-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
1/77
1
-C U P R I N S-
1. MOTORUL CU ARDERE INTERN Generaliti 5-111.1 Prile componente ale unui motor cu ardere intern: 5-61.2 Mrimi i indici caracteristici ai motorului: 7-11
2. CALCULUL PROCESULUI DE ADMISIE NATURAL 12-202.1 Alegerea (determinarea) parametrilor de calcul: 12-132.2 Alegerea fazelor de distribuie: 13-152.3 Determinarea mrimilor caracteristice ale admisiei: 15-20
3. CALCULUL PROCESULUI DE COMPRIMARE 21-263.1 Alegerea parametrilor de calcul i a tipului camerei de ardere: 21-223.2 Determinarea mrimilor de stare n punctele caracteristice ale cursei de comprimare:
22-243.3 Calculul politropei de comprimare prin puncte: 25-26
4. CALCULUL PROCESULUI DE ARDERE 27-364.1 Adoptarea combustibilului utilizat i a parametrilor de calcul: 27-294.2 Calculul oxigenului i aerului minim necesar arderii complete: 29-304.3 Calculul mrimilor i indicilor caracteristici ai procesului de ardere: 30-354.4 Calculul compoziiei i parametrilor caracteristici ai produselor de ardere:
35-365. CALCULUL PROCESULUI DE DESTINDERE 37-39
5.1 Alegerea parametrilor de calcul: 37-385.2 Determinarea mrimilor de stare n punctele caracteristice ale cursei de destindere:
38-395.3 Calculul politropei de destindere prin puncte: 39
6. CALCULUL INDICILOR DE PERFECIUNE AI MOTORULUI 40-456.1 Trasarea diagramei indicate: 40-426.2 Calculul indicilor indicai i efectivi: 43-44
6.3 Calculul indicilor de perfeciune ai motorului: 44-45
7. CARACTERISTICA EXTERIOAR A MOTORULUI 46-497.1 Alegerea (determinarea) parametrilor de calcul: 46-7.2 Calculul prin puncte a curbelor caracteristice: 46-49
8. CINEMATICA MECANISMULUI MOTOR 50-63
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
2/77
2
8.1 Cinematica pistonului: 50-588.2 Cinematica bielei: 59-63
9. DINAMICA MECANISMULUI MOTOR 64-879.1 Generaliti; Clasificri ale forelor din mecanismul motor: 64-
9.2 Fora de presiune a gazelor: 64-659.3 Forele de inerie ale maselor n micare de translaie: 65-709.4 Forele rezultante din mecanismul motor: 70-729.5 Forele care acioneaz asupra fusului maneton; Diagrama polar a fusului maneton:
72-789.6 Momentul motor al motorului policilindric: 78-87
9.6.1 Alegerea configuraiei arborelui cotit: 78-799.6.2 Determinarea tuturor ordinilor de aprindere posibile i alegerea uneia din acestea:
80-819.6.3 Stabilirea ordinei de lucru a cilindrilor: 81-829.6.4 Calculul momentului motor sumar i a puterii indicate: 83-87
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
3/77
3
Calculul si constructia unui motor v8, pornind de la datele urmatoare.
Motor de tip MAC
Dispunerea cilindrilor V
Nr de cilindriI=8 =90
D=112.3
S=119.5
E=17.1
=1900=3340
Arbore cu came = 2
1.Motorul cu ardere interna
1.1. Prtile componente ale unui motor cu ardere intern
Motorul cu ardere interneste un agregat termic, in care cldura produsprin arderea unuicombustibil sa transform in lucru mecanic, prin intermediul unui fluid numit fluid motor. ncompozitia acestuia intrsi o parte din produsele de ardere , iar evolutiile acestuia se realizeazprin intermediul unui piston a crui miscare alternativ, in interiorul unui cilindru se transformin miscare de rotaie de catre mecanismul biel manivel.
Caracteristic m.a.i. este faptul ca atat procesul de ardere (transformarea energiei chimice acombustibilului in cldur) cat si procesul de transformare a clduri in lucru mecanic sedesfasoarin interiorul cilindrului motorului.
Prtile componente ale unui motor cu ardere internsunt:
Blocul motor
Chiulasa si garniturde chiulasa
Cilindri
Cuzineii
Pistonul
Bolul
Segmenii
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
4/77
4
Biela
Arborele cotit
Blocul motor indeplinete rolul de schelet al intregului motor pe el montndu-se toateorganele si subansamblele acestuia . De aceea el este o pies complicat constructivsi cu masade aproximativ 25-35% din masa intregului motor.
Chiulasa si garnitura de chiulasa, inchide cilindrul la partea superioar formnd peretele fixal camerei de ardere. Totodatpe chiulasa se dispun o parte din organele distribuiei(supapelesi uneori arborele cu came).
Cilindruleste organul motorului in care se desfasoar toate procesele din ciclul motoruluiaici avnd loc transformarea energiei chimice a combustibilului in lucru mecanic.
Cuzineii sunt piese semicilindrice inelare cu rol de cptusire a lagrelor manetoane sipaliere in scopul de a micsora frecrile.
Pistonul este organul din mecanismul motor care indeplinete urmatoarele funcii:
-preia forta de presiune a gazelor si o transmite prin intermediul boltului si a bielei la arborelecotit.
-asigur cu ajutorul segmenilor etansarea camerei de ardere
-servete ca miljoc detransmitere a cldurii la pereii cilindrului si chiar la aerul din carter
-impreun cu segmenii asigur reglarea cantitii de ulei pe oglinda cilindrilor.
Bolulface legtura intre piston si biela. Prin intermediul lui se transmite forta de presiune agazelor de la piston la biela.
Segmenii au rolul de etanare a camerei de ardere, mpiedicnd scaparea gazelor dincilindru spre carter, si de radere a surplusului de ulei de pe oglinda cilindrului. De aceea existadoua tipuri de segmeni si anume: segmeni de compresie si segmeni de ungere.
Biela realizeaz transformarea micarii alternative as pistonului n miscare de rotaie aarborelui cotit si transmite forta de presiune a gazelor de la piston la arborele cotit.
Arborele cotitare rolul de a transmite in exterior lucrul mecanic produs in cilindrii motorului.Miscarea de translaie a pistoanelor este transformat in miscare proprie de rotaie prin
intermediul ntregului mecanism biel-manivel.
De asemenea arborele cotit antreneazin miscare de rotatie o serie de alte subansamble sauorgane ale motorului , cum ar fi: arborele cu came, pompa de apa, de ulei, de injectie,alternatorul, compresorul pentru sistemul de frnare ,etc.
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
5/77
5
1.2.Marimi si indici caracteristici ai motoarelor.
a) Punct mort inferior(p.m.i) este poziia extrema a pistonului corespunzatoare volumuluiminim ocupat de gaze (Vc) sau pozitia pistonului corespunzatoare distanei maxime dintreacesta si axa de rotaie a arborelui cotit (lr), pozitie pentru care =0 si =0.
b) Punct mort exterior(p.m.e) este poziia extrema a pistonului corespunzatoare volumuluimaxim ocupat de gaze (Va) sau pozitia pistonului corespunzatoare distanei minime dintreacesta si axa de rotaie a arborelui cotit (l-r), pozitie pentru care =180si =o.
c) Cursa pistonului(S) este spaial parcurs de piston intre cele doua puncte moarte.
S=2r=119,5mm (1.1)
unde r este raza manivelei.
d) Alezajul(D) reprezinta diametrul interior al cilindrului. Se msoarin mm.
D=112,3mm
e) Raportul curs-alezaj() este un parametru constructiv al motoarelor, si se exprima curelaia:
= = = 1,06 (1.2)
n funcie de valoarea acestui raport , motoarele se clasificatsfel:
D) -motoare subptrate
=1 (S=D) -motoare ptrate
>1 (S
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
6/77
6
(1.3)
unde Dalezajul , Scursa pistonului.
g) Cilindreea totalsau litrajul(Vt) reprezintsuma cilindreelor unitare ale tuturor
cilindrilor. Cum cilindrii unui motor policilindric sunt consecutive identici , rezult:
(1.4)unde i este numrul de cilindri.
h) Volumul camerei de ardere(Vc) reprezintvolumul minim ocupat de fluidul motor , candpistonul se gsestela p.m.i.
i) Volumul cilindrului(Va) reprezint volumul maxim ocupat de fluidul motor , cnd
pistonul se gseste la p.m.e.
Va= Vs+ Vc= 1183,6+ 73,5= 1257 c (1.5)
j) Raportul de comprimare() reprezint raportul dintre volumul maxim ocupat de fluidulmotor , cnd pistonul se gsete la p.m.e , i volumul minim ocupat de acesta , cnd pistonul segsete la p.m.i. Aadar:
17,1 Vc= = = 73,5 c (1.6**)pentru MAS =711
pentru MAC =14..23
k) Unghi de rotire a arborelui cotit(RAC) reprezint unghiul fcut de manivel cu axacilindrului . Originea unghiului (= 0) se gseste corespunztor poziiei pistonului n p.m.i.Se observ c o curs complet a pistonuluicorespunde la un unghi = 180RAC, iar pentru= 360RAC arboreal cotit efectueaz o rotaie n timp ce pistonul parcurge dou curse simple.
l) Turaia motorului(n) reprezint numrul de rotaii efectuat de arboreal cotit ntr-unminut. Se exprim in rot/ min. ntre unghiul , turaia n i timpul t exist urmtoarea relaie:
n []
[
]
3340 rot/min
(1.7)
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
7/77
7
Deci timpul n secunde necesar arborelui cotit pentru a realiza o rotaie complet este 60/n*s/rot+. Aplicnd regula de trei simpl rezultarelaia de legtur ntre mrimile menionate maisus:
360 RAC.n/60 s
RAC.t
=6nt *RAC+m) Viteza unghiular a arborelui cotit() este acea vitez cu care arboreal cotit efectueaz
o rotaie complet (2rad). Se exprim in *rad/s+ sau *grd/s+.
=
=349 rad/s (1.8)
[ ]= 6*3340= 20040 grd/s (1.8*)n) Viteza medie a pistonului(Wp) este acea vitez, convenional considerat constant, cu
care pistonul ar parcurge dou curse succesive 2S , n intervalul de timp n care arboreal cotitefectueaz o rotaie complet. Se exprim n m/s.
Wp= =
=13,3 m/s (1.9)
o) Ciclul motorreprezint succesiunea proceselor (admisie, comprimare, ardere destinderei evacuare) care se repet periodic n cilindrii motorului.
p) Timpul motor() reprezint partea din ciclul motor care se efectueaz ntr-o curs simpl apistonului. Un motor care execut un ciclu complet n patru curse ale pistonului se numete npatru timpi (=4); dac ciclul se execut n dou curse se numete motor n doi timpi (=2) .Rezult c pentru efectuarea unui ciclu complet , la motoarele n patru timpi sunt necesaredou rotai ale arborelui cotit (= 720RAC), iar la motoarele n doi timpi o rotaie a arboreluicotit (=360RAC).
r) Numrul de cicluri(Nc)reprezint numrul grupajelor de procese (A,C,D,E) care se repetperiodic n cilindrii unui motorn unitatea de timp. Se exprim n *cicl/s+; *cicl/min+sau *cicl/h+ .La n *rot/min+ corespund n/60 *rot/s+ , dar la o rotatie corespund dou curse . Rezult c la n/60*rot/s+ corespund 2n/60 *curse/s+. ns un ciclu complet nu are loc dect dup curse alepistonului. Deci:
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
8/77
8
Nc =
== 27,8 cicl/s (1.10)
Nc = =
= 1670 cicl/min (1.10*)
Nc =
=
= 100200 cicl/h (1.10**)
s) Timpul pe ciclu(tc) reprezint timpul msurat n secunde , minute sau oren care sedesfsoar un ciclu:
tc= ==36
s/cicl (1.11)
tc=
=
= 59 min/cicl
tc= =
99h/cicl
t) Raportul dintre raza manivelei i lungimea bielei() este un parametru constructivefoarte important al motorului , cu influen mare n cinematic i dinamica mecanismului motor.Este definit de relaia :
=
(1.12)
Pentru motoarele de automobile acest raport ia valori ntre limitele 1/3,0.1/4,2 dup cumurmeaz:
autoturisme = 1/3,0..1/3,8 -biele scurte
autocamioane = 1/3,81/4,2 -biele lungi
Adopt =1/4,0
l ==
=
= 239mm (1.12*)
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
9/77
9
2. CALCULUL PROCESULUI DE ADMISIE
2.1 Generaliti
Procesul de admisie, la un motor cu ardere intern, presupune introducerea n cilindru aunei cantiti de aer i a unei doze de combustibil, n proporii adecvate regimului de funcionareal motorului, care vor forma amestecul proaspt. La acestea se va aduga i o parte din gazelearse rmase din ciclul anterior, numite genericgaze reziduale.
Performanele dinamice ale motorului sunt direct proporionale cu gradul de curire acilindrului de gazele arse, precum i cu cantitatea de ncrctur proaspt (aer+combustibil)introdus n cilindri. ncrctura proaspt sufer apoi o serie de transformri n urma crora areloc transformarea energiei chimice a combustibilului n cldur i apoi n lucru mecanic.
La motoarele cu ardere intern aerul se poate introduce n cilindru prin:a) admisie natural, cnd ptrunderea acestuia are loc numai sub aciunea depresiunii create de
piston n cursa de admisie, corelat cu aciunea presiunii atmosferice. Aceste motoare se mai
numesc i motoare aspirate (fig.4.1);
Fig 2.1) Motor aspirat
Injecia de combustibil n cazul MAC-ului este singurul procedeu utilizat la acest tip demotor, prin care se introduce combustibilul n cilindru. El const din mrirea vitezeicombustibilului n raport cu cea a aerului. Pentru aceasta combustibilul este comprimat iniial lapresiuni de 80...3500 bari, ceea ce-i asigur ulterior vitez foarte mare de curgere, i este introdusn cilindru cu ajutorul unui injector prevzut cu un pulverizator cu un singur orificiu cu diametrulde 1...1,5 mm sau mai multe orificii cu diametrul de 0,4...0,35 mm.
Injecia combustibilului se poate realiza n dou moduri :a) ntr-o camera de ardere executat n capul pistonului, procedeu numit i injecie direct;b) ntr-o camer separat de ardere, executat sau montat n chiulas,procedeu numit i
injecie indirect.Fiecare dintre aceste procedee implic particulariti constructive i funcionale ale
motorului care sunt reflectate n metodologia de calcul prezentat n cele ce urmeaz.
filtrugalerie de
galerie de
aer
gaze arse
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
10/77
10
2.2 Parametri caracteristici ai procesului de admisie
Pentru determinarea parametrilor principali ai procesului de admisie este necesar ca nprealabil sa se calculeze sau s se adopte o serie mrimi dup cum urmeaz.a) Densitatea teoretic a fluidului proaspt n cazul MAS-ului densitatea fluidului proaspt
difer de cea a aerului deoarece fluidul admis este un amestec de aer i combustibil. De aceeadensitatea acestui amestec se determin cu relaia :
ofp= f0a=1,185 kg/
RaRcGa
Gaf
/
1
min
min
=1 (2.1)
n care :f- factorul de corecie al densitii;oa= 1,185 kg/m3densitatea aerului la T0 = 298
K ip0= 0,1 MPa (temperatura i presiunea de referin ale mediului ambiant, pentru ncercareamotoarelor) ; - coeficientul de exces de aer, care se adopt astfel :
MAS (cu injecie de benzin) ;MAC cu camer de ardere unitar (17,5) 1,5...1,6;MAC cu camer de turbulen (=17,619,5) = 1,301,40;MAC cu anticamer (>19,5) = 1,251,30;
Gamin 15 kg aer/kg comb - cantitatea minim de aer necesar arderii complete a 1 kgcombustibil; Rc = 73 J/kgK i Ra = 287 J/kgK sunt constantele caracteristice alecombustibilului (benzina), combustibil asimilat cu octanul, i respectiv a aerului. La MAC, care
aspir numai aer, se consider cRc=Rai decif= 1, astfel nct 0fp== 1,185 kg/m3.
b) Presiunea mediului ambiant. Conform STAS 10206-90, cap.7.2, presiunea de referin amediului ambiant estep0= 99 kPa 0,1 MPa;
c) Temperatura iniial(practic temperatura aerului din compartimentul motor, de unde se face
aspiraia) este stabilit de acelai STAS 10206-90 ca fiind T0 = 298 K; dac n timpulncercrii motorului presiunea mediului ambiant i/sau temperatura acestuia sunt diferite deaceste valori, se utilizeaz coeficieni de corecie pentru raportarea performanelor lacondiiile de referin;
d) Gradul de nclzire al fluidului proaspt, notat , ine cont c acesta se nclzete de laperei n timpul procesului de admisie, ceea ce determin micorarea densitii lui; eleste definit de relaia :
= (T0+ T)/T0 1,1=1+T/298 T=29.8 K (2.2)
unde T este variaia temperaturii fluidului proaspt ca urmare a clduriiprimite de la perei; att la MAS ct i la MAC se recomand =1,061,15;
Adopt =1,1e) Exponentul adiabatic al fluidului proaspt, notat kase adopt dup cum urmeaz: la MAS ka
= 1,331,35 iar la MAC ka= 1,351,40;Adopt
f) Viteza sunetului n fluidul proaspt, notat afp, se adopt laMAS n limitele 310315 m/siar la MAC n limitele 317330 m/s;Adopt
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
11/77
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
12/77
12
=
138,1
38,12
4
3
10724055,0323
3340138,1108,1111,1738,11
v
Din calcule rezultv=0,786
Obs. Dac motorul este cu admisie natural, atunci presiunea pgk = pge = (0,1050,120) MPa
i pres = p0= 0,1 MPa, iar dac motorul este supraalimentat, termenul pgkse substituie cu :
0
0 1T
Tpp gervgk (2.4)
unde r este coeficientul gazelor reziduale care se adopt n intervalul r= 0...0,03 iar Tge=
10001400 K. De asemenea pres = ps
respectiv presiunea la ieirea din suflant.Ecuaia (4.3) poate fi considerat ca
fiind format din 2 membri i anume:membrul stng (ST), situat n partea stng asemnului egal, i un membru drept (DR).Rezolvarea const n a gsi, prin ncercri,valoarea coeficientului de umplere vpentru
care ST=DR pn la cel puin a douazecimal. ncercrile se fac pentru diferiicoeficieni de umplere cuprini n intervalulv = 0,70 ... 0,92. Variaia acestor doi
membrii, care este aproximativ liniar nfuncie de coeficientul de umplere, se red nfig.4.3. Se observ c o dat cu creterea luiv membrul stng (ST) crete, n timp ce
membrul drept (DR) scade. Soluia ecuaiei
este acea valoare a lui v pentru care ST =DR, deci unde cele dou drepte seintersecteaz.
2) Presiunea gazelor n galeri a de admisiePentru acestea se folosete relaia :
Fig.4.3Variaia membrilor ST i DR
ai ecuaiei (4.3) cu v
ST
ST
DR
0,70 0,92 vsoluia
ST=DR
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
13/77
13
2
2
7 18011105
vp
ara
ofpaga wd
presp
=
(2.5)
unde :pres=p0= 0,1 MPa dac motorul este cu admisie natural (aspirat) sau pres=ps, adicpresiunea de supraalimentare, dac motorul este supraalimentat.
3) Coef icientu l gazelor reziduale
Dac motorul este cu admisie natural, acesta se determin cu relaia :
110
0
vge
gk
rT
T
p
p
=
(2.6)
4)Presiunea gazelor proaspete la sfritul admisiei
( )
(2.7)
Prin calcul se deduce c pa
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
14/77
14
usSA
Vsnw
sa
vsa
2106
=
(2.9)
unde pw n m/s; n = nP n rot/min ; Vs n cm3; usSAn RACcm2
7) Cantiti de aer.Pentru arderea complet a unui kg de combustibil este necesar ocantitate de aer, determinat pe baza reaciilor chimice de ardere, care este definit de relaia :
ohcGa 8
3
8
23,0
1min =
kg aer/kg comb (2.10)
unde c,h i o reprezint participaiile carbonului, hidrogenului i oxigenului la 1 kg decombustibil. Pentru cei doi combustibili principali, benzina i motorina, participaiile acestorelemente se prezint n tabelul 4.1.
Tabelul 4.1
Combustibil c[kg C/kgcomb]
h[kg H2/kg
comb]
o[kg O2/kg
comb]Benzin 0,854 0,142 0,004Motorin 0,857 0,133 0,010
Avnd n vedere coeficientul de exces de aer adoptat, rezult cantitatea real de aer cerevine pentru arderea unui kg de combustibil, ca fiind :
Gar= Ga
min=1,514,54=21,8 kg aer/kg comb (2.11)
Participaiile masice ale aerului (pma) i combustibilului (pmc), n faza de admisie amotorului, sunt diferite la cele dou tipuri de motoare :
MASmin
min
1 Ga
Gapma
pmc= 1- pma (2.12)
MAC pma= 1 pmc= 0 (2.13)
Obs. La MAC participaia combustibilului este pmc=0, deoarece n faza de admisie
ptrunde n cilindru numai aer, combustibilul fiind injectat abia spre sfritul comprimrii.
8) Constanta caracteristic a fluidului proasptse determin cu relaia :
Rc
p
Ra
pR
mcmafp
1=
287 J/kgK (2.14)
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
15/77
15
undeRa= 287 J/kg K este constanta caracteristic a aerului; Rc J/kgK pentru MAS, i RcRa pentru MAC sunt constantele caracteristice ale combustibililor.
9) Consumul teoretic i real de fluid proaspt Consumul teoretic de fluid proaspt alntregului motor se poate determina cu relaia :
P
fp
fp niVsTR
fpresC
30
0
0
=
(2.15)
unde :pres= p0dac motorul este cu admisie natural ("aspirat") saupres= ps, adic presiunea
de supraalimentare, dac motorul este supraalimentat. Se introduce n MPa; Vs - cilindreea
unitar, n cm3 ; Rfp- constanta caracteristic a fluidului proaspt, n J/kg K ; T0 = 298 K -
temperatura mediului ambiant; i - numrul de cilindri ai motorului ; nP - turaia de puteremaxim, n rot/min;f - factorul de corecie al densitii fluidului proaspt (rel.4.1,b)
Consumul real de fluid proaspt va fi :
Cfp= v C0fp =0,7861109=872 kg/h (2.16)
10) Consumul real de aer i combustibil al ntregului motor Se determin cu relaiile :Ca = Cfp pma=8721=872 kg aer/h
minGa
CaCh
=
kg comb/h (2.17)
c
ChlCc
_ =
l comb/h (2.18)
unde c = (0,680,76) kg/l pentru benzin i c = (0,740,88) kg/l pentru motorin, estedensitatea combustibilului, n kg/l.
11) Consumul de combustibi l la 100 km Cunoscnd viteza de deplasare a automobilului(va), se poate determina consumul de combustibil la 100 km, cu motorul funcionnd la turaia
de putere maxim i sarcin total, iar cutia de viteze cuplat n treapta de vitez maxim ,cu ajutorul relaiei :
av
lCcCc
_100100_
=
l comb/100 km (2.19)
12) Consumuri pe ciclu i cilindruMasa teoretic (indice 0) i real de fluid proaspt pe ciclu i cilindru.
in
Cm
P
fp
fp
30
10 03
0 = g/ciclucil
mfp= v m0fp=0,7861,38=1,08 g/ciclucil (2.20)
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
16/77
16
unde mrimile ce intervin au aceleai semnificaii i uniti de msur ca la pct.9 Masa real consumat de aer i de combustibil pe ciclu i cilindru.
27,083340120
87210
120
1010 33
)(
3
in
Ca
iNc
Cama
Phcc
g aer/ciclucil (2.21)
012,083340120
4010
120
1010 33
)(
3
in
Ch
iNc
Chmc
Ph
cc g comb/ciclucil (2.22)
unde Cai Chse determin cu relaiile (4.18); i- numrul de cilindri ai motorului.Masa total de fluid proaspt dintr-un cilindru poate fi calculat i cu relaia :
mfp= macc+ mccc=0,27+0,012=0,285 g fluid proaspat/ciclcil (2.23)
Masa de gaze reziduale pe ciclu i ciclu:
mgr= mfp=0,0260,285=0,007
g gaze reziduale/ciclucil (2.24)
Masa total de gaze pe ciclu i cilindru :
mgaze= mfp+ mgr=0,285+0,007=0,292 g gaze/ciclucil (2.25)
3 CALCULUL PROCESULUI DE COMPRIMARE
3.1 Alegerea parametrilor de calcul i a tipului camerei de ardere
Procesul de comprimare ndeplinete trei funcii :
1)sporete randamentul termic al motoarelor ;2)permite aprinderea combustibilului pentru MAC ;3)genereaz micri organizate ale fluidului motor n camera de ardere .
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
17/77
17
Calculul procesului de comprimare are drept scop determinarea strii momentane afluidului motor din cilindru i cu deosebire a strii amestecului iniial n momentuldeclanrii scnteii, n momentul declanrii arderii (punctul d) .
Diagrama de presiune reprezint mijlocul principal de investigaie. Cu ajutorul unuireceptor de presiune i al unui traductor de curs a pistonului sau unghi de rotaie amanivelei () se nregistreaz variaiile p V sau p (fig. 3.1).
3.1.1. Alegerea parametrilor de calcul
a) Exponentul politropic al comprimrii: la MAC mc=1,321,38.Se adopt : mc=1,35 .
b) Avansul la declanarea injectiei : i=20350RAC
Se adopt i=300RAC.
c) Unghiul corespunztor punctului d:Se adopt d=350
0RAC.
3.1.2. Alegerea tipului camerei de ardereAvnd n vedere c motorul dat prin tema de proiectare este un MAC se alege o camer
de ardere unitara.
3.2 Determinarea mrimilor de stare n punctele caracteristice ale cursei decomprimare
Fig. 3.1 Comprimarea
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
18/77
18
Pentru calculul volumului ocupat de gaze n toate punctele caracteristice, menionateanterior, este ns necesar cunoaterea poziiei pistonului, corespunztoare acestor puncte. Ease determin cu relaia :
Xp=
2cos1
4cos1r [mm] (3.1)
unde: r este raza manivelei dat n mm ;
este raportul dintre raza manivelei i lungimea bielei ; este unghiul de rotaie al manivelei .Volumul gazelor ntr-un moment oarecare x, din timpul procesului de comprimare, se
determin cu relaia:
Vx=Vc+ 4
D2Xpx [cm
3
] (3.2)
unde: Vc este dat de relaia iar Xpx este dat de relaia (3.1), particulariznd unghiul ,corespunztor momentului care se ia n considerare .
Cunoscnd c procesul de comprimare decurge politropic de exponent mc=1,33 , rezultc presiunea i temperatura gazelor ntr-un punct oarecare x, sunt date relaiile:
px =pacm
x
a
V
V
2cm
daN (3.3)
Tx =Ta
1m
x
a
c
V
V
[K] (3.4)
Folosind relaiile (3.2), (3.3) i (3.4) vor rezulta mrimile de stare n punctele a, c, d,respectiv c, caracteristice procesului de comprimare :
1. determinarea mrimilor de stare npunctul a:
Va =Vc+4
D2Xpa =
pa = pacm
'a
a
V
V
=
Ta = Ta
1m
'a
a
c
V
V
=
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
19/77
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
20/77
20
0.0000
0.5000
1.0000
1.5000
2.0000
2.50003.0000
3.5000
4.0000
0 100 200 300 400
P[MPa]
[]
Diagrama P-
0
0.5
11.5
2
2.5
3
3.5
4
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
P
[MPa]
V[cm3]
Diagram P-V
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
21/77
21
Cap.4 CALCULUL PROCESULUI DE ARDERE
4.1 Adoptarea combustibilului utilizat i a parametrilor de calcul
Arderea este procesul cu cel mai nalt grad de complexitate. Indicii energetici aimotorului, cei de economicitate i durabilitate, de funcionare linitit i de adaptabilitate latraciune depind ntr-o mare msur, de procesul de ardere.
Prin ardere se nelege o reacie chimic, cu degajare de cldur produs prin oxidareasubstanelor combustibile. Flacra, creterea rapid a presiunii i a temperaturiii durata scurtreprezint manifestri caracteristice ale arderii n motor.
Calculul procesului de ardere urmrete s precizeze legea de variaie a presiunii p() nperioada degajrii cldurii de reacie n vederea:- determinrii presiunii maxime din cilindru, care definete solicitarea mecanic a organelor;- precizrii temperaturii fluidului motor, care definete ncrcarea termic a organelor n
contact cu gazele fierbini.
Se consider c arderea se declaneaz cu un avans fa de p.m.i., n punctul d i sedezvolt n faza arderii rapide dup evoluiile politrope d-c (cpunctul din ciclu, situat n p.m.i.)i c-y (y punctul n care p=pmax); n faza arderii moderate sau finale, arderea continu dupizobara y-z i dup izoterma z-w.
Se admite n plus, variaia cldurilor specifice cu temperatura, dup relaiile:
-cldura specific medie la V=ct., pentru amestecul iniial:
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
22/77
22
MAC vaiC =19,67+2,5110-3T
Kkmol
kJ (4.1)
-cldura specific medie la V=ct. pentru gaze arse:
MAC vgaC =23,24+2,1110-3
T
Kkmol
kJ
(4.2)
4.1.1 Adoptarea combustibilului
n cazul motoarelor cu aprindre prin comprimare se utilizeaz cu precdere combustibililichizi (motorina). n conformitate cu tema de proiectare se adopt:
Combusti-bilul
Compoziia[kg/kg]
O2min Lmin Qi Mc
kmol
combkg
c h o kg
kmol
kg
kg
kg
kmol
kg
kg
kg
kJ
kg
kcal
Motorin0,857
0,133
0,01
0,1043
3,3376
0,4966 14,38 416501000
0224
4.1.2 Parametrii de calcul
a. Consumul orar de combustibil. A rezultat din calculul procesului de admisie,40h
kg
C h .
b. Coeficientul de exces de aer =1,5.
c. Coeficientul gazelor reziduale. A rezultat din calculul procesului de admisie, 026,0r .
d. Unghiul la arborele cotit corespunztor punctului d. A rezultat din calculul procesului de
comprimare, RACd 350 .
e. Temperatura gazelor n punctul d. A rezultat din calculul procesului de comprimare Td=966K.
f. Presiunea gazelor n punctul d. A rezultat din calculul procesului de comprimarePd=2,86MPa.
4.2 Calculul oxigenului i aerului minim necesar arderii complete
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
23/77
23
4.2.1 Calculul oxigenului minim necesar arderii complete
Pe baza ecuaiilor chimice de ardere complet a substanelor iniiale din combustibil(carbon i hidrogen) rezult cantitatea minim de oxigen provenit din aerul atmosferic necesar
pentru arderea complet a unui kg combustibil cu relaia:
combkg
OkmolohcO
2
min2 104,032
010,0
4
133,0
12
857,0
32412 (4.3)
unde: c, h, oreprezint participaiile masice ale carbonului, hidrogenului i oxigenului la 1 kg
de combustibil. Cunoscnd c masa molecular a oxigenului estekmol
kg32M
2O , rezult:
2
* 22min
0,857 0,133 0,0132 3,34
12 4 32 12 4 32
o
kg Oc h oO M
kg comb
(4.3*)
4.2.2 Calculul cantitii de aer minim necesar arderii complete
Se determin cunoscnd compoziia gravimetric i volumetric a aerului:
Componentul
Coninutul n %
Pri devolum Pri de mas(greutate)
Azot 79 77
Oxigen 21 23
min
1 1 0,857 0,133 0,010,5
0.21 12 4 32 0, 21 12 4 32
kmol aerc h oL
kg comb
(4.4)
De asemenea, cunoscnd c masa molecular a aerului este Ma=28,97kmol
kg , rezult:
*
min
1 1 0,857 0,133 0,0128,97 14,4
0.21 12 4 32 0, 21 12 4 32a
kg aerc h oL M
kg comb
(4.4*)
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
24/77
24
4.3 Calculul mrimilor i indicilor caracteristici ai procesului de ardere
a. Numrul de kmol de substan pentru 1kg combustibil este:
31 1 4,4 10224
c
c
kmol
M kg comb (4.5)
unde: Mc=masa molecular a combustibilului.
b. Cantitatea real de aer necesar arderii unui kg de combustibil:
min 1,5 0,5 0,745kmol aer
L Lkg comb
(4.6)
* *
min 1,5 14,4 21,6 kg aer
L Lkg comb
(4.6*)
c. Numrul de kmoli de substan iniial care particip la reacia chimic de ardere:
3
min 1, 5 0, 5 4, 4 10 0, 75i ckmol
Lkg comb
(4.7)
d. Numrul de kmoli de amestec iniial ai .Fluidul motor este un amestec de gaze. nainte de
ardere, in admisie i comprimare, amestecul este format din aer, gaze reziduale, vapori decombustibil i se numete amestec iniial.
1 0, 73ai i r i r kmol
kg comb (4.7*)
e. Calculul coeficientului chimic de variaie molar. ntruct combustibilii lichizi sunt alctuiidin hidrocarburi (CmHn) cu n>4 rezult c arderea n motoare se desfoar cu dilataie molar.
Pentru calculul arderii n motor este comod s se calculeze coeficientul chimic de variaie
molar:i
fc
. Avnd n vedere c >1 se va folosi relaia:
039,1324
m in
min
c
cL
ohL
(4.8)
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
25/77
25
f. Numrul de kmoli de gaze arse:
combkg
kmolrcigrcirfga 798,0 (4.9)
g. Coeficientul total de variaie molarare relaia:
1,091
ga c rt
ai r
(4.10)
h. Cldura degajat ca urmare a arderii incomplete. Pentru MAC (>1) arderea se considercomplet; combustibilul degaj prin ardere ntreaga putere caloric.
i. Puterea caloric a amestecului(Qam)reprezint raportul dintre puterea caloric inferioar acombustibilului (pentru motorin Q
i=41850 kJ/kg) i masa de fluid proaspt ce revine la un kg
de combustibil.
kg
kJ
L
QQ iiam 1852
1 *min
(4.11)
j. Cldura disponibil care se transform n lucru mecanic i energie intern:
kg
kJQQ uu 359914185086,0 , (4.12)
unde: Q=Qi, pentru >1;
ureprezint coeficientul cldurii utile; u=0,86 0,9 pentru MAC
Se adopt u=0,86.
k. ntrzierea la declanarea injeciei:
| 350 330 20d d c RAC (4.13)
l. Durata ntrzierii la aprindere:
20 10000,99
6 6 3340d
d msn
(4.14)
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
26/77
26
4.3.1 Parametrii caracteristici ai procesului de ardere n punctul c
a. Unghiul corespunztor punctului c: RAC360c
b. Presiunea gazelor n punctul c:
360 2,86 0,32 (360 350) 6,06c d dp p p MPa (4.15)
c. Volumul gazelor n punctul c:3
74c kV V cm
d. Raportul de volum n timpul arderii rapide:
84,81,15
73,5
dd
c
V
V (4.16)
e. Exponentul politropic al arderii rapide:
6,06lg lg
2,865,27
lg lg1,15
c
ddc
d
p
pm
(4.17)
f. Temperatura n punctul c:
1 5,27 1
966 1,15 1775dcm
c d dT T K
(4.18)
4.3.2 Parametrii caracteristici ai procesului de ardere n punctul y
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
27/77
27
a. Unghiul corespunztor punctului y: 366y RAC (4.19)
b. Presiunea gazelor n punctul y: 360 8y c yp p p MPa (4.20)
c. Volumul gazelor n punctul y:
2
31 cos 1 cos2 784 4
y k y y
DV V r cm
(4.21)
d. Raportul volumetric n punctul y:
1,06y
y
c
V
V
(4.22)
e. Exponentul politropic al evoluiei c-y:
lg
5,1lg
y
ccy
y
p
pm
(4.23)
f. Temperatura n punctul y:
3601 2257
y y
y c
c t
pT T K
p
(4.24)
4.3.3 Parametrii caracteristici ai procesului de ardere n punctul z
a. Unghiul corespunztor punctului z:
366 12 378z y yz RAC (4.27)
b. Presiunea gazelor n punctul z: 8z yp p MPa (4.28)
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
28/77
28
c. Volumul gazelor n punctul z:
2
31 cos 1 cos2 1104 4
z k z z
DV V r cm
(4.29)
d. Temperatura n punctul z:
3192z y
z
y
V TT K
V (4.30)
4.3.4 Parametrii caracteristici ai procesului de ardere n punctul w
(sfritul procesului de ardere)
a. Unghiul corespunztor punctului w se adopt: 395w RAC
b. Volumul gazelor n punctul w:
2
31 cos 1 cos2 2054 4
w k t t
DV V r cm
(4.31)
c. Presiunea corespunztoare punctului w:
84,3
1,86
zw
zt
pp MPa
, (4.32)
unde: 1,86wzwz
V
V .
d. Raportul de volum n timpul arderii:205
2,873,5
wy
c
V
V (4.33)
e.Temperatura in punctul w:
4.4 Calculul compoziiei i parametrilor caracteristici ai produselor de ardere
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
29/77
29
Compoziia produselor de ardere se determin n funcie de dozaj, fenomen cecaracterizeaz arderea complet sau incomplet a combustibilului.
Dac >1 rezult un dozaj srac (ardere complet).n compoziia gazelor de ardere, nafara substanelor rezultate n urma oxidrii elementelor combustibile (CO2, H2O dup
ecuaiile de ardere) se va mai gsi oxigenul rmas neutilizat i azotul din aer care nu particip lareaciile de ardere. Avnd n vedere reaciile de ardere, participaiile masice (Gi) i volumetrice(i) ale componenilor produilor de ardere, se pot calcula tabelar astfel:
Greutatea molecular a gazelor arse (Mga), constanta gazelor arse (Rga) i caracteristicacldurilor specifice (bga) se pot determina pe baza rezultatelor din tabelul de mai sus cu relaiile:
kmol
gazkgGM
i
i
ga 03,316842,0
7589,19
(4.36)
KkgJ
MRR
ga
ga 268
28,288314 (4.37)
Kkmol
kJ108,3
2
3
i
ii
ga
bb
(4.38)
Gaz
Formula decalcul
Valoric
Gi
Masamolecular
Mii
ii
M
G bi ii b
>1combkg
gazkg
kmol
gazkg
combkg
gazkmol
2Kkmol
kJ
2Kkg
kJ
CO2 c3
11 3,14 44 0,071 310-3 2,392510-4
CO 28 210-3 0
H2O 9h 1,120 18 0,067 510-3 3,338310-4
O2 0,23(-1)Lmin 0,057 32 0,002 210-3 2,982310-5
N2 0,77Lmin 0,574 28 0,020 210-3 3,423210-4
Suma 4,970 0,160 0,610-3
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
30/77
30
Cap. 5. PROCESUL DE DESTINDERE
Procesul de destindere reprezint partea din ciclul motor n care se produce fraciuneaprincipal din lucrul mecanic disponibil (lucrulmecanic se produce parial i nainte de nceputulprocesului de destindere, n ardere i dup procesul de destindere, n perioada evacurii libere).
n destindere, compoziia i masa fluidului motor rmn practic invariabile . n timpul arderii ,fluidul motor acumuleaz energie intern n procesul de destindere , sub form de lucrumecanic al pistonului .
5.Alegerea parametriilor de calcul:
Intervalul de timp n care se desfoar destinderea e cuprins ntre momentul ncetriiarderii (fig. 5.1)punctul t din ciclui momentul deschiderii supapei de evacuare (u); n ciclulteoretic densitatea se prelungete pn la p.m.e. (u).
Calculul procesului de destindere presupune determinarea mrimilor de stare alegazelor n punctul u1 i u , calculul prin puncte ale curbei de destindere precum i durataprocesului de destindere
Pentru calculul procesului de destindere este necesar ca iniial s se adopte exponentulpolitropic de destindere mdi avansul de deschidere a SE.
Se adopt: md = 1,36DSE= 60RAC.
5.1. Determinarea mrimilor de stare n punctele caracteristice
ale cursei de destindere
Calculul mrimilor de stare n punctul u:Unghiul de rotaie al manivelei arborelui cotit corespunztor poziiei pistonului n punctul
u este:u=540DSE=54060=480RAC (5.1)
Volumul ocupat de gaze n acest moment se calculeaz cu relaia:
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
31/77
31
3222
' 102156,94
103,1125,73
4 ' cmX
DVcVu
pu
(5.2)
Mrimile de stare (p i T) n punctul u se calculeaz cu ecuaia politropei pVmd =ct. iTVmd-1=ct. aplicate n punctele t i u:
MPaVu
VwPwPu
md
481,01021
4,20526,4
36,1
'
'
(5.3)
KVu
VwTwTu
md
7341021
4,2053192
136,11
'
'
(5.4)
Calculul mrimilor de stare n punctul u :
Se face asemntor cu punctul u avnd n vedere condiia: u=540RAC
3222
1262124
103,1125,73
4cmX
DVcVu
pu
(5.6)
(5.7)
KVu
VwTwTu
md
6621262
4,2053192
136,11
(5.9)
Calculul mrimilor de stare n punctul u* :Deoarece supapa de evacuare se deschide cu un avans fa de p.m.e. scderea presiunii
n cilindru are loc mai rapid dect n cazul unei destinderi politrope u- u cu D.S.E. n p.m.e.
(ciclul teoretic) . De aceea dup D.S.E. presiunea scade dup evoluia u u*
. Evident cVu*=Vu=Va; cu suficient aproximaie se poate considera c :
Pu*2
uPPa = (0,075+0,481)/2=0,278MPa (5.10)
5.3 Calculul politropei de destindere prin puncte
Reprezentarea grafic a curbei se face pe baza ecuaiei politropice pVmd=ct. scris subforma:
md
x
ttv
VVPP
(5.12)
unde:Vx = un volum oarecare n intervalul (Vt,Vu).
Tabelul cu punctele reprezentative se afl n listingul ataat prezentului capitol.
5.4 Calculul duratei procesului de destinderen RAC i s
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
32/77
32
Se folosesc relaiile:tu = ut = 480-395=85RAC (5.13)
msn
tutu 2,4
33406
85
6
''
(5.14)
Cap.6. CALCULUL INDICILOR DE PERFECIUNE AI CICLULUI I
DETERMINAREA DIMENSIUNILOR PRINCIPALE ALE MOTORULUI
6.1 Trasarea diagramei indicate
Pe baza calculului proceselor care alctuiesc ciclul motor se construiete diagrama indicat.Ea servete pentru determinarea indicilor de perfeciune ai ciclului precum i pentru calcululsolicitrilor mecanice i termice din organele mecanismului motor .ntruct lucrul mecanical ciclului nu depinde de scara diagramei indicate , se alege o scar arbitrar pentrupresiune i volum .
Cunoscnd dependena p(V) se va reprezenta n continuare diagrama indicat desfuratnumit i cronomogram .
Trasarea diagramei indicate.
[] x[mm]
V
[cm3]
P
[MPa]0 0.00 74 0.11
15 0.21 95 0.075
30 0.84 156 0.075
45 1.82 254 0.075
60 3.09 380 0.075
75 4.56 526 0.075
90 6.13 680 0.075
105 7.67 833 0.075
120 9.09 974 0.075
135 10.31 1094 0.075150 11.23 1186 0.075
165 11.80 1243 0.075
a 180 12.00 1262 0.075
195 11.80 1243 0.076
210 11.23 1186 0.080225 10.31 1094 0.087
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
33/77
33
a 240 9.09 974 0.099
255 7.67 833 0.119
270 6.13 680 0.153
285 4.56 526 0.212
300 3.09 380 0.323
315 1.82 254 0.557330 0.84 156 1.102
345 0.21 95 2.320
d 350 0.09 83 2.858
c 360 0.00 74 3.465
y 366 0.03 77 7.980z 378 0.31 104 7.98
w 390 0.84 156 4.26
405 1.82 254 2.24
420 3.09 380 1.352
435 4.56 526 0.915
450 6.13 680 0.678
465 7.67 833 0.541u 480 9.09 974 0.458
495 10.31 1094 0.407
510 11.23 1186 0.378
525 11.80 1243 0.363
u 540 12.00 1262 0.361
555 11.80 1243 0.230570 11.23 1186 0.17
585 10.31 1094 0.11
600 9.09 974 0.11
615 7.67 833 0.11
630 6.13 680 0.11
645 4.56 526 0.11
660 3.09 380 0.11
675 1.82 254 0.11
690 0.84 156 0.11
705 0.21 95 0.11
720 0.00 74 0.11
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
34/77
34
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720
P[MPa]
[grd]
P-
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
35/77
35
6.2 Calculul indicilor indicai i efectivi
6.2.1. Calculul indicilor indicai
Lucrul mecanic schimbat de gazele din cilindru cu pistonul , dup efectuarea unui ciclu motorse numete lucru mecanic indicatrezultat al unui ciclu i se noteaz cu Li . El este proporionalcu aria buclei superioare a diagramei indicate, cuprins ntre evoluiile de comprimare idestindere.
a) Presiuna medie indicatestede faptlucrul mecanic indicat dezvoltat de unitatea de cilindreese mai numete i presiune medie indicat ntruct li are unitatea de msur a presiunii.
1
11 1
11
1
1
md
t
d
z
z
t
nzyzmycy
y
mcd
mc
a
di mL
m
p
cy
11m
11m
1mdcd
dc
d
1mc
d
c
d
=0,926MPa (6.1)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
P[MPa]
V [cmc]
P-V
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
36/77
36
b) Randamentului indicat:
i=8,314 505,0
iv
oi
o
i
Q
T
p
p
(6.2)
c) Consumul specific indicat :
kWh
g
QCi
ii
7,170106.3 6
(6.3)
d) Puterea indicat
Pi=
30
inVsPi=298,8kW (6.4)
unde: pi,pon MPa; Vsn dm3; inumrul de cilindri ai motorului; n=npeste turaia maxim a
motorului; -numrul de timpi.
e)Momentul indicat
(6.5)
6.2.2 Calculul indicilor efectivi
Se alege randamentul mecanic al motorului dup indicaia:
la MAC m=0,650.72
Se adopt m=0,72
a)
presiunea medie efectiv
MPapPe im 666.0 (6.6)
b) randamentul efectiv
363.0 ime (6.7)
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
37/77
37
c) consumul specific efectiv de combustibil
kWh
gCiCe
m
82,279
(6.8)
d) puterea efectiv
kWPiPe m 215 (6.9)
e)Momentul efectiv
(6.10)
6.3 Calculul indicilor de perfeciune ai motorului
Se determin puterea litric, momentul litric i puterea raportat la aria pistonului:
a)Puterea litrica
l
kW
Vt
PePL 7,22
5,9
215 (6.11)
b)Momentul litric
l
Nm
V
MM
t
E
L
655,9
615 (6.12)
c)Puterea/arie
2
4
22 15,27
8100
3,112
215
100
dm
kW
iD
PePa
(6.13)
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
38/77
38
Cap. 7. CARACTERISTICA EXTERIOAR A MOTORULUI
7.1 Alegerea parametrilor de calcul
Prin caracteristica exterioar a motorului se nelege dependena puterii efective,momentului motor efectiv, consumului orar i specific efectiv de combustibil, n funcie deturaia arborelui cotit, n condiii de sarcin total, deci pentru doz maxim de combustibil peciclu i pe cilindru .
La proiectarea unui motor de autovehicul este necesar cunoaterea acesteicaracteristici.
Ridicarea prin calcul a unei asemenea caracteristici este relativ simpl la MAC, deoareceexperiena arat c factorii de care depinde alura caracteristicii (v, i, i m) variaz cu turaiaaproximativ dup aceeai lege .
Turaiile semnificative ntr-o astfel de caracteristic sunt:
turaia minim de mers n sarcin, nmin ; turaia de moment maxim, nM; turaia economic (nec) fiind turaia pentru care consumul specific efectiv de combustibil
este minim; turaia de putere maxim, np=nmax;Coeficientul de elasticitateCeeste raportul a dou turaii caracteristice :
(7.1)
7.2. Calculul prin puncte a curbelor caracteristice
Pe cale analitic, curba de variaie a puterii motoruluin funcie de turaie P= f(n), sepoate obine cu relaia:
32
ma x
ppp
een
nc
n
nb
n
naPP [kW] (7.2)
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
39/77
39
unde: n este turaia curent, cuprins ntre nmini nmax, iar nmin500rot/min.
coeficienii a, b i c se determin cu relaiile:
(7.3)
(7.4) (7.5)
Curba de variaie a momentului motor efectivMe=f(n) se obine pe baza relaiei:
mNn
P9550M ee (7.6)
Curba de variaie consumului specific efectivde combustibil se obine cu relaia:
hkW
g
n
n8,0
n
n2,1CC
2
pp
epe (7.7)
unde: cep=237hkW
g.
Curba de variaie a consumului orarde combustibil se poate determina cu relaia:
Cc=10-3cePe hkg (7.8).
7.2. Calculul prin puncte a curbelor caracteristice
nPutereaefectiva
Momentulefectiv
Consumulefectiv
Consumulorar
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
40/77
40
[rpm] [kW] [Nm] [g/kWh] [kg/h]
n0 500 32.48 620.28 253 8.21
700 47.16 643.42 243 11.44
900 62.48 663.00 234 14.62
1100 78.21 679.02 227 17.72
1300 94.13 691.49 221 20.76
1500 110.01 700.39 216 23.75
1700 125.63 705.73 213 26.70
nM 1900 140.76 707.51 211 29.64
n ec 2100 155.19 705.73 210 32.59
2300 168.68 700.39 211 35.55
2500 181.02 691.49 213 38.54
2700 191.98 679.02 216 41.54
2900 201.33 663.00 221 44.53
3100 208.86 643.42 227 47.49
nP=nmax 3340 215.17 615.22 237 50.91
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
41/77
41
500
550
600
650
700
750
0
50
100
150
200
250
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
Me[Nm]
Pe[kW]
Turatia [rot/min]
DIAGRAMA DE DINAMICITATE
Puterea efectiva [kW] Momentul efectiv [Nm]
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
0
50
100
150
200
250
300
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
Ch[kg/h]
Ce[g/kWh]
Turatia [rot/min]
DIAGRAMA DE ECONOMICITATE
Consumul efectiv [g/kWh] Consumul orar [kg/h]
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
42/77
42
Capitolul 8. Cinematica mecanismului motor
8.1. Cinematica pistonului:
Cinematica mecanismului motor se studiaz n urmtoarele ipoteze simplificatorii:
motorul funcioneaz n regim stabilizat, deci turaia motorului este invariabil ntimp;
viteza unghiular a arborelui cotit este constant.;
Cnd arborele cotit are o micare de rotaie unghiular, viteza unghiular rezult din
relaia:
sradn
n
/35030
3340
3060
2
(8.1)
n ipoteza ct rezult c unghiul de rotaie al arborelui cotit , este proporional cutimpul, conform relaiei:
tn**6 (8.2)
Pe baza acestei dependene, toate mrimile cinematice vor fi exprimate n funcie de unghiulde rotaie al arborelui cotit. se consider poziia iniial pentru unghiul (atunci cnd 0 ),cea corespunztoare poziiei pistonului n PMS.
Deplasarea pistonuluieste identic cu deplasarea piciorului bielei sau cu a punctului P (fig.9.1).Folosind notaiile din figur, expresia deplasrii momentane a pistonului n raport cuPMS este:
x rP
1
41 2cos cos
(8.3)
unde:
mmS
r 602
5,119
2 - raza manivelei
i
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
43/77
43
25,0239
60
l
r - raportul dintre raza manivelei i lungimea bielei.
Deplasarea pistonului poate fi considerat suma a dou funcii armonice:
III pPp XXX , (8.4)
cos1rxI - armonica de 43rdinal I;
x r
II
4
1 2cos - armonica de 43rdinal II;
Graficul variaiei acestei deplasri se obine prin puncte nsumnd cele dou armonici.
RAC]Xpl
[mm]Xpll
[mm]Xp
[mm]
0 0.0 0.00 0.00
15 2.0 0.50 2.54
30 8.0 1.87 9.87
45 17.5 3.73 21.23
60 29.9 5.60 35.48
75 44.3 6.97 51.25
90 59.8 7.47 67.22105 75.2 6.97 82.18
120 89.6 5.60 95.23
135 102.0 3.73 105.73
150 111.5 1.87 113.36
165 117.5 0.50 117.96
180 119.5 0.00 119.50
195 117.5 0.50 117.96
210 111.5 1.87 113.36
225 102.0 3.73 105.73
240 89.6 5.60 95.23255 75.2 6.97 82.18
270 59.8 7.47 67.22
285 44.3 6.97 51.25
300 29.9 5.60 35.48
315 17.5 3.73 21.23
330 8.0 1.87 9.87
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
44/77
44
Viteza pistonuluise obine derivnd relaia (8.3) n raport cu timpul:
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
120.0
0 45 90 135 180 225 270 315 360
xp[mm]
[RAC]
Deplasarea pistonului
xpI xpII xp
345 2.0 0.50 2.54
360 0.0 0.00 0.00
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
45/77
45
w dx
dt
dx
d
d
dt
dx
dp
P P P
(8.5)
Rezult:
2sinsin* rwP (8.6)
Viteza pistonului se mai poate scrie:
cos1sin* rwP (8.7)
Aceasta se anuleaz pentru cazul n care:
0cos1sin
relaie valabil numai n cazul n care sin 0 ( adic 000 360,180,0 ) datoritfaptului c 1 i deci 0cos1 . Ca urmare se constat c viteza pistonului este nuldoar n punctele moarte.
Viteza maxim a pistonului se obine pentru acea valoare a lui pentru care:
dw
drP
cos cos
22 2 0 (8.8)
din care rezult unghiul la care viteza este maxima:
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
46/77
46
75
4,3
4
4,3
811
arccos4
811arccos
2
max
Wp (8.9)
Viteza pistonului poate fi scris ca sum a dou armonici:
PIIPIP www (8.10)
unde:
sinrwPI - armonica de ordinul I 2sin2/*rwPII - armonica de ordinul II;
Graficul de variaie al vitezei se obine prin puncte
WpI[m/s] Wpll[m/s] Wp[m/s]
0.00 0.00 0.00
5.41 1.31 6.72
10.45 2.26 12.71
14.78 2.61 17.39
18.10 2.26 20.36
20.19 1.31 21.49
20.90 0.00 20.90
20.19 -1.31 18.88
18.10 -2.26 15.8414.78 -2.61 12.17
10.45 -2.26 8.19
5.41 -1.31 4.10
0.00 0.00 0.00
-5.41 1.31 -4.10
-10.45 2.26 -8.19
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
47/77
47
.
Acceleraia pistonuluise obine derivnd de dou ori expresia spaiului:
-25.00
-20.00
-15.00
-10.00
-5.00
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
0 45 90 135 180 225 270 315 360wp[m/s
]
[RAC]
Viteza pistonului
vpI vpII vp
-14.78 2.61 -12.17
-18.10 2.26 -15.84
-20.19 1.31 -18.88
-20.90 0.00 -20.90
-20.19 -1.31 -21.49
-18.10 -2.26 -20.36-14.78 -2.61 -17.39
-10.45 -2.26 -12.71
-5.41 -1.31 -6.72
0.00 0.00 0.00
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
48/77
48
a d x
dt
dw
dt
dw
d
d
dt
dw
dP
P P P P 2
2
(8.11)
adic:
coscos* 2 raP (8.12)
Acceleraia pistonului se anuleaz n punctele n care :
a dw
dP
P
0 , adic n punctele n care Wpeste maxim .
Acceleraia maxim se obine n acele puncte n care este valabil egalitatea :
da
drP
2 2 2 0sin sin (8.13)
adic punctele pentru care :
0 000 360,180,0
sau
1+4cos=0 care nu este valabil pentru c implica >1/4.
Valorile extreme ale acceleraiei vor fi:
2232
0 /9137)4/11(350*10*60)1(* smrap
(8.14)
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
49/77
49
2232
180 /5482)4/11(350*10*60)1(* smrap
(8.15)
Armonicele acceleraiei sunt:
cos* 2raPI - armonica de ordinul I;
2cos** 2raPII - armonica de ordinul II;
Graficul de variaie al acceleraiei se obine prin puncte.
-10000
-8000
-6000
-4000
-2000
0
2000
4000
6000
8000
10000
0ap[m/s2]
apI[m/s2]
apII[m/s2]
ap[m/s2]
7310 1827 9137
7060 1583 8643
6330 914 7244
5169 0 5169
3655 -914 2741
1892 -1583 309
0 -1827 -1827
-1892 -1583 -3474
-3655 -914 -4568
-5169 0 -5169-6330 914 -5417
-7060 1583 -5478
-7310 1827 -5482
-7060 1583 -5478
-6330 914 -5417
-5169 0 -5169
-3655 -914 -4568
-1892 -1583 -3474
0 -1827 -1827
1892 -1583 3093655 -914 2741
5169 0 5169
6330 914 7244
7060 1583 8643
7310 1827 9137
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
50/77
50
8.2.Cinematica bielei
Biela are o micare plan-paralel complex. Se poate considera c fiecare punct al bieleiare o micare de translaie identic cu cea a punctului P i o micare de rotaie n jurul punctuluiP cu viteza unghiular:
2
2
dt
db
.
Micarea bielei se studiaz n funcie de unghiul care poziioneaz biela n micare.
Spaiul unghiular al bieleise determin cu relaia:
)sinarcsin( (8.16)
n care este unghiul fcut de axa bielei cu axa cilindrului.
Valoarea maxim a oblicitii bielei se obine pentru valoarea maxim a funciei sinadic pentru =90 i =270 RAC, adic:
arcsinm ax (8.17)
Viteza unghiular a bieleise obine prin derivarea spaiului unghiular n raport cu timpul:
b
d
dt
d
d
d
dt
d
d
cos
sin1 2 2 (8.18)
Viteza unghiular a bielei este nul pentru =(2k+1)90, deci cnd oblicitatea bielei estemaxim.
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
51/77
51
Aceast vitez unghiular atinge valori extreme n punctele pentru care se ndeplinetecondiia:
d
dt
d
db b
0 (8.19)
sau
2 2
2 23
2
1
1
0
sin
sin
(8.20)
adic atunci cnd 0180*k (cu k=0,1,2,3,4.) cnd valoarea vitezei unghiulare este:
sradb /5,873504
1max ; (8.21)
Acceleraia unghiularse poate determina prin derivarea n raport cu timpul a expresiei(9.18):
2
322
22
sin1
sin1
d
d
dt
d
d
d
dt
d bbbb (8.22)
Aceast acceleraie atinge valoarea zero pentru unghiuri de rotaie ale arborelui cotit =k180 (unde k= 0,1,2,...) adic n punctele moarte i este maxim pentru =(2k+1)90 ( undek= 0,1,2...) adic n punctelede oblicitate maxim a bielei cnd:
;31587
4
11
4
350
1 2
2
2
2
2
ma xs
radb
(8.23)
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
52/77
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
53/77
53
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
0 45 90 135 180 225 270 315 360b[grade]
a [RAC]
Spatiul unghiular al bielei
-100.0
-50.0
0.0
50.0
100.0
0 45 90 135 180 225 270 315 360
_b[rad/s]
a [RAC]
Viteza unghiulara a bielei
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
54/77
54
Capitolul 9. Dinamica mecanismului motor
9.1 Generaliti. Clasificri ale forelor din mecanismul motor
n timpul funcionrii motorului, n elementele mecanismului motor iau natere o serie de
eforturi determinate de forele ce apar n mecanismul motor, eforturi a cror cunoatereeste necesar pentru efectuarea calculelor de rezisten, pentru calculul variaieimomentului motor i dimensionarea volantului, pentru studiul vibraiilor.
n mecanismul motor apar patru tipuri de fore, mprite n funcie de fenomenul fizic carele produce:
Forele de presiune(FP)- datorate presiunii gazelor ce evolueaz n cilindrii motorului; Forele de inerie(Fj, Fr)- datorate maselor pieselor n micare accelerat de rotaie sau detranslaie;
Forele de frecare(Ff)-ntre piesele aflate n micare relativ una fa de cealalt datorateforelor ce se transmit ntre aceste piese; Forele de greutate(Fg)- datorate maselor pieselor.
Dintre aceste fore, cele de frecare i de greutate au valori mici n raport cu celelalte doucategorii. De aceea pentru calcule prezint importan doar forele de presiune i cele deinerie.
-40000
-30000
-20000
-10000
0
10000
20000
30000
40000
0 45 90 135 180 225 270 315 360
_b[rad/s2]
alfa [RAC]
Acceleratia unghiulara a bielei
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
55/77
55
9.2. Fora de presiune a gazelor
Presiunea exercitat pe suprafaa capului pistonului de ctre gazele care evolueazn cilindru determin o for de presiune, a crei determinare se face cu relaia:
][4
2
NppD
F cartcilP
(9.1)
unde:
mmD 3,112 alezajul cilindrului;
][MPapcil presiunea gazelor din cilindru;
][MPapcart presiunea gazelor din carter care lucreaz la partea inferioar a capului
pistonului ( MPapcart 1,0 ).
Fora de presiune are o alur de variaie n timp proporional cu cea a presiunii fluidului .
n ceea ce privete direcia acestei fore ea este ntotdeauna paralel cu direcia axei cilindruluiiar sensul este prezentat n figura 11.1: cnd FP >0 ea este orientat spre axa de rotaie aarborelui cotit, iar cnd FP
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
56/77
56
micare de rotaie a arborelui cotit i a celeilalte pri (m2) din masa bielei.Forele de inerie care acioneaz n mecanismul motor sunt de dou feluri:
forele de inerie ale maselor mjaflate n micare de translaie (Fj); forele de inerie ale maselor mraflate n micare de rotaie (Fr).
9.3.1 Forele de inerie ale maselor n micare de translaie
Masa care execut micare de translaie accelerat este:
][03,395,008,21 kgmmm gpj (9.2)
unde mgpeste masa grupului piston compus din piston, bol i segmeni, mas care seconsider concentrat n axa bolului.
][08,212,044,051,1 kgmmmm segbpgp (9.3)
unde:
mpmasa pistonului; mbmasa bolului; msegmasa segmenilor;
Masa pistonuluidetermina cu relaia:
;513,1)103,112(2,1)10( 2222 kgDm Pp (9.4)
Masa boluluise poate calcula cu relaia:
OLbobo Vm , (9.5)
unde:
32222 057,098,0*4
26,038,0**
4
*dml
ddV bo
ibebb
; (9.6)
unde:
Ddeb *)28,024,0(
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
57/77
57
Se adopt: mmdeb 2,38 diametrul exterior al bolului;
Ddib *)75,065,0(
Se adopt: mmdib 7,26 diametrul interior al bolului;
Dl *)87,08,0(
Se adopt: mml 8,98 lungimea bolului flotant;
3/78007600 mkgOL
Se adopt: 3/7700 mkgOL densitatea oelului;
Rezult:
;44,07700*0157,0* kgVm OLbobo (9.7)
Masa segmenilor ,se determin prin cntrire sau se adopt pe baza datelor statistice dupcum urmeaz:
pentru mmD 90...60 - gmseg 60...20
pentru mmD 120...90 - gmseg 150...60
Se adopt: kggmseg 12,0120
Rezult masa grupului piston:
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
58/77
58
kgmmmm segbopgp 08,212,044,0513,1 (9.8)
Masa bieleise poate determina cunoscnd c masa raportat a bielei are valori n
intervalul:2
2 /40...22
4
cmgD
mB
(9.9)
Se adopt: 22
/35
4
cmgD
mB
;
Rezult:
kggD
mB 47,334674
23,11**35
4
**35
22
(9.10)
Aceast mas se descompune dou mase: masa m1 concentrat n axa bolului i careefectueaz o micare de translaie i masa m2concentrat n axa fusului maneton, care executo micare de rotaie.
ntre cele dou mase (m1i m2) i masa bielei exist urmtoarele relaii:
][)3,0...2,0(1 kgmm b (9.11)
i
][)8,0...7,0(2 kgmm b (9.12)
Se adopt:
][95,047,3*275,0*)3,0...2,0(1 kgmm b
][51,247,3*725,0*)8,0...7,0(2 kgmm b
Masa n micare de translaie se determina cu relaia:
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
59/77
59
kgmmm gpj 03,395,047,31 (9.13)
Se poate determina fora de inerie a maselor aflate n micare de translaie:
][)2cos(cos** NrmamF jpjj (9.14)
9.3.2 Fora de inerie a maselor n micare de rotaie
Masa total aflat n micare de rotaie, pentru un singur fus maneton care d natereforei de inerie, este format din masa neechilibrat a cotului (m
k) arborelui cotit i masa (m
2)
corespunztoare bielei articulate pe fusul maneton :
][2 kgmmm kr (9.15)
unde:
][kgmmm brMk (9.16)
adic masa neechilibrat a unui cot este compus din masa fusului maneton (mfm) al cruicentru de greutate se afl la distana r=S/2 de axa de rotaie a arborelui cotit i din maselebraelor (mbr) ale cror centre de greutate se afl la o distan r fa de aceeai ax.
Aceste mase dau fore de inerie cu punctul de aplicaie n poziii diferite fa de axa derotaie a arborelui cotit:
][*2 NFFFF RBRBrRMr (9.17)
unde:
][** 2 NrmF MRM (9.18)
][** 2 NmF brRBr (9.19)
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
60/77
60
][***2 22 NrmFRB (9.20)
9.4. Forele rezultante din mecanismul motor
Considernd aciunea simultan a forei de presiune a gazelor i a forelor de inerie seobine schema forelor unde se admite convenia de semn precizat n figura alturat.
Fora rezultant F care acioneaz asupra pistonului este:
][NFFF jP (9.21)
Fora F se descompune n componentele N, care aplic pistonul pe cilindru i B careacioneaz asupra bielei:
][* NtgFN (9.22)
][cos/ NFB (9.23)
Deplasnd fora B, ca vector alunector n centrul fusului maneton (punctul M) idescompunnd-o dup dou direcii, una normal la maneton - fora Z - i cealalt tangent lamaneton - fora T- , se obin forele care acioneaz asupra fusului maneton i fusului palier:
cos
coscos
FBZ (9.24)
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
61/77
61
T B F
sinsin
cos
(9.25)
Pentru a pune n eviden momentul motor se procedeaz n felul urmtor: n centul derotaie al arborelui cotit se plaseaz dou fore T i T egale i de sens contrar i paralele iegale n modul cu fora T; n acelai centru, se deplaseaz fora Z pe linia ei de aciune (notatZ).
Forele T i Z dau rezultanta B care se descompune n componentele F i N egale cu Fi respectiv cu N.
Forele T i T produc un cuplu al crui moment M reprezint momentul motor alcilindrului care poate fi calculat cu expresia:
M T r F r Nm
sin
cos[ ]
(9.26)
Forele N i N alctuiesc un cuplu al crui moment Mrse numete moment de rsturnareegal i de sens contrar cu momentul motor:
MrTrFrtgFhNMr
*
cos
sin**
sin
sin***
(9.27)
Momentul motor M se transmite roilor motoare, iar momentul reactiv se transmite
reazemelor motorului.
9.5. Studiul dinamic al fusului maneton
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
62/77
62
9.5.1. Forele care acioneaz asupra fusului maneton
In cazul motoarelor cu cilindrii in linie asupra unui fus maneton acioneaz o singura biela, fusulmaneton fiind solicitat de fora B si de fora centrifuga determinata de masa bielei aferenta
manetonului: BMBMRB FrmF 2
. ntruct cele doua forte acioneaz pe direcii diferite,ele se nsumeaz vectorial pentru a determina solicitarea fusului. Construcia grafica care
permite nsumarea vectoriala a celor doua forteRBfm FBR
se numete diagrama polara
a fusului maneton. Aadar diagrama polar a fusului maneton reprezint locul geometric alextremitilor forelor fmR rezultate prin nsumarea de mai sus. Diagrama polara a fusului
maneton se poate construi i prin metoda analitic, prin reprezentarea grafica a dependentei
fmxfmy RfR , unde: .ZFR RBfmy
Pcil
[Mpa]Forta depresiune ap
Forta deinertie F N B Z T
[N] [m/s2] [N] [N] grade [N] [N] [N] [N]
0 0.110 99 9137 -27694-
27595 0.0 0-
27595-
27595 0
15 0.075 -248 8643 -26197-
26445 3.7-
1715-
26501-
25100 -8501
30 0.075 -248 7244 -21957-
22204 7.2-
2797-
22380-
17831-
13525
45 0.075 -248 5169 -15666
-
15914 10.2
-
2858
-
16169 -9232
-
13274
60 0.075 -248 2741 -8308 -8556 12.5-
1897 -8764 -2635 -8358 75 0.075 -248 309 -937 -1185 14.0 -295 -1221 -22 -1221
90 0.075 -248 -1827 5539 5291 14.5 1366 5465 -1366 5291 105 0.075 -248 -3474 10531 10283 14.0 2559 10597 -5133 9271
120 0.075 -248 -4568 13847 13600 12.5 3016 13930 -9412 10270
135 0.075 -248 -5169 15666 15419 10.2 2769 15665-
12861 8944
150 0.075 -248 -5417 16418 16170 7.2 2037 16298
-
15022 6321
165 0.075 -248 -5478 16604 16356 3.7 1061 16391-
16073 3209
180 0.075 -252 -5482 16617 16365 0.0 0 16365-
16365 0
195 0.076 -240 -5478 16604 16364 -3.7-
1061 16398-
16081 -3210
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
63/77
63
210 0.080 -200 -5417 16418 16218 -7.2-
2043 16346-
15067 -6339
225 0.087 -128 -5169 15666 15539 -10.2-
2791 15787-
12961 -9014
240 0.099 -10 -4568 13847 13837 -12.5
-
3069 14173 -9576
-
10449
255 0.119 192 -3474 10531 10723 -14.0-
2668 11050 -5353 -9667
270 0.153 523 -1827 5539 6062 -14.5-
1565 6261 -1565 -6062
285 0.212 1104 309 -937 167 -14.0 -42 172 3 -172 300 0.323 2207 2741 -8308 -6102 -12.5 1353 -6250 -1879 5961
315 0.557 4525 5169 -15666-
11142 -10.2 2001-
11320 -6463 9293
330 1.102 9927 7244 -21957
-
12030 -7.2 1516
-
12125 -9660 7328 345 2.320 21989 8643 -26197 -4209 -3.7 273 -4217 -3995 1353
360 3.4648 33328 9137 -27694 5634 0.0 0 5634 5634 0 375 7.98 78050 8643 -26197 51853 3.7 3362 51962 49216 16668 390 4.26 41204 7244 -21957 19248 7.2 2425 19400 15456 11724
405 2.24 21206 5169 -15666 5540 10.2 995 5629 3214 4621 420 1.35 12401 2741 -8308 4093 12.5 908 4192 1260 3998
435 0.915 8072 309 -937 7135 14.0 1776 7353 132 7351 450 0.678 5725 -1827 5539 11264 14.5 2908 11633 -2908 11264
465 0.541 4368 -3474 10531 14899 14.0 3708 15354 -7437 13432
480 0.458 3546 -4568 13847 17393 12.5 3857 17816 -12037 13134
495 0.407 3041 -5169 15666 18707 10.2 3360 19006-
15604 10852
510 0.378 2754 -5417 16418 19171 7.2 2415 19323-
17811 7494
525 0.363 2605 -5478 16604 19209 3.7 1246 19249-
18877 3769
540 0.361 2585 -5482 16617 19202 0.0 0 19202-
19202 0
555 0.23 1288 -5478 16604 17891 -3.7-
1160 17929-
17582 -3510
570 0.17 693 -5417 16418 17111 -7.2-
2156 17246-
15897 -6689
585 0.11 99 -5169 15666 15765 -10.2-
2832 16018-
13150 -9146
600 0.11 99 -4568 13847 13946 -12.5-
3093 14285 -9652-
10531
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
64/77
64
615 0.11 99 -3474 10531 10630 -14.0-
2645 10954 -5306 -9583
630 0.11 99 -1827 5539 5638 -14.5-
1456 5823 -1456 -5638
645 0.11 99 309 -937 -838 -14.0 209 -864 -15 864
660 0.11 99 2741 -8308 -8209 -12.5 1821 -8409 -2528 8020
675 0.11 99 5169 -15666-
15567 -10.2 2796-
15816 -9031 12985
690 0.11 99 7244 -21957-
21858 -7.2 2754-
22030-
17552 13314
705 0.11 99 8643 -26197-
26098 -3.7 1692-
26153-
24771 8389
720 0.11 99 9137 -27694-
27595 0.0 0-
27595-
27595 0
-40000
-20000
0
20000
40000
60000
80000
0 45 90 135 180 225 270 315 360 405 450 495 540 585 630 675 720
F,Fp,Fj[N]
[RAC]
Diagrama fortelor F,FP,Fj
F
Fp
Fj
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
65/77
65
9.5.2 Diagrama polara i de uzur a fusului maneton
n ipoteza c uzarea fusului maneton este proporional cu forele care acioneaz asupralui, pe baza diagramei polare se construiete diagrama de uzur. Ea este necesar pentru a
-30000
-20000
-10000
0
10000
20000
30000
40000
50000
0 45 90 135 180 225 270 315 360 405 450 495 540 585 630 675 720
N,B[N]
[RAC]
Diagrama fortelor N, B
N
B
-30000
-20000
-10000
0
10000
20000
30000
40000
50000
0 45 90 135 180 225 270 315 360 405 450 495 540 585 630 675 720
Z,
T[N]
[RAC]
Diagrama fortelor Z, T
Z
T
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
66/77
66
stabili zona cea mai puin solicitat a fusului maneton (zona n care uzura e minim), unde sepractic canalul prin care este adus uleiul de la lagrul palier la cel maneton.
Se consider, n mod convenional c fiecare for fmR care solicit fusul maneton la un
moment dat, se distribuie uniform pe suprafaa lui, pe o poriune situat la 600de o parte i de
alta fa de direcia ei de aplicare. Se admite c grosimea uzurii generate (g) este proporionalcu mrimea forei. Prin cumularea efectelor (uzurilor) tuturor forelor fmR se obine diagrama
de uzur i se stabilete axa orificiului de ungere.
Rfmx Rfmy RM[N] [N] [N]
0 45967 45967-8501 43472 44295
-13525 36202 38646
-13274 27603 30629-8358 21006 22608
-1221 18393 184345291 19738 20435
9271 23505 25267
10270 27783 296208944 31232 324886321 33394 339873209 34445 34594
0 34737 34737-3210 34453 34602
-6339 33438 34034-9014 31332 32603
-10449 27948 29837
-9667 23724 25618
-6062 19937 20838-172 18368 18369
5961 20250 21109
9293 24835 265177328 28032 289741353 22366 22407
0 12738 12738
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
67/77
67
16668 -30845 35060
11724 2915 120814621 15158 15846
3998 17111 17572
7351 18240 19666
11264 21280 2407713432 25809 29095
13134 30408 3312410852 33975 35666
7494 36182 369503769 37248 37438
0 37573 37573-3510 35953 36124
-6689 34268 34915-9146 31521 32821
-10531 28023 29937-9583 23678 25544-5638 19827 20613
864 18387 18407
8020 20899 2238512985 27402 30323
13314 35924 383128389 43143 43951
0 45967 45967
-40000
-30000
-20000
-10000
0
10000
20000
30000
40000
50000
-20000 -15000 -10000 -5000 0 5000 10000 15000 20000
Rfmy[N]
Rfmx [N]
Diagrama polara a fusului maneton
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
68/77
68
9.5.3 Diagrama polara a cuzinetului de biel
Cuzinetul de biel este solicitat de ctre aceleai fore ca i fusul maneton, doar c aceste
sunt rotite n jurul polului cu un unghi de )(180 0 , n sensul de rotaie a arborelui cotit.Pentru a obine aceast diagram se ataeaz mecanismului biel manivel un sistemortogonal de axe xMy, dar cu axa My suprapus pe axa bielei.
Rezultanta care acioneaz dup axa Mx va fi:
)sin(* bx FRRcb (9.28)
iar rezultanta dirijat dup axa My:
BFRRcb by )cos(* (9.29)
Cum cele dou componente sunt perpendiculare rezult c:
22
yx RcbRcbRcb (9.30)
0
5000
10000
15000
20000
25000
3000035000
40000
45000
50000
0 45 90 135 180 225 270 315 360 405 450 495 540 585 630 675 720
RM[
N]
[RAC]
Diagrama polara desfasurata a fusului maneton
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
69/77
69
Determinnd rezultantele xRcb i yRcb pentru diferite poziii al mecanismului motor, pe
parcursul unui ciclu se obin o serie de rezultante la care, dac se unesc vrfurile se obinediagrama polar a cuzinetului de biel.
9.8. Momentul motor al motorului policilindric
9.8.1 Alegerea configuraiei arborelui cotit
La motoarele cu i cilindrii n linie, arborele cotit are i coturi. Problema fundamental estecum s se dispun cele i coturi n jurul i n lungul axei arborelui cotit. Pentru a stabili aceastpoziie se va folosi steaua manivelelor. Fiecare cot definete un plan (p1, p2) numit planul
cotului. ntruct toate coturile lucreaz asupra aceluiai arbore, planele coturilor formeaz unfascicul ce se intersecteaz pe axa de rotaie a arborelui cotit. Steaua manivelelor reprezintproieciile planelor coturilor pe un plan normal axa arborelui cotit.
Pentru a realiza o funcionare uniform a motorului, aprinderile la cilindrii trebuie s fieuniform distribuite n interiorul unui ciclu, asta presupunnd decalajul dintre dou aprinderisuccesive s fie:
908
720
i
c (9.31)
n cazul motoarelor n patru timpi, decalajul unghiular dintre manivelele cilindrilor n carese produc succesiv aprinderile este de 720/i, iar arborele cotit execut dou rotaii; serealizeaz aprinderi uniform decalate dac n jumtate din numrul cilindrilor (i/2) aprinderileau loc n prima rotaie, iar ceilali i/2 cilindrii n cea de-a doua rotaie.
Pentru motorul 8V se alege configuraia arborelui cotit conform figurii urmtoare.
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
70/77
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
71/77
71
A3 B1 A2 A4 B3 A1 =0 q=2
B4
B3 B1 A2 A4 A3 A1 =0 q=6
Se observ c dintre cele 8 ordini de aprindere posibile la motorul 8V varianta 6 estevarianta optim pentru configuraia arborelui cotit aleasa, chiar dac numrul de aprinderisuccesive in cilindri alturai este egal cu 2 dar este cea mai convenabil din punct de vedere aldistribuiei uniforme a aprinderilor.
Prin urmare se alege ordinea de aprindere:
190
390
490
290
190
390
490
290
1 AABABBABA
;
9.8.3. Stabilirea ordinii de lucru a cilindrilor
Avnd stabilit steaua manivelelor i ordinea de aprindere se poate determina ordinea de
lucru a cilindrilor, urmnd succesiunea de mai jos:
Se reprezint un dreptunghi care se mparte ntr-un numr de linii egal cu numrulde cilindrii ai motorului ( NL = i ) i un numr de coloane (NC) stabilit de relaia
(11.32) unde C este durata unui ciclu motor (
720 sau 360 ):
),180.(.... 0 apr
C
cdmmcNC
(9.32)
unde prin c.m.m.d.c. se nelege cel mai mare divizor comun. Pentru motorul n cauz:
8iNL 890
720
)90,180.(....
7200
0
00
0
cdmmcNC
Se ataeaz acestui dreptunghi o linie la partea superioar i o coloan n parteastng, n care sevor trece ordinea de aprindere i respectiv numerotarea cilindrilor
Se consider teoretic c durata, n 0RAC a fiecrui proces al ciclului este egal cudurata cursei aferente acestuia, adic cu 1800.
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
72/77
72
n mod convenional operaiunea de stabilire a ordinii de lucru a cilindrilor ncepe cucilindrul numrul 1, care la 0 se gsete la nceputul admisiei (A) i deci aciclului; admisia dureaz 1800 , apoi urmeaz comprimarea (C) care dureaz tot 1800
iar la sfritul creia are loc arderea 360 marcat n tabelul de mai jos cusemnul ;n fine destinderea (D) pe 1800i apoi evacuarea (E) tot pe 1800.
0 90 180 270 360 450 540 630720
Ordinea de lucru a cilindrilor poate servi la stabilirea succesiunii de reglarea jocului termic,dintre culbutori i tija supapei cunoscut fiind c n momentul reglrii supapa respectiv trebuies fie nchis adic nlimea de ridicare s fie nul.
Nr.
Cilindru
Ordinea de aprindere
190
390
490
290
190
390
490
290
1 AABABBABA
A1 A C D E
A2 C D E A
A3 E C D A
A4 E A C D
B1 D E A C
B2 E A C D
B3 D E A C
B4 C D E A
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
73/77
73
9.8.4 Calculul momentului motor total i a puterii indicate
Momentul motor instantaneu al unui motor monocilindric este momentul produs de foratangenial la maneton T i este dat de relaia;
NmrTM * (9.33)
unde: 2/Sr - raza manivelei arborelui cotit.
Momentul M este o mrime periodic, perioada momentului motor M fiind egal cu
perioada ciclului motor C . La motorul n patru timpi0720 CM
RAC. Se numete
moment motor mediu al motorului monocilindric acel moment constant care dezvolt nperioada momentului M lucrul mecanic egal cu cel dezvoltat de momentul motor instantaneu.Lucrul mecanic L va fi integrala lucrului mecanic elementar dM n limitele M...0 care
definete momentul motor mediu:
;**0
M
M
MdML
;**1
0
M
M
M
MdMM
(9.34)
La motorul policilindric momentul motor se determin n urmtoarele ipoteze:cilindriimotorului sunt identici, deci dezvolt acelai moment motor;
toi cilindrii lucreaz asupra aceluiai arbore cotit; ntr-o perioad a ciclului motor n fiecare cilindru se produce o aprindere - (cndarborele cotit face dou rotaii) toate manivelele trec o dat prin poziia corespunztoaredeclanrii scnteii: pentru a realiza o funcionare uniform a motorului aprinderile trebuie s fieuniform decalate n interiorul unui ciclu; dac aprinderile sunt uniform decalate i momentele motoare vor fi uniform
decalate; nsumarea momentului motor, produs de diferiii cilindri se face ncepnd de lapartea din fa a motorului spre ieirea la volant.
Momentul motor instantaneu rezultant notat Mva fi suma momentelor instantaneedate de fiecare cilindru. Cum cilindrii sunt identici, este suficient s se reprezinte variaia Mpeun singur interval apr , dup care aceast variaie se repet. Aadar, deoarece momentul
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
74/77
74
motor instantaneu al motorului policilindric se reproduce dup fiecare interval apr , rezult c
perioada lui este:
;908
720RAC
iC
M
(9.35)
Lucrul mecanic dezvoltat de toi cilindrii motorului n perioada apr este egal cu lucrulmecanic dezvoltat de un singur cilindru n perioada C:
CC
dMdML00
; (9.36)
Din expresia anterioar rezult n final:
iMM medmed ; (9.37)
Momentul motor indicat mediu este:
8
8
1i
p
med
MF
M 789 N*m (9.38)
MA B4 A4 M1 B3 A3 M2 B2 A2 M3 B1 A1 MB
0 0 0 0 0 -362 -337 -699 316 673 290 0 0 290
15-
508-
210 -192 -402 -10 52 -360 554 803 996 996 -508 1484
30-
808-
400 -379 -778 356 479 57 614 785 1455 701 -808 1348
45-
793-
546 -539-
1085 555 776 246 534 648 1429 276 -793 912
60-
499-
629 -624-
1254 438 795 -20 378 448 805 239 -499 545
75 -73-
573 -578-
1150 81 501 -568 192 225 -151 439 -73 215
90 316-
337 -362 -699 0 0 -699 0 0 -699 673 316 290
105 554 52 -10 41 996 -508 529 -192 -210 128 803 554 1484
120 614 479 356 835 701 -808 728 -379 -400 -51 785 614 1348 135 534 776 555 1331 276 -793 814 -539 -546 -271 648 534 912
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
75/77
75
150 378 795 438 1233 239 -499 973 -624 -629 -281 448 378 545
165 192 501 81 582 439 -73 948 -578 -573 -202 225 192 215 180 0 0 0 0 673 316 989 -362 -337 290 0 0 290
195-
192-
508 996 488 803 554 1844 -10 52 1886 -210 -192 1484
210-
379-
808 701 -108 785 614 1291 356 479 2126 -400 -379 1348
225-
539-
793 276 -517 648 534 666 555 776 1997 -546 -539 912
240-
624-
499 239 -261 448 378 565 438 795 1798 -629 -624 545
255-
578 -73 439 366 225 192 783 81 501 1365 -573 -578 215
270-
362 316 673 989 0 0 989 0 0 989 -337 -362 290
285 -10 554 803 1356 -210 -192 955 996 -508 1443 52 -10 1484 300 356 614 785 1398 -400 -379 620 701 -808 512 479 356 1348 315 555 534 648 1183 -546 -539 98 276 -793 -419 776 555 912
330 438 378 448 825 -629 -624 -428 239 -499 -689 795 438 545
345 81 192 225 417 -573 -578 -733 439 -73 -367 501 81 215 360 0 0 0 0 -337 -362 -699 673 316 290 0 0 290
375 996-
192 -210 -402 52 -10 -360 803 554 996 -508 996 1484
390 701-
379 -400 -778 479 356 57 785 614 1455 -808 701 1348
405 276 -539 -546 -1085 776 555 246 648 534 1429 -793 276 912
420 239-
624 -629-
1254 795 438 -20 448 378 805 -499 239 545
435 439-
578 -573-
1150 501 81 -568 225 192 -151 -73 439 215
450 673-
362 -337 -699 0 0 -699 0 0 -699 316 673 290
465 803 -10 52 41 -508 996 529 -210 -192 128 554 803 1484 480 785 356 479 835 -808 701 728 -400 -379 -51 614 785 1348
495 648 555 776 1331 -793 276 814 -546 -539 -271 534 648 912
510 448 438 795 1233 -499 239 973 -629 -624 -281 378 448 545 525 225 81 501 582 -73 439 948 -573 -578 -202 192 225 215
540 0 0 0 0 316 673 989 -337 -362 290 0 0 290
555-
210 996 -508 488 554 803 1844 52 -10 1886 -192 -210 1484
570-
400 701 -808 -108 614 785 1291 479 356 2126 -379 -400 1348
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
76/77
76
585-
546 276 -793 -517 534 648 666 776 555 1997 -539 -546 912
600-
629 239 -499 -261 378 448 565 795 438 1798 -624 -629 545
615
-
573 439 -73 366 192 225 783 501 81 1365 -578 -573 215
630-
337 673 316 989 0 0 989 0 0 989 -362 -337 290 645 52 803 554 1356 -192 -210 955 -508 996 1443 -10 52 1484
660 479 785 614 1398 -379 -400 620 -808 701 512 356 479 1348
675 776 648 534 1183 -539 -546 98 -793 276 -419 555 776 912
690 795 448 378 825 -624 -629 -428 -499 239 -689 438 795 545 705 501 225 192 417 -578 -573 -733 -73 439 -367 81 501 215
720 0 0 0 0 -362 -337 -699 316 673 290 0 0 290
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
0 45 90 135 180 225 270 315 360 405 450 495 540 585 630 675 720
Mb,Mmed[Nm]
[RAC]
Momentul motor totalOrdinea de aprindere:A1-B2-A4-B3-B1-A2-B4-A3-A1
MB
M med
-
8/10/2019 Calculul Si Constructia Motoarelor de Autovehicule
77/77
= B I B L I O G R A F I E =
1. Abitncei,D. i Bobescu, Gh.- Motoare pentru automobile - Bucureti, E.D.P., 19752. Grnwald,B., Teoria calculul i construcia motoarelor pentru autovehicule
rutiere,Bucureti, E.D.P., 1980;3. Racot,R.,Bdescu,N.,Dumitrescu,V.- Motoare pentru autovehicule rutiere, ndrumar de
proiectare - Litografia Universitii din Piteti, 1990;4. Racot,R. i Dumitrescu,V., Elemente de calcul pentru proiectarea motoarelor cu ardere
intern, partea I, Calculul termic, Litografia Universitii din Piteti, 1986.5. Colecia de reviste ATZ, MTZ, RTA, Auto-pro, Gente Motori, Cataloage auto, etc6. Bobescu,Gh. .a. - Motoare pentru automobile i tractoare - vol. II - Dinamic, calcul i
construcie - Chiinu, Editura Tehnic, 1998;7. Dragu,D.- Tolerane i msurtori tehnice - Bucureti, E.D.P.,1982;
8. Grnwald,B., Teoria calculul i cons