Calcul termic al motoarelor cu aprindere prin scânteie

I. CALCUL MOTORULUI CU APRINDERE PRIN SCANTEIE

A. Calculul termodinamic al ciclului de lucru al motorului

Puterea nominala Pn = 191 kW 259,76 CP

Turatia nominal nn = 5500 rot/min

Numarul de cilindrii i = 4

1.1. Parametrii initiali

- temperatura initiala T0 = 293 K

- presiunea initiala p0 = 1,02 10^5 N/m2

- temperatura gazelor reziduale Tr = 900 K {900-1000}

- presiunea gazelor reziduale pr = 1,1 10^5 N/m2 {1,05..1,25}

- coeficientul de exces de aer l = 1 {0,85…1}

- raportul de comprimare e = 9,5 {7,5…11}

1.2.Parametrii procesului de schimbare a gazelor:

Sistemul de admisie are rolul de a dirija aerul spre cilindru, intervenind în starea sa energetică

După cum se va constata din modelul cilindrului, starea gazului intervine direct în bilanţul

energetic şi deci în capacitatea de a efectua lucru mecanic. Deci se va căuta fie diminuarea pierderilor

în sistemul de admisie, fie montarea unor dispozitive, capabile să intervină asupra celor trei parametrii

caracteristici: conducte de geometrie variabilă (modifică viteza u), compresoare (modifică presiunea

p) şi răcitoare (modifică temperatura T). Pentru fiecare din aceste subsisteme este necesar a cunoaşte

o funcţie de transfer, care să descrie în ce măsură se modifică parametrii de intrare la parcurgerea

subsistemului. Fiecare din elementele enumerate, este destinat pentru variaţia unui parametru, dar

intervine şi asupra unuia complementar (secţiunea variabial modifică şi presiunea, compresorul

temperatura şi răcitorul din nou presiunea). Acest punct de vedere consideră subsistemele cutii negre

(black box), despre care mai mult se cunoaşte în ce măsură modifică parametrii de intrare, decât

detalii constructive. Pentru proiectant este posibilă în acest fel o libertate deplină de a combina

subsistemele conform cu nivelul de performanţă propus, fără a intra în detalii constructive, păstrând

astfel permanent imaginea ansamblului. Subsistemele se vor lega între ele prin cei trei parametrii

caracteristici ai gazului (presiune, temperatură şi viteză).

Se adopta:

- presiunea la sfarsitul admisiei: pa = 0,8 *10^5 N/m2 {0,7..0,9}

- preincalzirea amestecului: DT = 15 K {15…40}

- coeficient de postumplere: np = 1,1 {1,05...1,2}

Se determina prin calcule

Coeficientul gazelor reziduale

gr = (T0+DT)pr/Tr(e*pa*np-pr) = 0,052

{0,06..0,12}

Temperatura la sfarsitul admisiei

Ta = (T0+DT+grTr)/(1+gr) = 337,183 K

Coeficientul de umplere

hv = (pa*T0/p0*Ta)*[e/(e-1)]*[np/(1+gr)] = 0,9 {0,75...0,85}

1.3. Parametrii procesului de comprimare

Se adopta:

coeficient politropic de comprimare : n1 = 1,39 {1,32...1,39}

Se determina

Presiunea la sfarsitul comprimarii

pc = pa*en1 = 18,286 10^5 N/m2

Temperatura la sfarsitul comprimarii:

Tc = Ta*en1-1 = 811,294 K

1.4. Parametrii procesului de ardere

Se adopta: compozitia benzinei c = 0,854 kg

compozitia benzinei h = 0,142 kg

compozitia benzinei o = 0,004 kg

puterea calorica inferioara: Qi = 43500 kJ/kg

kcal/kg

coef de utilizare a caldurii x = 0,9 [0,85..0,95]

masa molara a combustibilului Mc = 0,0088

Aerul minim necesar arderii combustibilului :

Lmin = 1/0,21*(c/12+h/4-o/32) = 0,507 kmol aer/kg comb

Cantitatea reala necesara arderii combustibilului

L = l*Lmin = 0,507 kmol aer/kg comb

Cantitatea de incarcatura proaspata raportata la 1[Kg] de combustibil

M1 = l*Lmin+Mc = 0,516

Coeficientul teoretic de variatie molara a incarcaturii proaspete este

m0 = (0,79*l*Lmin+h/2+c/12)/M1 = 1,052

Coeficientul real de variatie molara a incarcaturii proaspete

mf = (m0+gr)/(1+gr) = 1,049

Caldura specifica molara medie a amestecului initial

C'mv = 20+17,4*10-3*Tc = 34,117 kJ/kmolK