului pent ru a preveni detonația (Fig.
3.10).

Fig. 3.10. Influența avansului la producerea scânteii electrice
asupra cifrei octanice la limita de detonație.

Dan Moldovanu Capitolul 3.

40
Această dependență se explică prin creșterea gradului de comprimare a amestecului
din 𝑍𝐹, ca urmare a sporirii pr esiunii maxime 𝑝𝑦 odată cu creșterea lui 𝛽 . Întrucât panta
curbei 𝐶𝑂 (𝛽) este cu mult mai mare decât a curbei 𝑝𝑒(𝛽) în jurul lui 𝛽𝑜𝑝𝑡, se observă că
dacă se reduce avansul sub valoarea optimă ( 𝛽 = 17°𝑅𝐴 în loc de 26°𝑅𝐴) cu o mică
reduce re de putere (∆𝑃𝑒 ≅ 7%) se poate reduce 𝐶𝑂 cu 5 unități.
Reducerea avansului la declanșarea scânteii, sub valoarea avansului optim, reprezintă
o metodă de reglaj frecvent aplicată în practică.
Turația. Influența turației asupra fazelor procesului de ar dere este considerabilă.
Astfel, la mărirea turației, durata în timp 𝜏𝑑(𝜏𝑖) a fazei inițiale scade deoarece pierderile de
căldură se micșorează și temperatura în momentul declanșării scânteii este mai mare. Cu toate
acestea durata ∆𝛼𝑑 în grade 𝑅𝐴 crește (Fig. 3.11), ceea ce arată că 𝜏𝑑 nu scade proporțional
cu turația (∆𝛼𝑑=6𝑛𝜏𝑑). Mărirea turației determină o intensificare substanțială a turbulenței,
ceea ce amplifică viteza medie de propagare ( 𝑊̅𝑓 variază liniar cu turația) și reduce durat a
propagării, 𝜏𝑟=𝜏𝑝=𝑙𝑓/𝑊̅𝑓 . Cu toate acestea, experiențe conduse în condițiile 𝛽 = 𝑐𝑡,
arată că suma duratelor primelor două faze măsurate în grade 𝑅𝐴 crește cu turația, ∆𝛼𝑑+
∆𝛼𝑟=6𝑛(𝜏𝑑+𝜏𝑟).

Fig. 3.11. Influența turației asupra unor parametri
caracteristici ai procesului de ardere.
Această particularitate este determinată de faptul că faza de ardere rapidă n -a fost
plasată întotdeauna în aceleași condiții de turbulență. în adevăr, în jurul 𝑝𝑚𝑖, turbulența (deci
și 𝑊̅𝑓) este maximă.

Dan Moldovanu Capitolul 3.

41
Prin m ărirea duratei fazei inițiale ∆𝛼𝑑, faza de ardere rapidă se deplasează din zona de
turbulență maximă ( 𝑍𝑇𝑀 ) din jurul 𝑝𝑚𝑖 (Fig. 3.12,a). Dacă se păstrează însă neschimbat
avansul la desprindere, atunci se observă că durata fazei de ardere rapidă răm âne
nemodificată (Fig. 3.12,b). Pentru ca punctele de desprindere să coincidă, avansul trebuie
modificat și anume cu cât turația crește, cu atât avansul la producerea scânteii trebuie să fie
mai mare pentru a retrage pe ciclu faza de ardere rapidă, care es te împinsă în destindere de
creșterea duratei fazei inițiale.

Fig. 3.12. Influența poziției pe ciclu a punctului 𝒅 asupra
presiunii maxime. pentru două turații .

Fig. 3.13. Influența turației asupra unor mărimi caracteristice.

Dan Moldovanu Capitolul 3.

42
Experiențe efectuate pe motoare de serie [4](Fig. 3.13) arată că pe tot domeniul de
variație a turației, la sarcină plină, dacă se asigură condiția 𝛽=𝛽𝑜𝑝𝑡, durata fazei de ardere
rapidă ∆𝛼𝑟 și presiunea 𝑝𝑦 rămân cvasiconstante, în schimb 𝜂𝑖 scade odată cu reducerea
turației, deoarece se i ntensifică pierderile de căldură prin pereți 𝑄𝑝≅1/𝑛0,2.
Metoda de determinare a avansului optim cu turația este următoarea: la o turație dată
𝑛𝑖 menținând constanți toți ceilalți factori, se variază 𝛽 și se măsoară puterea efectivă 𝑃𝑒 (Fig.
3.14, a) ; valoarea 𝛽𝑜𝑝𝑡 se obține pentru 𝑃𝑒 = 𝑃𝑒𝑚𝑎𝑥 . Operația se repetă pentru mai multe
turații, apoi se trasează locul geometric al punctelor de putere maximă (curba 𝛽𝑜𝑝𝑡).

Fig. 3.14. Influența sarcinii asupra diagramei
indicate Fig. 3.15. Influența gradului de
umplere (sarcinii) asupra unor parametri
caracteristici
Experimentele [ 3,4,5] arată că la mărirea turației intensitatea detonației scade,
deoarece durata în timp 𝜏𝑝 scade, durata 𝜏𝑎𝑎 crește, iar 𝜂𝑣 scade astfel încât regimul general
de presiuni se reduce, iar gradul de comprimare a amestecului din 𝑍𝐹 scade. în general,
motoarele rapide au o tendință mai redusă la detonatic decât motoarele lente, ceea ce se
ilustrează prin următoarele cifre:
𝑛/𝐶𝑂=1000 /95; 1400 /92, 1800 /88, 2200 /84, 2600 /80, 3200 /66.
𝐴𝑐𝑒𝑎 stă împrejurare a ușurat ridicarea performanței de turație la MAS. Aprinderile
secundare se intensifică cu creșterea turației.
Sarcina . La MAS prin închiderea parțială a obturatorului scade presiunea de admisie
𝑝𝑎 și crește coeficientul gazelor reziduale de ardere 𝛾𝑟. în aceste condiții durata arderii crește
considerabil pe de o parte, prin reducerea vitezei de propagare 𝑊𝑓 (prin reducerea cantității

Dan Moldovanu Capitolul 3.

43
de fluid proaspăt se micșorează viteza 𝑊𝑠𝑎, deci și intensi tatea turbulenței) pe de altă parte,
datorită reducerii vitezei de ardere (crește zona d e ardere din cauză că viteza de reacție este
frânată de 𝑝𝑎 mic și 𝛾𝑟 mare). La sarcini parțiale, randamentul indicat scade sensibil.
Diagramele indicate arată că a rderea are loc lent, aproape izobar pentru 𝛽 = 𝑐𝑡 (deci
MAS -ul nu funcționează numai după ciclul izocor). în aceasta constă dezavantajul d e
principiu al MAS -ului de automobil, deoarece fiind obligat să funcționeze cel mai adesea la
sarcini parțiale, rea lizează o economicitate redusă. Deplasarea arderii în destindere în
condițiile 𝛽 = 𝑐𝑡 se corectează prin retragerea în jurul 𝑝𝑚𝑖 a fazei de ardere rapidă. Corecția
este parțială deoarece nu schimbă condițiile de desfășurare a arderii (presiune și tur bulență
reduse). în acest scop, odată cu reducerea sarcinii se mărește avansul la producerea scânteii.
O corecție suplimentară se aplică calității amestecului. întrucât arderea decurge lent se
amplifică viteza reacției chimice și se reduce parțial grosimea zonei de reacție, prin
îmbogățirea amestecului. Se urmărește astfel să se aranjeze arderea mai aproape de 𝑝𝑚𝑖, în
zona de variație minimă a volumului, pentru a ameliora randamentul termic 𝜂𝑡. Soluția are
însă un dezavantaj, când 𝜆 scade se dezvoltă arderea incompletă. Dar 𝜂𝑖=𝜂𝑡∙𝜂𝑖𝑛; prin
urmare, îmbogățirea amestecului mărește pe 𝜂𝑡 și micșorează pe 𝜂𝑖𝑛. Experiența arată că
există o valoare optimă a lui 𝜆(𝜆=𝜆𝑜𝑝𝑡), care se stabilește pentru fiecare motor în parte, prin
experimentări laborioase, pentru care randamentul indicat este maxim 𝜂𝑖=𝜂𝑖𝑚𝑎𝑥.Variația lui
𝜆𝑜𝑝𝑡 cu gradul de umplere se arată în Figura 3.16. Se observă că la sarcini reduse ( 𝜂𝑖 mic)
𝜆𝑜𝑝𝑡 < 1, adică amestecul este bogat. Totuși, pentru că amestecul definit de 𝜆𝑜𝑝𝑡 conduce la
𝜂𝑖𝑚𝑎𝑥 el se numește amestec economic.

Fig. 3.16. Influența sarcinii asupra unor mărimi caracteristice .

Dan Moldovanu Capitolul 3.

44
Astfel, noțiunea de amestec economic trebuie înțeleasă într -un sens mai larg, nu
numai cum a fost definită atunci când s -a discutat alegerea reglajului economic ( 𝜆𝑒𝑐) sau de
putere ( 𝜆𝑝) pentru determinarea puterii maxime a motorului la sarcină totală. Corelarea
simultană a lui 𝜆𝑜𝑝𝑡 și 𝛽𝑜𝑝𝑡, cu sarcina ( 𝜂𝑣) se arată în Figura 3.16 odată cu variația celorlalți
parametri caracteristici ai arderii.
Dacă la deschiderea completă a obturatorului presiunea maximă atinge 40…60 𝑑𝑎𝑁 /
𝑐𝑚2 (la MAS cu 𝜀= 7,5…10) în condiții de deplasare urbană a unui autoturis m, când
obturatorul este parțial deschis, 𝑃𝑚𝑎𝑥 =18…24 𝑑𝑎𝑁 /𝑐𝑚2, iar la mers în gol 𝑃𝑚𝑎𝑥 =
10…13 𝑑𝑎𝑁 /𝑐𝑚2. Variația calității amestecului cu sarcina ilustrează următoarele principii
fundamentale:
Regimul termic exercită o influență însemnată asupra detonației. Cu cât regimul
termic al motorului este mai ridicat cu atât fluidul proaspăt se va încălzi mai intens în contact
cu pereții calzi, temperatura amestecului din 𝑍𝐹 va spori, în conformitate cu relația (1.22)
crește 𝑇𝑑, ceea ce va ușura autoaprinderea, iar intensitatea detonației va crește. Experiența
arată că prin reducerea temperaturii apei de răcire devine posibilă utilizarea unui combustibil
mai puțin rezistent la detonație (Fig. 3.17). întrucât MAS -urile moderne sunt puternic
solicitate termic, pentru a preveni detonația se utilizează soluții noi care intensifică răcirea
chiulasei.

Fig. 3.17. Influența temperaturii apei de răcire asupra
cifrei octanice la limita de detonație

Dan Moldovanu Capitolul 3.

45
Influențele factorilor constructivi
Raportul de comprimare . Creșterea raportului de comprimare reprezintă principala
cale de sporire a randamentului MAS -ului.
Menținând neschimbat avansul la producerea scânteii, se constată că durata fazei
inițiale ∆𝛼𝑑 scade odată cu mărirea lui 𝜀 deoarece pe această cale se amp lifică temperatura în
momentul declanșării scânteii 𝑇𝑠=𝑇𝑎(𝑉𝑠/𝑉𝑐)𝑚𝑐−1, începutul pe ciclu al fazei de ardere
rapidă se deplasează, durata ∆𝛼𝑟 scade.
Dacă 𝛽 = 𝑐𝑡, faza principală se retrage prea mult spre 𝑝𝑚𝑖; pentru plasarea ei
simetrică, d in cauza reducerii fazei inițiale rezultă că la mărirea lui 𝜀 avansul optim trebuie să
scadă. Mărirea lui 𝜀 determină totodată o creștere a nivelului presiunilor maxime din ciclu. În
condițiile 𝛽 = 𝑐𝑡 aceasta sc explică, pe de o parte, prin ridicarea generală a nivelului de
presiuni, iar, pe de altă parte, prin retragerea fazei principale față de 𝑝𝑚𝑖.

Fig. 3.18. Influența raportului de comprimare asupra presiunii maxime.

Dan Moldovanu Capitolul 3.

46

Fig. 3.19. Influența raportului de comprimare asupra unor parametri ai arderii
(a) și asupra creșterii de putere și reducerii de consum specific de combustibil (b).
S-a pus în evidență o influență specifică și anume aceea a lui 𝜀 asupra cineticii
reacțiilor chimice, care se exercită îndeosebi prin intermediul presiunii. Astfel s -a dovedit că
la mărirea lui 𝜉𝑦 crește considerabil (Fig. 3.19, a).
Așadar creșterea lui 𝜀 constituie o cale de intensificare a transformărilor chimice din
zona de ardere, de reducere a grosimii ei. Întrucât se micșorează și ∆𝛼𝑟, rezultă că
intensitatea arderii modera te scade sensibil iar ∆𝛼𝑚 se micșorează. Astfel, întreaga durată a
arderii se micșorează, ceea ce constituie principala cauză a sporirii lui 𝜂𝑖 cu creșterea lui 𝜀.
Dimensiunile cilindrului . Modificarea dimensiunilor cilindrului determină o
schimbare a duratei de propagare întrucât variază drumul parcurs de flacără 𝑙𝑓≅ 𝐷, când
bujia se fixează la o extremitate a camerei de ardere. Ca urmare, la reducerea alezajului 𝐷,
posibilitatea de apariție a detonație i scade, ceea ce se verifică experimental pr in reducerea
cifrei octanice (Fig. 3.20). De aceea, alezajul maxim la MAS este limitat la aproximativ 100
mm. Tendința actuală de reducere a raportului 𝜓= 𝑆/𝐷 conduce la creșterea lui 𝐷, dacă se
aplică pentru 𝑉𝑠= 𝑐𝑡. Se acționează în sens invers, adică se micșorează 𝑉𝑠 deci 𝐷 prin
mărirea numărului de cilindri la aceeași cilindree totală ( 𝑉𝑠 = 𝑉𝑡/𝑖 = 𝑐𝑡/𝑖), soluție care
devine însă costisitoare în fabricație.

Dan Moldovanu Capitolul 3.

47

Fig. 3.20. Influența alezajului asupra
cifrei octanice la limita de detonație Fig. 3.21. Influența formei camerei de
ardere asupra variației presiunii și a
volumului relativ de amestec cuprins de
frontul de aprindere
Arhitectura camerei de ardere . Alcătuirea rațională a con figurației camerei de
ardere constituie una dintre căile fundamentale prin care constructorul acționează pentru
dirijarea arderii în motor.
Una dintre proprietățile principale ale camerei de ardere o constituie gradul de
cuprindere a amestecului de către frontul de aprindere la deplasarea acestuia. În acest scop se
determină caracteristica de propagare a camerei de ardere care reprezintă raportul dintre
volumul relativ parcurs de frontul de aprindere, în funcție de distanța relativă pe care se
deplasează. Această caracteristică se determină experimental, executând din lemn sa u ipsos o
cameră de ardere și decupând apoi treptat volumele definite de o sferă cu raza 𝑙𝑓 și cu centrul
în dreptul bujiei. în cazul (a) (Fig. 3.21) flacăra cuprinde inițial cantități mari de amestec,
presiunea crește repede la începutul arderii, apoi î nregistrează o creștere lentă; o soluție opusă
(b) conduce la creșterea lentă a presiunii la începutul fazei principale. O soluție intermediară
(c) combină efectele precedente.
.

Dan Moldovanu Capitolul 3.

48

Fig. 3.22. Influența poziției bujiei
asupra variației presiunii în faza de ardere
vizibilă Fig. 3.23. Influența formei camerei de
ardere și a poziției bujiei asupra presiunii
maxime
Arhitectura camerei de ardere influențează durata propagării ∆𝛼𝑟, pe două căi,
evidențiate de relația (1.4). Pentru a reduce drumul total 𝑙𝑟, se acționează atât asupra formei
camerei de ardere cât și asupra poziției bujiei. în primul caz se urmărește realizarea unei
camere de ardere compacte, ceea ce explică eficiența mai mare a camerelor de ardere de tip I.
în al doilea caz, modificând locul de amplasare a bujiei se acționează direct asupra duratei de
propagare, ceea ce se confirmă experimental (Fig. 3.22).
Camera semisferică ( b) are o mare compactitate în comparație cu camera de tip L ( c),
de aceea viteza de creștere a presiunii este mai mare . Dacă se utilizează o cameră semisferică
(a) posedând o dublă aprindere, durata arderii scade substanțial, iar viteza de creștere a
presiunii ia valori ridicate (Fig. 3.23). Dubla aprindere, deși îmbunătățește performanțele de
ardere și mărește siguranța în funcționare (de aceea se utilizează pe motoarele de avion), este
costisitoare. Camera de ardere semisferică se realizează ușor la motoarele în doi timpi, fără
supape.

Dan Moldovanu Capitolul 3.

49
Lista de figuri pentru Cap. I II.
Fig. 3.1. Influența coeficientului de dozaj al aerului asupra presiunii medii și randamentului indicat. 32
Fig. 3.2. Influența coeficientului de dozaj al aerului asupra temperaturii și vitezei de reacție a
combustibilului ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 33
Fig. 3.3. Influența calității amestecului și a momentului declanșării scânteii asupra variației presiunii în
perioada arderii ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 33
Fig. 3.4. Influența coeficientului de dozaj asupra unor indici caracteristici ai ciclului. ……………………. 35
Fig. 3.5. Influența coeficientului de dozaj asupra unor indici și mărimi caracteristice …………………….. 36
Fig. 3.6. Influența coeficientului de dozaj asupra cifrei octanice la limita de detonație. ………………….. 36
Fig. 3.7. Influența avansului la producerea scânteii electrice asupra formei diagramei indicate. …….. 38
Fig. 3.8. Influența avansului la producerea scânteii electrice asupra unor mărimi caracteristice. …….. 38
Fig. 3.9. Influența avansului la producerea scânteii electrice asupra presiunii maxime. ………………….. 38
Fig. 3.10. Influența avansului la producerea scânteii electrice asupra cifrei octanice la limita de
detonație. 39
Fig. 3.11. Influența turației asupra unor parametri caracteristici ai procesului de ardere. ……………….. 40
Fig. 3.12. Influența poziției pe ciclu a punctului 𝒅 asupra presiunii maxime. pentru două turații. …….. 41
Fig. 3.13. Influența turației asupra unor mărimi caracteristice. ………………………….. …………………………. 41
Fig. 3.14. Influența sarcinii asupra diagramei indicate ………………………….. ………………………….. …………. 42
Fig. 3.15. Influența gradului de u mplere (sarcinii) asupra unor parametri caracteristici …………………… 42
Fig. 3.16. Influența sarcinii asupra unor mărimi caracteristice. ………………………….. …………………………. 43
Fig. 3.17. Influența temperaturii apei de răcire asupra cifrei octanice la limita de detonație ……………. 44
Fig. 3.18. Influența raportului de comprimare asupra presiunii maxime. ………………………….. …………… 45
Fig. 3.19. Influența raportului de comprimare asupra unor parametri ai arderii ………………………….. …. 46
Fig. 3.20. Influența alezajului asupra cifrei octanice la limita de detonație ………………………….. …………. 47
Fig. 3.21. Influența formei camerei de ardere asupra variației presiunii și a volumului relativ de amestec
cuprins de frontul de aprindere ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 47
Fig. 3.22. Influența poziției bujiei asupra variației presiunii în faza de ardere vizibilă ……………………….. 48
Fig. 3.23. Influența formei camerei de ardere și a poziției bujiei asupra presiunii maxime ……………….. 48

BIBLIOGRAFIE:

[1] Bățaga, N ., ș.a. Motoare cu ardere internă, București, E.D.P., 1995.
[2] Bobescu, G., Motoare termice, EDP, București, 1979.
[3] Burnete, N., Naghiu A., Rus I., ș.a., Motoare Diesel și Biocombustibili pentru
transportul urban, Editura Mediamira, ISBN 978 -973-713-217-8, 1054 pg., 2008.
[4] Grünwald, B., Teoria, calculul și construcția motoarelor pentru automobile,
București, E.D.P., 1980
[5] Heywood, J., B ., “Internal Combustion Engine Fundamentals”, McGraw -Hill, 1988.

Dan Moldovanu Capitolul 4.

50
4. Influențe asupra arderii în M.A.C. [1, 3]
Următoarele fapte fundamentale deosebesc arderea din MAC de procesul de ardere din
MAS:
1. În MAC injecția com bustibilului lichid în cilindru are loc spre finele cursei de
comprimare, produce câmpuri de concentrație foarte variate.
Amestecul combustibil -aer este neomogen, ceea ce are drept consecințe: aprinderea
amestecului pentru orice valoare a coeficientului de dozaj (la sarcină plină 𝜆≅1,2 …1,4, la
mers în gol 𝜆≅6 …8), din care cauză fenomenul are o mare stabilitate; amestecarea
incompletă a aerului cu combustibilul;
2. În MAC, timpul disponibil pentru formarea amestecului este de 5 …8 ori mai mic
decât la MAS: circa 40 …80°𝑅𝐴 la MAC și 360° 𝑅𝐴 la MAS (aproximativ durata
curselor de admisie și comprimare).
Apariția nucleului de flacără înainte ca amestecarea combustibilului cu aerul să fi avut
loc complet constituie caracteristica dominantă a arderii în MAC, cu consecințe fundamen tale
asupra randamentului și solicitărilor mecanice, asupra vibrațiilor și zgomotului, asupra
duratei de serviciu a motorului. De aceea, controlul autoaprinderii combustibilului și
intensificarea procesului de amestecare a combustibilului cu acrul constitu ie principalele
preocupări ale inginerului mecanic, în domeniu.
Diagrama indicată . Cercetarea procesului de ardere în diagrama indicată, căreia i se
asociază o diagramă de ridicare ℎ𝑎 a acului injectorului, se efectuează prin intermediul
variației de pres iune într -un ciclu cu ardere și unul fără ardere (Fig. 4.1). Ca și scânteia în
MAS, injecția se declanșează cu avansul 𝛽, iar arderea în MAC se desfășoară în trei faze
distincte. Astfel, din momentul declanșării injecției (punctul 𝑖) pînă în momentul desprinderii
curbelor (punctul 𝑑) se consumă faza inițială ∆𝛼𝑑, care reprezintă întârzierea la declanșarea
arderii rapide. În ciclul cu ardere, presiunea crește mai frânat în faza inițială decât în ciclul
fără ardere.
Următoarele dou ă faze ale arderii sunt: faza arderii rapide de durată ∆𝛼𝑟, caracterizată
printr -o creștere rapidă a presiunii, deci prin valori ridicate ale vitezei de creștere a presiunii
(𝑝̇̅ = 3 …6 𝑑𝑎𝑁 /𝑐𝑚2,𝑝𝑚𝑎𝑥 =7 …13 𝑑𝑎𝑁 /𝑐𝑚2°𝑅𝐴). de dteva ori mai mari decât la
MAS; faza arderii moderate de durată ∆𝛼𝑚. După diagrama indicată, ultima fază cuprinde
două intervale caracteristice: primul, de la y la y' ( ∆𝛼𝑚1), în care presiunea rămâne constantă;
al doilea de la y' la i( ∆𝛼𝑚2) în care temperatur a medie a gazelor, precizată de ecuația de stare,

Dan Moldovanu Capitolul 4.

51
se menține cvasiconstantă, iar presiunea scade după o lege oarecare. Este de remarcat că în
unele cazuri (motoare lente), faza arderii rapide lipsește ∆𝛼𝑟= 0;

Fig. 4.1. Diagrama indicată (a) corelată cu ridicarea în altele (motoare rapide) acului
injectorului (b) pentru studiul arderii in MAC. arderea la presiune constantă
În altele (motoare rapide) arderea la presiune constantă are o durată foarte redusă
(câteva grade RA). Se observă că în cazul ∆𝛼𝑟= 0, întârzi erea la declanșarea arderii rapide
este redusă în raport cu durata injecției ( ∆𝛼𝑑≤(∆𝛼𝑗), în cazul ∆𝛼𝑟≠ 0 cele două durate
sunt comparabile.
Influențele factorilor de stare
Temperatura și presiunea. Modificarea regimului de presiuni și temperaturi se
realizează pe căi diferite și anume prin supraalimentare, prin variația raportului de
comprimare, prin variația gradului de încălzire a aerului admis în cilindru, prin modificarea
momentului de declanșare a injecției. Experiența arată o dependență importan tă a întârzierii
la declanșarea arderii rapide ∆𝛼𝑑 față de temperatura (Fig. 4.2, a) sau presiunea de la finele
procesului de comprimare (Fig. 4.2, b). Influența presiunii și temperaturii la finele procesului
de comprimare asupra lui 𝜏𝑑 se explică prin natura polistadială . Cu toate acestea, de la o
anumită temperatură 𝑇𝑐, în sus, ∆𝛼𝑑 rămâne neschimbat, aproximativ 0,5…1,0 𝑚𝑠.

Dan Moldovanu Capitolul 4.

52

Fig. 4.2. Influența parametrilor de stare de la finele
comprimării asupra întârzierii la autoaprindere.
Influențele factorilor funcționali
Avansul la injecție . Întrucât arderea se desfășoară în timp, ca și în cazul MAS -ului, pentru a
preveni deplasarea ei în destindere, injecția trebuie să aibă loc cu avans față de 𝑝𝑚𝑖 (Fig. 4.3,
a). Din aceleași motive ca la MAS și la MAC exi stă un avans optim la injecție (b) pentru care
puterea și economicitatea motorului devin maxime. Odată cu creșterea avansului crește ∆𝛼𝑑
deoarece injecția se produce la un nivel de presiune și temperatură tot mai redus. Acest motiv
ca și faptul că ardere a se desfășoară într -o proporție tot mai mare înaintea 𝑝𝑚𝑖 conduc la un
mers mai brutal ( 𝑝̇̅ crește) și la creșterea presiunii maxime din ciclu 𝑝𝑚𝑎𝑥 (c).

Fig. 4.3. Influența avansului la declanșarea injecției
asupra unor parametri caracteristici.

Dan Moldovanu Capitolul 4.

53
Regimul termic al motorului . La modificarea regimului termic al motorului se
schimbă gradul de încălzire inițială a aerului și ca urmare întârzierea ∆𝛼𝑑. Diagrama indicată
pentru temperatura în regim nominal 𝑡𝑁 motorului și pentru temperatura 0,5 𝑡𝑁 arată o
creștere a întârzierii ∆𝛼𝑑 (Fig. 4.4) a vitezei de creștere a presiunii și a presiunii maxime.

Fig. 4.4. Influența regimului termic
al motorului asupra diagramei indicate Fig. 4.5. Influența coeficientului de sarcină
asupra unor parametri ai ciclului
Sarcina . Diagramele indicate arată că la reducerea sarcinii, durata întârzierii la
declanșarea arderii rapide crește, iar viteza de creștere a presiunii se mărește, în Figura 4.5 se
arată variația unor parametri caracteristici ai procesului de ardere cu sarcina. Se observă că
temperatura în momentul începerii injecției 𝑇𝑖 scade la reducerea sarcinii, ceea ce este
rezultatul reducerii regimului termic al motorului, deoarece se degajă pe ciclu o cantitate mai
mică de căldură. Efectul de temperatura explică creșter ea lui ∆𝛼𝑑 la micșorarea sarcinii. Prin
micșorarea dozei de combustibil, 𝜆 crește pînă la 5…7, ceea ce determină o ardere mai
completă a combustibilului cu creșterea randamentului indicat real 𝜂𝑖. Sporirea acestuia din
urmă are o influență mai redus ă asupra presiunii medii indicate decât micșorarea dozei de
combustibil, din care cauză 𝑝𝑖 scade.
Turația . Sporirea turației determină o creștere a regimului termic al motorului, o
reducere a pierderilor de căldură prin pereți (crește temperatura 𝑇𝑖 din momentul declanșării
injecției, punctul 𝑖) și o ameliorare sensibilă a calității. În acest fel se acționează favorabil
optim de sarcină atât asupra componentei chimice a lui 𝜏𝑑 cât și asupra celei fizice. De aceea,
întârzierea la autoaprindere se mic șorează (Fig. 4.6).

Dan Moldovanu Capitolul 4.

54
Această reducere nu este proporțională cu turația, de aceea întârzierea la declanșarea
arderii rapide, în grade RA (∆𝛼𝑑=6𝑛𝜏𝑑) crește rapid. De aici rezultă că sporirea turației
antrenează o funcționare mai violentă a motorului cu creșterea sensibilă a lui 𝑝̇𝑚𝑎𝑥 Și
deplasează arderea în destindere. Cele două neajunsuri se corectează parțial prin mărirea
avansului la injecție. Soluția este restrictivă deoarece în acest caz se micșorează regimul de
presiuni și temperaturi aplicat a erului în momentul injecției, ceea ce amplifică chiar pe ∆𝛼𝑑.
În plus, soluția nici nu este total eficientă, deoarece ∆𝛼𝑑 crește foarte repede prin mărirea
turației, astfel încât deplasarea arderii în destindere devine inevitabilă. La aceasta se adaugă
efectul turației asupra celorlalte faze ale arderii. Astfel, la mărirea turației timpul disponibil
pentru formarea amestecului se micșorează într -atât încât și durata arderii difuzive crește
substanțial, ceea ce compromite definitiv randamentul indicat re al. De aceea, MAC -urile au
în general turații maxime limitate la 2200 …2800 𝑟𝑜𝑡/𝑚𝑖𝑛, iar pentru unele modele de
motoare mici până la 4000 …5000 𝑟𝑜𝑡/𝑚𝑖𝑛. Această servitute a MAC -ului la care se adaugă
sporirea considerabilă a forțelor de iner ție, din cauza maselor mai mari ale organelor
mecanismului motor limitează creșterea puterii litrice a motorului prin intermediul turației și
explică eforturile susținute de cercetare care se face pentru ameliorarea procesului de ardere
la turații ridicate .

Fig. 4.6. Influența turației asupra întârzierii la declanșarea arderii rapide.
Influențele factorilor constructivi
Raportul de comprimare . O cale eficientă de control a duratei întârzierii la
declanșarea arderii rapide este raportul de comprimare. Prin mărirea lui 𝜀 se obține o creștere
a nivelului presiunii și temperaturii aplicate aerului în momentul injecției, ceea ce reduce
sensibil du rata ∆𝛼𝑑 (Fig. 4.7).

Dan Moldovanu Capitolul 4.

55

Fig. 4.7. Influența raportului de comprimare asupra unor parametri caracteristici.
La mărirea raportului de comprimare 𝜀 se observă că 𝜂𝑖 crește, ceea ce trebuie
explicat atât prin efectul de temperatură maximă cât și prin efectul cineti c. Astfel, la MAC,
procesul de ardere nu limitează rapoartele de comprimare ridicate, ceea ce explică valorile
mari ale lui e la aceste motoare ( 𝜀 = 12…23) precum și masa sporită a motorului, din cauza
forțelor de presiune mai mari, care impun sporirea grosimii pereților organelor; rezultă
totodată o creștere a forțelor de inerție care solicită periculos mai ales lagărele arborelui cotit.
În schimb, la 𝜀 mare se obține nu numai o valoare superioară a lui 𝜂𝑖, dar și motorul
funcționează mai liniștit ( 𝑝̇𝑚𝑎𝑥 scade iar pornirea la rece este ușurată).
Dimensiunile cilindrului . La mărirea alezajului, gradul de complexitate a procesului
de injecție crește deoarece pentru utilizarea completă a aerului periferic este necesar să
crească penetrația jetului, de ci presiunea de injecție, iar pentru distribuția rațională a
amestecului în camera de ardere se sporește numărul de orificii ale injectorului.
Caracteristicile injecției . Unele caracteristici constructive ale sistemului de injecție
afectează sensibil proce sul de ardere și eficiența economică prin efectele pe care le exercită
asupra procesului de pulverizare. Astfel, mărirea diametrului 𝑑0 al orificiului de injecție
conduce la o pulverizare grosolană și determină o creștere a duratei 𝜏𝑑 (Fig. 4.8).

Dan Moldovanu Capitolul 4.

56

Fig. 4.8. Influența diametrului orificiului pulverizatorului (a) și a caracteristicii de
injecție (b) asupra unor parametri ai arderii.

Fig. 4.9. Influența unor parametri ai sistemului de injecție asupra consumului specific
de combustibil.

Dan Moldovanu Capitolul 4.

57
Influențe asupra procesului de d estindere
Începutul procesului de destindere se atribuie în mod convențional momentului în care
presiunea din cilindru atinge valoarea maximă la MAS și momentului terminării injecției la
MAC (punctul 𝑧), iar sfârșitul procesului de destindere, momentului de schiderii organelor de
evacuare (punctul 𝑑𝑠𝑒 în Fig. 4.10).

Fig. 4.10. Durata destinderii, pe diagrama indicată
a unui ciclu motor în patru timpi.
Din studiul arderii a rezultat că arderea continuă întotdeauna după atingerea presiunii
maxime. La MAS urmează per ioada a III -a a arderii, în care continuă reacțiile de ardere în
adâncimea flăcării și au loc de asemenea reacții de re asociere însoțite de degajare de căldură.
La MAC, după încetarea injecției, se desfășoară perioada post -arderii, în care, datorită
imper fecțiunilor formării amestecului în timpul arderii, poate fi eliberată o fracțiune
importanta a căldurii de reacție. Intensitatea degajării căldurii este atât mai mare, încât
adeseori temperatura maximă a ciclului la MAC se atinge după începutul procesului de
destindere.
Datorită temperaturii ridicate a gazelor, destinderea decurge în condițiile cedării
intense de căldură către pereți. Procesul destinderii este prin urinare politropic. Exponentul
politropic este variabil, în funcție de raportul continuu var iabil dintre aportul de căldură, prin
continuarea reacțiilor, și evacuarea de căldură prin pereți, precum și datorită variației
temperaturii gazelor. Dacă temperatura continuă să crească la începutul procesului,
exponentul politropic este corespunzător sub unitar.
După ce temperatura începe să scadă, devine supraunitar și crește în continuare,
devenind egal cu cel adiabatic în momentul în care cantitatea degajată prin reacții este egală
cu cea cedată pereților. Scăderea progresivă a intensității reacțiilor determină creșterea

Dan Moldovanu Capitolul 4.

58
exponentului politropic peste valoarea celui adiabatic. Ca și în cazul compresiei se poate
considera un exponent politropic mediu al destinderii 𝑛𝑑, determinat pe baza ecuației
politropei, scrisă pentru parametri inițiali și finali ai procesului:

Dan Moldovanu Capitolul 4.

59
Lista de figuri pentru Cap. IV.
Fig. 4.1. Diagrama indicată (a) corelată cu ridicarea în altele (motoare rapide) acului injectorului (b)
pentru studiul arderii in MAC. arderea la presiune constantă ………………………….. ………………………….. ….. 51
Fig. 4.2. Influența parametrilor de stare de la finele comprimării asupra întârzierii la autoaprindere. 52
Fig. 4.3. Influența avansului la declanșarea injecției asupra unor parametri caracteristici. ……………… 52
Fig. 4.4. Influența regimului termic al motorului asupra diagramei indicate ………………………….. ……… 53
Fig. 4.5. Influența coeficientului de sarcină asupra unor parametri ai ciclului ………………………….. …… 53
Fig. 4.6. Influența turației asupra întârzierii la declanșarea arderii rapide. ………………………….. ……….. 54
Fig. 4.7. Influența raportului de comprimare asupra unor parametri caracteristici. ……………………….. 55
Fig. 4.8. Influența diametrului orificiului pulverizatorului (a) și a caracteristicii de injecție (b) asupra
unor parametri ai arderii. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………… 56
Fig. 4.9. Influența unor parametri ai sistemului de injecție asupra consumului specific de combustibil.
56
Fig. 4.10. Durata destinderii, pe diagrama indicată a unui ciclu motor în patru timpi. …………………….. 57

BIBLIOGRAFIE:

[1] Bățaga, N ., ș.a. Motoare cu ardere internă, București, E.D.P., 1995.
[2] Bobescu, G., Motoare termice, EDP, București, 1979.
[3] Burnete, N., Naghiu A., Rus I., ș.a., Motoare Diesel și Biocombustibili pentru
transportul urban, Editura Mediamira, ISBN 978 -973-713-217-8, 1054 pg., 2008.
[4] Grünwald, B., Teoria, calculul și construcția motoarelor pentru automobile,
București, E.D.P., 1980
[5] Heywood, J., B ., “Internal Combustion Engine Fundamentals”, McGraw -Hill, 1988.