1. Introducere1.1. Clasificarea motoarelor cu ardere intern. Noiuni fundamentale.Criteriul de clasificare cel mai important l constituie procedeul de aprindere, care st la baza diferenierii motoarelor n: Motoare cu aprindere prin scnteie (MAS) Motoare cu aprindere prin compresie (MAC)Modul de realizare al ciclului funcional permite clasificarea n: motoare n 4 timpi (la care ciclul funcional se efectueaz la patru curse ale pistonului sau la dou rotaii ale arborelui cotit) motoare in 2 timpi (la care ciclul funcional se realizeaz la dou curse ale pistonului sau la o rotaie a arborelui cotit)1.2.Calculul termic al unui motor, cunoscut i sub denumirea de calcululciclului de lucrual motorului, se efectueaz nscopul determinrii anticipate a parametrilor proceselorciclului motor, aindicilor energetici ideeconomicitate, a presiunii gazelorncilindrii motorului. Acestedatealecalculului permit stabilirea dimensiunilorfundamentalealemotorului, trasarea diagrameiindicatei efectuarea calculelor de rezisten a principalelor piese ale motorului.Modelarea matematic aciclului motor esteoproblem cesecreeaz la utilizarea calculatoarelor numerice. Modelarea numeric a proceselor de schimbare a gazelor permite sa se cerceteze influena caracterului micrii gazelor in tubulaturile deadmisiei evacuare, impactul construcei acestei tubulaturi asupraparametrilor amestecului proaspt la inceputul compresiei, eliminnd astfel impreciziile inevitabile la aprecierea parametrilor incrcturii proaspete. Modelarea micrii gazelor in conducte se bazeaz pe rezolvarea ecuailor difereniale de micare a unui fluid viscos icompresibil, lundu-senconsiderareschimbul decldurifacndu-semetoda caracteristicilor sau metoda diferenelor finite. Rezolvarea acestor ecuaii cu ajutorul calculatoarelor moderne cere un timp relativ mare, rezultatele fiind adesea destul de departe de realitate. 1Variaia parametrilor incrcturii din cilindru n timpul compresiei, arderii si destinderii, este descrisa prin ecuaii obtinute din primul principiu al termodinamicii scris in form diferenial i din ecuaii de stare.n cele din urm se va prezenta metoda mbuntit a lui GRINEVEKI, care constituiemedotdecalcul analiticprincorectareadiagramei ciclului teoreticde referin. Aceastmetodsepoateaplicaatt nstadiudeproiectarect incel de perfecionare a prototipului. Datele iniiale necesare pentru calculul ciclului de lucru alunuimotornstaredeproiect seestimeaz dupcelelalte cercetriefectuate pe motoare analoage. Coincidena rezultatelor calcului cu a celor obinute prin ncercarea motorului depinde de alegerea corect a parametrilor iniiali, estimare dificil ndeosebi cnd realizeaz motoare de construcie original. Cazul cnd exist deja un model funcional, metoda lui GRINEVEKI poate fi utilizatpentruaseurmrii modul n care unele mrimi ca raportul de compresie, presiunea maxima a gazelor in cilindru, temperatura gazelor la sfaritul procesului de admisie, etc, influeneaz parametrii motorului. Din numrul mare de variante stabilite prin calcul cu pierderi minime de timp, se aleg cele mai bune si numai acestea se vor testa experimental.21.3. Fiele tehnice ale celor 2 motoare:Motor A TOYOTA1ZZ-FE(1.8 VVT-i)Cilindree total 1794 cm3Tip DOHC, 16 valve, distribuie pe lanConstucie Bloc aluminiu, cap piston aluminiuPutere maxim 105 KW (143 CP) @ 6400 rot/minMoment motor maxim 173 Nm @ 4200 rot/minAlezaj x Curs 79x91.5Raport compresie 10 : 1Convertor catalitic DaEmisii CO2185 g CO2 / km(EURO3)Aplicaii 1999 2005Toyota Celica T230 Motor B BMWN46B20(2004-prezent)Cilindree total 1995 cm3Tip DOHC, 16 valvePutere maxim 110.4 KW (150.1 CP) @ 6200 rot/minMoment motor maxim 200 Nm @ 3600 rot/minAlezaj x Curs 84x90Raport compresie 10.5 : 1Convertor catalitic DaEmisii CO2180 g CO2 / km(EURO3-4)Aplicaii E46 318iE85 Z4 2.0iE87 120iE90/E91 320i2. Calculul proceselor de lucrui 4 : cilindriiCilindreea totala: VtA1.794 :[dm3]VtB1.995 :[dm3]Cilindreea unitara: VsAVtAi: VsA0.4485 [dm3]VsBVtBi: VsB0.49875 [dm3]Cursa: SA91.5 : [mm] SB90 : [mm]Alezaj: DA79 : [mm] DB84 : [mm]Verificare:VsA'106 DA24 SA : VsA'0.4485 [dm3]A10 : B10.5 :Raportul de compresie:Puterea nominala: PnA105 : [KW] obtinuta la nA6400 : [rot/min]PnB110.4 : [KW] obtinuta la nB6200 : [rot/min]2.1. Calculul ADMISIEI:Nm2p01.02105 :Presiune initiala:T0298.15 : K (25 grade celsius)Temperatura initiala:Presiunea la sfarsitul admisiei: pa0.8p0 :pa8.16 104 Nm23pa = (0.7...0.9) *105N/m2pentru MAS (tabelul 4, pag.235, Bobescu, Gh s.a. - Motoare pentru automobile si tractoare, vol 1, editura "Tehnica", Chisinau, 1996)Presiunea si temperatura gazelor reziduale:pr = (1.05..1.25) * 105 N/m2 (tabelul 4, pag.235, Bobescu, Gh s.a. - Motoare pentru automobile si tractoare, vol 1, editura "Tehnica", Chisinau, 1996)pr1.05105 :Nm2Pentru MAS, Tr = 900...1000 K (tabelul 4, pag.235, Bobescu, Gh s.a. - Motoare pentru automobile si tractoare, vol 1, editura "Tehnica", Chisinau, 1996)Tr900 : KT este variatia de temperatura a fluidului proaspat datorata incalzirii de la piese si a vaporizarii combustibilului.T = 15...40 kpentru MASAdoptam : T 25 : Kp = 1.05...1.2 - Coeficientul de post-umplereAdoptam : p1.1 :Coeficientul gazelor reziduale r = 0.04...0.12pentru MASrAT0T +TrprApa p pr : rA0.04757 rBT0T +TrprBpa p pr : rB0.04502 4Temperatura la sfarsitul admisiei va fi:TaAT0T + rATr +1 rA+: TaA349.34259 KTaBT0T + rBTr +1 rB+: TaB347.99941 KTa = 340...400 Kla MAS in sarcina totala, valorile mai scazute fiind specifice motoarelor cu raport de compresie ridicat.(tabelul 8, pag.237, Bobescu, Gh s.a. - Motoare pentru automobile si tractoare, vol 1, editura "Tecnica", Chisinau, 1996)Calculul coeficientului de umplere:uApaT0p0TaAAA1 p1 rA+ : uA0.7966 Motor A:Motor B: uBpaT0p0TaBBB1 p1 rB+ : uB0.79741 u = 0.75...0.85 pentru MAS2.2.Calculul COMPRIMARIIPentru MAS, n1 = 1.32...1.39- exponent de comprimare politropicAdoptam: n11.35 :Parametrii de stare la sfarsitul procesului de comprimare:Temperatura: TcATaA An11 : TcA782.08063 KTcBTaB Bn11 : TcB792.49177 KTemperatura la finanul comprimarii,Tc = 600...800 K5Nm2Presiunea: pcApa An1 : pcA1.8268 106 Nm2pcBpa Bn1 : pcB1.95117 106 Presiunea la finalul comprimarii, pc = (9...20) *105N/m22.3. Calculul ARDERIIConform tabelului 7, pag.236, Bobescu, Gh s.a. - Motoare pentru automobile si tractoare, vol 1, editura "Tehnica", Chisinau, 1996,se adopta urmatoarea compozitie a benzinei :c 0.854 : kgh 0.142 : kgo 0.004 : kgQI43500 :kJkgputerea calorica inferioara:Se mai adopta conform recomandarilor din tabelul 4:- coeficientul de utlizare a caldurii: 0.9 : ( = 0.85...0.95 pentru MAS )- masa molara a combustibilului: Mc1114:Coeficientul de exces de aer: 0.85 : ( = 0.85...1.0 pentru MAS )Aerul minim necesar arderii a 1kg de combustibil se calculeaza cu relatia:Lmin10.21c12h4+o32

_

, : Lmin 0.50734 kmol aer kg combustibil Cantitatea de aer necesara arderii: L Lmin : L 0.43124 kmol aer kg combustibil Cantitatea de incarcatura proaspata raportata la 1kg de combustibil va fi:M1 Lmin Mc + : M10.44001 kmolkg combustibil Coeficientul teoretic de variatie molara a incarcaturii prosapete pentru < 1 este:00.79 Lmin h2+c12+ Lmin Mc +: 01.09735 6Coeficientul real de variatie molara a incarcaturii proaspete rezulta:Motor A: fA0rA+1 rA+: fA1.09293 Motor B: fB0rB+1 rB+: fB1.09315 Caldura specifica molara medie a amestecului initial este:CmvprimA20 17.4103 TcA + : CmvprimA33.6082 kJkmol K CmvprimB20 17.4103 TcB + : CmvprimB33.78936 kJkmol K Caldura specifica molara medie a gazelor de ardere pentru < 1 este:Cmvsecund = (18.4+2.6*) + (15.5+13.8*) * 104 * Tz Qai61000 1 ( ) : Qai9.15 103 Caldura specifica degajata de arderea incompleta va fi:QaiQIQai : Qai3.435 104 kJkg7Temepratura la sfarsitul arderii:Motor A:TzA rezulta din ecuatia:TzA2fA 15.5 13.8 + ( ) 104 18.4 2.6 + ( ) fA TzA + Qai Lmin Mc + ( ) 1 rA+( ) CmvprimATcA 0 solve TzA, 2975.027799928855230410543.88567727002306

_

,TzA2975.0277999288552304 : KMotor B:TzB rezulta din ecuatia:TzB2fB 15.5 13.8 + ( ) 104 18.4 2.6 + ( ) fB TzB + Qai Lmin Mc + ( ) 1 rB+( ) CmvprimBTcB 0 solve TzB, 2990.856159679680131410559.714037020847961

_

,TzB2990.8561596796801314 : KTz = 2400...3000 K(tabelul 8, pag.237, Bobescu, Gh s.a. - Motoare pentru automobile si tractoare, vol 1, editura "Tehnica", Chisinau, 1996)Presiunea de la sfarsitul arderii se calculeaza cu relatia:pzApcA fATzATcA :Nm2Motor A: pzA7.59488 106 pzBpcB fBTzBTcB :Nm2Motor B: pzB8.04967 106 8Tinand cont de rotunjirea diagramei:r = 0.75...0.85--> Coeficientul de corectie a presiunii(tabelul 4, pag.235, Bobescu, Gh s.a. - Motoare pentru automobile si tractoare, vol 1, editura "Tehnica", Chisinau, 1996) Adoptam : z0.8 :pzAprimzpzA : pzAprim6.07591 106 Nm2Motor A:pzBprimzpzB : pzBprim6.43974 106 Nm2Motor B:Gradul de crestetre a presiunii va fi:ApzApcA: A4.15749 BpzBpcB: B4.12555 = 2.85...4.5 - coeficientul de crestere a presiunii(tabelul 4, pag.235, Bobescu, Gh s.a. - Motoare pentru automobile si tractoare, vol 1, editura "Tehnica", Chisinau, 1996)2.4. Calculul DESTINDERIISe adopta exponentul politropic al destinderii, n2, tabelul 4, pag.235, Bobescu, Gh s.a. - Motoare pentru automobile si tractoare, vol 1, editura "Tehnica", Chisinau, 1996n2 = 1.23...1.30n21.26 :9Presiunea la sfarsitul destinderii rezulta a fi:Motor A: pbApzAAn2: pbA4.1737 105 Nm2Motor B: pbBpzBBn2: pbB4.15987 105 Nm2pb = (3...5) * 105 N/m2tabelul 8, pag.237, Bobescu, Gh s.a. - Motoare pentru automobile si tractoare, vol 1, editura "Tehnica", Chisinau, 1996Temperatura la sfarsitul destinderii: Motor A: TbATzAAn21 : TbA1.6349 103 KMotor B: TbBTzBBn21 : TbB1.62288 103 KTb = 1200...1700 Ktabelul 8, pag.237, Bobescu, Gh s.a. - Motoare pentru automobile si tractoare, vol 1, editura "Tehnica", Chisinau, 19962.5.Aprecieri asupra calculelor:Toate valorile obinute n urma calculelor de mai sus, se incadreaz n limitele admise precizate cu litere ingroate dup fiecare calcul.104. Calculul parametrilor indicati si efectivi ai motoarelorSe adopta urmatoarele valori pentru:- coeficientul de rotunjire a diagramei: r0.96 : ( r = 0.94...0.98, tab 4) - randamentul mecanic: m0.8 :m = 0.8...0.73, MAS, Automobile sporttabelul 9, pag.238, Bobescu, Gh s.a. - Motoare pentru automobile si tractoare, vol 1, editura "Tehnica", Chisinau, 1996Presiunea medie a ciclului se obtine din relatia:piteoreticApcAA1 An21 11An21

_

,1n11 11An11

_

,

111] :piteoreticA1.14116 106 Nm2piteoreticBpcBB1 Bn21 11Bn21

_

,1n11 11Bn11

_

,

111] :piteoreticB1.16148 106 Nm2piArpiteoreticA : piA1.09551 106 Nm2piBrpiteoreticB : piB1.11502 106 Nm211Randamentul indicat al motoarelor este:RM8.314 :Motor A: iARMpiAM1 T0p0 uA QI : iA0.33806 Motor B: iBRMpiBM1 T0p0 uB QI : iB0.34373 i = 0.25...0.36pentru MAStabelul 6, pag.236, Bobescu, Gh s.a. - Motoare pentru automobile si tractoare, vol 1, editura "Tehnica", Chisinau, 1996Rezulta presiunea medie efectiva:Motor A: peAmpiA : peA8.76409 105 Nm2Motor B: peBmpiB : peB8.92014 105 Nm2pe = (8.7...12.5) * 105 N/m2 - MAS, Automobile sporttabelul 9, pag.238, Bobescu, Gh s.a. - Motoare pentru automobile si tractoare, vol 1, editura "Tehnica", Chisinau, 1996Randamentul efectiv al motoarelor:eAm iA 0.27045 :Motor A:eBm iB 0.27499 :Motor B:e = 0.25...0.28pentru MAS, Automobile sporttabelul 9, pag.238, Bobescu, Gh s.a. - Motoare pentru automobile si tractoare, vol 1, editura "Tehnica", Chisinau, 1996 12Consumul specific efectiv de combustibil se calculeaza cu relatia:geA3600eAQI: geA0.30601 Kg/kW*hMotor A:geB3600eBQI: geB0.30096 Kg/kW*hMotor B:ge = 0.3...0.34pentru MAS, Automobile sporttabelul 9, pag.238, Bobescu, Gh s.a. - Motoare pentru automobile si tractoare, vol 1, editura "Tehnica", Chisinau, 1996 Dimensiunile fundamentale ale motoarelor:Motor A: ASADA: A1.15823 Motor B: BSBDB: B1.07143 e = 0.8...1.4pentru MAS, Automobiletabelul 9, pag.238, Bobescu, Gh s.a. - Motoare pentru automobile si tractoare, vol 1, editura "Tehnica", Chisinau, 1996 Viteza medie a pistonului este:Motor A: WmASA103 nA30: WmA19.52 m/sMotor B:WmBSB103 nB30: WmB18.6 m/s13Puterile litrice a motoarelor vor fi:Motor A: PLAPnAVtA: PLA58.52843 kWlMotor B: PLBPnBVtB: PLB55.33835 kWlPL = 25..55pentru MAS, Automobile sporttabelul 9, pag.238, Bobescu, Gh s.a. - Motoare pentru automobile si tractoare, vol 1, editura "Tehnica", Chisinau, 1996 5. Diagrama indicata a motoarelor A si BCu valorile obtinute in urma calcului de mai sus se poate trece la trasarea diagramei indicate in coordonate p-V.Se calculeaza:Volumul la sfarsitul cursei de admisie:Motor A: VaAVsAAA1 : VaA0.49833 dm3Motor B: VaBVsBBB1 : VaB0.55125 dm3Volumul la sfarsitul cursei de comprimare:Motor A: VcAVaAA: VcA0.04983 dm3Motor B: VcBVaBB: VcB0.0525 dm314Se plaseaza in sistemul de coordonate indicat, punctele a, c, z, b.Se traseaza izocorele Vb = Vz ,Vc = Va ,izobara de admisie pa = constsi izobara de evacuare pr = const.Politopa ac care reprezinta procesul de comprimare se traseaza prin puncte,utilizand ecuatia:px = pa * (Va/Vx)n1unde Vx este o valoare curenta a volumului, iar px presiunea corespunzatoare valorii VxPolitropa zb se traseaza analog, utilizand ecuatia:px = pz * (Vz/Vx)n2ORIGIN 1 :j 1 10 .. :Vxj0.0550.0750.10.150.20.250.30.350.40.45:Motor A: Politropa acpxAjpaVaAVxj

_

,n1 : pxAj61.599011061.051981057.134151054.126851052.798671052.070731051.618931051.314771051.09791049.3649410Nm215Motor B: Politropa acpxBjpaVaBVxj

_

,n1 : pxBj61.83241061.205531058.175431054.72921053.207161052.372971051.855231051.506671051.258141051.0731810Nm2VzAVcA: VzBVcB:Motor A: Politropa zbpxAjpzAVzAVxj

_

,n2 : pxAj66.707171064.537531063.157881061.894621061.318561059.953871057.910861056.514341055.505551054.7462310Nm2Motor B: Politropa zbpxBjpzBVzBVxj

_

,n2 : pxBj67.59141065.135721063.57421062.144391061.492391061.126611058.953771057.373151056.231361055.3719410Nm216Se adopta urmatoarele marimi pentru corectarea diagramelor:- unghiul de avans la aprindere s30deg :oRAC- unghiul de avans la deschiderea supapelor de evacuare ev60deg :oRAC- raportul dintre raza manivelei si lungimea bielei b14.2:b = 1/3.6...1/4.2pentru MAStabelul 6, pag.236, Bobescu, Gh s.a. - Motoare pentru automobile si tractoare, vol 1, editura "Tehnica", Chisinau, 1996Pozitia punctului c' este determinata de cursa pistonului xs corespunzatoare unghiului de avans la aprindere:Motor A: xsASA21 cos s( )b41 cos 2 s( )( ) +

11] :xsA7.49094 mmMotor B: xsBSB21 cos s( )b41 cos 2 s( )( ) +

11] :xsB7.36814 mmPozitia punctului c'' este determinata de presiunea in acest punct:Motor A: pc''A1.2 pcA :Nm2pc''A2.19216 106 Motor B: pc''B1.2pcB :Nm2pc' 'B2.34141 106 Pozitia punctului b' este determinata de cursa pistonului xev corespunzatoare unghiului de avans la deschiderea supapei de evacuare:Motor A:XevASA21 cos ev( )b41 cos 2 ev( )( )

11] :XevA18.79018 mm17Motor B: XevBSB21 cos ev( )b41 cos 2 ev( )( )

11] :XevB18.48214 mmPozitia punctului a este determinata de presiunea in punctul a' :Motor A: pa'A12papbA+( ) : pa'A2.49485 105 Nm2Motor B: pa'B12papbB+( ) : pa'B2.48793 105 Nm2*** Dimensiuni fundamentale ale motoarelor ***DA79 [mm]SA91.5 [mm]VhA106 DA24 SA : VhA0.4485 [dm3]VtotAi VhA 1.79401 :[dm3]DB84 [mm]SB90 [mm]VhB106 DB24 SB : VhB0.49876 [dm3]VtotBi VhB 1.99504 :[dm3]18Calculul puterii indicate a motoarelor cu ajutorul ariilor diagramelor indicate:In urma planimetrarii diagramelor indicate am obtinut urmatoarele suprafete:AiA4520 :[mm2]AiB4950 :[mm2]Motor A: pmaxApzAprim6.07591 106 : piA1.09551 106 hdiagA182 : [mm]