Calculul și construcția motoarelor cu ardere internă pentru autovehiculele rutiere

TEMA PROIECTULUI:

Să se efectueze calculul termic și organologic al unui motor cu aprindere

prin scânteie (MAS) cu 4 cilindri în linie, în 4 timpi, cu aspirație normală, răcit cu

lichid, destinat tracțiunii rutiere și având următoarele date inițiale:

Putere Pe = 74 kw

Turație n = 6000 rot/min

Număr cilindri 4

Alezaj D = 76,5 mm

Cursă S = 75,6 mm

Raport de comprimare ε = 10,5

Etapa 1

Parametri geometrici

Cilindreea unitară Vs

dm3

Cilindreea totală Vt

dm3

Volumul cilindrului Va Va= Vca+ε dm3

Volumul camerei de ardere Vca

V_ca= V_s/(ε-1) dm3

Viteza medie a pistonului wpm

m/s

Parametri geometrici

Cilindreea unitara Vs 0.3473076

Cilindreea totala Vt 1.3892305

Volumul camerei de ardere Vca 0.0365587

Volumul total al cilindrului Va 0.3838663

Viteza medie a pistonului Wpm 15.12

Numarul total de cilindri i 4

Calculul procesului de admisie

Ipoteze de calcul:

fluidul proaspăt și gazele reziduale sunt gaze ideale

după intrarea în cilindru, energia cinetica a încărcăturii proaspete se transformă integral în căldură

Condițiile inițiale de stare

Presiunea și temperatura fluidului proaspăt la intrarea în motor, în cazul admisiei normale, sunt presiunea și temperatura aerului ambiant, p0 și T0:

p0 = 1 bar ; T0 = 298 K

Presiunea și temperatura gazelor reziduale

La motoarele în 4 timpi, se consideră că presiunea gazelor reziduale, pr este egală cu presiunea medie din colectorul de evacuare. În general, se adoptă:

pr = (1,05 ..1,25) p0

Temperatura gazelor reziduale variază în funcție de turația motorului, raportul de comprimare și coeficientul de exces de aer. Valorile lui Tr sunt:

- m.a.s. cu carburator: Tr = 900 ÷ 1100 K

- m.a.c. Tr = 600 ÷ 900 K

Coeficientul gazelor reziduale, γr

  - r

, unde νr (kmol/ciclu) este numărul de kmoli de gaze reziduale pe ciclu, iar νfp

r

fp

(kmol/ciclu) reprezintă numărul de kmoli de fluid proaspăt pe ciclu

m.a.s. cu carburator: γr = 0,04 ÷ 0,10

- m.a.c.: γr = 0,02 ÷ 0,05

Creșterea de temperatură a fluidului proaspăt, ΔT

Fluidul proaspăt se încălzește în contact cu pereții sistemului de admisie și al cilindrului. Creșterea temperaturii depinde de viteza fluidului proaspăt, de durata admisiei, de temperatura pereților și a fluidului proaspăt. În funcție de tipul motorului, ΔT are valorile:

m.a.s. cu carburator: ΔT = 0 ÷ 20°

- m.a.c. ΔT = 10 ÷ 40°

Presiunea din cilindru la sfârșitul cursei de admisie, pa

pa = p0 - Δpa ,

în care Δpa (bar) - căderea de presiune pe colectorul de admisie

Pentru motoarele de automobil, la regim nominal, valorile lui Δpa sunt:

m.a.s. cu carburator: Δpa = (0,05 ÷ 0,20) p0

- m.a.c. Δpa = (0,03 ÷ 0,18) p0

Temperatura la sfârșitul cursei de admisie, Ta

Această temperatură se determină din relația bilanțului termic aplicat fluidului proaspăt înainte și după amestecarea cu gazele arse. Se consideră că amestecarea se produce la presiune constantă, iar capacitatea calorică specifică a amestecului este egală cu a fluidului

proaspăt:

T  T0  T  -  r  Tr

, unde ξ = Cpr / Cpfp;

a 1  

Cpr - capacitatea calorică specifică la presiune constantă a gazelor restante

Cpfp - capacitatea calorică specifică la presiune constantă a fluidului proaspăt

Pentru calcule aproximative, se poate adopta ξ = 1.

Orientativ, funcție de tipul motorului, temperatura la sfârșitul procesului de admisie nu trebuie să depășească 370 K la m.a.s., și 350 K la m.a.c.

Gradul de umplere, ηv

Acesta este definit prin raportul dintre cantitatea (masică, molară, volumică) de fluid proaspăt reținută în cilindru la sfârșitul admisiei și cantitatea posibilă de a fi introdusă în cilindreea VS, în condițiile de temperatură de la intrarea în motor.

  pa  T0    1

Ta

 - 1

1 - pu

  r