Proiectarea Motoarelor cu Ardere Interna
MINISTERUL AGRICULTURII I ALIMENTAIEI
AL REPUBLICII MOLDOVA
UNIVERSITATEA AGRAR DE STAT DIN MOLDOVA
CATEDRA INGINERIA TRANSPORTULUI AUTO I TRACTOARE
PROIECT DE ANLA DISCIPLINA
BAZELE TEORETICE ALE MAI
Elaborat st. an. 3. gr. 1Verificat: D. Novorojdin
conf. univ. 2009
Cuprinsul
1. Introducere. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22. Calculul termic al motorului cu ardere intern. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.1. Puterea efectiv a motorului Pe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41.2. Selectarea unor coeficieni i exponeni n calculul termic al MAI. . . . . . . 51.3. Procesul de admisie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71.4. Procesul de comprimare. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.5. Procesul de ardere. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.6. Procesul de destindere. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .111.7. Indicii de performan a MAI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.8. Determinarea dimensiunilor de baz (alezajul) al motorului termic. . . . . .151.9. Parametrii comparativi ai motoarelor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17Bibliografie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19Introducere
Scopul temei de proiectare (tezei de curs) este de a consolida i sistematiza cunotinele la disciplina Tractoare i automobile, de a contribui la nsuirea mai profund a acestui compartiment de mare importan Calculul termic i analiza dinamic a MAI, care prezint materialul iniial pentru calcularea indicilor energetici i eficiena economic a motoarelor termice. Scopul folosirii mainilor electronice de calcul la realizarea lucrrilor de proiect la cursul Tractoare i automobile contribuie la executarea a dou cerine de baz:
reducerea timpului de efectuare a calculelor i nelegerea mai profund a esenei fenomenelor studiate.
Executarea acestor cerine se efectueaz dup urmtoarele etape:
studierea particularitilor constructive i a parametrilor motorului de baz;
fundamentarea i determinarea parametrilor principali i alctuirea tabelelor
cu datele iniiale pentru calculul termic (tabela 3);
familiarizarea cu programul de soluionare a sarcinilor la maini de calcul;
analiza rezultatelor soluionrii sarcinilor i a parametrilor motorului calculat n comparaie cu cel contemporan.
1. CALCULUL TERMIC AL MOTORULUI CU ARDERE INTERN
Scopul principal al calculului termic const n:
determinarea randamentului;
calcularea consumului specific;
alctuirea bilanului termic;
determinarea dimensiunilor de baz a motorului. La fel cu ajutorul calculului termic se poate determina forele i momentele care acioneaz n mecanismul motor i pe aceast baz a valorificare momentul de inerie i dimensiunile volantului.
Pentru efectuarea calculului termic este nevoie de parametrii iniiali. Aceti parametri snt selectai n tabelul 1.Tabelul 1.
Parametrii iniiali pentru calculul termic al MAI
Tractorul
(pototip)Motorul
(prototip)Numrul de cilindri, iGradul de comprimare, Consumul specific efectiv ge
12345
T 150R
SMD - 60
6
18
70
Continuare
Numrul de turaii, n,
min-1Rezistena de traciune, Rtr kNViteza iniial Vi m/sPuterea Ne APP, kWTerenul de deplasare
678910
2000321.9515Drum btut
Bazndu-ne pe datele iniiale pentru a ncepe calculul termic este nevoie de a determina puterea motorului necesar pentru a ndeplini sarcina dat.
1.1.Puterea efectiv a motorului Ne se determin dup expresia:
EMBED Equation.3 (1.1)
Ne=90,6 kwunde Rtr n kN fora nominal de traciune a tractorului, Ff fora de alunecare a tractorului i se determin n felul urmtor:
unde m - masa total a tractorului n kg (anexa 1); f coeficientul de alunecare.
Valoarea f n dependen de felul de tractor i terenul de deplasare este redat n tabelul 2.
Coeficientul de alunecare f
Drum btut 0,04
- randamentul mecanic al transmisiunii se afl n limitele = 0,85 - 0,9
Calculul termic al MAI poate fi efectuat i cu ajutorul mainilor de calcul. Pentru aceasta este nevoie de a valorificare coieficienii i exponenii necesari. Valorile lor ntr-o msur oarecare depind de construcia, felul i regimul de lucru al motorului n perioada de exploatare. Pornind de la aceste considerente snt date unele aspecte pentru selectarea valorilor acestora.1.2. Selectarea unor coeficieni i exponeni
n calculul termic al MAI
1.2.1.Gradul de cretere a presiunii - p
Pentru motoarele cu camera de ardere n piston p =1,4 - 2,2.1.2.2. Parametrii mediului ambiant
n calcule se admit P0=0,1 MPa i T0=T+15=273+15=288K.
1.2.3.oeficientul excesului de aer-(,
(2.1)
Valoarea coeficientului excesului de aer la diferite motoare Diesel (=1,4...2,0.1.2.4.Numrul de timpi Pentru motoarele Diesel cu ciclul funcional n patru timpi =2
1.2.5.nclzirea necesar a aerului T
Pentru motoarele Diesel nclzirea aerului ce ptrunde n cilindrii motorului e de dorit s fie redus la minimum, n aa mod coeficientul de umplere va fi ridicat. Tot odat trebuie s se in cont c nclzirea prea mic a aerului admis, duce spre un mers trebidant al motorului, nsoit de zgomote i uzuri accentuate T=(10...25)0C1.2.6.Raportul S/D
Vs=
Diesel cilindrii cruia sunt asamblai n linie S/D=1,12...1,40
1.2.7.Parametrii gazelor reziduale
1.2.7.1. Coeficientul gazelor reziduale r, prezint raportul numrului de moli ai gazelor reziduale (gazelor rmase de la ciclul precedent) ctre numrul de moli ai fluidului proaspt admis n cilindru, adic .
Pentru motoarele Diesel ordinare r=0,02...0,06
1.2.7.2.Presiunea gazelor reziduale (la sfritul evacurii)- Pr, depinde de numrul de turaii, construcia galeriei de evacuare i de regimul de lucru n perioada exploatrii.
Presiunea gazelor reziduale pentru motoarele ordinare se poate cpta dup expresia:
(2.2)
Valoarea medie fiind n limitele Pr=(0,1050,12) MPa, iar pentru motoarele supraalimentate presiunea se calculeaz dup relaia:
Pr=(0,75...0,95)Ps, (2.3)
unde Ps - presiunea aerului dup suflant.
Pentru motoarele cunoscute cu supraalimentare
1.2.7.3.Temperatura gazelor reziduale - Tr. La motoarele Diesel ordinare i cu supraalimentaie (ns fr de rcire dup suflant) Tr variaz n limitele Tr=(700900)K.
La valorificarea lui Tr este necesar de a avea n vedere acele msuri ce au loc la determinarea coeficientului de gaze reziduale.
1.2.8.Coeficientul de plenitudine =0,930,97 (2.4)
Acest coeficient consider procesele reale ce au loc n ciclul funcional al motorului.
1.2.9.Coeficientul de utilizare a cldurii .
Coeficientului de utilizare a cldurii este determinat de limitele =0,70... 0,90.1.3.Procesul de admisie
1.3.1.Presiunea la sfritul procesului de admisie -Pa Pentru motoarele de felul D-240 avnd supraalimentare datorit ineriei fluidului
Pa=(0,105...0,110), MPa.
1.3.2.Temperatura gazelor la sfritul admisiei - Ta depinde de temperatura i masa fluidului proaspt admis n cilindri i de masa i temperatura gazelor reziduale.
Pentru motoarele ordinare:
; (3.1)
1.3.3.Coeficientul de umplere - u
(3.2)
1.4. Procesul de comprimare
1.4.1.Presiunea la sfritul comprimrii se determin dup formula:
1.4.2.Temperatura la sfritul comprimrii se determin prin relaia:
1.5. Procesul de ardere
Arderea constituie o reacie chimic cu degajare de cldur produs prin oxidarea cu vitez ridicat a elementelor combustibilului, (creterea rapid a presiunii i a temperaturii gazului ntr-o durat scurt de timp).
1.5.1.Compoziia i cantitatea lubrifianilor
Compoziia lubrifianilor lichizi se exprim, de obicei, prin coninutul masic (motorin) n kg:
C=0,86; H2=0,13; O2=0,01,
obinnd cantitatea de cldura disponibil la ardere
Qd=43000kJ/kg.
Pentru aprecierea strii iniiale a amestecului combustibil-aer trebuie s se determine oxigenul minim necesar O2min pentru arderea complet a unui kilogram de combustibil i respectiv cantitatea de aer Lmin.
1.5.2. Coninutul i compoziia produselor de gaze
Cantitatea de oxigen O2min este redat de relaia:
(5.1)
Cunoscnd compoziia masic a aerului de 77% azot i 23% oxigen se obine cantitatea minim teoretic de aer necesar arderii complete.
EMBED Equation.3 (5.2)
sau n k mol: (5.2a)
Cantitatea gazelor reziduale se determin prin expresia:
(5.3)
Cantitatea produselor de gaze arse pentru un kilogram de combustibil n cazul cnd >1.
(5.4)
Cantitatea produselor pn la ardere i dup ardere
se obine din relaiile:
pn la ardere (5.5)
dup ardere (5.6)
EMBED Equation.3
Raportul dintre numrul de kilomoli de gaze cptate prin ardere (punctul Z) i numrul de kilomoli la nceputul arderii (punctul C), este numit coeficient de variaie molecular , i se determin prin relaia:
=. (5.7)
=.
Pentru un combustibil lichid =1,03...1,10.
1.5.3.1.Cldura specific molara a fluidului proaspt Cv1
(5.8)
1.5.3.2.Cldura specific molara a gazelor eapate - C1v
(5.9)
C1v este cldura specific molar avnd n vedere arderea izocor adic la V- const.
(5.10)
1.5.4. Temperatura gazelor la sfritul procesului
de ardere Tz
Determinarea temperaturii Tz se obine din expresia fundamental a procesului de ardere, care este:
(5.11)
Pentru a aduce la o determinare mai simpl se fac unele transformri i anume:
- partea stng se nlocuiete prin - S1, adic
(5.12)
- la fel (5.13)
(5.14)
unde 28,315+ (5.14a)
(5.14b)
n final expresia prezint o ecuaie ptrat de felul:
(5.15)
(5.16)
de unde
(5.17)
1.5.5. Presiunea gazelor la sfritul procesului de ardere Pz.
Pz se determin prin relaia:
Pz =pPc; (5.18)
1.5.6. Gradul de destindere prealabil ,
se obine dup expresia:
(5.19)
1.6. Procesul de destindere
(6.1)
(6.2)
(6.3)
1.7. Indicii de performan a MAI1.7.1. Parametrii indicai
1.7.1.1. Presiunea medie indicat teoretic Pi
Lucrul mecanic al unitii de cilindree se numete presiunea medie indicat Pi. Se poate defini ca drept o presiune convenional constant, care acionnd asupra pistonului n timpul cursei de destindere, i produce un lucru mecanic efectuat de gaze ntr-un ciclu.
(7.1)
Presiunea medie indicat teoretic Pi se determin i din diagrama teoretic indicat (fr rotungiri).
Pi = (7.1a)
unde A-aria diagramei teoretice indicat (fr rotungiri), m2; 1-lungimea diagramei, m; p- scara presiunii, MPa, mm-1.
1.7.1.2. Presiunea medie indicat real Pi, se determin din diagrama indicat real (cu rotunjiri).unde A1 aria diagramei indicat real (cu rotunjiri), m2.
Rotunjirile (n punctele C, Z/, Z i b) micoreaz aria diagramei indicate real (fig. 2.1) adic i valoarea presiunii medii indicate reale.
Aceast reducere se evideniaz prin coeficientul plenitudine al diagramei .
(7.2)
Deci presiunea medie indicat real se poate obine conform expresiei:
Pi= Pi , MPa. (7.3)
1.7.1.3. Randamentul indicat i.
Randamentul indicat al motorului ne demonstreaz eficiena utilizrii combustibilului n funcionarea lui i se determin dup expresia:
(7.4)
1.7.1.4. Randamentul relativ - i. El ine seama de pierderile de cldur prin perei, de arderea complet etc. i se determin dup relaia:
(7.5)
unde t - randamentul termic al motorului, care are relaia:
(7.6)
unde K=1,41
1.7.1.5. Consumul specific indicat de combustibil - gi, se determin cu relaia:
EMBED Equation.3 (7.7)
EMBED Equation.3 unde Qd puterea calorific disponibil a combustibilului, n MJ/kg comb.
1.7.2. Indicii efectivi ai motoarelor cu ardere intern
I Indicii efectivi ce caracterizeaz funcionarea motoarelor i se difer de cei indicativi cu acea parte de lucru pozitiv efectuat de gaze n cilindri, distribuite la punerea n funciune a dispozitivelor auxiliare i mecanismelor proprii. Aceast diferen este nsemnat prin pierderi mecanice.
1.7.2.1. Determinarea pierderilor mecanice
Puterea pierderilor mecanice include puterea consumat datorit frecrii pistonului i segmenilor de cilindri, frecrile din lagrele paliere i din cuzineii de biel, puterea consumat pentru acionarea pompei de lichid de rcire, pompei de ulei, ventilatorului, generatorului de curent, pompei de injecii i puterea consumat pentru schimbarea gazelor. Toate aceste pierderi se evideniaz cu aa-numita putere a pierderilor mecanice Nm. Pentru efectuarea calculelor n prealabil i determinarea mrimii Nm este necesar s fie calculat presiune medie a pierderilor mecanice Pm care caracterizeaz pierderile mecanice n motor.
Mrimea Pm pentru diferite motoare pe baza cercetrilor experimentale se determin prin relaia:
Pm=0,089+0,0118 wp m, Mpa. (7.8)
unde wpm este viteza medie a pistonului, adic viteza constant, cu care pistonul ar parcurge dou curse succesive n timpul t=60/n, de unde
EMBED Equation.3 (7.9)
1.7.2.2. Presiunea medie efectiv - Pe luat drept ca o presiune convenional constant, care acioneaz asupra pistonului, producnd n timpul cursei S un lucru mecanic util, egal cu lucru mecanic efectiv transmis arborelui cotit, i se calculeaz cu relaia:
Pe = Pi - Pm, MPa. (7.10)
1.7.2.3. Randamentul mecanic m, cu ajutorul cruia se apreciaz rezultatul pierderilor mecanice, i se determin dup expresia:
m.(7.11)
1.7.2.4. Gradul de utilizare a cldurii disponsabile. innd seama de toate pierderile termice i mecanice, se apreciaz prin randamentul efectiv e. Deci randamentul efectiv se calculeaz dup expresia:
e= (7.12)
1.7.2.5. Consumul specific efectiv de combustibil ge se calculeaz din relaii similare cu expresia (7.8):
adic ge= g, (7.13)
g,
innd seama c Qd este n MJ.
1.8. Determinarea dimensiunilor de baz (alezajul) al motorului termic
1.8.1. Determinarea volumului de lucru (cilindreea unitar) al cilindrului Vs.
Din calculul de traciune al motorului, avnd n vedere de puterea calculat n prealabil al motorului dup expresia (1.1) i innd seama de calculul termic al motorului unde avem Pe (presiunea medie efectiv 7.11) atunci se poate determina cilindreea unitar dup urmtoarele expresii:
(8.1)
unde Ne este puterea efectiv a motorului calculat n prealabil, n kw; Pe presiunea medie efectiv n MPa (7.11); numrul turaiilor ale arborelui cotit n, min-1; i numrul de cilindri al motorului, numrul de timpi al ciclului funcional i pentru motoare n patru timpi =2.
Efectuarea verificrii calculului termic dup puterea efectiv.
(8.2)
Valoarea Ne cptat dup expresia dat se compar cu Ne calculat n punctul (1.1) care trebuie s coincid.
Determinarea diametrului cilindrului D.
innd cont de valorile (8.1), (8.1a) avem:
(8.3)
la fel se determin puterea indicat i puterea pierderilor mecanice dup urmtoarele expresii:
(8.4)
(8.5)
Determinarea unor volume ale cilindrului, care snt necesare pentru construirea diagramei indicate.
Volumul camerei de ardere sau volumul minim se determin prin formula:
(8.6)
Volumul total Vt=Va sau volumul maxim.
Vt=Vc+Vs=Va. (8.7)
Volumul cilindrului n punctul Z al diagramei indicate.
Vz= (8.8)
Parametrii comparativi a motoarelor.
1.9.1. Puterea specific a motorului se determin prin formula:
(9.1)
unde Ap - suprafaa transversal pistonului, dm2.
1.9.2. Puterea litric a motorului:
(9.2)
1.9.3. Masa specific a motorului:
(9.3)
1.9.4. Masa litric a motorului: (9.4)
unde M masa constructiv a motorului de baz.
(9.5)unde r raza manivelei, ; Ap aria pistonului, 2; Mp scara presiunii MPa
mm-1; TM fora tangenial a motorului, mm
- momentul motor mediu i se determin prin relaia:
, (9.6)
unde TMm fora tangenial medie a motorului:
(9.7)
l lungimea diagramei pe axa orizontal, mm.
A1 i A2 - respectiv aria n mm2 pozitiv i negativ ntruchipate ntre curba TM i axa absciselor.
Deci, n verificare, dac valoarea puterii efective determinat dup expresia:
Tabelul 2.2Parametrii comparativ de baz a motoarelorDenumirea parametrilorMotorul
proiectatDe baz
1Puterea efectiv, kW
90,6121,4
2Numrul de turaii, min-120002000
3Gradul de comprimare
1815
4Numrul cilindrilor
44
5Diametrul cilindrului, mm
64130
6Cursa pistonului, mm
115115
7Consumul specific efectiv de combustibil g/kWh
214,6-
8Puterea specific kW/dm2
7,40-
9Puterea litric kW/dm313.16-
ConcluzieProiectul dat a fost ndeplinit cu scopul de a obine un consum mai puin de combustibil la ndeplinirea acelueai lucru.
Am calculat presiunile, temperaturile la sfiritul proceselor de admisie, comprimare, ardere, destindere, evacuare.Dup ndeplinirea calculului termic al motorului putem trage concluzia c acest motor va funciona cu consum mai sczut de combustibil, dar avnd aceeai putere pentru a indeplini lucrarile n cmp.Bibliografie
1. M. Marcovici, A. Leonte Realizari moderne in constructia motoarelor cu ardere interna; Editura Bucureti, 2008
2. Berthold Grnwald Teoria, calculul i construcia motoarelor pentru autovehicule rutiere, ediia a II-a, Bucureti: Editura Didactic i Pedagogic, 19803. D. Novorojdin, I, Onu Bazele Teoretice ale Motoare cu Ardere Interne; Editura Chiinau, 20054. http://ro.wikipedia.org5. www.killtec.ro6. www.edituratehnica.ro
PAGE 2
_1145429166.unknown
_1170149408.unknown
_1304342460.unknown
_1304345192.unknown
_1304517702.unknown
_1304784298.unknown
_1304784453.unknown
_1304784964.unknown
_1304785481.unknown
_1304790748.unknown
_1304784471.unknown
_1304784388.unknown
_1304784411.unknown
_1304784313.unknown
_1304784173.unknown
_1304784201.unknown
_1304518312.unknown
_1304516787.unknown
_1304516958.unknown
_1304517066.unknown
_1304516811.unknown
_1304346045.unknown
_1304346346.unknown
_1304345998.unknown
_1304342687.unknown
_1304344216.unknown
_1304344556.unknown
_1304342689.unknown
_1304342576.unknown
_1304342668.unknown
_1304342553.unknown
_1304340092.unknown
_1304340657.unknown
_1304341026.unknown
_1304341047.unknown
_1304341001.unknown
_1304340329.unknown
_1304340388.unknown
_1304340266.unknown
_1302681796.unknown
_1302722685.unknown
_1302723801.unknown
_1304339869.unknown
_1304339968.unknown
_1303742880.unknown
_1303742845.unknown
_1302723153.unknown
_1302723499.unknown
_1302722894.unknown
_1302709438.unknown
_1302722605.unknown
_1302709290.unknown
_1170501101.unknown
_1170661838.unknown
_1170662783.unknown
_1170668970.unknown
_1170669036.unknown
_1170663032.unknown
_1170662595.unknown
_1170660508.unknown
_1170660562.unknown
_1170501851.unknown
_1170233995.unknown
_1170235915.unknown
_1170499375.unknown
_1170234971.unknown
_1170233383.unknown
_1170233489.unknown
_1170149483.unknown
_1145431986.unknown
_1146983684.unknown
_1146988094.unknown
_1147245929.unknown
_1147587743.unknown
_1169976360.unknown
_1169976510.unknown
_1169975847.unknown
_1147587171.unknown
_1146988152.unknown
_1146984813.unknown
_1146985937.unknown
_1146983693.unknown
_1146896029.unknown
_1146897542.unknown
_1146897631.unknown
_1146983667.unknown
_1146896961.unknown
_1145435033.unknown
_1145435040.unknown
_1145433249.unknown
_1145430377.unknown
_1145431719.unknown
_1145431887.unknown
_1145431541.unknown
_1145429456.unknown
_1145429754.unknown
_1145429300.unknown
_1145342829.unknown
_1145344284.unknown
_1145428582.unknown
_1145428989.unknown
_1145429078.unknown
_1145428737.unknown
_1145346686.unknown
_1145428080.unknown
_1145345224.unknown
_1145343345.unknown
_1145343799.unknown
_1145344246.unknown
_1145343753.unknown
_1145343102.unknown
_1145343272.unknown
_1145342968.unknown
_1145086254.unknown
_1145341873.unknown
_1145342407.unknown
_1145342427.unknown
_1145342210.unknown
_1145166714.unknown
_1145338624.unknown
_1145086860.unknown
_1144045656.unknown
_1145082068.unknown
_1145085362.unknown
_1144827969.unknown
_1144044721.unknown
_1144045631.unknown
_1143960974.unknown
