Modelarea pe calculator a motoarelor termice - schema Young

Introducere

Primele realizări de motoare cu ardere internă datează din a doua jumătate a secolului al XIX-lea. Necesităţile economice capitaliste în plină dezvoltare reclamau crearea unor maşini termice noi de puteri mici şi mijlocii, cu gabarite şi greutăţi mai reduse, cu economicitate superioară şi o exploatare mai uşoară, prin modificare radicală a principiului funcţional al maşinii cu abur.

Primul motor cu ardere internă, brevetat de Lenoir în Franţa (1860), funcţiona cu un amestec de gaz de iluminat şi aer după un ciclu în doi timpi: în prima cursă a pistonului se efectua admisiunea în cilindru a amestecului, urmată de aprinderea de la o scânteie electrică, arderea şi destinderea, iar în cursa inversă – evacuarea gazelor de ardere.

Beau de Rochas, în 1862, stabileşte pentru prima dată importanţa compresiunii amestecului combustibil-aer înaintea începutului arderii şi propune un ciclu în patru timpi. Aceste principii au fost aplicate cu succes la motorul construit de Otto în 1876.

În 1892, Diesel propune un nou principiu de funcţionare: încărcătura admisă în cilindru să fie constituită numai din aer, iar combustibilul să fie introdus ulterior, după compresiunea aerului. Temperatura ridicată a aerului urma să asigure aprinderea combustibilului, iar viteza de injecţie a combustibilului în cilindru, corelată cu deplasarea pistonului, desfăşurarea arderii la o temperatură maximă constantă, pentru apropierea de ciclul Carnot. Motorul construit în 1895 realiza însă o ardere aproximativ izobară.

Perfecţionările neîntrerupte aduse motoarelor cu ardere internă în secolul al XX-lea au permis extinderea lor asupra unor domenii variate de utilizare. Unele avantaje de principiu, şi în general nivelul ridicat al performanţelor, asigură în prezent o largă răspândire a motoarelor cu ardere internă. Astfel, motoarele cu ardere internă ocupă o poziţie principală în transportul naval şi feroviar şi sunt folosite aproape în exclusivitate pentru transportul rutier. Motoarele cu ardere internă se folosesc de asemenea pentru producerea de energie electrică în centralele de vârf sau de mică putere, precum şi în transportul aerian, pe avioane de mică viteză. În agricultură, motoarele cu ardere internă sunt utilizate pe scară largă pentru mecanizarea diverselor lucrări agricole precum şi pentru transport.

Republica Moldova fiind o ţară agrară, având economia bazată pe agricultură, motoarele cu ardere internă prezintă o importanţă deosebită atât pentru economia naţională în ansamblul ei, cât şi pentru agricultură, transport. Utilizate pe tractoare, locomotive, combine sau şasiuri autopropulsate, pe autocamioane sau ca unităţi staţionare, motoarele cu ardere internă asigură mecanizarea muncilor agricole, componenta principală a agrotehnicii moderne cât şi economiei moderne.

Motorul cu ardere internă este o maşină termică de forţă, care transformă căldura obţinută prin arderea combustibilului în lucru mecanic, prin evoluţia unui fluid, numit fluid motor. Specific motorului cu ardere internă este faptul că arderea combustibilului se produce chiar în interiorul motorului; fluidul motor iniţial prin ardere se transformă în fluid motor final. Deci, la motorul cu ardere internă fluidul motor posedă energie chimică, ce se transformă parţial sau complet în căldură în cursul evoluţiei sale.

La motoarele cu ardere internă cu piston energia mecanică se obţine prin acţiunea fluidului motor asupra pistoanelor care, aproape în exclusivitate, au o mişcare alternativă de translaţie. Mişcarea de translaţie a pistoanelor este transformată în mişcare de rotaţie a arborelui motor prin mecanismul bielă manivelă.

Existenţa unui parc vast de motoare cu ardere internă, în continuă creştere şi diversificare, ridică pe primul plan problema exploatării lor raţionale, sub aspectul micşorării consumului de combustibil şi lubrifianţi şi al sporirii siguranţei în exploatare şi durabilităţii şi micşorării poluării.

În condiţiile actuale când se pune tot mai acut problema folosirii raţionale a combustibilului, la aprecierea unui motor interesează în mod deosebit randamentul efectiv, precum şi consumul specific efectiv de combustibil, principalii indici de economicitate care reflectă gradul de perfecţionare a unui motor.

În aceeaşi măsură trebuie urmăriţi alţi indici de economicitate: costul combustibilului, costul motorului, durabilitatea, cheltuielile de exploatare şi reparaţie; indicii constructivi: compactitatea, puterea volumică sau litrică, masa volumică sau litrică, masa pe unitate de putere; indicii de exploatare: siguranţa în funcţionare, deservire uşoară, pornire uşoară şi adaptabilitatea la tracţiune.

Eficienţa economică a motorului, care este un deziderat hotărâtor, trebuie, deci, apreciată în complexitatea ei. În acest sens este semnificativ faptul că unele perfecţionări aduse motorului, deşi măresc preţul de cost, conduc la cheltuieli de exploatare mai reduse, apărând în ansamblu ca eficiente.