- Arborele cotit transformă mișcarea liniară a pistonelor în mișcare de rotație.
- Este poziționat în partea inferioară a blocului motor și conectat prin bielă.
- În ciclul în patru timpi, coordonează admisia, comprimarea și puterea combustiei.
Arborele cotit reprezintă inima mecanică a oricărui motor cu ardere internă, fiind componenta care face posibilă transformarea energiei generate de combustie în mișcarea efectivă a vehiculului. Această piesă complexă și precisă convertește mișcarea liniară alternativă a pistonelor în mișcarea de rotație necesară antrenării roților, făcând astfel legătura între forța brută a exploziilor din cilindri și deplasarea mașinii pe șosea.
Funcționarea arborelui cotit este strâns legată de celelalte componente ale motorului, formând un ansamblu perfect sincronizat care permite vehiculului să se miște eficient. Toate pistoanele motorului sunt conectate la arbore prin biela, iar energia rotațională rezultată este transmisă prin volant către ambreiaj și mai departe prin cutia de viteze către roțile motrice.
Structura și poziționarea arborelui cotit
Arborele cotit este poziționat strategic în partea inferioară a blocului motor, sub cilindri. Configurația sa variază în funcție de numărul de cilindri ai motorului - de la 3 cilindri la motoarele mici și economice, până la 12 cilindri la motoarele de performanță, deși majoritatea vehiculelor moderne utilizează motoare cu 4 cilindri pentru un echilibru optim între performanță și eficiență.
Fiecare cilindru conține un piston care se deplasează alternativ de sus în jos, mișcare care este transmisă arborelui cotit prin intermediul bielei. Această legătură mecanică precisă permite transformarea mișcării rectilinii în mișcare rotativă, proces fundamental pentru funcționarea motorului.
Ciclul în patru timpi și rolul arborelui cotit
Funcționarea arborelui cotit este integrată în ciclul clasic în patru timpi care caracterizează motoarele cu ardere internă moderne. Acest ciclu, cunoscut și sub numele de ciclu Otto, se repetă continuu în fiecare cilindru, asigurând funcționarea constantă a motorului.
Timpul de admisie
În prima fază, pistonul începe mișcarea de la punctul mort superior către punctul mort inferior, în timp ce supapa de admisie se deschide. Această mișcare creează o depresiune în cilindru care permite pătrunderea amestecului de aer și combustibil. Arborele cotit coordonează această mișcare prin conexiunea sa cu arborele cu came, asigurând sincronizarea perfectă a deschiderii supapelor.
Timpul de compresie
O dată supapa de admisie închisă, pistonul se deplasează către punctul mort superior, comprimând puternic amestecul de aer și combustibil. Această compresie ridică temperatura și presiunea amestecului, pregătindu-l pentru arderea eficientă. Arborele cotit transmite forța necesară acestei compresii prin intermediul bielei.
Timpul de destindere (putere)
La sfârșitul compresiei, bujia declanșează aprinderea amestecului comprimat. Explozia rezultată împinge violent pistonul către punctul mort inferior, generând forța motrice care este transmisă arborelui cotit și transformată în energie rotațională. Acesta este momentul în care se produce efectiv puterea motorului.
Timpul de evacuare
În ultima fază, pistonul se deplasează din nou către punctul mort superior, în timp ce supapa de evacuare se deschide. Gazele rezultate din ardere sunt eliminate din cilindru, pregătind astfel spațiul pentru un nou ciclu. Arborele cotit asigură forța necesară pentru această evacuare.
Sincronizarea cu arborele cu came
Relația dintre arborele cotit și arborele cu came este crucială pentru funcționarea corectă a motorului. Aceste două componente sunt conectate prin intermediul unei curele de distribuție sau unei lanțuri de distribuție, care asigură rotirea arborelui cu came la exact jumătate din viteza arborelui cotit.
Această sincronizare precisă garantează că supapele de admisie și evacuare se deschid și se închid la momentele exacte din ciclul motorului. Orice deviere de la această sincronizare poate cauza probleme grave motorului, de la pierderea puterii la deteriorări mecanice severe.
Volantul montat la capătul arborelui cotit joacă un rol important în uniformizarea mișcării de rotație, reducând vibrațiile și asigurând o funcționare mai lină a motorului. De asemenea, volantul stochează energia cinetică între timpii de putere, menținând motorul în funcțiune chiar și atunci când nu toate cilindrii generează putere simultan.
Funcții multiple ale arborelui cotit
Dincolo de rolul său principal de conversie a energiei, arborele cotit îndeplinește multiple funcții vitale în cadrul sistemului motor:
Antrenarea sistemelor auxiliare: Arborele cotit antrenează direct sau indirect mai multe sisteme esențiale ale motorului, inclusiv pompa de ulei care asigură lubrifirea componentelor mobile, pompa de apă pentru răcirea motorului, alternatorul pentru încărcarea bateriei și alimentarea sistemului electric, precum și compresorul sistemului de climatizare.
Menținerea presiunii de ulei: Prin antrenarea pompei de ulei, arborele cotit asigură circulația uleiului motor la presiunea necesară pentru lubrifirea și răcirea tuturor suprafețelor de frecare din motor.
Stabilizarea funcționării: Prin inerția sa și cea a volantului, arborele cotit contribuie la uniformizarea regimului de rotație al motorului, reducând fluctuațiile de viteză cauzate de ciclul intermitent de combustie.
Cerințe tehnice și materiale
Arborele cotit este supus unor solicitări mecanice extreme în timpul funcționării motorului, ceea ce impune cerințe stricte pentru materialele și tehnologiile de fabricație utilizate.
Solicitări mecanice
În timpul funcționării, arborele cotit trebuie să reziste la:
- Eforturi de încovoiere cauzate de forțele transmise prin biela
- Eforturi de torsiune rezultate din cuplul motor
- Vibrații generate de mișcarea alternativă a pistonelor
- Forțe de inerție ale maselor rotative și alternative
- Frecare intensă în lagăre la temperaturi și presiuni ridicate
Caracteristici materiale
Pentru a face față acestor solicitări, arborele cotit trebuie să prezinte:
- Rezistență mecanică ridicată pentru a suporta forțele mari din timpul funcționării
- Rigiditate înaltă pentru a minimiza deformațiile sub sarcină
- Rezistență la uzură a suprafețelor fusurilor și mantonilor
- Rezistență la oboseală pentru a suporta ciclurile repetitive de sarcină
- Echilibrare precisă pentru reducerea vibrațiilor
Tehnologii de fabricație
Modernele arborele cotit sunt fabricate din:
- Oțel carbon forjat pentru majoritatea aplicațiilor
- Oțel aliat pentru motoare de performanță
- Fontă nodulară pentru anumite aplicații economice
- Tratamente termice speciale pentru mărirea rezistenței suprafețelor
Întreținerea și durata de viață
Durata de viață a arborelui cotit depinde în mare măsură de calitatea uleiului motor și respectarea intervalelor de schimb. Un ulei degradat sau insuficient poate cauza uzura prematură a lagărelor și fusurilor, ducând la deteriorări costisitoare.
Semnele unei probleme cu arborele cotit includ zgomote metalice din motor, vibrații anormale, scăderea presiunii de ulei și prezența de particule metalice în ulei. Diagnosticarea timpurie a acestor probleme poate preveni avarii majore și costurile mari de reparație.
În concluzie, arborele cotit reprezintă una dintre cele mai sofisticate și importante componente ale motorului modern, fiind rezultatul unei inginerii de precizie care combină rezistența mecanică cu funcționalitatea complexă. Înțelegerea rolului și importanței sale ajută la aprecierea complexității remarcabile a motoarelor cu ardere internă și la importanța unei întrețineri adecvate pentru longevitatea vehiculului.
Sursa foto: stevemorrisengines.com, gumtree.co.za, youtube.com
