Proiect motor cu aprindere prin compresie (MAC)

Cap. 1 Tema de proiect

Sa se proiecteze un motor cu aprindere prin compresie (MAC) avand urmatoarele caracteristici:

- τ = 4 (motorul este in 4 timpi);

- P_e = 140 kW P_e – puterea efectiva a motorului;

- n = 2500 rot/min n – turatia motorului;

- ε = 16,7 ε – raportul de comprimare;

- i = 6 i – numarul de cilindrii;

- λ = 1,7 λ - coefincientul de exces de aer;

- motorul este supraalimentat ;

- p_s = 0,26 MPa p_s - presiunea la supraalimentare;

Cap. 2 Analiza performantelor

motoarelor similare cu cel din tema

Plecand de la datele din tema de proiectare: motor cu aprindere prin compresie (MAC), P_e = 140 kW, n = 2500 rot/min am facut urmatorul tabel care cuprinde cateva motoare ale caror caracteristici sunt apropiate cu cele ale motorului prezentat in tema de proiect.

In tabelul urmator sunt prezentate:

1. puterea efectiva a motorului (P_e);

2. numarul de turatii (n);

3. cursa/alezaj (S/D);

4. raportul cursa/alezaj ();

5. numarul de cilindri (i);

6. raportul de comprimare (ε);

7. cilindreea unitara (V_s);

8. cilindreea totala (V_t);

9. presiunea medie efectiva (p_e);

10. puterea litrica (P_L);

11. puterea specifica (P_s);

12. puterea efectiva pe un cilindru ();

13. viteza medie a pistonului (W_pm).

Cap. 3 Stabilirea particularitatilor

constructive ale motorului

Sistemul de alimentare

Instalația de alimentare cu combustibil a unui motor cu aprindere prin compresie se compune din doua parți:

- sistemul de inalta presiune sau sistemul de injecție prin care combustibilul circula la presiuni de sute de atmosfere;

- sistemul de joasa presiune (cateva atmosfere).

Sistemul de injectie are urmaatoarele componente: - pompa de injetie;

- injectorul;

- conductele de legatura.

Sistemult de injetie are urmatoarele functii:

- creeaza presiune ridicata in injector, necesara pulverizarii;

- dozeaza cantitatea de combustibil pe ciclu in funcție de incarcarea motorului;

- asigura aceeași doza de combustibil pentru toți cilindri.

- pulverizeaza combustibilul si asigura distributia lui in camera de ardere.

In acest caz, alimentarea motorului (MAC) prezentat se face prin injectie directa pe volum

Sistemul de racire

O parte din caldura dezvoltata prin arderea combustibilului in cilindrul motorului, este transmisa pereților cu care fluidul motor intra in contact.

Temperatura pieselor motorului trebuie menținuta la o anumita valoare denumita temperatura de regim termic normal, avand in vedere influența pe care o are acest parametru funcțional asupra performanțelor energetice și de durabilitate ale motorului.

La motorul cu aprindere prin compresie (MAC), o temperatura mai ridicata reduce intarzierea la autoaprindere, ceea ce afecteaza jocul la montaj al pieselor in mișcare, existand pericolul de gripare. De asemenea se inrautațesc proprietațile mecanice ale materialelor din care sunt executate piesele.

In cazul unui regim termic prea coborat, cresc pierderile de caldura ceea ce duce la micșorarea randamentului indicat, iar pierderile mecanice prin frecare cresc ca urmare a diluarii uleiului cu fracțiuni grele din combustibil care condenseaza pe pereții cilindrului (cresc uzura motorului).

Cap. 4 Calculul ciclului motorului

Prin calculul ciclului se urmareste sa se determine marimile de stare ale fluidului motor pentru trasarea diagramei indicate pe baza careia se calculeaza principalii indici tehnico-economici, cum ar fi: presiunea medie indicata, consum specific de combustibil, randamentul ciclului si se determina dimensiunile principale ale motorului: alezajul si cursa.

Calculul termic se calculeaza la regimul nominal (precizat in tema de proiect).

Sunt metode care calculeaza ciclul teoretic in care se considera fluidul motor ca amestec de gaze perfecte si o alta categorie de metode de calcul ale ciclurilor reale cu gaze reale.

Prima categorie care calculeaza cicluri teoretice trateaza ….. in mod global, determinand marimile de stare in punctele caracteristice ale ciclului. Prin corectie, din ciclul teoretic se obtine apoi ciclul real.

A doua categorie de metode urmaresc transformarea pas cu pas luand in considerare o serie de particularitati ale procesului din cilindru (curgerea gazelor, transferul de caldura, legea de ardere etc.).

Metodele de calcul simplificate sunt adecvate cand se efectueaza calculele preliminare de proiectare sau predimensionare a unui motor.

4.1. Calculul admisiei

Prin calculul admisiei se urmareste sa se determine presiunea de admisie (p_a) sau coeficientul de umplere () si a coeficientului de gaze arse reziduale γ.

arimilor caracteristice ale

ciclului de referinta

Se calculeaza presiunea medie indicata a ciclului de referința:

MPa

In care: φ_p = 0,2…0,4 aleg φ_p = 0,2

Se calculeaza randamentul indicat al ciclului de referința:

= 45,9%

Diagrama ciclului real

Calculul marimilor caracteristice ale ciclului real.

Calculul indicilor tehnico-economici

Parametrii indicati

- presiunea medie indicata a ciclului real:

MPa

Unde: - coeficient de corectie al diagramei,

aleg

- randamentul indicat al ciclului real:

= 42,2%

- consumul specific indicat:

[g/k·W·h]

Parametrii efectivi

- presiunea medie efectiva a ciclului real:

MPa

Unde: - randament mecanic

pentru MAC supraalimentat, am ales = 0,85;

- randamentul efectiv al ciclului real:

= 35,9%

- consumul specific efectiv:

[g/k·W·h]

Calculul dimensiunilor fundamentale ale motorului

Alegem alezajul si cursa din tabel, din marimile efective ale motoarelor similare cu motorul ales prin tema,:

S – cursa;

S = 115 mm

D – alezajul;

D = 105

mm; - raportul cursa/alezaj ales din tabelul de motoare;

Stiind raportul cursa/alezaj putem calcula alezajul pentru motor:

mm

Se calculeaza cursa pistonului:

mm

Se calculeaza in continuare cilindreea unitara:

l

Calculam acum cilindreea totala:

l

Calculam viteza medie a pistonului:

m/s

Bilantul energetic

Ecuatia de bilant energetic este:

Q = Q_e + Q_g + ΔQ_in + Q_rac + Q_rez

In care: Q – cantitatea de caldura disponibila;

Q_e – cantitatea de caldura transformata in lucru mecanic efectiv;

Q_g – cantitatea de caldura pierduta prin gazele de evacuare;

ΔQ_in – cantitatea de caldura conținuta in gazele de evacuare sub forma de energie chimica, datorita arderii incomplete, ΔQ_in = 0, deoarece avem λ > 1

Q_rac – cantitatea de caldura evacuata prin sistemul de racire;

Q_rez – termen rezidual care inglobeaza pierderile ce nu au fost cuprinse in ceilalți termeni.

Cantitatea de caldura disponibila se obtine astfel:

kJ/h

Caldura transformata in lucru mecanic efectiv este:

kJ/h

Pentru a afla caldura pierduta prin gazele de evacuare (Q_g), vom calcula temperatura la evacuare (T_ev) dupa care aflam temperatura medie (T_m).

Am notat cu T_m, valoarea medie dintre temperaturile entalpiei gazelor si cu T_sm valoarea medie dintre temperaturile intre care se calculeaza entalpia aerului.

K

K

Din tabelul standardizat aleg valorile intre care se incadreaza T_m:

T_m = 908,254 K

Aleg intervalul 900 < T_m < 1000 K. Cu ajutorul acestor temperaturi din tabel, voi calcula interpolarile pentru gazele de ardere (CO₂, H₂O, O₂, N₂), pentru a afla entalpia gazelor de ardere la temperatura T_m.

Pentru T_m1 = 900 K kJ/kmol; kJ/kmol;

kJ/kmol; kJ/kmol;

Pentru T_m2 = 1000 K kJ/kmol; kJ/kmol;

kJ/kmol; kJ/kmol;

Calculez prin interpolare entalpia gazelor de ardere (CO₂, H₂O, O₂, N₂) la temperatura T_m:

kJ/kmol;

kJ/kmol;

kJ/kmol;

kJ/kmol.

Dupa ce am aflat valorile entalpiilor gazelor de ardere componente, calculam entalpia gazelor de ardere:

kJ/kmol;

Avand tipul motorului supraalimentat, calculez temperatura medie (T_sm) dintre T_s si T_s’:

K

Cu ajutorul acestei temperaturi voi alege din tabelul standardizat de temperaturi, intervalul 300 < T_sm < 400 si voi afla entalpia incarcaturii proaspete (I₀), pentru aer, prin interpolare:

Pentru T_sm1 = 300 K kJ/kmol;

Pentru T_sm2 = 400 K kJ/kmol.

Calculez prin interpolare entalpia aerului:

kJ/kmol

Dupa ce am aflat entalpia gazelor de ardere si entalpia incarcaturii proaspete, putem calcula caldura pierduta prin gazele de evacuare (Q_g):

kJ/h

Ecuatia de bilant energetic scrisa procentual este:

100% = q_e + q_g + q_in + q_r + q_rez

Unde: = 35,9%

= 33,8%

q_in = 0, deoarece λ este mai mare ca 1, λ = 1,7 > 1.

Iar q_r si q_rez se vor aleg din urmatoarele intervale de valori date pentru MAC:

q_r = 1535%;

q_rez = 25%.

Aleg: q_r = 26% = 0,26

q_rez = 4,3% = 0,043

q_r + q_rez = 26 + 4,3 = 30,3%

Ecuatia de bilant energetic scrisa procentual este corecta:

Cap. V Concluzii

In urma calculelor de dimensionare a motorului se face o comparatie intre valorile motorului proiectat si cele ale motoarelor similare din tabelul prezentat la capitolul 2. In urmatorul tabel se reprezinta aceasta comparatie:

Din tabel rezulta ca aproape toate valorile calculate nu se incadreaza in intervalul de valori ale motoarelor similare pentru ca presiunea la sfarsitul destinderii (p_b) nu se cuprinde in interval si este mai mare si presiunea medie efectiva a ciclului real (p_e), la fel, este prea ridicata fata de intervalul in care trebuie sa se cuprinda.