Sesiunea Ştiinţifică Studenţească, 16-17 mai 2014
MECATRONICA ECHILIBRARII MOTOARELOR TERMICE NEACSU Adrian1 Conducător ştiinţific: Lector.univ.dr.ing. Florian Petrescu REZUMAT: Motoarele termice cu piston sunt utilizate pe scară largă de la generarea de energie electrică până la automobile. Aceste motoare sunt supuse la zgomot, vibrații si uzură, cauzate de forțele de inerție neechilibrate care produc probleme în funcționarea lor. Pentru a reduce la minimum dezechilibrul, motoarele cu piston sunt analizate din punct de vedere al forțelor de inerție neechilibrate și momentelor produse de acestea in funcție de configurația diferită a cilindrilor si de ordinea de aprindere a acestora. Cuvinte cheie: mecatronică, motoare termice, echilibrare
1
In aspectul echilibrării mecanismului motor o pondere relativ importanta o are amplasarea cilindrilor motorului. Clasificarea motoarelor termice după așezarea cilindrilor este următoarea: -motoare cu cilindrii în linie. -motoare cu cilindrii în V. -motoare cu cilindrii în W. -motoare cu cilindrii și pistoanele opuse, boxer. -motoare înclinate, la care cilindrii au axele situate în același plan, însă înclinat față de planul vertical. -motoare cu cilindrii așezați în stea, utilizate cu precădere unde este nevoie de un raport putere/greutat mare, de exemplu în aviație și în marina militară (vedete). -motoare cu cilindrii în „Δ” Delta, Napier Delticmotoare folosite la căile ferate și vapoare englezești.
INTRODUCERE
Echilibrarea unui mecanism este extrem de importantă pentru diminuarea șocurilor, a jocurilor, a bătăilor în funcționare, a vibrațiilor, a zgomotelor, iar atunci când turația de lucru e ridicată (peste 700800 [rot/min]) echilibrarea devine vitală, fără ea mecanismul respectiv riscând o uzură rapidă urmată de ruperea, și chiar posibilitatea creării de accidente grave. Echilibrările sunt de două mari categorii: statice și dinamice. Echilibrarea statică totală presupune echilibrarea tuturor forțelor de inerție ale unui mecanism. Echilibrarea dinamică totală presupune echilibrarea tuturor momentelor de inerție ale unui mecanism, datorate (create de), forțelor (le) inerțiale. Se pot realiza echilibrări simple, totale, parțiale, combinate; o echilibrare poate fi totală, parțială, sau de loc static, totală, parțială, sau de loc dinamic. Și se pot realiza și combinații de acest gen. De regulă se realizează echilibrări statice totale și dinamic doar parțiale. Sistemul arbore cotit-piston – biela manivela este una dintre principalele unități structurale ale unui motor termic care pot produce vibrații ca urmare a unei echilibrări necorespunzătoare . Configurațiile acestui sistem trebuie să îndeplinească cerințele de numeroase , cele mai importante fiind : - Buna funcționare a motorului , - Dimensiuni mici în raport cu puterea motorului , - Ușurința de asamblare într-un vehicul , - Nivelul scăzut de vibrații transmise sistemului de transmisie a puterii și blocul motor ,
2. Echilibrul de rotație , echilibrul static si dinamic 2.1. Echilibru de rotație Orice obiect de rotație poate produce un dezechilibru in mișcare in cazul in care forțele de rotație nu sunt echilibrate în mod corespunzător . Elemente tipice de interes pentru noi , ar fi ansamblul de ambreiaj , alternatoare , volante și arborele cotit . Acest dezechilibru se datorează distribuției masei asimetric în jurul axei de rotație a obiectului în cauză . Ambreiajul , alternatorul și orice volant extern pot fi pe deplin echilibrate . Cu toate acestea , ca urmare a nevoilor de echilibru împreuna cu pistonul , in anumite configurații ale motorului , rareori ne permit să se realizeze un echilibru perfect de rotație a arborelui cotit ( cilindri unici , de exemplu) . Există două aspecte de echilibru care trebuie să fie luate în considerare de rotație . Acestea sunt , de obicei, denumite statice și dinamice . Este posibil ca un obiect să fie echilibrat static , în același timp fiind dezechilibrat dinamic . Reversul nu este adevărat. Cu toate acestea , orice
________________________________________ 1 Specializarea: Modelarea și Simularea Sistemelor Mecanice Mobile, Facultatea IMST; E-mail: adrianneacsu69@yahoo.com;
1
Mecatronica echilibrării motoarelor termice Figura 2a ilustrează conceptul de dezechilibru dinamic. Obiectul prezentat este în mod clar în echilibru static, pentru că momentele de cele două mase echilibru se anulează reciproc în jurul axei de rotație ca în figura 1a.Diferența dintre cele două mase de-a lungul axei de rotație dă naștere la ceea ce este adesea cunoscut ca un cuplu balansoar. Ca atare, un obiect se rotește, orientarea acestui cuplu, de asemenea, se rotește, încearcă să se deplaseze axa într-o manieră conică. Pentru a atinge echilibrul dinamic, trebuie sa rearanjam masele, astfel încât cuplul balansoar sa dispară. În practică, acest lucru se face fie prin eliminarea materialului din obiect, sau, uneori, prin adăugarea de material. Figura 2b arată cum adăugarea a două mase suplimentare pot atinge echilibrul dinamic, care garantează, de asemenea, faptul că obiectul este echilibrat static. Ideea posibilă de generare a unui cuplu balansare este foarte important pentru subiectul de echilibru a motorului.
obiect , care este în echilibru dinamic este , de asemenea, în echilibru static . Fiecare particula de material dintr-un obiect produce ceea ce se numește de obicei forța centrifuga , această forță acționează radial spre exterior de la fiecare particulă . În cazul în care rezultanta forțelor tuturor particulelor echivalează cu zero, atunci obiectul este echilibrat. 2.2 Echilibru static. Testul de echilibru static este destul de simplu. Obiectul este montat în lagăre cu frecare redusă, cu axa de rotație orizontală. Obiectul va rămâne staționar, indiferent de poziția sa de pornire inițială. Dacă există orice dezechilibru static în interiorul obiectului, acesta va tinde întotdeauna să găsească un echilibru într-o poziție apropiata de cea mai grea masa din configurație. Aceasta tehnica este ilustrat în fotografia arată roți de motociclete care au suferit un test de echilibru static. Criteriile de echilibru static este ilustrată în figurile 1a, b si 1c.
8
2 3 4 5 Fig. 2 a. Fiecare dintre aceste două mase crea forțe centrifuge, și din cauza separării lor de-a lungul axei de rotație sau aceste forțe produce un cuplu balansoar.
6 7 Fig. 1 a. Această figură arată un obiect cu două mase identice, condiția de echilibru static este pur și simplu că fiecare masă este la aceeași distanță față de axa de rotație. Fig.1.b. În acest caz, una dintre cele două mase are de două ori cea a celuilalt o masă. Pentru a atinge echilibrul fiecare masă trebuie să producă un moment egal și opus în raport cu axa, aceasta cere ca masa mai mica sa fie montata la de două ori raza fata de axa de rotație. Fig.1.c. Condiția de echilibru cu mase numeroase este ca suma momentelor sa echivaleze cu zero.
Fig. 2 b. Adăugarea a două mase opuse, dar altfel identice, este o modalitate de a elimina cuplul balansoar și de a restabili echilibrul dinamic 3.Scurta prezentare a pieselor motorului care pot produce dezechilibrul acestuia in funcționare Biela face parte din de a prelua forța de transmite arborelui împreună cu fusul
2.3 Echilibru dinamic.
2
3.1 Biela mecanismul motor și are rolul apăsare a pistonului pe care o cotit. De asemenea, biela maneton al arborelui cotit,
Sesiunea Ştiinţifică Studenţească, 16-17 mai 2014 transformă mișcarea de translație a pistonului în mișcare de rotație la arborele cotit. Extremitatea bielei la care se prinde pistonul se numește picior. Corpul bielei face legătura între picior și cap (care se fixează de fusul maneton al arborelui cotit).
acestea fiind inserată o bucșă din metal mai moale (bronz) care are rolul de a reduce frecările.
Capul bielei are o parte demontabilă, numită capac, care servește la prinderea bielei de arborele cotit.
Fig.4 Piston și bielă motor 6.2L 8V Chevrolet Corvette 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Pentru prinderea capacului bielei se utilizează două șuruburi. Soluțiile mai noi de biele nu prevăd și piulițe pentru șuruburi, acestea fiind înfiletate direct în capac. Pe capac cât și pe bielă sunt prevăzute știfturi și orificii care să permită montarea capacelor doar într-o singură poziție. La un motor, capacele bielelor nu sunt interschimbabile, tot timpul un capac va fi montat la aceeași bielă. Bielele sunt fabricate din oțeluri aliate de înalte rezistență în unele cazuri, pentru motoare de înaltă performante, se utilizează biele pe bază de titan. Bolțul pistonului realizează legătura articulată între piston și bielă. Forma bolțului este cilindrică cu orificiu interior pe toată lungimea. Rezistența mecanică a bolțului trebuie să fie ridicată deoarece este supus solicitărilor de comprimare, forfecare și îndoire. Datorită condițiilor grele de funcționare și a necesității rezistenței la uzură bolțul se execută din oțel aliat.
Fig.3 Părțile componente ale bielei:
1. 2. 3. 4. 5. 6.
bielă (picior cu bucșă inserată) piston segmenți bolț inel de fixare șurub cuzinet
piciorul bielei (unde se prinde pistonul cu ajutorul bolțului) corpul bielei piuliță cuzinet șurub capacul bielei
Biela trebuie să reziste la solicitări mecanice intense produse de forța de presiune a gazelor și de inerția pieselor în mișcare. Pistonul se fixează de piciorul bielei prin intermediul unui bolț. Acesta este fixat în bielă și se poate roti în locașurile pistonului. Între piciorul bielei și bolț nu există contact direct, între
3.2 Pistonul Pistonul este un organ mecanic, în mișcare alternativă de translație, care, împreuna cu piesele care-l însoțesc (segmenții și bolțul), îndeplinește următoarele funcții: 3
Mecatronica echilibrării motoarelor termice -realizează variația de volum în interiorul cilindrului -asigură evoluția fluidului motor în cilindru (admisia și evacuarea gazelor) -ghidează mișcarea bielei transmițând în același timp forțele de presiune ale gazelor -asigură etanșeitatea cilindrului, împiedicând scăpările de gaze și pătrunderea uleiului în exces -contribuie la evacuarea căldurii rezultate în timpul arderii.
De asemenea arborele cotit antrenează unele sisteme auxiliare ale motorului (distribuția, pompa de ulei, pompa de apă, compresorul, alternatorul, etc.). Arborele cotit este poziționat în interiorul motorului, fixat de blocul motor, prin fusurile paliere. Elementele ce compun un arbore cotit pentru motor sunt(vezi fig 6): 1 -fusurile paliere (prin acestea arborele se sprijină pe blocul motor, în lagăre) 3 -fusurile manetoane (pe acestea sunt prinse bielele) 4 -brațele (realizează legătura dintre fusurile paliere și manetoane, conțin adesea și contragreutăți de echilibrare) 2 -capetele (pe unul se montează volantă iar pe celălalt mecanismul de roti dințate pentru antrenarea distribuției).
Fig.5 Părțile componente ale pistonului 1. 2. 3.
capul pistonului regiunea port-segmenți mantaua / fusta pistonului
Capul pistonului este cea mai solicitată zona din punct de vedere termic deoarece vine în contact cu gazele de ardere și în același timp preia forțele de presiune. În funcție de tipul motorului cu ardere internă (benzină sau motorină) capul pistonului are diferite forme: plat, bombat sau să conțină o parte din camera de ardere.
Fig 6 Arborele cotit al motorului Pentru motoarele în V, pe același maneton se prind câte două biele. În figură se poate observa arborele cotit al motorului de Lexus LFA cu 10 cilindrii în V, pe care se pot distinge 6 fusuri paliere și 5 fusuri manetoane.
Regiunea port-segmenți conține trei canale în care sunt montați segmenții. Primul segment, cel mai apropiat de capul pistonului, se numește segmentul de compresie/foc (a), al doilea se numește segment de etanșare (b) iar al treilea segment de ungere/raclor (c). Legătura pistonului de bielă se realizează cu ajutorul bolțului montat în umerii pistonului numiți și locașurile bolțului (d). 3.3 Arborele cotit Din punct de vedere mecanic, arborele cotit este cea mai solicitată piesă a motorului deoarece, prin intermediul pistonului și a bielei, preia forțele datorate presiunii din cilindru. Arborele cotit este piesa care preia forțele din bielă, însumează lucrurile mecanice produse în cilindrii și transmite energia rezultată către roți prin intermediul transmisiei.
Fig 7 Arborele cotit al motorului de Lexus LFA cu 10 cilindrii în V 1, 2, 3, 4, 5, 6 – fusuri paliere a, b, c, d, e – fusuri manetoane Pentru a reduce frecarea în timpul mișcării de rotație, arborele cotit se montează pe cuzineți în lagărele blocului motor. 4
Sesiunea Ştiinţifică Studenţească, 16-17 mai 2014 Frecarea dintre cuzineți și arborele cotit este umedă, cu ulei sub presiune, presiunea fiind asigurata de pompa de ulei. Uleiul circula la fusurile manetoane și paliere prin intermediul unor canale prevazute în arbore.
în oglindă, astfel încât să se obţină un motor în linie decalat la manivele cu 180 [deg] în patru cilindri.
FBi
B
Pentru a echilibra arborele cotit în timpul mișcării de rotație brațele pot fi prevăzute cu contragreutăți. Calibrarea acestor contragreutăți se face prin găurire, cu diametre și adâncimi diferite. Forma arborelui cotit, respectiv numărul fusurilor paliere și cel al fusurilor manetoane, sunt condiționate de numărul și poziția cilindrilor, de ordinea de aprindere și de echilibrarea dinamică a forțelor de inerție ce apar în timpul rotație. Arborele cotit se obține de obicei din oțel-carbon de înaltă calitate sau, în funcție de solicitările la care este supus, din oțel aliat cu crom și nichel sau cu molibden și vanadiu. Arborele cotit fiind piesă în mișcare are nevoie de ungere cu ulei pe secțiunile în contact cu alte piese. Astfel fusurile, paliere și manetoane precum sunt prevăzute cu găuri, canale prin care circulă ulei sub presiune.
9
2
A
r
O
lr 2'
0
Mi
10
l
D
B a
11 12
1 1' 1
FDi
A
D O
0 C
C
Fig. 8. Schema cinematică a unui motor în linie cu doi cilindri verticali, cu decalajul manivelei de 180 [deg] Putem scrie relaţiile (1). 2 2 s B r sin 1 l sin 2 ; sB r sin 1 1 l sin 2 2 i 2 2 F F m s m r sin m l sin B p B p 1 1 p 2 2 sin sin ; sin sin 1 1 2' 2 s D r sin 1 l sin 2' 2 2 s D r sin 1 1 l sin 2' 2 2 2 r sin 1 1 l sin 2 2 i FD m p sD m p r sin 1 12 m p l sin 2 22 i 2 M a m p r sin 1 1
4.ECHILIBRAREA UNUI MOTOR ÎN LINIE CU UN DECALAJ AL MANIVELEI DE 180 [DEG] Motoarele termice cu ardere internă în linie (fie că lucrează în patru timpi, ori în doi timpi, motoare de tip Otto, Diesel, sau Lenoir) sunt în general cele mai utilizate. Problema echilibrării lor este una extrem de importantă pentru buna lor funcţionare. Există două tipuri de echilibrări posibile: statice şi dinamice. Echilibrarea statică (totală) face ca suma forţelor inerţiale dintr-un mecanism să fie zero. Există însă şi echilibrări statice parţiale. Echilibrarea dinamică înseamnă anularea tuturor momentelor (sarcinilor) inerţiale din mecanism.
(1) Părţile din relaţiile forţelor care sunt egale în modul dar au semne contrare se anulează reciproc producând o echilibrare statică (parţială) a motorului. Celelalte două părţi din expresiile forţelor care au acelaşi semn, deşi sunt egale nu se anulează reciproc ci dimpotrivă se adună, producând o dezechilibrare statică (parţială) a motorului. Pe de altă parte părţile egale pozitive din cele două forţe nu dau moment deci produc o echilibrare dinamică (parţială) a motorului. În schimb tocmai părţile din cele două forţe care sunt egale în modul dar au semne contrare, deşi se anulează ca forţe (static), dau un moment (o sarcină) negativă care dezechilibrează (parţial) dinamic motorul. Soluţia adoptată pentru echilibrarea totală dinamică a unui astfel de motor este cea a dublării motorului
Un tip constructiv de motoare în linie este cel cu decalajul dintre manivele de 180 grade sexazecimale. La acest tip de motoare (indiferent de poziţionarea lor, care este cel mai adesea verticală) pentru doi cilindri motori avem o dezechilibrare statică parţială (altfel spus există o echilibrare statică parţială) şi o dezechilibrare dinamică. În figura 8 este prezentată schema cinematică a unui astfel de mecanism de la un motor în linie cu doi cilindri, cu decalajul manivelei de 180 [deg]. Soluţia adoptată pentru echilibrarea totală dinamică a unui astfel de motor este cea a dublării motorului 5
Mecatronica echilibrării motoarelor termice în oglindă, astfel încât să se obţină un motor în linie decalat la manivele cu 180 [deg] în patru cilindri.
Ele produc o dezechilibrare statică, şi dau şi un moment dinamic producând totodată şi o dezechilibrare dinamică.
5.ECHILIBRAREA UNUI MOTOR ÎN LINIE CU UN DECALAJ AL MANIVELEI DE 120 [DEG]
2 2 s B r sin 1 l sin 2 ; sB r sin 1 1 l sin 2 2 F F i m s m r sin 2 m l sin 2 B p B p 1 1 p 2 2 s r sin 2 l sin 1 2' D 3 2 2 2 s 18 VOR FI r INTRODUCERE sin 1 sin CARE 1 l ÎN 2' 2 D 3 19 2 2 2 0.5 r sin 1 1 0.866 r cos 1 1 l sin 2 ' 2 i 2 r sin 1 1 FD m p sD 0.5 m p 20 2 2 .866 m p r cos 1 ASPECTELE 1 m p l sin 2 ' 2 21 0PREZENTATE GENERALE LEGATE DE SUBIECTUL LUCRĂRII, 2 OBIECTIVELE URMĂRITE ŞI s F r sin 1 l sin 2 '' 3 MODALITATEA PRIN CARE AU FOST ATINSE (FONT: ROMAN, 2 2 TIMES NEW 2 sF r sin 1 1 l sin 2 '' 2 PUNCTE, NORMAL, 11 3 2 2 2 0.5 r sin 1 1 0.866 r cos 1 1 l sin 2 '' 2 F i m s 0.5 m r sin 2 p F p 1 1 F 0.866 m p r cos 1 12 m p l sin 2 '' 22
Un alt tip constructiv de motoare în linie este cel cu decalajul dintre manivele de 120 grade sexazecimale. La acest tip de motoare (indiferent de poziţionarea lor, care este cel mai adesea verticală) pentru trei cilindri motori avem o dezechilibrare statică parţială (altfel spus există o echilibrare statică parţială) şi o dezechilibrare dinamică. În figura 1 este prezentată schema cinematică a unui astfel de mecanism de la un motor în linie cu trei cilindri, cu decalajul manivelei de 120 [deg].
FDi FBi D
D
FFi
B
l C
2'
F
r
l
l
13 2
1'' A 1' r 1
O
2 '' E
a C
(2)
F
14 15 16
B
a
A
Adoptând soluţia unui motor dublat simetric, în oglindă, (un motor cu şase cilindri în linie cu manivele decalate la 120 [deg]) reuşim o echilibrare dinamică totală (o anulare a tuturor momentelor date de forţele de inerţie), şi o echilibrare statică (parţială) a două treimi din forţele inerţiale totale, echilibrare care oricum este superioară celei de la motoarele în linie cu un decalaj (defazaj) al manivelelor de 180 [deg].
O
E
17
Fig. 9. Schema cinematică a unui motor în linie cu trei cilindri verticali, cu decalajul manivelei de 120 [deg] Putem scrie relaţiile (2). Prima componentă a forţei se anulează cu prima componentă a celorlalte două forţe şi , deci se produce o echilibrare statică (parţială), dar aceste prime componente dau un moment dinamic, deci avem deja o dezechilibrare dinamică.
Observaţii: Construind în mod similar motoare în linie, cu mai mulţi cilindri, având decalajele la manivelă tot mai mici, se obţin prin dublarea numărului de cilindri în oglindă, motoare liniare echilibrate dinamic total, şi static parţial din ce în ce mai bine. Astfel la un motor liniar cu cinci cilindri cu decalajul dintre manivele de 720/5=72 [deg], se obţine o echilibrare statică parţială superioară, iar prin dublarea motorului simetric, în oglindă, construind un motor liniar cu zece cilindri, se obţine o echilibrare statică parţială superioară, şi una dinamică totală. Şi tot aşa, dar deja cerinţele constructive şi tehnologice devin apoi tot mai dificile.
A doua componentă a forţei este egală şi de semn contrar celei de-a doua componente a forţei , ele anulându-se reciproc, şi generând astfel tot o echilibrare statică (parţială) suplimentară, dar producând şi un moment dinamic suplimentar, care produce o dezechilibrare dinamică suplimentară. A doua componentă a forţei se adună cu cea de-a treia componentă a celorlalte două forţe. 6
Sesiunea Ştiinţifică Studenţească, 16-17 mai 2014 La motoarele în V nu se poate realiza nici o echilibrare statică totală, dar nici măcar una dinamică totală. Pentru o ameliorare a dinamicii acestor motoare de randamente superioare, vezi cinematica dinamică şi condiţiile de alegere a unghiului alpha constructiv.
2 2 s B r sin 1 l sin 2 ; sB r sin 1 1 l sin 2 2 F F i m s m r sin 2 m l sin 2 B p B p 1 1 p 2 2 sin sin ; sin sin 1 1 2 2 s D r sin 1 l sin 2 2 2 s D r sin 1 1 l sin 2 2 r sin 2 l sin 2 s 1 1 2 B 232 FDi m p sD m p sB FBi F m p r sin 1 12 m p l sin 2 22 FDi FBi 0 dar M i 0 M i a FBi a m p sB M i a m p r sin 1 12 a m p l sin 2 22 La motorul dublat in oglinda avem : Fi 0 M i 0
Soluţia cea mai completă de echilibrare a unui motor termic cu ardere internă este cea cu cilindri în linie opuşi (boxeri). Pentru doi cilindri opuşi se obţine o echilibrare statică totală (a forţelor de inerţie), iar prin dublarea constructivă, simetric, în oglindă, a numărului de cilindri, pentru un motor boxer cu patru cilindri, opuşi doi câte doi, se obţine şi echilibrarea dinamică totală (a momentelor date de forţele inerţiale) împreună cu echilibrarea statică totală.
6.ECHILIBRAREA UNUI MOTOR ÎN LINIE CU CILINDRI OPUŞI (BOXERI) Un alt tip constructiv de motoare în linie este cel cu cilindri opuşi, denumiţi cilindri „boxeri”. La acest tip de motoare (indiferent de poziţionarea lor, care este cel mai adesea verticală) pentru doi cilindri motori avem o echilibrare statică totală şi o dezechilibrare dinamică. În figura 10 este prezentată schema cinematică a unui astfel de mecanism de la un motor în linie cu doi cilindri opuşi (boxeri).
FBi Bm
FBi
FBi ' B'
B
r 1'
O
r
Acest tip de motor cu doi cilindri boxeri este echilibrat static total (face ca suma forţelor de inerţie să se anuleze). El este dezechilibrat doar dinamic (are un moment inerţial diferit de zero), dar poate fi echilibrat şi dinamic prin adăugarea a încă doi cilindri (prin simetrizarea în oglindă) boxeri (vezi figura 1). Deşi pare să aibă un gabarit mai mare, totuşi la numai patru cilindri (opuşi doi câte doi) acest tip de motor termic cu ardere internă este echilibrat practic total atât static cât şi dinamic. Primul inginer care a patentat un motor boxer a fost germanul Karl Benz, care a prezentat un astfel de brevet al unui motor boxer (vezi figura 2) în anul 1896. În 1923 Max Friz proiectează şi construieşte un motor BMW boxer de 500 cc, care se mai produce şi utilizează şi astăzi, datorită puterii sale, a consumului său redus şi mai ales echilibrării statice şi dinamice totale. Mai utilizează motoare boxer concernul german Volkswagen, evident concernul german BMW, cel francez Citroen, divizia Chevrolet a concernului american GM (divizie creată în america de elveţianul Louis Chevrolet în 30-mai-1911, împreună cu William Durant, deţinătorul companiei Buick din cadrul concernului General Motors), diviziile Lancia şi Ferrari din cadrul concernului italian FIAT, concernele nipone Honda şi Subaru,
p
l
C
(3)
2 1
A'
A
A
M 'i
Mi
O'
O C
2'
22a
l D mp
FDi
D
FDi
C'
a
a D'
FDi '
Fig. 10. Schema cinematică a unui motor în linie cu doi cilindri opuşi (boxeri), dublat apoi în oglindă se obţine un motor termic cu ardere internă cu patru cilindri opuşi doi câte doi Relaţiile de calcul sunt prezentate în sistemul (3). 7
Mecatronica echilibrării motoarelor termice cât şi fostul concern german Porsche, actualmente el fiind o divizie majoră în cadrul megaconcernului german VW (fig. 11).
8. Bibliografie: [1]. Berthold Grünwald, Teoria, calculul și construcția motoarelor pentru autovehicule rutiere, București: Editura Didactică și Pedagogică, 1980 [2].Gheorghe Frățilă, Mariana Frățilă, S. Samoilă Automobile, Editura Didactică și Pedagogică, București, 2007 [3].Victor Pimsner, Gheorghe Aurelian Rădulescu, Energetica turbomotoarelor, ET, 1975 [4].www.tonyfoale.com/Articles/EngineBalance/En gineBalance.pdf [5].www.e-automobile.ro/...motor/20.../32-motortermic-automobile.html [6].Echilibrarea motoarelor termice 2012 de Dr. Florian Ion Petrescu si Dr. Relly Victoria Petrescu [7].Analysis of piston-crank system balancing in VVR engines _ Slawomir Wierzbicki [8] Petrescu, F.I., Petrescu, R.V., Câteva elemente privind îmbunătăţirea designului mecanismului motor, Proceedings of 8th National Symposium on GTD, Vol. I, p. 353-358, Brasov, 2003. [9] Petrescu, F.I., Petrescu, R.V., An original internal combustion engine, Proceedings of 9th International Symposium SYROM, Vol. I, p. 135140, Bucharest, 2005. [10] Petrescu, F.I., Petrescu, R.V., Determining the mechanical efficiency of Otto engine’s mechanism, Proceedings of International Symposium, SYROM 2005, Vol. I, p. 141-146, Bucharest, 2005. [11] Petrescu, F.I., Petrescu, R.V., V Engine Design, Proceedings of International Conference on Engineering Graphics and Design, ICGD 2009, Cluj-Napoca, 2009. [12]. Fjoseph L. Stout – Ford Motor Co., I. Engine Excitation Decomposition Methods and V Engine Results. In SAE 2001 Noise & Vibration Conference & Exposition, USA, 2001-01-1595, April 2001. [13]. D. Taraza, "Accuracy Limits of IMEP Determination from Crankshaft Speed Measurements," SAE Transactions, Journal of Engines 111, 689-697, 2002. [14]. FROELUND, K., S.C. FRITZ, and B. SMITH., Ranking Lubricating Oil Consumption of Different Power Assemblies on an EMD 16-645E Locomotive Diesel Engine. Presented at and published in the Proceedings of the 2004 CIMAC Conference, Kyoto, Japan, June 2004. [15]. Leet, J.A., S. Simescu, K. Froelund, L.G. Dodge, and C.E. Roberts Jr., Emissions Solutions for 2007 and 2010 Heavy-Duty Diesel Engines. Presented at the SAE World Congress and Exhibition, Detroit, Michigan, March 2004. SAE Paper No. 2004-01-0124, 2004.
Fig.11 Schema cinematică a unui motor în linie cu doi cilindri opuşi (boxeri), patentat pentru prima oară în 1896, de inginerul german Karl Benz Un motor tot cu echilibrare totală statică şi dinamică similar oarecum boxerului, este motorul termic cu ardere internă cu cilindri opuşi (cu pistoane opuse; vezi figura 12).
Fig. 12. Schema cinematică a unui motor cu doi cilindri opuşi
7. Concluzii Motoarele termice cu ardere internă în linie (fie că lucrează în patru timpi, ori în doi timpi, motoare de tip Otto, Diesel, sau Lenoir) sunt în general cele mai utilizate. Problema echilibrării lor este una extrem de importantă pentru buna lor funcţionare. Există două tipuri de echilibrări posibile: statice şi dinamice. Echilibrarea statică (totală) face ca suma forţelor inerţiale dintr-un mecanism să fie zero. Există însă şi echilibrări statice parţiale. Echilibrarea dinamică înseamnă anularea tuturor momentelor (sarcinilor) inerţiale din mecanism. Un tip constructiv de motoare în linie este cel cu decalajul dintre manivele de 180 grade sexazecimale. La acest tip de motoare (indiferent de poziţionarea lor, care este cel mai adesea verticală) pentru doi cilindri motori avem o dezechilibrare statică parţială (altfel spus există o echilibrare statică parţială) şi o dezechilibrare dinamică. 8