Proiect CCMAI

5/17/2018 Proiect CCMAI

1/9

CUPRINSTema de proiect 3Capitolul1.Stabilirea formulei functional constructive 41.1 Solutia constructiva 41.2 Formula dinamica 6

Capitolul 2. Calculul termic al motorului 62.1 Metoda de calcul 62.2 Evaluarea rapiditatii motorului 72.3. Calculul proceselor 82.4 Trasarea diagramei ciclului. Calculul marimilor caracteristice ale acestuia 122.5 Indicii tehnico - economici ai motorului. 142.6 Bilantul termic al motorului (pentru arderea a 1kg combustibil) 15

Capitolul3. Calculul dinamic 173.1 Alegere tipului de mecanism biela-manivela 173.2 Calculul dimensiunilor principale ale mecanismului motor , 173.3 Stabilirea maselor pieselor in miscare ale mecanismului motor 173.4 Calculul fortelor si momentelor ce actioneaza asupra echipajului mobil al unui cilindru 183.5 Calculul momentului motor rezultant 233.6 Diagrama polara a fusului maneton 24.3.7. Diagrama de uzura a fusului maneton 27Capitolul 4. Dimensionarea mecanismului motor 284.1 Calculul si constructia segmenti/or de compresie : 284.1.1 Alegerea materialului pentru segmenti 284.1.2 Calculul segmentului de compresie 284.2.1 Alegerea materialului pentru constructia boltului 324.2.2 Predimensionarea boltului 324.2.3 Verificarea presiunii in piciorul bielei ( Pb ) si in umerii pistonului ( Pa ) 344.2.4 Verificarea de rezistenta a boltului 344.2.5 Verificarea deformatiei 36

4.3 Caculul si constructia pistonului 394.3.1. Stabilirea dimensiunilor 394.3.2. Calculul pistonului 40

1


2/9

4.4 Calculul si constructia bielei 43Materiale 431. Calculul piciorului bielei 432. Calculul capului bielei 493. Calculul corpului bielei 54

4.5 Calculul si constructia arborelui cotit 574.5.1. Predimensionarea arborelui cotit 574.5.2 Calculul de verificare a arborelui cotit 58

2


3/9

Tema de protect

tipul motorului - Motor cu aprindere prin comprimare ( MAC) puterea maxima efectiva (Pe) - 80 [kW] turatia la care se optine Pe (n) - 3300 [rpm] numarul de cilindri (i) - 4 dispunerea - in V la 180 grade -4V(motor de tip boxer) raportul de comprimare (epsilon) -16:1e presiunea de admisie (Po) - 0.1 MPa coeficientul de exces de aer (lambda) - 1.55 tipul injectiei -Injectie directa in volum domeniul de utilizare al motorului -microbuz

3


4/9

Capitolul 1 . Stabilirea formulei functional constructive

Formula functional constructiva cuprinde ansamblul solutiilor de principiucare confera motorului 0 anum ita individualitate.

Motorul priectat face parte, dupa puterea nominala si utilizare, din categoriamotoarelor usoare care cuprinde motoare cu aprindere prin scanteie (MAS) si princomprimare (MAC) pentru autovehicule rutiere, ambarcatiuni mici, avioane, utilizariindustriale pe instalatii fixe si mobile (transportabile) de putere mica (grupurimotocompresor, motopompe, grupuri electrogene), masini de lupta al caror diametru alcilindrului (alezaj) nu depaseste D~ 150 mm.1.1Solutia constructiva

1.1.1 Numarul de timpi ai ciclului motorMotoarele in doi timpi au avantajul unor puteri litrice ridicate (cu cel putin 50% fata de

motoarele in 4 timpi de aceeasi turatie) si al simplitatii constructive prin absentamecanismului de distributie prin supape la motoarele foarte mici.ln schimb prezintadezavantajele unui randament efectiv redus din cauza desfasurarii schimbarii gazelor inconditii mai dificile, ceea ce conduce si la un grad mai mare de poluare a mediului prinemisiile de noxe din gazele de evacuare.

Pentru aceste motive motoarele in doi timpi si-au gasit utilizarea numai la motoarele lacar~ cele doua avantaje devin preponderente(foarte mari, respectiv foarte mici). Inconsecinta pentru motorul proiectat s-a adoptat ciclul in 4 timpi.

. 1.1.2 Combustil utilizat:S-a ales combistibilul de natura petroliera,motorina, inca utilizat la marea majoritate a

rnotoarelor Diesel, amestecul aer-combustibil avand loc in interiorul cilindrului prin injectiela sfarsitul cursei de comprimare

1.1.3 Tipul de admisieMotoarele in patru timpi pot avea adimisie normala (aspiratie) sau fortata (prin

supraalimentare).Supraalimentare a aparut initial ca metoda de refacere a puterii laaltitudine (Ia motoarele de avion cu piston, odata cu cresterea plafonului de zbor).Singuruldezavantaj il constitue inertia pe care 0 manifesta grupul de supraalimentare in regimuritranzitorii, care duce la aparitia fumului in gazele de evacuare la pornire si la accelerare.

La motorul proiectat s-a adoptat admisia normala.1.1.4 Procedeul de ardere si coeficientul de exces de aer (A)Procedeul de ardere in volum se poate realiza in camere de ardere unitare (injectie

directa) sau divizate (cu camere separata de preardere, numita antecamera, separata devartej, rezerva de aer).

4


5/9

Injectia directa reprezinta fata de camera de ardere divizata avantajul compactitatiicamerei care determina pierderi termice si gazodinamice mai mici si asigura pornirea usoarela rece.

In schimb prezinta dezavantajele: necesita un coefficient de exces de aer relativ mare,care reduce puterea Iitrica, mersul motorului este brutal (trpidant,zgomotos-detonatieDiesel) datorita presiunii maxi me in timpul arderii si gradientului de crestere a presiunii infaza arderii violente mai ridicate, este mai sensibila la natura combustibilului si necesitapresiuni de injectie ridicate, ce scumpesc costul echipamentului de injectie, conferamotorului 0 elasticitate mai redusa la schimbarea regimului de functionare, concentratiile deprodusi din gazele de evacuare sunt mai mari, solicitare si soc a organelor principale maresteuzura sis cade durabilitatea.

La motorul proiectat s-a adoptat acest procedeu (al injectiei directe). Corespunzatoracestiu procedeu de ardere s-a ales coeficientul de exces de aer 71.=1,65.

1.1.5 Raportul de comprimare (E )Cresterea raportului de cornprlmare reprezinta principal cale de sporire a

economicitatii motorului cu ardere interna.La MAC valoarea maxima a raportului de comprimare este limitata de nivelul

solicitarilor termice si mecanice acceptabile. Pentru acest motiv motoarele ci injectie directa,mai ales cele supraalimentate, utilizeaza valori mai red use pentru raportul de comprimare(E) decat cele cu camera de ardere divizata, aspirate.

Valoarea minima a lui E la MAC este determinata de posibilitatile de pornire la rece.In acest context, tinand seama de realizarile recente in domeniu, s-a optat pentru

E=16.1.1.6 Raportul dintre cursa pistonului (5) si diametrul cilindrului (D)RaportulljJ=SjD influenteaza mult performantele motoarele, tendinta generala in

dezvoltarea motoarelor fiind de reducere a lui. Un raport ljJscazut inseamna 0 cursa 5 si razamanivelei R=Sj2 red use, cees ce duce la 0 viteza media a pistonului wpm=Snj30 coborata{uzura scazuta, pierderi gazodinamice la adimisie si evacuare mai mici) si un factor de inertieSn2 redus, deci fortele de inertie mici, care permit cresterea turatiei. Diametrul marepermite utilizarea unor supape cu sectiune de curgere sporita, favorizand umplerea, dardetermina cresterea fortei de presiune a gazelor datorita maririi suprafetei active apistonului.

Tinand seama de influentele aratate si de faptul ca la MAC regimul de presiuni dincilindru este mai ridicat decat la MAS, pe de 0 parte si, pe de alta parte, turatiile sunt maired use, se explica de ce valoarea raportului ljJ la motorul diesel (0,9 ...1,3 si chiar mai mult)este mai mare ca la MAS (0,6 ...1,0).ln cazul de fata s-a ales 1,05.

1.1.7 Felul raciriiRacirea motoarelor usoare se face cu Iichid sau cu aer.Racirea cu Iichid este mai

eficienta si instalatia necesita putere mai mica pentru antrenare (randamentul mecanic almotorului este mai ridicat). Este insa mai complicata constructiv si de intretinut (trebuiesc

5


6/9

1,

luate masuri de buna etansare a spatiilor prin care circula lichidul de racire, de completareperiodica a acestuia, evitarea fierberii sau inghetarii lui).La motorul proiectat s-a adoptatmetoda de racire cu lichid.1.2 Formula dinamica

1.2.,1 Numarul de cilindri si dispunera lorMotoarele usoare de tractiune rutiera sunt rar monocilindrice ( MAS rnotociclete, MASsi MAC cu utilizari stationare de putere mica).Cresterea numarului de cilindri "i" duce la unmoment motor mai uniform si un echilibraj mai bun, reducerea alezajului permite turatii mairidicate.Se cornplica constructia si intretinerea motorului.Uzualla categoria de motoare incauza se utilizeaza dispunerea clllndrllor in linie vertical, inclinat sau orizontal (i=2 ..6) careeste cea mai simpla, sau in "V" (eventual cu cilindrl opusi -boxer) care este mai compacta(i=2 ..12; i-par).

La motorul proiectat s-a optat pentru 0 dispunere V-180 grade, i=4.

Capitolul 2. Calculul termic al motorului2.1 Metoda de calcul

Se utilizeaza metoda ciclu teoretic corectat, care este mai expeditiva dar a careiprecizie depinde de alegerea corespunzatoare, din date statistice a unui numar relativ marede parametri.In figura de mai jos seaprindere: MAS si MAC.

prezinta diagramele ciclului teoretic, pentru cele doua tipuri der",


7/9

I C i l i n d r e e 4,44

Arderea la MAC- izocora faza rapida (c-y) si izobara cea moderata (y-z); Evacuare libera (b-b') - izocora in PME de la sfarsitul cursei de destindere; Supapele se deschid si inchid in punctele moarte ale mecanismului motor; Injectia (MAC) in PMI de la sfarsitul cursei de comprimare (se neglijeaza avansul)

2.2 Evaluarea rapiditatii rnotoruluiSe porneste de la alegerea puterii litrice, pentru motoare cu aprindere prin compresie

(MAC) /(MAS 25. ..50[kW/I]) cu destinatia autoutilitare puterea litrica ia valori in intervalul10 ...30 [kW/I]. Se adopta puterea lit rica (PI) :

L . : . . ~ p .. . : . . u . . . : . . t e . . . : . . r .. . : . . e _ l. . . . : . i t r _ ic .. . : . . a '_ _ _ - -- '- ~_ _ 1_8 _ ' ~ ~ y v / lCunoscand puterea

formulei: ~ = P e [d m 3]~

litrica (PI) se poate determica cilindreea motorului cu ajutorul

Raportul If / = ~ se alege in functie de tipul motorului si utilizarea acestuia, astfelD

pentru motorul cerut prin tema de proiect parametrul l J . I variaza in intervalul 1,05 ...1,35.(interval petri O,57...1,15)Se va opta pentru valoare de:

L . : . . l r n ~ p ~ o ~ r t~ u = l~ p ~ ~ . . . : . . S ~ /~ D '_ _ _ - - - ' - _ _ 1 ~ ,0 2 5 ~ _ 'I _Se stie ca cilindreea totala a motorului se poate calcula si cu formula:

v : . TT r r ' D2 r r D 3 l/ J d .. I D ~.vs= l:: v, = l' _. S = l' _. e aici rezu ta ca = --t .. s 4 4' i . r r . 1 / J

I A l e z a j 111 m msi 5 = l / J : " D

I C u r s a 117 m mCunoscand cursa pistonului si turatia motorului se poate calcula viteza media a

pistonului: wmp[m/s ] = S[ml;~rpmlIV i t e z a m e d ie a p is to n u lu i 12,87 m/s

7


8/9

2.3. Calculul proceselor

2.3.1. Schimbarea gazelora} Evacuarea

La calculul schimbului de gaze pe durata evacuarii, trebuie alesi 2 parametri, sianume:1) Presiunea in timpul evacuarii fortate (Pg)

Pentru motoarele rapide cu admisie normala (MAC), presiunea in timpul evacuariifortate se recomanda sa se aleaga in intervalul (l,OS ... l ,lS)po , unde Poreprezinta presiuneaatmosferica, Po=O,l MPa

Seva alege 0 valoare medie din interval, de l,lpo, adica pg=O,l1 MPaIPresiunea de evacuare I 0.11 IMea I

2) Temperatura la sfarsitul evacuarii (Tg)Pentru MAC, temperatura la sfarsitul evacuarii se recomanda sa se aleaga in

intervalul 600-900 K. In cazul motorului ce se va proiecta, s-a ales valoarea temperaturii Tgde 600 K

LIT_e_m~p~e_r_a~tu_r_a~g~a_z_e_a_~ ~ 8_00_ ~I~_

b} AdmisiaIn cazul calculului de schimb de gaze in procesul de admisie, se calculeaza 0 serie de

parametri:1) Coeficientul de umplere ( ' 1 v ) si presiunea la sfarsitul admisiei (Pa)

Pentru calculul coeficientului de umplere, se recurge la alegerea presiunii la sfarsituladrhisiei (Pa)iar apoi se calculeaza ' 1 v C U formula:

', _ Pa[E+(k-l)(E-l)]-Pgl J v - T'Po(E-l)k_QTo

Pentru calcul, se tine cont de valorile coeficientilor: k=1.4 r Po=O,l MPa, To=298K.Valoarea presiunii de alimentare (Pa) est~ data in temade proiect ca fiind 0,1 Mpa. Valoarealui To' se calculeaza dupa urmatoarea relatie: To'=To+8T, unde 8T este diferenta detemperatura dintre temperatura mediului ambiant si temperatura de dupa suflanta.

Temperatura mediului ambiant se considera 20C sau 293,lSKITemperatura ambianta293,15 IK - I

Pentru simplificare s-a considerat ca temperatura de dupa suflanta sa fie aceeasi cutemperatura mediului ambiant, To'=To

r : : 1 T=-e-m-p-e-r-a-tu-r-a-d'-u-p-a-su--=fl:-a-n-ta-.--------.-----34-0----,rKDupa efectuarea calculului, valoarea gradului de umplere rezulta

Etavaspirat

2) Coeficientul de gaze de ardere reziduale (y)Acest coeficient se calculeaza cu relatia:

8


9/9

Pg liTOy=-'___Po 7 J v -1 TgSe recomanda ca valorile coeficientului de gaze de ardere sa fie cuprinse in intervalul

0,03 ...0,06 pentru MAC cu admisie normala. In urma calculului a rezultat valoareacoeficientului de gaze de ardere reziduale

.qama3) Temperatura la sfarsitul admisiei (Ta)

Pentru a calcula temperatura la sfarsitul admisiei, se utilizeaza relatiaPa 1 e 1Ta =Po . 7 J v -1 . y+1 . To

Temperatura la sfarsitul admisiei se recomanda sa aiba valori in intervalul 320 ...350Kpentru MAC cu admisie normala. Dupa efectuarea calculului, temperatura la sfarsituladmisiei are valoarea:

ta

c) ComprimareaPentru evaluarea procesului de comprimare, se calculeaza parametrii corespunzatori

punctului c (presiunea la sfarsitul comprimarii (Pe), si temperatura la sfarsitul comprimarii(Te)).

Primul pas in calculul celor 2 parametri este alegerea exponentului politropic decomprimare (me).

Valoarea exponentului politropic de comprimare se recomanda sa se aleaga dinintervaluI1,35 ...1,38 pentru MAC rapid.

In cazul motorului proiectat, s-a adoptat pentru me valoarea de 1,38IExponentul politropic de comprimare I 1,37

Calculul presiunii de la sfarsitul comprimarii se realizeaza cu ajutorul relatieiPc =Pa . Eme

Dupa finalizarea calculului se recomanda ca valoarea presiunii de la sfarsitulcomprimarii sa se situeze in intervalul' 3;5 ... 8 MPa in cazul unuiMAC rapid cu admisienormala. In cazul motorului ce se va proiecta, presiunea la sfarsitul cornprimaril are valoareade 4,02 MPa.

Pentru calculul temperaturii de la sfarsitul comprimarii, se utilizeaza relatia:T = T . Eme-1c a

Temperatura de la sfarsitul comprimarii se recornanda sa aiba valoarea in intervalul750 ...1100K pentru MAC cu admisie normala.

La motorul ce se va proiecta, temperatura de la sfarsitul comprimarii are valoarea917,73 [K].

9

Documents

Proiect CCMAI