Proiect PCMAI (Procese si caracteristici ale motoarelor cu ardere interna)

Iași Universitatea Tehnică “Gheorghe Asachi”, Iaș Facultatea de Mecanica Departament:IMAR

Procese și caracteristici ale motoarelor cu ardere internă Student:

Grupa:

Prof :

An universitar: 2013/2014

The world’s largest digital library

Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.










Cuprins ............................................................................................................................................ ........................... 3 Date initiale: .................................................................................................................

Parametri constructivi si marimi de baza: ............................................................................................... 3 ................................................................... 4 Calculul procesului de admisie a motoarelor in patru timpi .................................................................... ........................................................................................................ 9 Calculul procesului de comprimare ......................................................................................................... ....................................................................................................................................... 9 Calculul arderii ........................................................................................................................................ ...................................................................................................... ................................................................................. ........... 14 Trasarea diagramei indicate. ................................. ............................................................................................... ... 17 Calculul parametrilor indicati si efectivi ............................................................................................

A.

Calculul parametrilor indicati ............................................................... .................................................................................................... ..................................... 17

B.

Calculul parametrilor efectivi ai motorului. motorului. ................................................................... .............................................................................. ........... 18










Date initiale:     

Turatia :

     

Numarul de cilindri: i=4 ; Alezaj: D=79mm ; Cursa : S=81.5mm; Raportul de comprimare :

   

Parametri constructivi constructivi si marimi de baza:

a)

  Cilindreea unitara ,       0,399486 dm Cilindreea totala,            Volumul cilindrului,              Volumul camerei de ardere ,    ;           *+  Viteza medie a pistonului,         3

b)

c)

d)

e)

Pe baza acestui acestui criteriu s-a stabilit ca motorul face parte din categoria categoria motoarelor rapide la care

    

       

f) Valoarea raportului dintre cursa si alezaj ,

In baza clasificarii motoarelor cu ardere interna cu piston in functie de raportul raportul ψ (subpatrate, patrate si suprapatrate), motorul calculat este suprapatrat ( g) Raza manivelei arborelui cotit ,

              

h) Raportul dintre raza manivelei si lungimea bielei ,

  










i) Unghiul de rotatie al arborelui cotit – reprezinta reprezinta unghiul facut de manivela cu axa cilindrului. Originea unghiului se alege corespunzator pozitiei pistonului in PMI . o cursa completa a a pistonului corespunde unui unghi de 180°RAC, iar pentru un unghi de 360°RAC arborele cotit efectueaza o rotatie completa in timp ce pistonul parcurge doua curse simple. j) Ciclul motor-reprezinta succesiunea proceselor care se repeta periodic in cilindrii motorului.

    

k) Timpul motor, -reprezinta partea din ciclul motor care se efectueaza intr-o cursa simpla a pistonului.

Calculul procesului de admisie a motoarelor in patru timpi Ipoteze de calcul:  Fluidul proaspat si gazele reziduale sunt considerate gaze ideale.  Dupa intrarea in cilindru, energia cinematica a incarcaturii proaspete se transforma integral in caldura. Conditii initiale de stare (au valori standardizate: STAS 6635-87):

         

Presiunea si temperatura gazelor reziduale.

Presiunea acestor gaze ,numite si gaze arse restante, la motoarele in patru timpi, se considera ca este egala cu c u presiunea medie din colectorul de evacuare. Valorile pentru calculele aproximative relativ la diferite tipuri de motoare se pot adopta din recomandarea urmatoare:

          Presiunea gazelor reziduale variaza in functie de turatia motorului; pentru un calcul mai riguros, variatia se poate aprecia prin relatia:

       In care:










n

pr(n)

1900

0,105237

3300

0,108741

4700

0,114131

6100

0,121408

600

0,103673

2000

0,105425

3400

0,109063

4800

0,114588

6200

0,122

700

0,103736

2100

0,105622

3500

0,109396

4900

0,115055

800

0,103808

2200

0,105829

3600

0,109737

5000

0,115532

900

0,10389

2300

0,106046

3700

0,110089

5100

0,116018

1000

0,103981

2400

0,106272

3800

0,11045

5200

0,116514

1100

0,104082

2500

0,106508

3900

0,11082

5300

0,117019

1200

0,104193

2600

0,106753

4000

0,1112

5400

0,117534

1300

0,104313

2700

0,107008

4100

0,11159

5500

0,118058

1400

0,104443

2800

0,107273

4200

0,11199

5600

0,118593

1500

0,104583

2900

0,107547

4300

0,112399

5700

0,119136

1600

0,104732

3000

0,107831

4400

0,112817

5800

0,11969

1700

0,104891

3100

0,108125

4500

0,113246

5900

0,120253

1800

0,105059

3200

0,108428

4600

0,113684

6000

0,120826

0.125

0.12

0.115 ] a P M [ r P 0.11

0.105

0.1 0 Pr(n)

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

n [rpm]

Temperatura gazelor reziduale depinde de tipul motorului, de raportul de comprimare










                           [  ]  



Coeficientii gazelor reziduale,



Cresterea Cresterea de temperatura temperatura a fluidului proaspat ,

, se definesste prin:

Fluidul proaspat se incalzeste in contact cu peretii sistemului de admisie si ai cilindrului precum si datorita gazelor reziduale. Cresterea de temperatura depinde in principiu de viteza fluidului proaspat, de durata admisiei, de temperatura peretilor si a fluidului proaspat.

   



Variatia lui in functie de turatie, in vederea unui calcul ma i complet, poate fi stabilita orientativ cu relatia:

        



In care, este cresterea de temperatura corespunzatoare turatiei nomonale prezentata n fiind argumentul (variabila) functiei.



*Calculul si graficul sunt efectuate inegral in Microsoft Excel

n

∆T

2400

721,6

4400

496,1

600

924,55

2500

710,325

4500

484,825

700

913,275

2600

699,05

4600

473,55

800

902

2700

687,775

4700

462,275

900

890,725

2800

676,5

4800

451

1000

879,45

2900

665,225

4900

439,725

1100

868,175

3000

653,95

5000

428,45

1200

856,9

3100

642,675

5100

417,175

1300

845,625

3200

631,4

5200

405,9

1400

834,35

3300

620,125

5300

394,625

1500

823,075

3400

608,85

5400

383,35

1600

811,8

3500

597,575

5500

372,075

1700

800,525

3600

586,3

5600

360,8

1800

789,25

3700

575,025

5700

349,525

1900

777,975

3800

563,75

5800

338,25

, in relatia












4300

507,375

1000 900 800 700

] K [ T

600 500 400 300 200 100 0 0 T(n)



1000

2000

3000

4000

5000

n [rpm]

Presiunea din cilindru la sfarsitul cursei de admisie ,

           



.

6000

7000










 

   -reprezinta densitatea fluidului proaspat. Pentru temperatura aerului t=20°C ,

    

densitatea fluidului proaspat la presiunea



este:

Temperatura Temperatura la sfarsitul cursei de admisie ,

 

Temperatura la sfarsitul cursei de admisie se poate determina din relatia bilantului termic aplicat fluidului proaspat inainte si dupa amestecare cu gazele arse. Daca se considera ca amestecarea se produce la presiune constanta , iar capacitatea calorica specifica a amestecului este egala cu a fluidului proaspat, temperatura se calculeaza cu relatia:

        

Unde:

              sunt caldurile specifice la presiune constanta a gazelor



reziduale, respectiv a fluidului proaspat ; la motoarele cu formarea amestecului in exterior, valoare care se poate utiliza, cu aproximatie si la celelalte motoare.





denumit si randament al umplerii, coeficient de umplere, sau denumit Gradul de umplere, chiar randament volumetric este definit prin raportul dintre cantitatea (masica, gravifica, molara, volumica) de fluid proaspat retinut in cili ndru la sfarsitul admisiei si cantitatea posibila de a fi introdusa in cilindree , in conditiile de presiune si temperatura de la intrarea in motor, adica fara pierderi.

               










Calculul procesului de comprimare Procesul si temperatura la sfarsitul comprimarii se pot calcula , aproximand comprimarea cu o evolutie cu exponent constant .

                     



Exponentul reprezinta de fapt o valoare medie pe durata procesului de comprimare. Valorile exponentuluipolitropic mediu depind de schimbul de caldura dintre fluidul motor si peretii cindrului. Dintre toti factor ii de influenta, ponderea principala o are turatia; la cresterea turatiei ,mc are o crestere importanta. Motoarele racite cu lichid au un regim termic mai redus decat cele racite cu aer si, ca urmare, au valori pentru mai mici.





Determinarea exponentului mediu s-a facut pe baza exponentului adiabatic de comprimare . Valorile lui se determina din nomograma in functie de raportul de comprimare .

 



      Calculul arderii



Ipoteze de calcul:

-caldurile specifice depind numai de temperatura










care tine seama de caldura degajata prin ardere pana in punctul z si de pierderile de caldura aferente. Tab.1:Caracteristicile Tab.1:Caracteristicile combustibilului petrolier Combustibil Compozitia

Benzina 

    

c h o 0.854 0.142 0.004 0.1065

         

0.5073

43529 43500

Aerul necesar arderii.

Combustibilii lichizi au urmatoarea compozitie elementara:

  -c,h,o,s, sunt participantii masici de carbon, hidrogen, oxigen,sulf,etc. Cantitatea de aer teoretica necesara arderii sau cantitatea minima de aer necesara arderii complete, tinand seama de proportia volumica de oxigen in aer (21 procente), este:

]     (     ) [   cantitatea reala de aer, disponibila pentru arderea unui kg de combustibil este :

            (

Numarul de kmoli de substanta initiala care participa la reactia chimica este:

               










  

in care:

                                                

valorile sale alegandu-se in functie de raportul al combustibilului.

Pentru combustibili petrolieri cu h/c=1,17...0,19 , inclusiv benzina, se aleg valori in intervalul 0,45...0,5 (valoarea aleasa in calcule a fost

                    

Numarul total de kmoli de produse de de ardere:



Variatia molara.

Variatia numarului de kmoli in urma arderii este:

       coeficientul chimic de variatie molara este exprimat prin raportul

               

   












       [ ]  Pentru combustibilii petrolieri din Romania, sunt date orientativ compoziitiile lor necesare arderii complete, precum si puterile calorice inferioare (vezi Tab.1).



In cazul in care motorul functioneaza cu lipsa de aer, arderea fiind incompleta, in produsele de ardere apar CO si H2.. Astfel, caldura degajata fiind mai mica , puterea calorica pentru arderea incompleta se determina cu relatia:

         [ ]      

Calculul temperaturii maxime de ardere.

 

Temperatura la sfarsitul arderii se determina cu ajutorul relatiei de ardere care reprezinta de fapt bilantul energetic al procesului respectiv. Temperatura

va fi solutia pozitiva a urmatoarei ecuatii de gradul doi:

          

                












         

Calculul presiunii maxime a ciclului rotunjit (corectat).

 



La nivelul ciclului rotunjit, valoarea presiunii maxime, ,difera de valoarea determinata la nivelul ciclului nerotunjit , fiind mai mica. Corectarea ciclului teoretic te oretic conduce la valori ale presiunii maxime reprezentand circa (0,85...0,92) .

          ;



Calculul destinderii.

In conditiile unui permanent schimb de caldura intre gazele c are evolueaza in cilindru si exterior, pentru evaluarea procesului, destinderea este asimilata unei transformari politropice, cu exponent politropic constant, egal cu valoarea medie.

      

Relatia de calcul pentru presiunea si temperatura de la sfarsitul cursei de destindere sunt urmatoarele:










Trasarea diagramei indicate. Diagrama indicata a motorului cu ardere interna se construieste pe baza calculului proceselor de lucru. Se traseaza mai intai diagrama nerotunjita, apoi se rotunjeste in raport cu cotele de reglaj ce se adopta. Trasarea se face in coordonate p-V. Se alege o scara a presiunilor si o scara a volumelor.

  

Trasarea liniilor de evacuare si admisie se face prin cate o izobara de valoare .

  

si

In ceea ce priveste politropele de destindere si comprimare, deoarece in abscisa apare si cursa pistonului, se traseaza variatia presiunilor in functie de cursa pistonului. Pentru politropa de comprimare:

        (  )           (  )     

Pemtru politropa de destindere:

unde:

 

presiunea corespunzatoare deplasarii x a pistonului in timpul cursei de comprimare;










Intimpul unui ciclu de functionare , arborele cotit efectueaza doua rotatii complete, deci variaza intre 0 si 720°. Legatura dintre variatia unghiului de rotatie a arborelui motor si procesele de lucru este data explicit in rumatorul tabel:





Tab.2



Procesul de lucru Legea de variatie a presiunii 0°- 180° Admisie 180° - 360° Comprimare 360° - 540° Ardere si destindere 540° - 720°

    

Pentru trasarea diagramei indicate nerotunjite, se calculeaza urmatoarele marimi:

                       

*Calculul si graficul sunt efectuate inegral in Microsoft Excel

180

-1

81,5

0,088826

195

-0,96593

80,45269

0,090091

210

-0,86603

77,31397

0,09409

225

-0,70711

72,11148

0,101479

240

-0,5

64,94531

0,113567










Diagrama indivata nerotunjita

] r a b [ p 4

z

3.5

3

2.5

2

c

1.5

1

0.5 pr pa 0

d a 0

10

20

30

40

50

60

70

80

PME

90












Calculul parametrilor indicati si efectivi A. Calculul parametrilor indicati 1. Presiunea medie indicata pe ciclul este o marime conventionala si poate fi definita astfel: -presiunea constanta ca marime, care actionand a ctionand asupra pistonului in timpul cursei de destindere ar produce un lucru mecanic egal cu lucrul mecanic indicat al cuclului -inaltimea unui dreptunghi avand baza egala cu cilindreea si aria cu lucrul mecanic indicat.



 

   

lucrul mecanic al diagramei de presiune inalta;lucrul mecanic de presiune joasa, sau lucrul mecanic de pompaj, se considera in consumul propriu de lucru mecanic al motorului, sau in randamentul mecanic al motorului.










3. Randamentul indicat, combustibil.

  

;



, se defineste prin caldura disponibila a unitatii de cantitate de

                    

    *  +            

4. Consumul specific indicat, este cantitatea de combustibil consumata de motor in unitatea de timp , pentru unitatea de putere dezvoltata de motor.

B. Calculul parametrilor efectivi ai motorului. 1. Presiunea medie efectiva , este o presiune conventionala, constanta ca marime ,

Proiect PCMAI (Procese si caracteristici ale motoarelor cu ardere interna)

Recommend Documents