Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea TransporturiDepartamentul Autovehicule rutiere

ProiectCalculul si constructia motoarelor cu ardere interna

student: Gheorghe Eduard Emilgrupa: 8303 B

-2015-Tema de proiect

Sa se efectueze proiectarea generala pentru un motor in patru timpi (=4) racit cu lichid, avand urmatoarele caracteristici: 1. Tip motor: cu aprindere prin comprimare MAC;2. Putere efectiva: P= 56 kW;3. Turatia nominala: n=3050 rot/min;4. Numar de cilindrii si dispunerea lor: i=3 in linie;5. Raportul de comprimare: = 17;6. Coeficientul de exces de aer: = 1,5;7. Procedeu de ardere: Injectie directa pe perete;8. Presiunea de supraalimentare: ps=0,12 [MPa];

Prima etapa a proiectului o reprezinta alegerea unui numar adecvat de modele similare (min.5) si analiza particularitatilor lor constructive.Pentru a selecta modelele similare se vor avea in vedere urmatoarele criterii:-acelasi tip de motor -dispunerea cilindrilor in linie -puterea efectiva pe cilindru (poate varia cu 10%)-turatia (poate varia cu 10%)

Capitolul 1Alegerea modelelor similare

Pentru a afla puterea indicata pe cilindru se efectueaza calculul:56:3=18,6kW/cilindruPuterea pe cilindru poate varia cu 10% ,deci cu 1,86kW.(18,61,86)*3=50.22..61,38 [kW]Pe baza acestor informatii s-au identificat urmatoarele modele similare:1Audi A2 TDI cu aprindere prin comprimare putere efectiva: 56kW turatia nominala: 4000 rot/min numar cilindrii si dispunerea lor: i=3 in linie raport de comprimare: =18:1 alezajul: D=79,5 mm cursa: S=95.5 mm

2. VW Fox 1.4 TDI cu aprindere prin comprimare putere efectiva: 52 kW turatia nominala: 4000 rot/min numar cilindrii si dispunerea lor: i=3 in linie raport de comprimare: =19.5:1 alezajul: D=79 mm cursa: S=95.5 mm

3. Alfa Romeo 1.8 DTI cu aprindere prin comprimare putere efectiva: 62 kW turatia nominala: 4200 rot/min numar cilindrii si dispunerea lor: i=3 in linie raport de comprimare: =22:1 alezajul: D=92 mm cursa: S=89.2 mm

4. Seat Leon

cu aprindere prin comprimare putere efectiva: 56kW turatia nominala: 4200 rot/min numar cilindrii si dispunerea lor: i=3 in linie raport de comprimare: =16.5:1 alezajul: D=79.5 mm cursa: S=80.5 mm

5. VW Lupo 1.4 TDI

cu aprindere prin comprimare putere efectiva: 56 kW turatia nominala: 4000 rot/min numar cilindrii si dispunerea lor: i=3 in linie raport de comprimare: =18:1 alezajul: D=79 mm cursa: S=95.5 mm

6. Audi A2 1.4 TDI cu aprindere prin comprimare putere efectiva: 67 kW turatia nominala: 4000 rot/min numar cilindrii si dispunerea lor: i=3 in linie raport de comprimare: =18:1 alezajul: D=79.5 mm cursa: S=95.5 mm

7. Seat Cordoba 1.4TDI cu aprindere prin comprimare putere efectiva: 63 kW turatia nominala: 4000 rot/min numar cilindrii si dispunerea lor: i=3 in linie raport de comprimare: =19.5:1 alezajul: D=79.5 mm cursa: S=95.5 mm

Se vor calcula urmatorii parametri:-presiunea efectiva[MPa]-puterea litrica=[Kw/L]-puterea specifica [kW/dm2]-puterea efectiva indicata[kW/cil]-viteza medie a pistonului=[m/s]

Aplicand formulele enuntate mai sus pentru toate modelel similare alese, se vor obtine informatiile prezentate in urmatorul tabel.(anexa 1.1)

Capitolul 2 Calculul termic

Calculul termic se face in urmatoarele ipoteze simplificatoare:-amestec de gaze perfecte;-evacuarea la presiunea pg=constant;-neglijarea suprapunerii supapelor;-supapa de evacuare se deschide in PME si evacuarea libera este asimilata cu o racire izocora;-incarcatura proasta se incalzeste in contact cu piesele fierbinti cu T;-la inceputul admisiei, in cilindru se gasesc gaze arse reziduale ce se amesteca cu incarcatura proaspata si rezulta amestecul initial;-comprimarea si destinderea sunt evolutii politropice cu exponent constant;-calculul se face pentru un ciclu teoretic in care doza de combustibil este de 1 kg.In cazul ciclului motor real numai o parte din energia termica a combustibilului reuseste sa se transforme in lucru mecanic dezvoltat de gaze in cilindru.Tinand seama de conditiile in care se desfasoara transformarile care alcatuiesc ciclul real rezulta diagrama indicata, mai mica decat diagrama teoretica, de care se leaga o serie de parametri caracteristici ai motorului.Diagrama indicata se poate obtine pe cale experimentala cu ajutorul indicatorului, de unde ii vine si numele, cat si pe cale teoretica in urma unui calcul termic al proceselor izolate din care se compune ciclul.

2.1 Calculul proceselor de schimbare a gazelor

Marimile de stare initiale:

Ps = 0.12 MPa

se alege din tabelul2.1Tabel 2.1 Tipul motorului

[grade]

MASCombustibil lichid10 ... 45

Combus-tibil gazosGaze degenerator10 ... 25

Gazelichefiate10 ... 45

MACAdmisie normala10 ... 25

Supraalimentat5 ... 10

K

Temperatura de racire ,Trac, se alege cu valoare de 40K.Avand in vedere aceste date se poate calcula:

Se alege pg din urmatorul tabel:Tabel 2.2Tipul motorului

AdmisienormalaSemirapid(1,03-1,10)

Rapid(1.03-1,15)

Supraalimentat

Comprex

(1,01-1,07)

Turbosuflanta(0,70-0,90)

Pg=0.125 MPa 2.1.1 Coeficientul de umplereA fost ales din intervalul de valori acceptate, pentru a se calcula Pa.

Tipul motorului

MASCombustibil lichid0,75 0,85

Combus-tibilgazosGaze de generator0,65 0,70

GPL0,75 0,85

MACSemirapid0,80 0,92

Rapid0,75 0,92

2.1.2 Coeficientul de gaze arse reziduale :

Dupa efectuarea calculului se verifica rezultatul cu ajutorul tabeluluiTipul motorului

MASCombustibil lichid0,06 0,18

Combustibil gazos0,05 0,16

MACAdmisie normala0,03 0,06

Supraalimentat0,01 0,03

Se precizeaza ca Tg=900K a fost ales cu ajutorul tabelului:Tipul motorului[k]

MASCombustibil lichid900-1000

Combustibil gazos750-1000

MAC600-900

2.1.3 Temperatura la sfarsitul admisiei Ta:

Rezultatul se verifica cu tabelul:

Tipul motorului [K]

Admisie normalaMAS320 370

MAC320 350

Supraalimentat330 - 400

2. CALCULUL PROCESULUI DE COMPRIMARE

2.2.1 Presiunea la sfarsitul comprimarii

Se alege = 1,365 din tabelul:Tipul motorului

MASCombustibil lichid1,28 ... 1,37

Combustibil gazos1,28 ... 1,38

MACSemirapid1,30 ... 1,36

Rapid1,35 ... 1,38

bar

2.2.2 Temperatura la sfarsitul comprimarii

mai mare decat 800K, valoare acceptata.

Verificarile in cazul Tc si pc au fost facute cu ajutorul tabelului:

Tipul motoruluip[Mpa]T[k]

MASAdmisie normala0,9-2,5600-800

Supraalimentat2,0-3,5650-800

MACAdmisienormalaSemirapid3,5-6,0750-1100

Rapid3,5-8,0

Supraali-mentatSemirapid4,0-14800-1200

Rapid4,0-9,0

2.3. CALCULUL PROCESULUI DE ARDERE

Se alege din tabelul:Tipul motorului

MASCombustibil lichid0,85-0,95

Combustibil gazos0,95-1,40

MACCombus-tibillichidAdmisienormalaID volum1,40-1,70

ID perete1,30-1,50

CSV, CSP1,10-1,40

Supra- ali-mentID volum1,70-2,50

ID perete1,50-1,70

CSV, CSP1,30-1,70

Combustibil gazos (diesel-gaz)1,40-2,20

=1,5 (impus in datele initiale)Compozitia chimica a combustibiluluieste formata din carbon, hidrogen si oxigen, masa acestora insumata fiind de un kilogram pentru a facilita analiza. (1kg= c+h+o) kg/kmol

kg/kmol kg/kmol

Masa molara a comustibilului este: kg/kmol

Se precizeaza ca se va utiliza pentru puterea calorifica inferioara a combustibilului valoarea:

Coeficientul de utilizare a caldurii se alege din tabelul:Tipul motorului

MASCombustibil lichid0,80-0,95

Combustibil gazos0,80-0,90

MACSemirapid0,65-0,75

RapidID0,70-0,88

CS0,65-0,80

Valoarea adoptata este:

2.3.1 Compozitia gazelor de ardere

Cantitatea teoretica de aer: kmol aer/kg comb

Cantitatea reala de aer: kmol aer/kg comb

Compozitia de gaze de ardere [kmol gaze/kg comb.]:

Cantitatea totala de gaze de ardere[kmol gaze/kg comb.]]:

Participatiile molare ale gazelor de arderein amestec: , , unde

Cantitatea initiala de amestec:

Coeficientul chimic de variatie molara:

mai mare decat 1, valoare acceptata.

Coeficientul total de variatie molara:

rezulta 1 p, prentru paliere si f -> m , pentru manetoanePresiunea maxima:l'm - lungimea portanta a fusului manetonm - raza de racordare a fusului maneton cu bratul

Pentru manetoane:

Rmmax , Rmmed - se determina dina diagrama polara a fusului considerat

Rm.med7521

Presiunea medie:

1.08

n4200

Coeficientul de uzura kfw.m - viteza periferica a manetonului

[mm] , n [rpm]pentru palierewf - viteza periferica relativa in lagar

[

MJs30.3]

pm.max[MPa] ,

[m/s]Valori uzuale (admisibile )

Materialul antifrictiune al cuzinetilor:

kf130[

MJs30.5] - bronz cu Pb turnat

Alegerea materialului:Otel aliat ( STAS 880-80 ) : OLC 45, STAS 880 - 80Date necesare calculului coeficientilor de sigurantaRezistenta la rupere

r800

Rezistenta la oboseala

1320

01.8...2()1190...220

Coeficinetul de sensibilitate al materialului:

q0.7pentru OLCCoeficientul teoretic de concentrare

T1.5

Orificiu de ulei cu

2...3

df35

Raza de racordare

fdf0.0625-->

1.75

0.125-->

1.5

0.25-->

1.2

0.5-->

1.1

Factorul de calitate a suprafetei Pentru fusuri ecruisate

1.1...1.3Pentru fusuri calite CIF

1.2...1.7

1.5

Factoru dimensional Dimensionarea caracteristica ( pentru fusuri df , brate )

0.75[mm]

0.72

20

0.9

0.88

0.85

40

0.78

0.75

100

0.6

0.55

Valori uzuale ( admisibile ) pentru coeficientii de siguranta:Tip motor: palier ( c )maneton ( c ) de automobil

3...4

1.7...33.Verificarea de rezistenta a arborelui cotit3.1.Fusurile palier se verifica la oboseala numai la rasucire sub actiunea momentului Mp(), precizat anterior, in sectiunile care concentratori de tensiuni: de racordare cu bratul cu raza p (SR) si a orificiului de ulei de diametru d0 ( SU ).Ultimul fus palier solicitat la rasucire de momentul motor rezultant Mrez:

mm3

c4...5

3.2.Fusurile maneton se verifica la oboseala atat la rasucire cat si la incovoiere a) Coeficientul de siguranta la rasucire sub actiunea momentului Mm()

Nmm

Nmm

m0.8

b) Coeficientul de siguranta la incovoiere c Mi - momentul incovoietor

La motor in linieIn sectiunea de racordare SR

Nmm

Nmm

In sectiunea de ungere SU

90o - unghiul de palare al orificiilor de ulei

Mu.max810750

Mu.min981252

MPa

MPa

MPa

MPa

1.12

Nmm

e1.04

Nmm

s0.815

c) Coeficientul de siguranta in fiecare sectiune este:

In cazul

ic3( ic - numarul de coturi ale arborelui cotit ) se poate lua in calcul, sumar, tensiunile suplimentare poduse de vibratia torsionala considerand in locul c ( atat fusurile palier cat si la cele maneton )

ic5

- coeficient de amplificare dinamica

3.3. Bratele

Se verifica la oboseala atat la solocitari de rasucire cat si longitudinale in planul tangent la suprafata palierului normal la planul cotului si cel de miscare, in punctul C de racordare cu fusul. Cand bratele sunt identice constructiv, solicitarea in C este aceeasi (se verifica un singur brat).

Este aleasa valoarea 0.2 pentru raport

Nmm

Nmm

br0.289

0.208

3

0.267

1.5

1.75

0.239

6

0.289

2

0.313100.2592.5

a) Coeficientul de siguranta la solicitari longitudinale c

.ref1.5

h0.8

-cand gaurile cu forma de butoi:

s0.9

- acoperirea fusurilor

MPa

MPa

c.1vm1.423

b) Coeficientul de siguranta la rasucire c

br0.2

- coeficientul lui Saint - Venant

.ref1.3

h1.5

b0.8

e0.75

s0.5

se aleg din datele prezentate la verificarea fusurilor ( h - dimensiunea de referinta )

( brate neprelucrate mecanic), sau

( brate prelucrate mecanic )

c.1vm1.65

c) Coeficientul total de siguranta

ctotccc2c21.3