View
258
Download
4
Category
Preview:
DESCRIPTION
Motoare ardere interna
Citation preview
Tema proiect Nr. 10
Sa se proiecteze calculul termic al motorului cu ardere interna cu piston, in patru timpi, cu aprindere prin comprimare ce echipeaza un autoturism si are urmatoarele caracteristici:
puterea maxima efectiva Pe=55 KW (75 CP) turatia corespunzatoare puterii maxime nP=4000 rot/min numarul de cilindrii i=4.
Termen limita de predare a proiectului: 5 iunie 2007.
2
Cuprins
1. INTRODUCERE .............................................................................................................................................. 4
1.1. SISTEME CU INJECTOR UNITAR I CU POMPA DE INJECIE UNIC SAU UNITAR GESTIONATE ELECTRONIC ........................ 4 1.2. STUDIUL TEHNICII ACTUALE PRIVIND MOTOARE SIMILARE CU CEL DIN TEMA DE PROIECT ............................................... 7
2. MEMORIU JUSTIFICATIV DE CALCUL ................................................................................................... 8
2.1. ALEGEREA PARAMETRILOR INIIALI GENERALI AI PROCESULUI DE SCHIMBARE A GAZELOR ............................................ 8 2.2. CALCULUL PROCESULUI DE SCHIMBARE A GAZELOR: ................................................................................................. 8 2.2.1. ALEGEREA PARAMETRILOR INITIALI AI PROCESULUI DE SCHIMBARE A GAZULUI: ............................................................. 8 2.2.2. CALCULUL PARAMETRILOR CONSTRUCTIVI AI MOTORULUI: ....................................................................................... 10 2.2.3. CALCULUL GRADULUI DE UMPLERE A CILINDRULUI: ................................................................................................ 11 2.2.4. CALCULUL PRESIUNII FLUIDULUI PROASPT DIN CILINDRU LA SFRITUL CURSEI DE ADMISIE (PA) ................................... 13 2.2.5. CALCULUL PRESIUNII FLUIDULUI PROASPAT DIN GALERIA DE ADMISIE (PGA) ................................................................ 13 2.2.6. CALCULUL COEFICIENTULUI DE GAZE REZIDUALE ( R) .......................................................................................... 13 2.2.7. CALCULUL TEMPERATURII FLUIDULUI PROASPT DIN CILINDRU LA SFRITUL CURSEI DE ADMISIE (TA) ........................... 14 2.2.8. CALCULUL VITEZEI MEDII A FLUIDULUI PROASPT DIN GALERIA DE ADMISIUNE (WGA) ................................................. 14 2.2.9. CALCULUL VITEZEI MEDII A FLUIDULUI PROASPT N SECIUNEA OFERIT DE SUPAPA DE ADMISIE (WSA) ........................ 14 2.3. CALCULUL PROCESULUI DE COMPRIMARE ............................................................................................................... 14 2.4. CALCULUL PROCESULUI DE ARDERE ....................................................................................................................... 15 2.4.1. DETERMINAREA COMPOZIIEI AMESTECULUI INIIAL ................................................................................................ 16 2.4.2. DETERMINAREA COMPOZIIEI PRODUSELOR DE ARDERE ............................................................................................ 17 2.4.3. CALCULUL COEFICIENTULUI DE VARIAIE MOLAR AI PROCESULUI DE ARDERE ............................................................ 17 2.4.4. CALCULUL CLDURII SPECIFICE LA VOLUM CONSTANT A AMESTECULUI INIIAL ............................................................ 18 2.4.5. CALCULUL CLDURII SPECIFICE LA VOLUM CONSTANT A GAZELOR DE ARDERE ............................................................. 18 2.4.6. CALCULUL TEMPERATURII MAXIME ATINSE N CILINDRU ........................................................................................... 19 2.4.7. CALCULUL PARAMETRILOR TERMODINAMICI AI PROCESULUI DE ARDERE ..................................................................... 20 2.5. CALCULUL PROCESULUI DE DESTINDERE ................................................................................................................. 21 2.6. DIAGRAMA INDICAT N COORDONATE P-V ............................................................................................................ 22 2.7. DIAGRAMA INDICAT DESFURAT N COORDONATE P- ......................................................................................... 24 2.8. PLANIMETRAREA DIAGRAMEI INDICATE .................................................................................................................. 25 2.9. CALCULUL PARAMETRILOR INDICAI AI CICLULUI MOTOR: ....................................................................................... 25 2.10. CALCULUL PARAMETRILOR EFECTIVI AI MOTORULUI .............................................................................................. 26
BIBLIOGRAFIE ............................................................................................................................................... 29
3
1. Introducere
1.1. Sisteme cu injector unitar i cu pompa de injecie unic sau unitar gestionate electronic
Sistemele cu injector unitar (UI) i pomp de injecie unitar (PU) asigur pentru motoarele actualmente existente, la care adaptarea dispozitivelor gestionate electronic este simpl i ieftin, reducerea noxelor, a zgomotului, a consumului de combustibil precum i o foarte bun adaptabilitate la regimul de funcionare.
n figur se prezint schema bloc a UEC cu traductoarele i comenzile specifice unui motor diesel cu gestiune electronic, inclusiv pentru sistemul de injecie.
Schema de ansamblu a UEC i funciile sale
Unitatea electronic de calcul funcioneaz dup cele expuse n paragraful precedent.n figur este schema de ansamblu i inclusiv segmentul din UEC care comand IU respectiv PU.
Schema de comand electronic pentru IU i UP
4
n raport cu regimul de funcionare al motorului, subansamblele din schema de mai sus asigur avansul la injecie i doza de combustibil injectat pe ciclu, optime.
Sistemele IU i PU dispun de ventile magnetice comandate prin bobine electromagnetice, electronic, fiind alimentate de o pomp cu un singur cilindru, cu piston obinuit, comparativ cu sistemele clasice, cu piston cu canal elicoidal pentru reglarea nceputului injeciei i a debitului injectat, folosite nc la motoarele de autocamioane.
La sistemele cu injector unitar (IU) toate componentele care realizeaz injecia de nalt presiune (pompa cu piston i injectorul propriu-zis, inclusiv ventilul magnetic) sunt nglobate n acelai corp.n cazul pompei de injecie unitar (PU) ventilul comandat electronic face corp comun cu elementul de pomp cu piston i printr-o conduct scurt de foarte nalt presiune se face legtura cu injectorul.
Seciune prin sistemul injector unitar (IU)
Sistemul IU este montat direct n chiulas, pistonul pompei de injecie fiind antrenat direct de un culbutor. Componentele importante sunt pistonul principal cu arc de readucere, un pistona pentru descrcarea traseului cu combustibil susinut de ctre bobina comandat de ctre UEC i care constituie de fapt acul diuzei injectorului.Injecia se realizeaz n dou secvene:- preinjecia la 300 bar pentru care ridicarea acului pulverizatorului se realizeaz sub efectul presiunii combustibilului, asigurndu-se astfel doza de combustibil necesar reaciilor pregtitoare arderii ceea ce realizeaz un mers linitit al motorului, optimiznd i arderea propriu-zis din punct de vedere al reducerii consumului de combustibil i al noxelor.- injecia propriu-zis la 2000 bar, comandat de ctre UEC, cu ridicarea acului pulverizatorului de ctre bobina electromagnetic.
Sistemul PU are pompa de injecie de foarte nalt presiune montat direct n blocul motor antrenat fiind de ctre o cam special de pe arborele cu came ce comand i distribuia, legtura cu injectorul de construcie special plasat n chiulas fcndu-se prin conducta de mare presiune.
5
n figur este prezentat o seciune prin pompa de injecie.
Seciune prin pompa de injecie de tip UP
Ventilul pentru controlul injeciei este montat n partea superioar a pompei unitare, n acest caz comandndu-se cu bobina electromagnetic preinjecia la 300 bar, existnd i n cazul soluiei n discuie un pistona auxiliar pentru ntreruperea injeciei de joas presiune. Apoi urmeaz injecia principal la 1800 bar.
Soluia de tip PU se realizeaz n serie ncepnd cu anul 1997, testele dovedind durate de funcionare fr defeciuni de 55000 ore.
Din cele de mai sus rezult c procesul de injecie n motorul diesel, cu o influen covritoare asupra reducerii consumului de combustibil, al noxelor i al zgomotului, poate fi asigurat prin realizarea unor presiuni la injector de pn la 2000 bar, folosind UEC care are memorate date de stand cu condiiile optime de injecie, utilizate fiind la autovehiculele moderne, recent fabricate.
Materializarea dezideratelor definite este realizat de ctre firma Bosch GmbH folosind sistemele cu injector unitar (IU) i pompa de injecie unitar (PU).
6
1.2.Studiul tehnicii actuale privind motoare similare cu cel din tema de proiect
Motorul din tema de proiect: Categoria autovehiculului Autoturism, tip aprindere MAC, Pe max 55 Kw, nP 4000 rot/min, nr. de cilindrii i 4.
Nr. Tipul Nr. de
Cilindree totala Cursa
Alezajul Raport de Tip
Putere maxima efectiva
Turatia la Pmax
Moment maxim efectiv
Turatia la Mmax Nr. de Wp pe Pe1 PL PA
crt. autovehiculului cilindrii [cm^3] [mm] [mm] compresie alimentare [kW]
[rot/min] [Nm]
[rot/min] supape [mm/mm] [m/s^2] [daN/cm^2
[kW/cil] [kW/dm^3] [kW/dm^2]
1Ford Focus
1.8TD 4 1753 82,5 82 21,5 D 55 4000 110 2500 2 1,006111,000
0 9,4124 13,7500 31,5596 26,0367
2 Lada Niva 4 1905 83 88 23,5 D 47 4600 118 2070 2 0,943212,726
7 6,4362 11,7500 23,2758 19,3189
3Mahindra MM
54Q 4 2498 94 90 23 D 53 4000 149 2000 2 1,044412,533
3 6,3651 13,2500 22,1571 20,8277
4Mitsubishi Cariama 4 1870 80 93 20,5 D 66 4250 176 2250 2 0,8602
11,3333 9,9654 16,5000 30,3625 24,2900
5 Nissan Almera 4 1973 84,5 88 22,2 D 55 4800 132 2800 2 0,960213,520
0 6,9691 13,7500 26,7541 22,6072
6 Opel Corsa 4 1686 79 86 22 D 44 4400 112 2650 2 0,918611,586
7 7,1174 11,0000 23,9706 18,9368
7 Opel Astra 4 1598 79 81,5 9,6 ES 55 5200 128 2600 2 0,969313,693
3 7,9426 13,7500 33,3634 26,3571
8 Peugeot 306 4 1900 83 88 23 D 50 4000 120 2000 2 0,943211,066
7 7,8947 12,5000 24,7615 20,5520
9 Proton 420 4 1998 82,7 92 22,2 D 60 4500 172 2500 2 0,898912,405
0 8,0080 15,0000 27,2848 22,5645
10Renault Laguna 4 2188 87 92 23 D 61 4500 142 2250 3 0,9457
13,0500 7,4345 15,2500 26,3685 22,9406
7
2. Memoriu justificativ de calcul
2.1.Alegerea parametrilor iniiali generali ai procesului de schimbare a gazelor
Parametrii initiali general utilizati la calculul termic al unui motor sunt:- numarul de cilindrii i=4, conform temei de proiect;- numarul de timpi ai motorului =4, conform temei de proiect;- puterea efectiva Pe=55 KW, conform temei de proiect;- turatia corespunzatoare puterii maxime nP=4000 rot/min, conform temei de proiect;- viteza medie a pistonului WP=11,00 m/s, s-a ales pe baza studiului motoarelor similare cu cel
din tema de proiect;- puterea litrica PL=31,56 KW/dm3, s-a ales pe baza studiului motoarelor similare cu cel din tema
de proiect;- numarul de supape pe cilindru nS=2, s-a ales pe baza studiului motoarelor similare cu cel din
tema proiect; - raportul de comprimare =21,5, s-a ales pe baza studiului motoarelor similare cu cel din tema
de proiect;- coeficientul de dozaj =1,5, s-a ales in intervalul: 1,42 MAC;- presiunea initiala STAS po=1 daN/cm2;- temperatura initiala STAS To=298 K;- presiunea aerului in conditii normale de stare paer=1,013 daN/cm2;- densitatea aerului atmosferic in conditii normale de stare aer=1,293 kg/m3;- temperatura in conditii normale Taer=273 K;- constanta specifica a aerului Ra=287 J/kgK;- constanta specifica combustibilului: benzina Rc=73 J/kgK
2.2.Calculul procesului de schimbare a gazelor:
2.2.1. Alegerea parametrilor initiali ai procesului de schimbare a gazului:
Valoarea parametrilor initiali ai procesului de schimbare a gazului se aleg pe baza recomandarilor din literatura de specialitate, tinand cont de destinatia autovehicolului. Parametrii alesi sunt:Ford Focus 1.8 TD
]/ [00,111030
40005,821030
33 smnSWP =
=
=
] [55 max KWPe =
]/ [75,134
55 max1 cilKWi
PP ee ===
]/ [37,314438,0
55 cilKWiV
PP
S
eL =
=
=
] [438,0]m438000 [m5,82482
433
22
dmSDVS ==
=
=
pipi
Parametrii fazelor de distribuie:
8
- avansul la deschiderea supapei de admisie aDSA: aDSA =1020 [oRA ] ;
aDSA = 17 [oRA] ; - intarzierea la inchiderea supapei de admisiune iiSA: iiSA = 4570 [oRA ] ; iiSA = 68 [oRA] ; - avansul la deschiderea supapei de evacuare aDSE: aDSE = 4060 [oRA];
aDSE = 55 [oRA] - intarzierea la inchiderea supapei de evacuare iiSE: iiSE= 1530 [oRA] ; iiSE=25 [oRA] - coeficientul de postumplere pu
pu=0,080,25se alege pu=0,12.
- coeficientul global a rezistentei gazodinamice a traseului de admisie a a=48
se alege a=5- coeficientul de debit a sectiunii oferite de supapa de admisie SA
SA=0,40,65se alege SA=0,60
- factorul de profil a camei ce actioneaza supapa de admisie fpc fpc=0,951,3se alege fpc=1,15.
- unghiul de prelucrare a talerului supapei de admisie SA=30o,45o,60o. Se alege SA=45o pentru ca s-a urmarit ca efectul de centrare sa fie prioritar.
- Inaltimea maxima de ridicare a supapei de admisie de pe scaunhmax=69 mm pentru D100 mmse alege hmax=8 mm
- incarcarea fluidului proaspat la peretii calzi ai traseului de admisie: T=1540 K pentu MAS T=1025 K pentu MACSe alege T=20 K
- presiunea din cilindru la sfarsitul cursei de evacuarepg=1,051,2 daN/cm2se alege pg=1,15 daN/cm2 pentru ca s-a avut in vedere ca traseul de evacuare are rezistente gazodinamice importante
- temperatura gazelor reziduale din cilindru la sfarsitul cursei de evacuareTg=9001200 K pentru MASTg=700900 K pentru MACSe alege Tg=800 K
- masa minima de aer necesara pentru arederea teoretica completa a unui kilogram de combustibil
Lmin=14,71 comb
aer
kgkg
.
9
2.2.2. Calculul parametrilor constructivi ai motorului:
- cilindreea unitara [ ]3 4383,0437,3155 dm
iPP
VL
eS =
=
=
- cursa pistonului [ ]mmn
WS P 5,8210400000,1130
1030
33 =
=
=
- alezajul cilindrului [ ]mmS
VD S 24,825,82104383,04104 66
=
=
=
pipi
- diametrul exterior al talerului supapei de admisie[ ]mmDd SA 12,4124,825,05,0 ===
- diametrul exterior al talerului supapei de evacuare[ ]mmdd SASE 90,3212,418,08,0 ===
- diametrul sectiunii libere [ ]mmdd SAoa 90,32812,418 ===- inaltimea relativa de urcare a supapei de admisie
28,022,0max =oad
h
243,0=relh
- durata procesului de admisie:a=aDSA+180o+iISA=17o+180o+68o=265 [oRA]
- durata procesului de evacuare:e=aDSE+180o+iISE=55o+180o+25o=260 [oRA]
- sectiunea litrica a supapei de admisie:
10
=
=
=
lmSL
lmSL
SDd
dh
fSL
Sa
Sa
oa
oapcSa
24
22
62
max
105,8
5,82
12,82
90,3290,32
845cos15,1474,1
101cos 474,1
pi
pi
Se observa ca sectiunea litrica se incadreaza in intervalul recomandat: ( )
lm24 10155 .
2.2.3. Calculul gradului de umplere a cilindrului:
Pentru calculul V se vor determina in prealabil urmatorii parametrii de stare a procesului de admisie:
- gradul de incalzire a fluidului proaspat:
067,129820298
=
+=
+=
o
o
TTT
- densitatea aerului atmosferic in conditii STAS de incercare a motorului cu aprindere interna, 0aer;Se cunosc: To=298 K po=750 [mmHg]=1 bar=1 daN/cm2Conditii normale: Taer=273 K paer=760 [mmHg]=1,013 daN/cm2 aer=1,293 kg/m3
[ ]30 / 1693,1298273
013,11293,1 mkg
TT
pp
o
aer
aer
oaeraer ===
- exponentul adibatic a fluidului proaspatka=1,4
- viteza sunetului in fluidul proaspat
===
smTRKa ofpafp 346298 2871,4
- gradul de umplere V se determina pe baza urmatorului sistem de cinci ecuatii care are necunoscutele: V, pga, pa, Ta, r.
11
( )
( )
=
++
=
=
+=
+
=
11
11
1111
1101 81
180)1(105,0
11
1
0
0
00
1
22
22
26
22
20
2
05
0
0
0
vg
gr
a
v
ag
vpua
rpuoa
kk
saasa
v
fp
agaa
pvaa
fpaga
rpua
av
TT
pp
ppk
pp
kTT
SLn
akpp
WdDpp
TT
pp
a
a
Obs.: Folosind metoda substitutiei pentru necunoscutele raagav Tpp ,,,, se ajunge la urmatoarea ecuaie cu o singura necunoscuta v:
( )[ ]1
22
22
26
22
20
2
05
0
0
11018111
180)1(105,0
)1()1(
+=
=
+
+
a
a
kk
saasa
v
fp
aa
Pvaa
a
gpuav
SLn
akk
WdDfpp
pkp
Aceast ecuatie se rezolva pe baza programului Excel, prin metoda grafica:
Variatia membrilor ecuatiei in functie de v
v 0,680 0,700 0,720 0,740 0,760 0,780 0,800 0,820 0,840 0,860 0,880 0,900 0,920 0,940 0,960Mem_st
19,477
20,016
20,555
21,094
21,633
22,172
22,711
23,250
23,789
24,328
24,867
25,406
25,945
26,484 27,023
Mem_dr27,24
227,10
126,95
526,80
626,65
426,49
826,33
826,17
626,01
025,84
125,66
925,49
325,31
525,13
4 24,949
Se traseaza graficele de variatie a celor 2 membri in functie de v . Intersectia celor 2 curbe reprezinta solutia cu necunoscuta v
12
Determinarea gradului de umplere
0,902
18,0
20,0
22,0
24,0
26,0
28,0
30,0
0,66 0,68 0,70 0,72 0,74 0,76 0,78 0,80 0,82 0,84 0,86 0,88 0,90 0,92 0,94 0,96 0,98Gradul de umplere
Mem
brul
st
ng
M
embr
ul d
rept
Membrulstng
Membruldrept
ita_v
v =0,902v se incadreaza in intervalul recomandat de literatura de specialitate : 0.7......0.9.
2.2.4. Calculul presiunii fluidului proaspt din cilindru la sfritul cursei de admisie (p a)
=
+
+=
+
+=
2
0
857,0
)15,21(4,1115,1)12,01()15,21(4,1067,1902,01
)1(1)1()1(
cmdaNp
p
kpkp
p
a
a
a
gpuava
Valoarea lui pa se incadreaz in intervalul (0,70,9) recomandat de [1].
2.2.5. Calculul presiunii fluidului proaspat din galeria de admisie (p ga)
= gap 22
2
2
00,11902,0265180
9,322,82169,16000005,01
= gap 0,938 [daN/cm2]
2.2.6. Calculul coeficientului de gaze reziduale ( r)
( )15,21902,01
800298
115,1
=r
= r 0,023
13
Se observ c r se ncadreaz n intervalul (00,03) recomandat de [1].
2.2.7. Calculul temperaturii fluidului proaspt din cilindru la sfritul cursei de admisie (Ta)
( )
++
=
1857,0
067,1902,014,1
115,1
5,201
067,1902,0112,014,1
023,012,01067,1298aT
= aT 328,87 KSe observ c Ta se ncadreaz n intervalul (310400)K recomandat de [1].
2.2.8. Calculul vitezei medii a fluidului proaspt din galeria de admisiune (W ga)
=
=
=
smW
W
smW
dDW
ga
ga
apv
aga
12,42
26518000,11902,0
9,322,82
180
2
2
20
2
2.2.9. Calculul vitezei medii a fluidului proaspt n seciunea oferit de supapa de admisie (Wsa)
=
=
=
smW
W
sm
SLnW
sa
sa
saasa
vsa
24,160
105,81
26540006
6,0902,010
1610
43
3
2.3.Calculul procesului de comprimare
Rolul procesului de comprimare este de a spori randamentul termic al ciclului motor si de a crea conditii optime pentru autoaprinderea combustibilului.
Prin calculul procesului de comprimare se urmareste determinarea presiunii i temperaturii momentane a fluidului motor din cilindru in timpul cursei pistonului de la P.M.E. la P.M.I. corespunzatoare procesului de comprimare.
Calculul se face in ipoteza ca procesul de comprimare este o transformare termodinamica politropic cu un exponent politropic constant notat cu mc.
Ecuatiile transformarilor politropice sunt:
[ ]KVVTT
cmdaN
VVpp
c
c
m
x
aax
m
x
aax
1
2
=
=
mc corespondentul politropic al procesului de comprimare.
14
Din [1] se adopt mc=(1,341,4) mc=1,34.
Vx valoarea momentan a volumului ocupat de fluidul motor n timpul cursei de comprimare.px,Tx presiunea respectiv temperatura momentan a fluidului motor corespunztoare volumul
Vx.Se consider 10 valori ale volumului Vx situate la distane egale n intervalele [Vc,Va] i
rezultatele se trec n tabel.
[ ]
[ ]3
3
459,015,21
5,21,0
1
021,015,21
1438,0
11
dmV
V
VV
dmV
V
VV
a
a
sa
c
c
sc
=
=
=
=
=
=
Vx 0,4596 0,4109 0,3622 0,3135 0,2649 0,2162 0,1675 0,1188 0,0701 0,0214px 0,857 0,996 1,179 1,431 1,794 2,356 3,316 5,256 10,658 52,308Tx 328,87 341,63 356,60 374,54 396,66 425,03 463,57 521,01 623,39 933,37
[ ]KTcmdaNp
c
c
933
3,52 2
=
=
Se observa ca valoarea presiunii pc si temperatura Tc la sfarsitul procesului de comprimare se incadreaza in intervalele recomandate de [1]:
[ ]KTcmdaNp
c
c
950...500
75...50 2
=
=
2.4.Calculul procesului de ardere
Se bazeaza pe urmatoarele ipoteze:-in timpul procesului de ardere au loc variatii ale compozitiei chimice a fluidului motor.-caldurile specifice la volum constant ale fluidului motor variaza in functie de temperatura
acestuia.-au loc pierderi de caldura prin peretii cilindrului. -arderea este un proces izocor care incepe in punctul C al diagramei indicate si se termina in
punctul y.-calculul procesului de ardere este pentru 1kg de aer.Caldura utila este caldura preluata de fluidul motor si reprezinta diferenta dintre caldura
degajata prin arderea combustibilului si pierderile de caldura prin peretii cilindrului. Se determina cu ajutorul coeficientului caldurii utile ( u) cu relatia:
15
=
=
=
kgkjQ
QkgkjQQ
u
u
uu
38502
4185092,0
)33(
unde: Q puterea caloric a motorinei Valorile recomandate al lui 94,0...88,0=u . Alegem 92,0=u .
2.4.1. Determinarea compoziiei amestecului iniial
Amestecul initial de gaze aflate in cilindru la inceputul procesului de ardere este format din aer si combustibil care a patruns in cilindru n procesul de admisiune si gazele reziduale ramase din ciclu anterior. Substantele care au patruns in cilindru la sfarsitul procesului de admisie se numesc substante initiale.
Cantitatea minima de aer necesar pentru arderea teoretic completa a unui kg de combustibil Lmin cu relaia:
=
+=
+=
kgkmolL
L
ohcL
4969,0
3201,0
4133,0
12857,0
21,01
3241221,01
min
min
min
c - participatia masica a carbonului din molecula de combustibil, c=0,857h - participatia masica a hidrogenului din molecula de combistibil, h=0,133o - participatia masica a oxigenului din molecula de combustibil, O=0,01Numarul de kilomoli ale substantelor initiale se determina cu relatia:
=
+=
+=
kgkmol
L
i
i
ci
754,0
1077,84969,05,1 3min
c -numarul de kmoli de combustibili dintr-un kg de combustibil
==
kgkmol
M cc
31077,81
Mc=114 [kg/kmol]
=
=
=
kgkmol
r
r
rir
017,0
023,0754,0
r -numarul de kmoli de gaze reziduale Numarul de kmol de amestec iniial:
=
+=
+=
kgcombkmol
ai
ai
riai
771,0
017,0754,0
16
2.4.2. Determinarea compoziiei produselor de ardere
La MAC in urma arderii rezulta urmatoarele substante 2222 ,,, ONOHCO .Numarul de kilomoli de CO2 din substanta finala notati cu ( 2CO ) se determinata cu relatia:
=
=
=
kgcombkmol
c
CO
CO
CO
071,0
12857,0
2
2
2
2
Numarul de kilomoli de H2O rezultati din ardere ( OH 2 ) se determinata cu relatia:
=
=
=
kgcombkmol
h
OH
OH
OH
067,0
2133,0
2
2
2
2
Numarul de kilomoli de 2N rezultati din ardere ( 2N ) se determinata cu relatia:
=
=
=
kgcombkmol
L
N
N
N
589,0
497,05,179,079,0
2
2
min2
Numarul de kilomoli de 2O rezultati din ardere ( 2O ) se determinata cu relatia:( )( )
=
=
=
kgcombkmol
L
O
O
O
01,0
497,015,2121,0121,0
2
2
min2
Numrul de kilomoli de substane finale f :
=
+++=
+++=
kgkmol
f
f
ONOHcof
779,0
01,0589,0067,0071,02222
Numrul de kilomoli de gaze de ardere ga :
=
+=
+=
kgkmol
ga
ga
rfga
796,0
017,0779,0
2.4.3. Calculul coeficientului de variaie molar ai procesului de ardere
Coeficient chimic de variatie molara:
17
032,1754,0779,0
=
=
=
c
c
i
fc
Coeficient total de variatie molara:
031,1771,0796,0
=
=
=
t
t
ai
gat
2.4.4. Calculul cldurii specifice la volum constant a amestecului iniial
In calculul caldurilor specifice se neglijeaza influenta gazelor reziduale deoarece valorile caldurilor specifice depinde de temperatura. Se va utiliza o valoare medie corespunzatoare intervalului de temperatura 273K.
Caldura specifica a amestecului initial: -se determina in functie de participatia masica a aerului si a combstibilului cu relatia :
=
++
+
+++
=
++
+++
=
kmolKkjC
C
TbaL
TbaL
LC
vai
vai
cccC
Ccaa
Cvai
32,25
) 9331046,21998,101(1077,8497,05,1
1077,8
)9331051,267,19(1077,8497,05,1
497,05,1
) (min
)(min
min
33
3
33
31051,2,67,19 == aa ba - coeficientii caldurii specifice ai aerului conform [1] tabelul 4.631046,219,98.101 == cc ba - coeficientii caldurii specifice ai combustibilului conform [1]
tabelul 4.6.
2.4.5. Calculul cldurii specifice la volum constant a gazelor de ardere
Determinarea cldurii specifice se face n funcie de participaiile masice ale fiecrui component.Participaia masic a CO2:
091,0779,0071,0
2
2
22
=
=
=
CO
CO
f
coCO
P
P
P
Participaia masic a H2O:
18
085,0779,0067,0
2
2
22
=
=
=
OH
OH
f
OHOH
P
P
P
Participaia masic a N2:
756,0779,0589,0
2
2
22
=
=
=
N
N
f
NN
P
P
P
Participaia masic a O2:
067,0779,0052,0
)50(
2
2
22
=
=
=
O
O
f
OO
P
P
P
Cldura specific medie la valori constante a gazelor de ardere:
=
+=
=
+++=
+++=
=
+++=
+++=
+=
+=
==
kmolKkjC
C
b
b
PbPbPbPbbaa
PaPaPaPaaTbaC
TbPaPC
vga
vga
ga
ga
NNOOOHOHCOCOga
ga
ga
NNOOOHOHCOCOga
gagavga
ii
n
iii
n
ivga
885,27
)22021011,2(24,23
1011,2
756,01067,1067,01067,1085,01002,5091,01035,3
24,23
756,034,21067,002,23085,085,23091,05,38
)(
)(
3
3
3333
22222222
22222222
max
max11
ii ba , - este coeficientul caldurii specifice medii a fiecarui compus din gazele de ardere pentru intervalul de temperatur 273K...Tmax=2202 K.
3222
3222
3222
3222
1067,1; 02,23
1067,1; 34,21
1002,5; 85,23
1035,3; 5,38
==
==
==
==
oo
nn
ohoh
coco
baObaN
baOHbaCO
2.4.6. Calculul temperaturii maxime atinse n cilindru
Tmax in cilindru in timpul arderii se determina pe baza ecuatiei de bilant energetic. La MAC se consider ca arderea decurge izocor si ecuatia de bilant energetic are expresia:
( ) ( )
max
00
0
273TT
CT
TTCTTCQ
y
yvgatocvaiai
u
=
=
=+
Tmax- temperatura maxima atinsa in cilindru motorului corespunzator in punctul y din diagrama indicata.
19
Determinarea temperaturii Ty
2590
52000
54000
56000
58000
60000
62000
64000
66000
68000
70000
72000
2200 2230 2260 2290 2320 2350 2380 2410 2440 2470 2500 2530 2560 2590 2620 2650 2680 2710 2740 2770 2800Ty' [K]
Mem
brul
dre
pt
M
embr
ul s
tng
Membrulstng
Membruldrept
Ty
Deoarece Cvga este functie de Ty ecuaia este de gradul 2 cu necunoscuta Ty care va avea solutiile:
Ty= 2200 2250 2300 2350 2400 2450 2500 2550 2600 2650 2700 2750 2800Mem_st 65988 65988 65988 65988 65988 65988 65988 65988 65988 65988 65988 65988 65988
Mem_dr 54742 56181 57620 59059 60498 61937 63376 64815 66254 67693 69132 70572 72011
T Y =2590 [K]T 259085,085,0max == yTT ] [2202max K=
Observatie: Valoarea temperaturii se incadreaz in intervalul 1800...2300K, recomandat de literatura de specialitate.
2.4.7. Calculul parametrilor termodinamici ai procesului de ardere
Presiunea fluidului motor corespunzator punctului y din diagrama indicata se determina cu relatia:
20
=
=
=
2 8,149
933259003,13.53
cmdaNP
P
TT
PP
y
y
c
ytcy
Presiunea maxima din cilindru atinsa in timpul procesului real de ardere notata cu Pmax este mai mica decat cea teoretica determinata cu relatia de mai sus deoarece arderea reala nu este izocora .
Pmax=0,85Py=0,85149,8
Pmax=127,34 2cmdaN
2.5.Calculul procesului de destindere
Procesul de destindere este procesul in care fluidul motor cedeaza energie pistonului. Calculul se face in ipoteza ca procesul de destindere este o transformare termodinamica politropica cu un exponent politropic constant. Ecuatiile transformarii politropice sunt:
[ ]K
VVTT
cmdaN
VVpp
d
d
m
C
XYX
m
C
XYX
1
2
=
=
unde: md exponent politropic al procesului de destindere; Intervalul pentru md in literatura de specialitate md= 1,251,32 Se adopt md=1,27 XV valoarea momentana ocupat a fluidului motor in timpul cursei de destindere XX Tp , valoarea presiuni respectiv temperatura momentana a fluidului motor corespunzator volumului XV
Parametrii termodinamici ai proceslui de destindereVx 0,0214 0,0701 0,1188 0,1675 0,2162 0,2649 0,3135 0,3622 0,4109 0,4596px 149,812 33,171 16,972 10,971 7,933 6,129 4,947 4,118 3,508 3,043Tx 2590 1880 1630 1486 1387 1313 1254 1206 1166 1131
Pu=3,043 2cmdaN
Tu=1131 [K] Se observa ca volumul presiunii up i temperatura uT a fluidului motor la sfarsitul procesului de destindere se incadreaza in intervalele recomandate de literatura de specialitate [1]
Pu=3....5 2cmdaN
Tu=1000.....1400 [k]
21
2.6.Diagrama indicat n coordonate p-V
Diagrama indicata a ciclului motor in coordonate p-V reprezinta graficul variatiei presiunii din cilindru in functie de pozitia pistonului exprimata prin volumul ocupat de fluidul motor la un moment dat.
Se alege pe abscisa scara de reprezentare a volumului cilindrului 1 mm =0,003 dm ( aV = 153,21 mm)Se alege pe ordonata scara corespunzatoare presiunii din cilindru
1 mm =0,6 2cmdaN
( maxP = 249,69 mm)
Se traseaza cu linie punctat dreapta orizontala corespunzatoare presiunii atmosferice si verticalele Vc si Va corespunzatoare pozitiei pistonului in punctul mort exterior si in punctul mort interior.
Valorile presiunii din cilindru se determina pentru diferite valori ale volumelor ocupate de fluidul motor si sunt centralizate in tabel.
Variatia presiunii din cilindru in timpul ciclului motorV p scara_V scara_p
dm^3 daN/cm^2 mm mm0,0214 0,857 7,13 1,430,4596 0,857 153,21 1,430,4109 0,996 136,98 1,660,3622 1,179 120,75 1,970,3135 1,431 104,51 2,390,2649 1,794 88,28 2,990,2162 2,356 72,05 3,930,1675 3,316 55,82 5,530,1188 5,256 39,59 8,760,0701 10,658 23,36 17,760,0214 52,308 7,13 87,180,0214 149,812 7,13 249,690,0701 33,171 23,36 55,290,1188 16,972 39,59 28,290,1675 10,971 55,82 18,280,2162 7,933 72,05 13,220,2649 6,129 88,28 10,220,3135 4,947 104,51 8,240,3622 4,118 120,75 6,860,4109 3,508 136,98 5,850,4596 3,043 153,21 5,070,4596 2,350 153,21 3,920,4109 1,430 136,98 2,380,3622 1,150 120,75 1,920,3135 1,150 104,51 1,920,2649 1,150 88,28 1,920,2162 1,150 72,05 1,920,1675 1,150 55,82 1,920,1188 1,150 39,59 1,920,0701 1,150 23,36 1,920,0214 1,150 7,13 1,92
22
Se adopta constructiv conform recomandarilor din literatura de specialitate valoarea avansului la declansarea scanteii electrice.
d = 0.15 RA Alegem d = 10 RA Se adopta constructiv conform recomandarilor din literatura de specialitate valoarea raportului
dintre raza manivelei si lungimea bielei.
Valorile recomandate pentru b conform [2] : b =
2,4
1...5,3
1. Alegem b =
6,31
Volumul ocupat de fluidul motor corespunzator momentelor fazelor de distributie si a momentului declansarii scanteii electrice se determina cu relatiile:
( ) ( ) [ ]32 cos14
cos12
dmVVV aDSAbaDSAscaDSA
++=
( ) ( )
++= 17cos1
4277,017cos1
2438,00214,0 2aDSAV
3 0323,0 dmVaDSA =
( ) ( ) [ ]32 cos14
cos12
dmVVV iISEbiISEsciISE
++=
( ) ( )
++= 25cos1
4277,025cos1
2438,00214,0 2iISEV
3 0446,0 dmViISE =
( ) ( ) [ ]32 cos14
cos12
dmVVV dbdscd
++=
( ) ( )
++= 10cos1
4277,010cos1
2438,00214,0 2dV
3 0252,0 dmVd =
( ) ( ) [ ]32 cos14
cos12
dmVVV aDSEbaDSEscaDSE
++=
( ) ( )
++= 55cos1
4277,055cos1
2438,00214,0 2aDSEV
3 1250,0 dmVaDSA =
( ) ( ) [ ]32 cos14
cos12
dmVVV iISAbiISAsciISA
++=
( ) ( )
++= 68cos1
4277,068cos1
2438,00214,0 2iISAV
3 1715,0 dmViISA =
Parametrii termodinamici corespunzatori inceputului si sfarsitului proceselor ciclului motor [RA] d aDSA iISE iISA aDSE
10 17 25 68 55V [dm] 0,0252 0,0323 0,0446 0,1715 0,1250
23
P
2cm
daN 30,780 1,152 8,58 1,632 4,584
Valorile presiunii din cilindru corespunzator pozitiilor pistonului din tabel s-au determinat grafic prin ridicarea verticalelor corespunzatoare si citirea presiunii la intersectia acestora cu diagrama indicata trasata anterior.
Fenomenele reale care au loc in cilindru si momentele fazelor de distributie impun rotunjirea diagramei indicate in zonele corespunztoare evacuarii libere si mixte, post-evacuarii si arderii rapide.
2.7.Diagrama indicat desfurat n coordonate p-
Pentru trasarea diagramei in coordonate p- se aleg urmatoarele scari de reprezentare:- pe abscisa scara corespunzatoare unghiul [ ]RAC0 1mm= RAC03- pe ordonata scara corespunztoare presiuni din cilindru
1mm = 1
2cm
daN
Valorile presiunilor in functie de unghiul in [ ]RA0 sunt centralizate in tabelul 2.7.1 alfa p scara_alfa scara_p
grd RAC daN/cm^2 mm mm0 0,857 0,00 0,86
180 0,857 60,00 0,86200 0,996 66,67 1,00220 1,179 73,33 1,18240 1,431 80,00 1,43260 1,794 86,67 1,79280 2,356 93,33 2,36300 3,316 100,00 3,32320 5,256 106,67 5,26340 10,658 113,33 10,66360 52,308 120,00 52,31360 149,812 120,00 149,81380 33,171 126,67 33,17400 16,972 133,33 16,97420 10,971 140,00 10,97440 7,933 146,67 7,93460 6,129 153,33 6,13480 4,947 160,00 4,95500 4,118 166,67 4,12520 3,508 173,33 3,51540 3,043 180,00 3,04560 2,350 186,67 2,35580 1,430 193,33 1,43600 1,150 200,00 1,15620 1,150 206,67 1,15640 1,150 213,33 1,15660 1,150 220,00 1,15
24
680 1,150 226,67 1,15700 1,150 233,33 1,15720 1,150 240,00 1,15
Se marcheaza punctele corespunzatoare coordonatelor p- din tabel pe sistemul de coordonate . Diagrama indicata desfasurata s-a obtinut prin marcarea punctelor unind printr-o linie.
2.8.Planimetrarea diagramei indicate
Planimetrarea se face in scopul determinari pe cale grafica a lucrului mecanic indicat L i al ciclului motor, acesta este echivalent cu aria diagramei de inalta presiune a ciclului motor in coordonate p-v. Programul AutoCAD ne furnizeaza direct aria curbei inchise de inalta presiune, astfel : A= 2689 2mm
Stiind ca s-au ales scarile de reprezentare 1mm=0,003 [dm 3 ] pe abcisa si 1mm=0,6
2cm
daN
pe ordonata:
= 2
32 ] [6,0003,01cmdaNdmmm
] [106,0003,01 22 mNmm =
Li=26890,0030,6102 Li=484,02 [J]
2.9.Calculul parametrilor indicai ai ciclului motor:
- presiunea medie indicat
=
2210
cmdaN
VLip
Si
2104383,002,484
=ip
= 2 044,11 cm
daNpi
Se observa ca ip se incadreaza in intervalul 7.5.....14.5 [daN/cm 2 ]- puterea indicat:
[ ]
] [536,644300
400044383,0044,11300
kWP
P
kWniVpP
i
i
Sii
=
=
=
- caldura disponibila prin arderea completa a combustibilului:
25
] [54,781
10418500000187,0
][103
3
JQQ
JQmQ
dis
dis
iCdis
=
=
=
unde: iQ - puterea caloric inferioar a combustibilului; Cm - doza de combustibil corespunztoare unui ciclu motor
5
1
1
1087,1
10933314,80214,0308,52
771,01
101
=
=
=
C
C
C
CC
aiC
m
m
TRVPm
R-constanta gazelor perfecte ; R=8,314 [kj/kg]- randamentul indicat i
61,0
549,78102,484
=
==
i
disi Q
Li
- consumul specific indicat pentru combustibil
=
=
=
hkwgc
c
hkwg
Qc
i
i
iii
89,138
4185061,0360010
360010
3
3
2.10. Calculul parametrilor efectivi ai motorului
Parametri efectivi ai motorului se determina la nivelul arborelui cotit la iesirea din motor si depinde de randamentul mecanic al motorului.- se adopt constructiv randamentul mecanic: 85,0...75,0=m 85,0=m- lucru mecanic efectiv Le:
] [41,41102,48485,0] [
JLL
JLiL
e
e
me
=
=
=
- presiunea medie efectiv pe: ime pp =
=
=
2 388,9
044,1185,0
cmdaNp
p
e
e
- puterea efectiv Pe:
[ ]
] [856,54536,6485,0
kWPP
kWPiP
e
e
me
=
=
=
26
Puterea indicat n tema de proiect este [ ]kWPe 55=- randamentul efectiv e
52,0
61,085,0,
=
=
=
e
e
ime
- consumul specific efectiv ec
=
=
=
hkwgc
c
hkwgcc
e
e
im
e
411,163
899,13885,01
1
- puterea litric LP
=
=
=
3
3
292,31
4383,04856,54
dmkWP
P
dmkW
ViPP
L
L
S
eL
27
28
Bibliografie
1. Grunwald B. Teoria, calculul si constructia motoarelor pentru autovehicule rutiere,E.D.P., Bucuresti, 1980.
2. Negrescu M., s.a. Motoare cu ardere interna procese, vol. I, Editura Matrixrom, Bucuresti, 19953. Negrea V. D. Procese in motoarele cu ardere interna, Economicitate. Combaterea poluarii, vol.I, Ed.Politehnica, Timisoara, 2001. 4. Negrea V. D. Procese in motoarele cu ardere interna, Economicitate. Combaterea poluarii, vol.II, Ed.Politehnica, Timisoara, 2003. 5. Bobescu Gh. s.a. Motoare pentru automobile si tractoare, vol.I, Teorie si caracteristici, Editura Tehnica, Chisinau, 1996.6. Bobescu Gh. s.a. Motoare pentru automobile si tractoare, vol.II, Dinamica, calcul si constructie, Editura Tehnica, Chisinau, 1998.7. Fratila Gh., s.a. Automobile. Cunoastere, intretinere si reparare, E.D.P., Bucuresti, 1997.
29
1. Introducere1.1. Sisteme cu injector unitar i cu pompa de injecie unic sau unitar gestionate electronic1.2. Studiul tehnicii actuale privind motoare similare cu cel din tema de proiect
2. Memoriu justificativ de calcul2.1. Alegerea parametrilor iniiali generali ai procesului de schimbare a gazelor2.2. Calculul procesului de schimbare a gazelor:2.2.1. Alegerea parametrilor initiali ai procesului de schimbare a gazului:2.2.2. Calculul parametrilor constructivi ai motorului:2.2.3. Calculul gradului de umplere a cilindrului:2.2.4. Calculul presiunii fluidului proaspt din cilindru la sfritul cursei de admisie (pa)2.2.5. Calculul presiunii fluidului proaspat din galeria de admisie (pga)2.2.6. Calculul coeficientului de gaze reziduale (r)2.2.7. Calculul temperaturii fluidului proaspt din cilindru la sfritul cursei de admisie (Ta)2.2.8. Calculul vitezei medii a fluidului proaspt din galeria de admisiune (Wga)2.2.9. Calculul vitezei medii a fluidului proaspt n seciunea oferit de supapa de admisie (Wsa)
2.3. Calculul procesului de comprimare2.4. Calculul procesului de ardere2.4.1. Determinarea compoziiei amestecului iniial2.4.2. Determinarea compoziiei produselor de ardere2.4.3. Calculul coeficientului de variaie molar ai procesului de ardere2.4.4. Calculul cldurii specifice la volum constant a amestecului iniial2.4.5. Calculul cldurii specifice la volum constant a gazelor de ardere2.4.6. Calculul temperaturii maxime atinse n cilindru2.4.7. Calculul parametrilor termodinamici ai procesului de ardere
2.5. Calculul procesului de destindere2.6. Diagrama indicat n coordonate p-V2.7. Diagrama indicat desfurat n coordonate p-2.8. Planimetrarea diagramei indicate2.9. Calculul parametrilor indicai ai ciclului motor:2.10. Calculul parametrilor efectivi ai motorului
Bibliografie
Recommended