CONSTRUCŢIA MOTOARELOR CU ARDERE INTERNĂ
1.1 Generalităţi (motoare în 2, 4 timpi)
Schema de funcţionare a unui motor monocilindric cu ardere internă în patru timpi este prezentată în figura 1.1. În cilindrul 1 se deplasează pistonul 2 articulat prin bolţul 18 la biela 3, articulată la rândul ei cu manivela 4 a arborelui cotit 14. Chiulasa 5, care închide în partea superioară cilindrul, este prevăzută cu un canal de admisie 8, care este controlat de supapa 9 (SA) şi un canal de evacuare 10 controlat prin supapa 12 (SE). De asemenea în chiulasă există un orificiu pentru bujie 6 (MAS) sau pentru injector (MAC).
Încărcătura proaspătă pătrunde în cilindru prin canalul 8 din chiulasă şi secţiunea controlată de supapa de admisie 9 a cărei deschidere comandată prin cama arborelui de distribuţie 11 în funcţie de poziţia pistonului în cilindru. Gazele arse sunt eliminate prin secţiunea 10 controlată de supapa de evacuare SE, prin canalul din chiulasă şi prin colectorul de evacuare. Supapa de evacuare este comandată printr-o camă acţionată de la arborele de distribuţie în funcţie de poziţia pistonului. Cilindrul este plasat în blocul motorului care are partea inferioară sub formă de carter 7, în care sunt prevăzute lagărele 13 ale arborelui cotit. Pe carter se fixează suporţi prin care se sprijină motorul pe şasiul vehiculului, iar partea sa inferioară este închisă printr-o baie de ulei 25. Procesul de funcţionare al motorului în patru timpi este un fenomen periodic (ciclic).
Admisia încărcăturii proaspete se realizează prin deplasarea pistonului de la PMS până în PMI, timp în care supapa de admisie este deschisă iar supapa de evacuare este închisă. Prin rotirea în continuare a arborelui cotit, pistonul se deplasează din PMI până la PMS comprimând încărcătura proaspătă din cilindru, timp în care ambele supape sunt închise. La sfârşitul cursei de comprimare încărcătura proaspătă se aprinde prin scânteie (MAS) sau amestecul se autoaprinde prin injectarea, pulverizarea, vaporizarea şi amestecarea motorinei cu aerul comprimat (MAC).
Urmează destinderea care se realizează în următoarea cursă a pistonului de la PMS la PMI. În timpul destinderii, energia rezultată prin arderea amestecului aer-combustibil se transformă în energie mecanică furnizată arborelui cotit şi mai departe transmisiei şi roţilor motoare ale autovehiculului. La sfârşitul cursei de destindere se deschide supapa de evacuare; o parte din gazele arse se elimină din cilindru datorită presiunii diferenţei pozitive de presiune dintre fluidul din cilindru şi cel din canalul de evacuare, iar restul gazelor arse sunt pompate de către piston în deplasarea sa de la PMI până la PMS, timp în care supapa de evacuare rămâne deschisă. Ciclul se reia apoi printr-o nouă aspiraţie de încărcătură proaspătă. În figura 1.2 se prezintă schematic poziţia mecanismului motor la începutul fiecărei faze (timp) al ciclului de funcţionare, iar în figura 1.3 se prezintă variaţia presiunii fluidului din cilindru corelată cu poziţia pistonului. În figura 1.4 se prezintă schema de principiu a unui motor monocilindric în doi timpi, la care încărcătura proaspătă este introdusă în cilindru din colectorul de baleiaj prin ferestrele sau luminile de baleiaj 8, iar gazele sunt eliminate prin ferestrele sau luminile de evacuare 9.
Fig.1.1 Schema de principiu a motorului cu ardere internă în patru timpi :
1-cilindru; 2-piston; 3-bielă; 4-fus maneton; 5- chiulasă; 6-bujie; 7-carter superior; 8-canal de admisie; 10-canal de evacuare; 11- arbore de distribuţie; 12-supapă de evacuare; 13-cuzinet; 14-arbore cotit; 15-carter inferior; 16-volant; 17-fus palier; 18-bolţ; 19-segmenţi.
Fig. 1.2 1 – Admisie, 2 – Comprimare, 3 – Destindere, 4 – Evacuare;
Fig. 1.3 Variaţia presiunii din cilindru corelată cu poziţia mecanismului motor.
Fig. 1.4 Schema de principiu a motorului cu ardere internă în doi timpi: stânga - începutul comprimării; dreapta - începutul baleiajului; 1-cilindru; 2-piston; 3-bielă; 4-pompă de baleiaj; 5-chiulasă; 6-injector (bujie); 7-carter superior; 8-lumini (ferestre) de admisie; 9-lumini (ferestre) de evacuare; 10-arbore cotit.
Încărcătura proaspătă este aspirată din exterior prin pompa de baleiaj 4. Comprimarea încărcăturii proaspete se realizează în timpul deplasării pistonului de la PMI până la PMS pe o fracţiune de cursă în care fereastra 9 este complet închisă de muchia superioară a pistonului. La sfârşitul comprimării încărcătura proaspătă se aprinde prin scânteie (MAS) sau se injectează combustibilul care se vaporizează, se amestecă cu aerul comprimat iar amestecul se autoaprinde (MAC), după care urmează arderea şi destinderea, procese ce se desfăşoară în timpul deplasării pistonului de la PMS până în PMI. Spre sfârşitul cursei de destindere pistonul descoperă fereastra de evacuare 9, gazele arse scapă spre colectorul de evacuare, după care se deschid şi ferestrele de baleiaj 8. Încărcătura nou introdusă sub presiune, de pompa de baleiaj 4, dislocă restul de gaze arse din cilindru, împingându-le spre fereastra de evacuare 9. Ciclul se reia printr-o nouă umplere a cilindrului 1, la sfârşitul evacuării când se închid luminile de evacuare 9.
1.2 Supraalimentarea motoarelor cu ardere interna
Prin supraalimentare se intelege introducerea incarcaturii proaspete in cilindru la presiuni mai mari decat presiunea ambianta prin precomprimarea partiala sau totala a incarcaturii proaspete inainte de intrarea in motor.
Supraalimentarea se aplica pentru prima data la motoarele cu aprindere prin scanteie (m.a.s.) de avion pentru refacerea puterii , la 5.000 m altitudine puterea motorului scazand la jumatate datorita diminuarii densitatii de aer.
Supraalimentarea m.a.s. are neajunsul detonatiei. Deoarece presiunea si temperatura la inceputul comprimarii cresc, ele se majoreaza pe parcursul intregului ciclu , si apare situatia nedorita de geneza a unor nuclee de flacara in amestec care produc aprinderea inainte ca frontul de flacara generat de bujii sa ajunga in zona respectiva. Arderea anormala cu detonatii a facut ca supraalimentarea m.a.s. sa se restringa , ea revenind in actualitate in anii 70 in tractiunea rutiera , mai intai la cursele de Formula1 si mai apoi la motoare performante de autoturisme.
In cazul motoarelor cu aprindere prin compresiune (m.a.c.) supraalimentarea este benefica pentru procesul de aprindere si ardere si datorita temperaturii mai mari a aerului comprimat .Din acest motiv in prezent se supraalimenteaza si motoare de 40…50 Kw ,supraalimentarea avand ca efect cresterea presiunii si a densitatii fluidului proaspat, ceea ce conduce la majorarea presiunii efective Pe. Majorarea turatiei este insa limitata deoarece fortele maselor in miscare de rotatie si a celor in miscare de translatie , cresc cu patratul vitezei unghiulare. Din acest motiv cel mai simplu mijloc pentru cresterea puterii , in conditiile mentinerii gabaritului motorului, este majorarea pe prin precomprimarea fluidului proaspat in afara motorului.
Intr-o schema sintetica supraalimentarea poate fi clasificata dupa urmatoarele criterii:
1.Mod de obtinere a presiunii pentru supraalimentare
a)Prin mijloace exterioare motorului , de exemplu cu ajutorul unei suflante antrenate electric.
b)Prin valorificarea unei cote parti a energiei vehiculate de motor:
-fara suflanta si turbina, folosind un sistem de admisie adecvat ce exploateaza fenomenele de unda de pe traseul de aspiratie;
-fara suflanta, cu exploatarea energiei undelor de presiune din traseul de evacuare , cum este sistemul Comprex;
-cu suflanta antrenata de la arborele motor;
-cu suflanta si turbina cu gaze de impuls sau de presiune constanta;
2. Tipul constructiv al suflantei:
a) Suflanta volumica (cu piston in miscare alternativa sau cu rotor);
b) Suflanta dinamica radiala , axiala sau radial-axiala , la care comprimarea fluidului este realizata pe baza impulsului primit de la paletele suflantei.
3.Mod de cuplare cu motorul si de prelucrare a energiei:
a)Supraalimentare mecanica cu suflanta cuplata la arborele motor, fara turbina cu gaze;
b)Turbosupraalimentarea consacrata , suflanta fiind antrenata de turbina cu gaze de pe esapare , grupul neavand legatura cinematica cu motorul ci numai gazodinamica;
c)Turbosupraalimentare mixta , grupul de turbosupraalimentare fiind cuplat si cu arborele motorului;
d)Turbosupraalimentare cu un grup turbina-suflanta si turbina de putere suplimentara antrenata separat de gazele de esapament compound.
1.3 Construcţie m.a.i.
1.3.1 BLOCUL MOTOR
a) Rolul. Blocul motor îndeplineşte rolul de schelet al întregului motor, pe el montându-se toate organele şi subansamblele acestuia. De aceea el este o piesă complicată constructiv şi cu masa de aprox. 25...35 % din masa întregului motor.
b) Solicitări, Blocul motor este supus la acţiunea forţelor de presiune a gazelor, forţelor de inerţie şi momentele acestora, toate, transmiţându-se prin intermediul lagărelor paliere la suportul motorului, iar de aici la şasiul automobilului. Totodată apar solicitări suplimentare datorate încărcării termice şi strângerii la montaj a diferitelor piese. Nu este supus la uzură, decât dacă cilindrii sunt alezaţi direct în bloc.
c) Cerinţe:- mare rigiditate şi stabilitate dimensională; - masă redusă şi formă constructivă simplă; - să permită acces uşor la subansamblele montate pe acesta; - gabarit şi preţ de cost reduse.
d) Construcţie:Părţile componente ale blocului motor sunt blocul cilindrilor şi carterul superior. La motoarele răcite cu apă acestea formează, de regulă, un corp comun , fiind simultan turnate. La motoarele răcite cu aer cilindrii sunt piese indivi-duale care se fixează pe carterul superior cu şurub-uri lungi ce prind şi chiulasa , sau cu şuruburi scur-te . În ambele cazuri chiulasa poate fi individuală sau pentru un grup de cilindri.
e) Materiale, tehnologie de fabricaţie, verificare si montaj. Blocul motor se execută numai prin turnare din fontă (MAS şi MAC) sau din aliaje de aluminiu (MAS).
f) Comportarea în exploatare (defecţiuni, cauze, efecte):În exploatare pot apărea următoarele defecţiuni:- fisuri ale blocului datorate defecţiunilor de fabricaţie şi/sau de montaj care duc la redistribuirea sarcinilor şi apariţia unor tensiuni locale;- fisuri ale blocului, ca urmare a îngheţării apei din sistemul de răcire;- spargeri ale blocului ca urmare a ruperii altor organe aflate în mişcare şi care lovesc astfel blocul.În toate cazurile blocul motor devine inutilizabil, nu mai poate fi reparat în condiţii de siguranţă şi deci necesită înlocuirea.
1.3.2 CHIULASA Şl GARNITURA DE CHIULASĂ
a) Rolul Chiulasa închide cilindrul la partea superioară formând peretele fix al camerei de ardere. Totodată pe chiulasa se dispun o parte din organele distribuţiei (supapele şi uneori arborele cu came)
b) Solicitări Chiulasa este supusă forţei de presiune a gazelor şi solicitărilor termice care sunt inegal distribuite, fiind mai mari în zona SE, pe unde trec gaze cu temperaturi de peste 1000 K şi mai mici în zona SA pe unde gazele au temperaturi sub 350 K.
c) Cerinţe Faţă de chiulasa se impun următoarele cerinţe:- rigiditate şi rezistenţă la solicitări termice;- forma constructivă mai puţin complicată;- dilatare şi masă reduse.
d) Construcţie Elementele componente (în secţiune transversală) ale unei chiulase de MAS. Chiulasa unui MAC are aproximativ aceleaşi elemente, cu excepţia faptului că în locul bujiei se montează injectorul, iar camera de ardere poate fi în capul pistonului (MAC cu camera de ardere unitară sau injecţie directă), sau în chiulasa (MAC cu camera de ardere divizată - cameră de vârtej sau antecameră).
e) Materiale, tehnologie de fabricaţie, verificare şi montaj .Chiulasa se execută numai prin turnare din aliaje de aluminiu pentru MAS şi din fontă pentru MAC. Aliajele de Al au o conductibilitate termică mai bună ceea ce face ca o chiulasa de MAS să fie mai rece, lucru esenţial la acest motor, Invers, in cazul MAC-ului, unde se urmăreşte o chiulasa mai caldă care să uşureze autoaprinderea amestecului aer - combustibil.
f) Comportarea în exploatare. Defecţiunile mai frecvente ce pot apărea sunt:- deformarea chiulasei (ovalizarea) cauzată de dilatarea excesivă ca urmare a lipsei de lichid de răcire sau a nestrângerii la cuplu a şuruburilor de chiulasă; astfel, suprafaţa de îmbinare cu blocul îşi pierde planeitatea ceea ce face posibilă scăparea flăcării din cilindru şi arderea garniturii de chiulasă;- fisuri ale pereţilor chiulasei datorită îngheţării apei din sistemul de răcire sau a unor supraîncălziri locale cauzate de lipsa de lichid de răcire;- deteriorarea filetului bujiei datorită strângerii incorecte a acesteia; - depuneri de calamină pe pereţii camerei de ardere, datorate unui exces de ulei, ulei de calitate inferioară, amestec prea bogat sau defecţiuni de aprindere. Prima defecţiune poate fi remediată printr-o rectificare, însă următoarele două fac chiulasă inutilizabilă, fiind necesară înlocuirea ei.
Garnitura de chiulasă
Asigură etanşarea dintre chiulasă şi blocul motor. In mod obişnuit se utilizează o garnitură comună pentru toţi cilindri, dar uneori se folosesc şi garnituri de chiulasă pentru grupuri de cilindrii (ARO Diesel are 2 garnituri fiecare pentru un grup de 2 cilindrii, iar MAN D 2156 HM are 2 garnituri pentru grupuri de câte 3 cilindri).Deoarece această garnitură este supusă unor forţe şi temperaturi variabile, ea trebuie să asigure o etanşare perfectă pentru ca în timpul procesului de ardere, când presiunea gazelor tinde să îndepărteze chiulasă, să nu aibă loc scăpări degaze printre blocul motor şi chiulasă. De aceea materialul din care ea se execută trebuie să fie suficient de elastic, iar tensiunea creată la montaj prin strângerea şuruburilor să nu depăşească limita de elasticitate. Elasticitatea materialului cât şi rezistenţa mecanică trebuie să se păstreze şi la temperaturile înalte de funcţionare ale motorului.
În funcţie de particularităţile motorului garniturile de chiulasă sunt de mai multe feluri:
a) Metalo-plastice care sunt formate dintr-o foaie de azbest sau ţesătură din fir metalic cu azbest învelite în tablă subţire de cupru, alamă sau fier care îi asigură rezistenta necesară. Marginile orificiilor pt camera de ardere sunt bordurate.
b) Plastice din foi de azb-est grafitate care sunt mai puţin rezistente, dar se adaptează bine la neuniformităţile suprafeţelor cu care se îmbină. Orificiile garniturii se bordurează, în special cele pt camera de ardere. Aceste garnitu-ri au cea mai largă utilizare ele montându-se atât la MAS cât şi la MAC.
c) Metalice care pot fi din :- tablă de aluminiu sau cupru; pt aceste garnituri se execută nişte ca-neluri în chiulasă şi gulerul cilind-rului, iar proemi-nenţele lor intră în garnitură la strângere;- tablă de oţel moale cu grosime de 0,4.. ..0,6 mm şi cu ondul-aţii de diferite adâncimi în jurul orificiilor ce treb-uie etanşate.
1.3.3 CILINDRUL
a) Rolul Cilindrul este organul motorului în care se desfăşoară toate procesele din ciclul motorului aici având loc transformarea energiei chimice a combustibilului în lucru mecanic.
b) Solicitări Cilindrul este supus la :- forţa de presiune a gaze-lor; - solicitări termice cauzate de căldura degajată prin arderea combustibilului;- uzura corozivă, ade-zivă şi abrazivă produsă de gazele de ardere, unge-rea deficitară mai ales în zona pct moarte şi respec-tiv datorită particulelor abrazive pătrunse în cilindru odată cu aerul aspirat sau rezultate din frecarea între diferite piese şi transportate de uleiul de ungere.
c) Cerinţe Se impun următoarele cerinţe :
- rezistentă mecanică la forţa de presiune a gazelor.
- rezistentă la solicitări termice;- rezistenţă la cele 3 tipuri de uzură.
d) Construcţie Cilindrul poate fi nedemontabil (neamovibil) sau demontabil (amovibil). În primul caz el se alezează direct în materialul blocului. Dezavantajul este acela că întreg blocul trebuie turnat dintr-un material rezis-tent la uzură, în schimb blocul are o rigiditate mai mare. Cilindrul demontabil se mai numeşte şi cămaşă de cilindru. Cămaşa de cilindru poate fi uscată sau umedă . Cămaşa uscată nu vine în contact direct cu lichidul de răcire, în timp ce cămaşa umedă se defineşte prin opoziţie. Cămaşa uscată poate fi montată pe toată lungimea cilindrului sau numai la partea superioară a acestuia. e) Materiale, tehnologie de fabricaţie, verificare si montai. Cilindrul se confecţionează prin turnare centrifugală din fontă perlitică cu grafit lamelar fin sau nodular nealiată sau aliată cu Ni, Cr, Mo, Cu. Apoi se prelucrează prin aşchiere suprafaţa interi-oară numită şi oglinda cilindrului, după care urme-ază o operaţie de honuire a acestei suprafeţe până ce rugozitatea ajunge la 0,35...0,45 fim. S-a consta-tat că la această rugozitate oglinda cilindrului reţi-ne o peliculă de ulei care o protejează cât timp motorul este oprit, în plus raportul calitate/preţ de fabricaţie este optim
f) Comportarea în exploatare. Pot apărea următoarele defecţiuni:- uzura normală a cilindrului datorată factorilor enumeraţi la punctul b, uzură care apare în timp chiar şi în cazul unei exploatări şi întreţineri corecte;- uzura anormală datorită defectelor de material sau de tratament termic, corelate cu factorii anteriori şi cu o exploatare sau întreţinere incorectă (filtru ulei colmatat, lipsă filtru de aer);- griparea cilindrului cauzată de supraîncălzirea oglinzii acestuia ca urmare a lipsei de ungere şi/sau de răcire; aceasta constă din topirea materialului pistonului şi aderarea lui la suprafaţa cilindrului;- fisurarea cilindrului când îngheaţă apa din sistemul de răcire;- uzura adezivă, abrazivă şi corozivă a oglinzii cilindrului cauzate de: ungere insuficientă, lipsă filtru de aer sau filtrul de ulei est colmatat, acţiunea chimică a produselor rezultate în urma arderii).In exploatare, în generat, cilindrul nu se repară ci se înlocuieşte. Atunci când nu se dispune însă de cilindri noi, se pot aleza cei vechi, dacă gradul de uzura permite, până la una din cotele de reparaţie pentru care se dispune de pistoane corespunzătoare.
1.3.4 CUZINEŢII
a) Rolul Cuzineţii sunt piese semicilindrice inelare cu rol de căptuşire a lagărelor manetoane şi paliere în scopul de a micşora frecările.
b) Solicitări. Cu-zineţii sunt supuşi în principal la uzură datorită fre-cării dintre ei şi fusuri dar şi la solicitări mecanice provocate de forţa de presiune a gazelor şi forţele de inerţie. Solicitările termice există dar sunt sem-nificative numai în cazul lipsei de ungere.
c) Cerinţe. Faţă de cuzineţi se impun următoarele cerinţe:- rezistenţă mecanică; bune proprietăţi de alunecare, deci rezistenţă la uzura; adaptabilitate la forma lagărului.
d) Construcţie. Cuzinetul este format dintr-o carcasă de oţel pe care se depune un strat de material antifricţiune.
e) Materiale, tehnologie de fabricaţie, verificare si montai Carcasa din oţel se execută prin laminare din bandă de oţel cu conţinut de C de max. 0,08%. Stratul antifricţiune se aplică prin placare sau laminare pe carcasă, ori se depune galvanic sau chimic.
f) Comportarea în exploatare. Cuzineţii sunt supuşi uzurii normale chiar dacă sunt respectate toate indicaţiile uzinei constructoare privind întreţinerea şi exploatarea. în afară de aceasta mai poate apărea griparea cuzineţilor, care constă din topirea stratului antifricţiune şi aderarea lui la suprafaţa fusului atunci când lagărul respectiv nu mai are ulei de ungere. Remediul constă din rectificarea arborelui, cotit şi înlocuirea cuzineţilor.
Ca o defecţiune mai frecventă ar fi apariţia de zgârieturi sau rizuri pe suprafaţa de alunecare a cuzinetului ca urmare a unor particule dure existente în ulei şi nereţinute de filtrul din cauza colmatării lui.
1.3.5 PISTONUL
a) Rolul. Pistonul este organul din mecanismul motor care îndeplineşte următoarele funcţiunii:
1) preia forţa de presiune a gazelor şi o transmite prin intermediul bolţului şi a bielei, la arborele cotit. Mişcarea sa alternativă este transformată, prin inte-rmediul mecanismului bielă-manivelă, în mişcare de rotaţie a arborelui cotit;
2) preia reacţiunile det de bielă şi le transmite suprafeţei cilindrului;
3) asigură cu ajutorul segmenţilor etanşarea camerei de ardere.
4) serveşte ca mijloc de transmitere a căldurii la pereţii cilindrului şi chiar la aerul din carter;
5) împreună cu segmentii asigură reglarea cantităţii de ulei pe oglinda cilindrilor;
6) la motoarele în 2 timpi pistonul mai are în plus şi rolul de organ de distibuţie el comandând deschiderea şi închiderea luminilor de baleiaj şi de evacuare.
b) Solicitări. Este supus la solicitări mecanice datorate forţei de presiune a gazelor, solicitări termice deoarece dea-supra pistonului are loc procesul de ardere, şi la uzură, el fiind o piesă în mişcare relativă faţă de cilindru, deci între ele existând frecare. Diminuarea acestei frecări se face printr-o peliculă de ulei ce se depune prin ceaţă şi stropire pe oglinda cilindrului.
c) Cerinţe Faţă de piston se impun următoarele cerinţe;
- rezistanţă mecanică la acţiunea forţei de presiune a gazelor şi menţinerea acesteia la temp ridicate;
- termoconductibilitate mare în scopul micşorării temp;
- dilatare redusă şi concordanţă a acesteia cu dilatarea cilindrului:
- coefi mic de frecare şi deci rezistentă înaltă la uzură:
d) Construcţie. Pistonul se compune din patru părţi şi anume:
1) capul pistonului care preia forţa de presiune a gazelor,
2) regiunea port-segmenţi care conţine canalele unde se montează segmentii;
3) mantaua sau fusta pistonului, care ghidează pistonul în mişcarea sa alternativă;
4) bosajele sau umerii pistonului, unde se execută alezajul pentru bolţ.
e) Comportarea în exploatare. Pistonul în exploatare se deformează din mai multe cauze şi anume :- sub acţiunea dilatărilor termice.
De asemenea pist este supus uzurii normale sau anormale din aceleaşi motive ca şi cilindrul, dar apare mai ales griparea pistonului care constă din topirea unui strat superficial din materialul acestuia şi aderarea lui la oglinda cilindrului. Cauza o constituie supraîncălzirea prin frecare a cuplului piston-cilindru în principal din lipsă de ungere şi/sau de răcire. Griparea poate ajunge, în cel mai grav caz, până la "sudarea" pistoanelor de cilindri şi deci blocarea motorului, când remedierea nu se mai poate face decât prin înlocuirea întregului set motor. Spargerea capului pistonului poate avea loc atunci când în cilindru se dezvoltă timp îndelungat o ardere cu detonaţie sau în cazul ruperii uneia din supape şi căderea ei în cilindru. Datorită unor jocuri mari între piston şi cilindru (peste 0,001 D) apare fenomenul de bătaie a pistonului când mantaua, mai ales la MAS unde este mai subţire, se poate sparge.
f) Materiale, tehnologie de fabricaţie, control si montai. Pistonul poate fi executat prin două procedee şi anume: turnare în cochilă sau matriţare. Turnarea este mai des utilizată, mai ales la motoarele de serie, deoarece este un procedeu mai ieftin şi care conferă rezistenţă mecanică suficientă pentru solicitările la care este supus un astfel de motor. Matriţarea se utilizează pentru pistoanele motoarelor puternic solicitate cum ar fi cele de curse. Ca materiale se utilizează:- aliaje de aluminiu cu cupru numite şi aliaje Y;- aliaje de aluminiu cu siliciu numite silumin. Se exemplifică în continuare câteva materiale mai des utilizate, conform STAS 201/2 - 80: ATN Cu4 Ni2 Mg, ATC Cu4 Ni2 Mg, ATN Cu 10 Mg, ATC Si6 Cu4, ATC Si7 Mg, ATC Si 10 Cu3 Mg, ATC Si 12 Cu Mg Ni etc.
1.3.6 BOLŢUL
a) Rolul. Bolţul face legătura între piston şi bielă. Prin intermediul lui se transmite forţa de presiune a gazelor de la piston la bielă.
b) Solicitări. Este su-pus la solicitări mecanice de încovoiere, forfecare şi oboseală de către forţa de pres a gazelor (Fp), precum şi la uzură.
c) Cerinţe. Având în vedere solicitările menţionate anterior el trebuie să aibă o tenacitate ridicată a miezului dar şi o duritate ridicată a suprafeţei exterioare pentru a reduce uzurile care sunt mult favorizate de o ungere deficitară. De asemenea fiind o piesă în mişcare trebuie să aibă o masă redus pentru a micşora forţele de inerţie pe care aceasta le introduce în întreg mecanismul motor.
d) Construcţie. Bolţul are o formă tubulară, profilul exterior fiind întot-deauna cilindric, iar cel interior poate avea diferite forme însă din motive de economicitate, cei mai des se utilizează tot profilul cilindric şi pt interior.
1.3.7 SEGMENTII
a) Rolul. Segmentii au rolul de etanşare a camerei de ardere, împiedicând scăparea gazelor din cilin-dru spre carter, şi de radere a surplusului de ulei de pe oglinda cilindrului. De aceea există două tipuri de segmenţi şi anume: segmenţi de compresie şi segmenţi de ungere sau raclori.
b) Solicitări. Segmentii sunt piese solicitate mai mult la uzură şi termic. Aceasta deoarece sunt în contact direct cu cilindrul fată de care au o mişcare relativă, şi cu gazele fierbinţi, mai ales primul segment dinspre camera de ardere care se mai numeşte şi "segment de foc".
c) Cerinţe. Rezistenţă la uzură, solicitări termice şi coroziunea provocată de gazele de ardere.
d) Construcţie. Segmentii de compresie sunt cei care asigură etanşarea camerei de ardere şi ei se montează în RPS cel mai aproape de capul pist (de regulă sunt 2 segmenţi de compresie şi unul de un-gere). îndeplinirea rolului de etanşare al segmenţilor de compresie se face cu ajutorul presiunii elas-tice cu care aceştia sunt realizaţi din fabricaţie, a pres gazelor scăpate în spatele segmentului care contribuie ia apăsarea suplimentară a segmentului pe oglinda cilindrului şi a peliculei de ulei dintre segment şi cilindru care umple golurile dintre asperităţi.
e) Materialele tehnologie de fabricaţie, control si montai. Segmentii se fabrică prin turnare individuală în ciorchine. Ca material se foloseşte fonta aliată cu Si, Mn, P (fonte Kl, IKA, K9) şi cantităţi reduse de Cr, Ni, Mo, Ti, Cu .După turnare se prelucrează prin aşchiere pe un dom, se taie fanta şi, apoi se supun unui tratament de ter-mofixare pentru obţinerea elasticităţii necesară. Uneori suprafaţa de contact a segmentului cu cili-ndrul se acoperă prin cromare poroasă într-un strat gros de 60... 170 μm. Cromarea se aplică mai ales la primul segment care lucrează la temperaturi mai înalte şi se uzează cel mai mult. Rugozitatea supra-feţei laterale este de max. 1,6 μm. Segmentii din oţel se fabrică prin ştanţare din tablă. Montarea segmenţilor pe piston se face respectând poziţia marcajului "TOP" sau al mărcii firmei producăto-are (NOVA ori GOTZE) care trebuie să fie spre capul pistonului, iar fanta trebuie să fie echiunghiular decalată, (la 120° pentru un piston cu 3 segmenţi).
f)Comportarea în exploatare. Segmentii se uzează atât normal, cât şi anormal din aceleaşi motive din care se uzează şi cilindrul. In plus segmentii se pot rupe în cazul arderilor îndelungate cu detonaţie sau al blocării lor în canal datorită gumelor şi lacurilor ce se formează aici ca urmare a arderii în primul rând a uleiului. Efectul este cel de scădere al presiunii gazelor din cilindru ele scăpând în carterul motorului, ceea ce duce la scăderea puterii motorului, creşterea consumului de combustibil şi funcţionarea cu fum la eşapament ca urmare a arderii uleiului de ungere care nu mai poate fi ras corect de pe oglinda cilindrului. Remedierea constă din înlocuirea setului de segmenţi.
1.3.8 BIELA
a) Rolul. Biela realizează transformarea mişc-ării alternative a pistonului în mişcare de rotaţie a arborelui cotit şi transmite forţa de presiune a gazelor de la piston la arborele cotit.
b) Solicitări. Biela este supusă la solicitările simple de întindere, compresiune, încovoiere, toate fiind produse de acţiunea comună a forţei de presiune a gazelor (Fp) şi a forţelor de inerţie a pistonului, bolţului şi segmenţilor.
c) Cerinţe, Biela trebuie să aibă rezisten-ţă mecanică ridicată şi masă redusă deoarece este supusă forţelor de inerţie.
d) Materialele, tehnologie de fabricaţie, control şi montaj. Biela se execută prin matriţare din OLC 45, 55, 60 sau din oţel alia-te cu Mo, Cr, Mn. Apoi corpul bielei este debavur-at şi se şlefuiesc racordările. Se prelucrează prin aşchiere alezajul pentru bolţ după care cu capacul în stare montată se prelucrează alezajul pentru fusul maneton. După această operaţie cele două piese; biela şi capacul, devin neinterschimbabile.
1.3.9 ARBORELE COTIT
a) Rolul. Arborele cotit are rolul de a transmite în exterior lucrul mecanic produs în cilindrii motoru-lui. Mişcarea de translaţie a pistoanelor este trans-formată în mişcare proprie de rotaţie prin inter-mediul întregului mecanism bielă-manivelă. De asemenea arborele cotit antrenează în mişcare de rotaţie o serie de alte subansamble sau organe ale motorului, cum ar fi: arborele cu came, pompa de apă, de ulei, de injecţie, alternatorul, compresorul pentru sistemul de frânare, etc.
b) Solicitări. Arborele cotit este piesa cea mai solicitată din în-treg motorul el fiind supus la: întindere, compresiune, încovoiere, torsiune, solicitări cu şoc, oboseală, uzură. Toate aceste solicitări sunt provocate de forţele ce acţionează în mecanismul motor şi de momentele generate de acestea (la motorul poli-cilindric).
c) Cerinţe. Fiind o piesă atât de solic-tată cerinţele sunt pe măsură şi anume:rezistenţă mecanică, rigiditate, precizie dimensională, duritate a suprafeţelor fusurilor, coaxialitate a centrelor fusurilor.
d) Construcţie. Părţile componente ale arborelui cotit sunt: Capătul din faţa este porţiunea executată de obicei în trepte şi pe care se montează următoarele elemente: pinionul de antrenare al distribuţiei, simering de etanşare la ulei, fulia arborelui cotit, uneori un amortizor de vibraţii torsionale.
Fusurile paliere sunt fusurile ce se găsesc pe axa de rotaţie şi prin intermediul cărora arborele cotit se sprijină în lagărele paliere executate în carterul superior al blocului motor. Toate fusurile au acelaşi diametru şi aceeaşi lungime cu excepţia, de regulă a fusului palier din mijloc care este mai lung deo-arece aici se montează nişte cale semiinelare pt fix-area axială a arborelui cotit. (La motorul autoturis-mului DACIA, jocul longitudinal maxim admis al arborelui cotit este de 0,05...0,23 mm).
Fusurile manetoane sunt fusurile ce se găsesc de-a lungul şi în jurul axei de rotaţie a arborelui cotit la distanţa r=S/2, unde S este cursa pistonului. Toate au acela-şi diametru şi aceeaşi lungime. La unele construc-ţii, pt uşurare, fusurile manetoane şi chiar cele paliere se găuresc, diametrul găurii ajungând la 60...80% din diametrul fusului.
Braţele sunt părţile care fac legătura între cele două tipuri de fusuri. Pot avea diferite forme constructive însă, cel mai des la motoarele de automobile se utilizează.Braţe-le de formă eliptica . Două fusuri paliere alăturate, împreună cu cele două braţe şi fusul maneton din-tre acestea, formează un cot (manivelă) al arbore-lui.
Contragreutăţile sunt mase dispuse pe prelungirea braţelor, în sens opus fusului maneton, şi care serv-esc pt echilibrare. Ele pot fi turnate odată cu arbo-rele ,sau pot fi piese separate, când se fixează cu şuruburi .
e) Materiale, tehnologie de fabricaţie, control şi montai. Arborele cotit se execută prin turnare sau prin forjare. Arborele turnat este mai puţin rezistent mecanic decât cel forjat însă este mai ieftin. De aceea arborele turnat se foloseşte la MAS-uri de serie, iar cel forjat ia MAS-uri de com-petiţii sportive sau la MAC-uri de mare putere.
f) Comportarea în exploatare. In afara uzurii normale a fusurilor, mai pot apărea:- griparea fusurilor ca urmare a topirii stratului antifricţiune de pe cuzineţi şi aderarea lui la fus;- rizuri sau zgârieturi pe suprafaţa fusului ca urmare a unor impurităţi mari existente în ulei şi nereţinute de filtru;- ovalizări ale fusurilor din cauza defectelor de material asociate cu deficiente de ungere şi cu forţe mari ce acţionează în lagăre.Datorită uzurii fusurilor jocul acestora în lagăre creşte ceea ce duce la scăderea presiunii uleiului din sistemul de ungere (presiunea minimă acceptată a uleiului la o temperatură a acestuia de 80°C şi la turaţia de 775±25 rot/min este de 0,7 bar, iar la turaţia de 4000 rot/min, este de 3,5...4 bar, pentru motorul autoturismului DACIA) De aceea arborele cotit se repară prin rectificarea fusurilor la una din cotele de reparaţie (Rl, R2, ....). în acest mod diametrul fusului scade (de regulă pentru fiecare treaptă de reparaţie scade cu 0,25 mm) drept pentru care în scopul menţinerii jocului din lagăr în limitele normale.
