Fizica și automobilul viitorului

Introducere:

Automobilul este unul din cele mai fascinante dispozitive pe care le poate avea cineva.De asemenea ele sunt tot mai raspandite,deja majoritatea oameniilor isi permite sa isi cumpere masina,unii chiar mai multe.

Automobilul contine duzine de tehnologii--totul,incepand de la motor si pana la roti,este propriul sau univers al proiectarii si ingineriei

Ti-ai deschis vreodata capota masinii,intrebandu-te ce se petrece acolo?Motorul unei masini poate arata ca un mecanism foarte ciudat pentru necunoscatori,cu o incalcitura de cabluri,conducte si metal.

S-ar putea sa vrei sa stii ce se intampla sub capota doar din simpla curiozitate.Sau poate cumperi o masina si vrei sa stii ce inseamna "3.0 litri V-6", "doua axuri cu came",sau "Tdi",si lista poate continua.Ce inseamna toate astea?

In acest proiect voi scrie despre principiile fundamentale ale functionarii motorului,si voi intra in detalii despre cum sunt potrivite toate piesele,si cum functioneaza acestea, despre ce poti face pentru a avea performante mai mari ale motorului.

Scopul motorului unei masini este de a transforma combustibilul in energie de miscare,pentru a putea propulsa masina.Deocamdata cel mai simplu mod de a face acest lucru este arderea combustibilului in motor.De acea motorul masinii este numit "motor cu combustie interna"--arderea are loc in interiorul motorului.

Doua lucruri de retinut:

• Exista diferite tipuri de motoare cu ardere interna.Motoarele Diesel sunt o forma si motoarele "Turbina cu Gaz" sunt o alta forma.Fiecare isi are avantajele si dezavantajele sale.

• Exista si motoare cu combustie externa.Cel mai bun exemplu sunt motoarele cu aburi din locomotivele si vapoarele vechi.Combustibilul (carbunele,lemnul,ulei,etc.) arde in afara motorului pentru a produce aburi,iar aburii creeaza forta motrica in interiorul motorului.Combustia interna este mult mai eficienta decat cea externa,plus motorul cu combustie interna e mult mai mic decat un motor cu combustie externa echivalent la putere.De aceea nu vedem masini in zilele noastre echipate cu motoare cu aburi.

Motoarele pana in zilele noastre:

Modul de functionare al motoarelor Otto si Diesel:

Aproape toate masinile din prezent folosesc ciclul de 4-timpi pentru a transforma combustibilul in energie motrica.Termenul de 4-timpi mai este cunoscut sub denumirea de ciclul Otto,in onoarea lui Nikolaus Otto,care l-a inventat in 1867.

In varianta functionand in patru timpi, succesiunea evenimentelor dintr−un ciclu este urmatoarea:

Timpul 1: Admisia. Miscarea pistonului incepe din partea de sus a cilindrului. Pistonul delimiteaza initial in cilindru,cel mai mic volum. Supapa de admisie este deschisa, iar cea de evacuare inchisa. Pistonul este tras (prin rotirea axului motorului) si in cilindru patrunde un amestec de aer si vapori combustibili(figura a).

Timpul 2: Compresia. La sfarsitul admisiei, pistonul delimiteaza in cilindru cel mai mare volum. Ambele supape sunt inchise. Pistonul este impins (prin rotirea axului motorului) si amestecul este comprimat((figura b).

Timpul 3: Arderea. La sfarsitul compresiei, pistonul delimiteaza in cilindru cel mai mic volum. Ambele supape sunt inchise. Amestecul combustibil este aprins printr−o scanteie produsa de bujie şi arde foarte rapid. Motorul primeste caldura de la arderea combustibilului. Presiunea şi temperatura cresc brusc. Pistonul este impins de gazul care se destinde − motorul efectueaza lucru mechanic. (figura c).

Timpul 4: Evacuarea. La sfarsitul arderii, pistonul delimiteaza initial în cilindru cel mai mare volum. Supapa de evacuare se deschide si gazul din cilindru isi reduce brusc presiunea. Pistonul este impins si gazul este evacuat din cilindru (figura d).

Acum,motorul este pregatit pentru urmatorul ciclu.

Aceasta succesiune de evenimente se repeta de zeci de ori pe secunda, furnizand in timpii 3 suficienta energie sub forma de lucru mecanic pentru a mentine motorul în functiune, dar si pentru a mentine în miscare sistemul cuplat la motor. De retinut ca miscarea care rezulta din miscarea pistonului motorului este rotativa. In motor miscarea liniara a pistonului este transformata in miscare rotativa de arborele cotit.Miscarea rotativa este utila in acest caz deoarece de asemenea vrem ca rotile masinii sa se roteasca.

În 1897, germanul Rudolf Diesel a realizat un motor mai eficient decât cel al lui Otto, comprimand doar aer (neamestecat cu combustibil). Este evitata astfel autoaprinderea combustibilului, iar raportul de compresie poate fi marit foarte mult.

Combustibilul este introdus in cilindrul motorului doar la sfarsitul compresiei, aprinzandu−se in contact cu aerul suficient de fierbinte.

Arderea combustibilului este mai lenta, facandu−se pe masura ce acesta patrunde în cilindru. Transformarea este aproape o izobara.