1. Calculul termic al unui motor cu aprindere prin scanteie

Calculul termic al unui motor, cunoscut şi sub denumirea de " calculul ciclului de lucru al motorului ", se efectueaza în scopul determinări anticipate a parametrilo proceselor cicluluimotor, a indicilor energetici şi de economicitate, a presiunii gazelor în cilindrii motorului. Acestedate ale clculului permit stabilirea dimensiunilor fundamentale ale motorului, trasarea diagrameiindicate şi efectuarea calculelor de rezistenţă a principalelor piese ale motorului. Această metodă se poate aplica atât in stadiul de proiectare, cât şi incel de perfecţionarea prototipului. Datele iniţiale necesare pentru calculul ciclului de lucru al unui motor in stare de proiect se estimează după rezultatele cercetărilor efectuate pe motoare analoage.Coincidenţa rezultatelor calculului cu acelor obţinute prin încercarea motorului depinde de alegera corectăa parametrilor iniţiali, estimate dificilă îndeosebi când se realizează motoarele de construcţie originala.

In cele ce urmează se prezintă calculul teermic al motorului având urmatoarele caracteristici:

Pn= 72 kwnn= 5750 rot/mini= 4 numarul de cilindrii Amplasare: V restrans

1.1 Alegerea parametrilor initiali:

Temperatura initiala: T0= 293 K Presiunea initiala: p0= 0,102*10^6 N/m^2 Temperatura gazelor reziduale: Tr= 900 K Coeficientul de exces de aer: λ= 1 Raportul de comprimare: ε= 9 Presiunea reziduala: pr= 0,11*10^6 N/m^2

1.2 Parametrii procesului de schimbare a gazelor

Se alege urmatoarele marimi:

Presiunea la sfarsitul admisiei: 0,085*10^6 N/m^2 Preincalzirea amestecului: ∆T= 40 K

Coeficientul de postardere: 1.05

Se calculeaza:

coeficientul gazelor reziduale:

0.058709

pa=

υp=

γ r=T 0+ΔγT r

⋅pr

ε⋅pa⋅υp−pr=293+25

900⋅ 0 .11⋅106

(9⋅0 ,085⋅1, 05−0. 11 )⋅106=

temperatura la sfarsitul admisiei va fi:

364.4421

coeficientul de umplere:

0.967379

1.3 Parametrii procesului de comprimare

Se adopta pentru coeficientul politropic de co n1= 1.39

presiunea la sfarsitulcomprimarii:

0.085*10^6*9^1,39= 1802254

temperatura la sfarsitul comprimarii:

858.584555 K

1.4 Parametrii procesului de ardere

Se adopta urmatoarea compozitie a benzinei:c= 0.854 kgh= 0.142 kgo= 0.004 kgQi= 43500 kj/kg

Se vor mai alege urmatorii parametrii: coeficientul de utilizare a ca x= 0.9 masa molara a combustibilu Mc= 1/114 0.008772

γ r=T 0+ΔγT r

⋅pr

ε⋅pa⋅υp−pr=293+25

900⋅ 0 .11⋅106

(9⋅0 ,085⋅1, 05−0. 11 )⋅106=

T a=T0+ΔT+γr⋅T r

1+γr=293+40+0 ,0587⋅900

1+0 ,0587=

ηv=Pr⋅T 0

P0T a

⋅ εε−1

⋅υ p

1+γ r= 0 .11⋅106⋅293

0 . 085⋅364 . 442⋅106⋅9

8⋅ 1 ,05

1+0 ,0587=

pc=pa⋅εn1=

T c=T a⋅εn1−1

=364 .442⋅90. 39 =

Aerul minim necesar arderii a 1 kg de combustibil se calculeaza :

0.50496032 kmol aer/kg comb

cantitatea de aer necesar arderii:

0.5049603 kmol aer/kg comb

cantitatea de incarcatura proaspata, raportata la 1 kg combustibil:

0.51373225 kmol/kg comb

coeficientul teoretic de variatie molara a incarcaturii proaspete pentru l<1 :

0.990784

coeficientul real de variatie molara a incarcaturii praspete :

0.99129493

caldura specifica molara medie a amestecului initial :

34.939371 kj/kmol K

caldura specifica molara medie a gazelor de ardere pentru l<1 :

C'mv=20+17,4*10^-3*Tc=

Lmin=1

0 ,21⋅( c12

+h4+o

32 )= 10 ,21

⋅( 0 ,85412

+0 ,142

4+

0 ,00432 )=

L= λ⋅Lmin=1⋅0 ,504=

M 1=λ⋅Lmin+M c=1⋅0 ,504+1

114=

μ0=0,9⋅λ⋅Lmin+

h2+c

12λ⋅Lmin+M c

=0,9⋅1⋅0 ,504+

0 ,1422

+0 ,85412

1⋅0 ,504+ 1114

=

μ f=μ0+γ r1+γ r

=0. 9907+0 ,05871+0 ,0587

=

C ''mv=(18 ,4+2,6⋅λ )+ (15 ,5+13 ,8⋅λ )⋅10−4⋅T z

KjKmol⋅K

C ''mv=(18 ,4+2,6+1 )+ (15 ,5+13 ,8⋅1 )⋅10−4⋅T z=18+29 ,3⋅10−4⋅T z

caldura specifica degajata de ardera incompleta :

43500 kj/kg

temperatura la sfarsitul arderii rezulta din urmatoarea ecuatie :

Tz= 3025 K

presiunea la sfarsitul arderii :

6718061.71 N/m^2

tinand cont de rotunjirea diagramei:

5710352.45 N/m^2

coeficientul de corectie a presiunii :

0.85

gradul de crestere a presiunii:

3.7275886

1.5 Destinderea

Se adopta coeficientul politropic al destinderii: n2= 1.3

presiunea la sfarsitul destinderii:

386125.716 N/m^2

Qai=Qi-ΔQai=Qa-61000*(10-l)=43500-61000*(1-0,85)=

Φz=

C ''mv=(18 ,4+2,6+1 )+ (15 ,5+13 ,8⋅1 )⋅10−4⋅T z=18+29 ,3⋅10−4⋅T z

ξ⋅Qai

[ λ⋅Lmin+M c ]⋅(1+γR )+Cμ⋅V '⋅T C=Cμv⋅μ⋅T z=

0,9⋅34350

(1⋅0 ,504+1114 )⋅(1+0 ,0587 )

+32 ,53⋅720 .88=

¿ (20 ,61+27 ,23⋅10−4⋅T z)⋅1.058⋅T z

P z=Pc⋅μ⋅T z

Tc=1 ,80⋅10

6⋅¿⋅1 , 058⋅3025858.584

=¿

P ' z=Φz⋅P z=0 ,85⋅7 . 09⋅106=

π=Pz

Pc

=6 .7⋅106

1. 80⋅106=

pb=pz

εn2=7 . 09⋅106

91,3 =

temperatura la sfarsitul destinderii:

1564.7776 K

1.6 Parametrii principali ai motorului

Se adopta urmatoarele valori:

coeficientul de rotunjire al diagrame 0.98

randamentul mecanic: 0.85

presiunea medie a ciclului teoretic :

1287973.69 N/m^2

1262214.22 N/m^2

randamentul indicat al motorului:

0.31590973

presiunea medie efectiva:

1072882.08 N/m^2

randamentul efectiv al motorului:

0.26852327

consumul specific efectiv de combustibil :

μr=

ηm=

pb=pz

εn2=7 . 09⋅106

91,3 =

T b=T z

εn2−1

=302591,3−1 =

p 'i=pcε−1 [ π

n2−1 (1− 1

εn2−1)− 1

n1−1 (1− 1

εn1−1 )]

p 'i=1 . 80⋅106

9−1 [ 3 . 771,3−1 (1− 1

91,3−1 )− 11 ,39−1 (1− 1

91 ,39−1 )]=pi=μr⋅p 'i=0 ,98⋅1 ,287⋅106=

ηi=RM⋅pi⋅M 1⋅T 0

p0⋅ηv⋅Qi

=8 ,314⋅ 1 ,262⋅106⋅0 ,441⋅2930 ,102⋅106⋅0 ,967⋅43500

=

pe=ηm⋅pi=0 ,85⋅1,262⋅106=

ηe=ηm⋅ηi=0 ,84⋅0 ,31=

0.3081991 kg/kWh 308

1.7 Dimensiuni fundamentale ale motorului

raportul cursa- alezaФ=S/D= 0.87

Capacitatea cilindrica va fi :

0.4 dm^3

se determina alezajul si cursa:

0.0765113 m 76

66.12 mm 66 mm

viteza medie a pistonului:

12.65 m/s

cilindree totala a motorului:

1.6 dm^3

putere litrica a motorului:

45 kw/l

Diagrama indicata

Volumul la sfarsitul cursei de admisie:

ge=3600ηe⋅Qi

=36000 ,26⋅43500

=

V h=120000⋅pnpe⋅n⋅i

=120000⋅601.26⋅106⋅5750⋅4

=

D=3√ 4⋅V h

π⋅φ=3√ 4⋅0,4

3 .14⋅0 . 87=

S=φ⋅D=0 . 87⋅76=

W m=S⋅n30

=66⋅575030

=

V t=i⋅V h=4⋅0,4=

Pi=Pn

V t

=721. 6

=

V a=V h⋅ε

ε−1=0 . 4⋅

98=

0.45 dm^3

Volumul la sfarsitul compresiei:

0.05 dm^3

Se traseaza izocorele:Vc=Vz

Politripa ac care reprezinta procesul de comprimare se traseaza prin puncte:

Politropa destinderii zb se traseaza analog:

Se adopta:

30

unghi de avans la DSE 60

raportul dintre raza manivelei si lungimea bielei 0.278

5.567 mm

463350.859

19.937 mm

235562.858

23285.000 dm3

Vb'=Va-PI()*D^2*Xev/4= 12.000 dm3

Vb=Va

unghi de avans la aprindere {20...40oRAC} as = oRAC

adse = oRAC

lb = 1/3,6=

Xs = (S/2)*{[1-cos(as)]+(lb/4)*[1-cos(2as)]} =

p''c = {1,15..1,25}*pc = 1,2*pc = [N/m2]

Xev = (S/2)*{[1-cos(aev)]+(lb/4)*(1-cos(2aev)]} =

p'a = (1/2)*(pa+pb) = [N/m2]

Vc'=p*D2*Xs/4=

V a=V h⋅ε

ε−1=0 . 4⋅

98=

V c=V a

ε=0 ,45

9=

px=pa(V a

V x)n1

px=pz (V z

V x)n2

Calculul termic al unui motor, cunoscut şi sub denumirea de " calculul ciclului de lucru al motorului ", se efectueaza în scopul determinări anticipate a parametrilo proceselor cicluluimotor, a indicilor energetici şi de economicitate, a presiunii gazelor în cilindrii motorului. Acestedate ale clculului permit stabilirea dimensiunilor fundamentale ale motorului, trasarea diagramei

Această metodă se poate aplica atât in stadiul de proiectare, cât şi incel de perfecţionarea prototipului. Datele iniţiale necesare pentru calculul ciclului de lucru al unui motor in stare de proiect se estimează după rezultatele cercetărilor efectuate pe motoare analoage.Coincidenţa rezultatelor calculului cu acelor obţinute prin încercarea motorului depinde de alegera corectăa parametrilor iniţiali, estimate dificilă îndeosebi când se realizează motoarele de construcţie

In cele ce urmează se prezintă calculul teermic al motorului având urmatoarele

102000

110000

85000

K

N/m^2

kmol aer/kg comb

cantitatea de incarcatura proaspata, raportata la 1 kg combustibil:

kmol/kg comb

coeficientul teoretic de variatie molara a incarcaturii proaspete pentru l<1 :

g/kWh

mm

Politripa ac care reprezinta procesul de comprimare se traseaza prin puncte:

0.524

1.047

Deplas.piston

Page 13

0 90 180 270 3600

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

Deplasarea pistonului

Xp m

alfa [RAC]

Xp

[m

]

Vit. pist

Page 14

0 90 180 270 360

-25-23-21-19-17-15-13-11-9-7-5-3-113579

1113151719212325

Viteza pistonului

Vp m/s

alfa [RAC]

Vp

[m

/s]

Acc.piston

Page 15

0 90 180 270 360

-20000

-15000

-10000

-5000

0

5000

10000

15000

20000

Acceleratia pistonului

ap m/s^2

alfa [RAC]

ap [

m/s

^2]

0 180 360 540 720

-15000

-10000

-5000

0

5000

10000

15000

alfa [grd]

Fj

[N]

Fj

Forţele de inerţie

0 180 360 540 720

-30000

-20000

-10000

0

10000

20000

30000

alfa [grd]

Fg

,F [

N]

Fg

F

Fg-forta de presiune a gazelorF-suma fortelor

0 180 360 540 720

-25000

-20000

-15000

-10000

-5000

0

5000

10000

15000

20000

25000

alfa [grd]

Fn

,Fb

[N

]

Fn

Fb

Forţa F aplicată în axa bolţului se descompune în două componente, una de sprijin, normală pe axa cilindrului (Fn) şi una după axa bielei (Fb)

0 180 360 540 720

-20000

-15000

-10000

-5000

0

5000

10000

15000

20000

alfa [grd]

T,Z

[N

] T

Z

În axa fusului maneton, forţa B se descompune în două componente, una radială (Z) şi una tangenţială (T)

0 180 360 540 720

-700

-350

0

350

700

Momentul motor

Alfa[grd]

M

0 180 360 540 7200

5000

10000

15000

20000

25000

alfa[RAC]

Rm

[N]

Rm-forta rezultanta

Rm

Rm med

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5

0

1000000

2000000

3000000

4000000

5000000

6000000

7000000

8000000

Diagrama indicata

V[dm^3]

px[

N/m

^2]

0 180 360 540 7200

1000000

2000000

3000000

4000000

5000000

6000000

7000000

8000000

Cronomanograma

alfa[RaC]

px

[N/m

^2]

-15000 -10000 -5000 0 5000 10000 15000

-15000

-10000

-5000

0

5000

10000

15000Palier

Z' N

T' [N]

-25000 -20000 -15000 -10000 -5000 0 5000 10000 15000 20000 25000

-25000

-20000

-15000

-10000

-5000

0

5000

10000

15000

20000

25000

Maneton

Z [N]

T [N]

cienm mec

Page 26

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

210

220

230

240

250

260

270

280

290

300

310

320

330

340

350

360

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

-16000

-12000

-8000

-4000

0

4000

8000

12000

16000

cinematica mecanismului

Xp m

Vp m/s

ap m/s^2

alfa

0 90 180 270 360 450 540 630 720

-300

-200

-100

0

100

200

300

Insumarea momentelor

ΣM Nm

alfa

M

α - unghiul de rotatie al maniveleiβ - unghiul de inclinare al axei bielei in planul ei de oscilatie, de o parte a axei cilindruluiω - viteza unghiulara de rotatie a arborelui cotit S= 66 mmS=2*R- cursa pistonuluiR- raza manivelei,distanta dintre axa arborelui cotit si axa fusului manetonL-lungimea bielei R= 33 mmlamda=R/L=>L=R/lamda= 118.8 mmlamda=1/3.6 beta max=15λ - raportul dintre raza manivelei si lungimea bielei

Deplasarea pistonuluiSx=R*[(1-cos(alfa))+lamda/2*sin(alfa)^2]sin(alfa)^2=1/2*(1-cos(2*alfa)Sx=R*[(1-cos(alfa))+lamda/4*(1-cos(2*alfa)]Sx=R*lamda/2= 0V=R*omega*(sin(alfa)+-lamda/2*sin(2*alfa))av max=arccos[sqrt((1/4*lamda)^2+1/2-(1/4*lamda))=75.25

5. Diagramele de uzura

Diagrama de uzura fus manetonDiagrama de uzura fus maneton

Diagrama de uzura fus palier

Diagrama de uzur\ fus maneton

Diagrama de uzur\ fus maneton

carac ext

Page 33

0.000

20.000

40.000

60.000

80.000

100.000

120.000

140.000

160.000

180.000

0.000

10.000

20.000

30.000

40.000

50.000

60.000

70.000

80.000Caracteristica externa

n [rot/min]

Me

[Nm

] , g

e[g

/kw

h]

3*P

e[k

w],G

e[k

g/h

]

Me

ge

Pe

Ge

Pn= 72 kwnn= 5750 rot/min

6. Caracteristica externa

Puterea efectiva

Pex=Pemax[anx/np+b(nx/np)^2-(nx/np)^3]=

Consumul specific

gex=gep[c-dnx/np+k(nx/np)^2]=

ge= 308 g/kWh consumul specific efectiv de combustibil

Consumul orar

Gcx=Pex*gex*10^(-3)=

Momentul motor

Mex=3*10^4*Pex/(π*n)=

π= 3.7275886 gradul de crestere a presiuni

Constante

Motor a b c d k

MAS 1 1 1.2 1 0.8

n [r/min] Pe [kW] ge [g/kWh] Ge [kg/h] Me [Nm]1000 14.321 161.744 2.316 115.2541200 17.508 158.027 2.767 117.4191400 20.759 154.608 3.210 119.3391600 24.058 151.487 3.645 121.0151800 27.386 148.664 4.071 122.4482000 30.724 146.140 4.490 123.6372200 34.055 143.913 4.901 124.5812400 37.360 141.985 5.305 125.2832600 40.621 140.355 5.701 125.7402800 43.820 139.023 6.092 125.9533000 46.939 137.989 6.477 125.9233200 49.959 137.253 6.857 125.648

3400 52.862 136.815 7.232 125.1303600 55.631 136.675 7.603 124.3683800 58.247 136.834 7.970 123.3624000 60.691 137.290 8.332 122.1134200 62.947 138.045 8.689 120.6194400 64.994 139.097 9.041 118.8824600 66.816 140.448 9.384 116.9004800 68.394 142.097 9.719 114.6755000 69.710 144.044 10.041 112.2065200 70.746 146.289 10.349 109.4945400 71.483 148.832 10.639 106.5375600 71.903 151.673 10.906 103.3375700 71.989 153.206 11.029 101.6455750 72.000 154.000 11.088 100.776