- Motorul cu ardere internă transformă combustibilul în energie mecanică prin ardere controlată.
- ECU gestionează timpul aprinderii, raportul aer-combustibil și emisii.
- Arborele cotit și arborele cu came, sincronizate prin curea sau lanț, asigură mișcările.
- Funcționează pe ciclul Otto în patru timpi, cu etapele admisie, comprimare, aprindere, evacuare.
Motorul cu ardere internă reprezintă inima majorității autoturismelor moderne și a dominat industria auto încă de la apariția primelor vehicule cu motor până la era recentă a electrificării. Acest sistem ingenios transformă energia chimică din combustibil în energie mecanică, folosind un proces complex de ardere controlată care propulsează vehiculul. Înțelegerea modului de funcționare a combustiei interne este esențială pentru orice pasionat auto sau proprietar de mașină care dorește să întrețină corect vehiculul.
Principiul de funcționare al motorului cu ardere internă
Motorul cu combustie internă se bazează pe transformarea combustibilului fosil (benzină sau motorină) în energie mecanică prin procesul de ardere. Acest proces combină combustibilul cu aerul atmosferic în proporții precise, iar apoi amestecul este aprins într-un spațiu controlat numit cameră de ardere. Explozia rezultată generează presiune care pune în mișcare componentele mecanice ale motorului.
Eficiența acestui proces depinde de mai mulți factori: calitatea combustibilului, raportul aer-combustibil, temperatura de funcționare, compresia și timingul corect al aprinderii. Toate aceste elemente sunt orchestrate de sistemul de management al motorului (ECU - Electronic Control Unit) pentru a obține performanțe optime și emisii reduse.
Componentele principale ale sistemului
Arborele cotit și arborele cu came
În centrul funcționării motorului se află doi arbori esențiali care lucrează în sincron perfect:
Arborele cotit (crankshaft) este poziționat în partea inferioară a motorului și are rolul de a transforma mișcarea liniară a pistoanelor în mișcare de rotație. Prin contragreutățile sale special poziționate, arborele cotit echilibrează forțele generate de pistoane și asigură o rotație uniformă. Această componentă transmite puterea generată către cutia de viteze și, în final, către roți.
Arborele cu came (camshaft) se află în capul motorului și controlează deschiderea și închiderea supapelor la momentul exact potrivit. Camele (proeminențele) de pe acest arbore apasă asupra supapelor într-o secvență precisă, sincronizată cu mișcarea pistoanelor. Această sincronizare perfectă este crucială pentru eficiența motorului.
Cei doi arbori sunt conectați printr-o curea de distribuție (timing belt) sau un lanț de distribuție, care asigură că raportul de rotație dintre ei rămâne constant. De obicei, arborele cu came se rotește cu o viteză egală cu jumătate din viteza arborelui cotit într-un motor în patru timpi.
Ciclul în patru timpi - inima combustiei interne
Motorul modern funcționează pe principiul ciclului Otto, cunoscut și ca “ciclul în patru timpi”. Fiecare piston parcurge acești patru timpi pentru a completa un ciclu complet de funcționare. Să analizăm fiecare etapă în detaliu:
1. Admisia - introducerea amestecului
În primul timp, pistonul pornește din Punctul Mort Superior (PMS) și coboară către Punctul Mort Inferior (PMI). În acest moment:
- Supapa de admisie se deschide complet
- Supapa de evacuare rămâne închisă
- Mișcarea descendentă a pistonului creează o depresiune în cilindru
- Amestecul de aer și combustibil este aspirat în camera de ardere
Unitatea de control (ECU) calculează cu precizie cantitatea de combustibil necesară în funcție de mai mulți parametri: turația motorului, temperatura aerului, presiunea atmosferică, sarcina motorului și poziția pedalei de accelerație. Injectoarele pulverizează combustibilul fie în conducta de admisie (injecție indirectă), fie direct în cilindru (injecție directă), creând un amestec omogen cu aerul.
2. Compresia - pregătirea pentru aprindere
În al doilea timp, pistonul urcă de la PMI către PMS:
- Ambele supape sunt complet închise
- Amestecul aer-combustibil este comprimat în camera de ardere
- Presiunea crește semnificativ (de la 1 bar la 12-15 bari la motoarele pe benzină)
- Temperatura amestecului crește considerabil (până la 300-400°C)
Raportul de compresie (volumul cilindrului la PMI împărțit la volumul din PMS) este un parametru crucial. La motoarele pe benzină, acest raport variază de obicei între 9:1 și 11:1, iar la motoarele moderne cu injecție directă poate ajunge până la 13:1. Motoarele diesel au rapoarte de compresie mult mai mari, între 16:1 și 23:1, deoarece aprinderea se realizează prin compresie, nu prin scanteie.
3. Arderea (Explozia) - generarea puterii
Acest este timpul în care se produce energia:
- Pistonul ajunge aproape de PMS
- Bujia generează o scanteie electrică (la motoarele pe benzină) cu o tensiune între 20.000 și 50.000 volți
- Amestecul comprimat se aprinde și arde rapid
- Gazele în expansiune generează o presiune enormă (până la 50-60 bari)
- Pistonul este împins cu forță către PMI
- Această forță este transmisă arborelui cotit, generând cuplu motor
Timingul aprinderii este esențial și se măsoară în grade înainte de PMS. ECU-ul ajustează acest moment în funcție de mai mulți factori pentru a obține performanța maximă și a preveni detonația (aprinderea necontrolată a amestecului). La motoarele diesel, combustibilul este injectat direct în aerul supraîncălzit prin compresie și se autoaprinde.
4. Evacuarea - eliminarea gazelor arse
În ultimul timp al ciclului:
- Supapa de evacuare se deschide
- Pistonul urcă de la PMI către PMS
- Gazele arse sunt împinse afară din cilindru
- Gazele trec prin colectorul de evacuare către sistemul de eșapament
- La motoarele moderne, gazele trec prin catalizator pentru reducerea emisiilor poluante
După evacuare, ciclul se reia cu admisia, iar acest proces se repetă continuu atâta timp cât motorul funcționează. La un motor care funcționează la 3000 rpm (rotații pe minut), fiecare piston completează 1500 de cicluri complete pe minut, ceea ce înseamnă 25 de cicluri pe secundă.
Sincronizarea multiplilor cilindri
Motoarele auto moderne au de obicei între 3 și 12 cilindri, fiecare parcurgând cei patru timpi, dar în momente diferite. Această sincronizare este crucială pentru:
- Echilibrarea vibrațiilor - exploziile sunt distribuite uniform în timp
- Uniformizarea puterii - există întotdeauna un piston în timpul de ardere
- Reducerea zgomotului - impulsurile sunt mai frecvente și mai mici
- Creșterea eficienței - arborele cotit se rotește constant, fără socuri
De exemplu, la un motor în linie cu patru cilindri, ordinea de aprindere tipică este 1-3-4-2, ceea ce înseamnă că între două aprinderi consecutive trec 180 de grade de rotație a arborelui cotit. La motoarele V6 sau V8, ordinea de aprindere este mai complexă pentru a echilibra perfect forțele și a minimiza vibrațiile.
Rolul sistemului de management
ECU-ul (Electronic Control Unit) este “creierul” motorului modern și controlează:
- Cantitatea de combustibil injectat
- Momentul injecției
- Avansul la aprindere (timing-ul scanteii)
- Deschiderea clapetei de accelerație
- Funcționarea turbinei (la motoarele supraalimentate)
- Recircularea gazelor de eșapament (EGR)
- Viteza de ralanti
Acest computer primește informații de la zeci de senzori: senzor de poziție arbore cotit, senzor de poziție arbore cu came, senzor de debit aer (MAF), senzor de presiune în conducta de admisie (MAP), senzor de temperatură lichid răcire, senzor lambda (oxygen sensor), senzor de bătaie (knock sensor) și mulți alții. Pe baza acestor date, ECU-ul face ajustări în timp real, de sute de ori pe secundă, pentru a optimiza performanța și eficiența.
Importanța înțelegerii procesului pentru întreținere
Cunoașterea modului de funcționare a motorului te ajută să:
- Înțelegi importanța schimbului de ulei - uleiul lubrifică pistoanele, arborele cotit și arborele cu came, prevenind uzura
- Respecți intervalele de service - filtrele de aer și combustibil murdare afectează amestecul optim
- Identifici problemele timpuriu - vibrații neobișnuite sau zgomote pot indica probleme cu aprinderea sau compresia
- Folosești combustibilul corect - benzina cu octanul recomandat previne detonația
- Înlocuiești la timp bujiile - bujii uzate reduc eficiența arderii
- Verifici curea de distribuție - ruperea acesteia poate cauza daune catastrofale motorului
Motorul cu ardere internă este o capodoperă a ingineriei mecanice, iar înțelegerea funcționării sale te ajută să apreciezi complexitatea acestui sistem și să îl întreții corespunzător pentru o durată lungă de viață. Deși tehnologia electrică câștigă teren, motoarele cu combustie internă vor mai fi prezente mult timp în industria auto, evoluând continuu pentru a deveni mai eficiente și mai ecologice.
