1.Calculul termic al motorului cu aprindere prin comprimare

Calculul termic al ciclurilor motoarelor are ca scop determinarea marimilor de stare ale fluidului motor pentru trasarea diagramei indicate. Cu ajutorul calculului termic se pot determina : alezajul si cursa pistonului, fortele necesare calculului de rezistenta al motorului si unii parametri caracteristici, ca de exemplu puterea si economicitatea motorului.

In cazul motoarelor existente calculul termic poate servi pentru interpretarea diagramei indicate si pentru trasarea diagramei indicate, daca inregistrarea diagramei indicate experimental nu este posibila.

In cele ce urmeza se prezinta calculul termic al motorului avand urmatoarele caracteristici:

Puterea nominala P_n = 100 kW

Turatia nominala nn = 3600 rot/min

Numarul de cilindri i = 4

Alegerea parametrilor initiali ai motorului

Parametrii procesului de schimbare a gazelor:

Se adopta:

Se determina prin calcule:

Coeficientul gazelor reziduale:

= 0,023

Temperatura la sfarsitul admisiei:

ºK

Coeficientul de umplere :

= 0,9

Parametrii procesului de comprimare:

Se adopta:

Se determina prin calcule:

Presiunea la sfarsitul comprimarii :

N /m²

Temperatura la sfarsitul comprimarii: 929,940 ºK

Parametrii procesului de ardere:

Se adopta:

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

kmol aer / kg

Cantitatea reala de aer necesara arderii combustibilului este:

Coeficientul teoretic de variatie molara a incarcaturii proaspete este:

Coeficientul real de variatie molara a incarcaturii proaspete:

Caldura specifica molara medie a amestecului initial:

36,181 kJ / kmol * K

Caldura specifica molara medie a gazelor de ardere pentru

Temperatura la sfarsitul arderii:

ºK

Presiunea la sfirsitul arderii:

=112,490

Gradul de destindere prealabila se calculeaza cu formula:

Parametrii procesului de destindere:

Valorile exponentului politropic entru motoare cu aprindere prin comprimare sunt cuprinse intre 1,18 – 1,28.

Se adopta

Gradul de destindere:

temperatura la sfarsitul cursei de destindere:

Dimensiunile fundamentale ale motorului

Dimeniunile fundamentale ale unui motor sunt diametrul cilindrului D si cursa pistonului S care in legatura cu dispozitia cilindrilor, distanta intre cilindri, raportul dintre raza arborelui si lungimea bielei λb si numarul de cilindrii i determina in ansamblu dimensiunile motorului cu piston.

Pentru determinarea dimensiunolor fundamentale se adopta raportul cursa – alezaj Φ = S/D = 1,1.

Capacitatea cilindica necesara:

Determinarea alezajului si cursei

Viteza medie a pistonului

Cilindreea totala a motorului

. Puterea litrica a motorului

Trasarea diagramei indicate

Caracteristica externa

2. Calculul dinamic

Fig. 1 - Mecanismul biela – manivela cu piston

α = unghiul de rotatie al manivelei

β = unghiul de inclinare al axei bielei

ω viteza unghiulara de rotatie a arborelui cotit

S = cursa pistonului

R = raza manivelei

L = lungimea bielei

Se introduce raportul = r/l ca o marime ce caracterizeaza mecanismul biela – manivela. Pentru motoarele de autovehicule:

λ = raportul dintre raza manivelei si lungimea bielei

m/s;

mm;

mm

2.3. Alegerea ordinii de lucru a cilindrilor

2.4.1. Forte care actioneaza asupra fusului maneton

Asupra fusului maneton, cind lucreaza o singura biela, actioneaza forta S (de compunere Z si T) si forta centrifuga Fcb determinata de masa bielei cu miscare de rotatie. Rezultanta Rm se afla grafic prin insumare vectoriala. Se considera un sistem de axe Z - T care se roteste impreuna cu arborele cotit, tinand seama pentru forte de regula semnelor precizate la punctul 3.2.3.

Fig. 3 - Forte ce actioneaza asupra fusului maneton

Se aseaza la scara fortele Z, T corespunzator unui unghi de rotatie oarecare ; din compunerea acestor doua forte se obtine S. Din punctul O in sens pozitiv al axe Z se aseaza la scara valoarea fortei Z_b obtinandu-se la scara polul O. Se uneste polul O cu varful vectorului S, obtinindu-se vectorul rezultant (R_m)

Matematic aceasta se poate scrie:

(R_m) S+(-F_cb), sau (R_m) S-(+F_cb), deoarece forta F_cb la - ct, este constant pentru orice unghi . Prin unirea succesiva a tuturor varfurilor vectorilor S se obtine diagrama polara a fusului maneton.

Pe baza diagramei polare se construieste in coordonate carteziene R_m-, variatia fortei rezultate R_m, se detremina valoarea ei maxima (R_m)_max, valoarea medie (R_m)_med, raportul (R_m)_max / (R_m)_med, concretizand gradul de soc al lagarului si este cuprins intre 23.

Cu ajutorul diagramei polare se construieste diagrama de uzura a fusului maneton, in ipoteza ca masa este proportionala cu fortele care actioneaza asupra fusului maneton.

La construirea diagramei, se considera ca rezultanta fortelor care solicita fusul se distribuie pe suprafata lui la 60 de ambele parti a punctului de aplicatie.

2.4.2. Forte ce actioneaza asupra fusului palier

Constructia diagramei pentru fusul palier tine seama de unghiul de decalaj dintre manivelele fusului, ordinea de aprindere a cilindrilor si numarul fusurilor paliere. Pentru obtinerea diagramei polare in sistemul de coordonate Z - T astfel incat axa Z sa coincida cu axa Z a manivelei corespunzatoare cilindrului perpendiculara, iar axa T perpendiculara pe aceasta.

Fig. 4 - Forte ce actioneaza asupra fusului palier

Se determina fortele: Z`, T`.

Se reprezinta aceste forte pentru fiecare unghi , si din compunerea acestor forte se obtine K.