Calculul termic al motoarelor cu ardere interna

Calculul termic al motoarelor cu ardere interna

Calculul termic al motoarelor cu ardere interna are ca scop determinarea marimilor de stare ale fluidului motor pentru trasarea diagramei indicate pornind de la urmatoarele date de intrare: tip motor, putere nominala, turatie la putere nominala, numar de cilindri. Cu ajutorul calculului termic se pot determina: alezajul, cursa pistonului, unii parametrii caracteristici, ca de exemplu puterea si economicitatea.

. Alegerea parametrilor fundamentali:

O prima etapa in efectuarea calculului termic o constituie alegerea parametrilor fundamentali: raportul de comprimare si coeficientul excesului de aer: si

Raportul de comprimare

Raportul de comprimare se alege functie de tipul motorului si este limitat de mai multe conditii specifice fiecarui tip de motor (tabelul 1 Modele similare de motoare).

Raportul de comprimare la MAS este limitat de arderea cu detonatie si cu aprinderi secundare. La MAS cu carburator el variaza intre valorile 7 si 9, valoarea maxima fiind (maxim)

Raportul de comprimare la MAC are valori mai mari decat la MAS.

Se recomanda o limita inferioara pentru a se asigura o pornire sigura a motorului rece si pentru a evita fumul alb din perioada de incalzire.

Limita superioara a raportului de comprimare atinge valori de si este determinata de arhitectura camerei de ardere, de nivelul de presiuni din motor. Valorile ridicate ale raportului de comprimare duc la solicitari maxime in motor.

Tabel nr.1

Coeficientul excesului de aer

Adoptarea coeficientului de exces de aer se face in functie de tipul motorului. Astfel in timp ce la MAC se recomanda un coeficient al excesului de aer de cel putin , pentru a evita aparitia fumului negru in gazele de evacuare, la MAS se adopta o valoare a coeficientului de exces de aer .

Coeficientul excesului de aer depinde de sarcina motorului: la MAC, la sarcini partiale, cantitatea de aer admisa in motor ramane practic constanta; la MAS se reduce cantitatea de aer admisa in vederea imbunatatirii randamentului termic (vezi tabelul 2).

Tabel nr.2

Metoda ciclurilor cvasiideale

Ciclurile cvasiideale sunt cicluri teoretice corectate in care:

fluidul motor este format din fluid proaspat si gaze de ardere ramase in cilindru de la ciclul precedent;

fluidul proaspat se incalzeste in contact cu peretii sistemului de admisie si ai cilindrului;

evacuarea si admisia gazelor se desfasoara la presiuni constante dar diferite;

comprimarea si destinderea se considera a fi evolutii politropice de exponent constant;

arderea se desfasoara dupa evolutii simple: izocore, izobare;

in timpul arderii se ia in considerare schimbul de caldura cu peretii camerei de ardere, variatia capacitatii calorice masice cu temperatura.

Calculul ciclurilor cvasiideale poate fi efectuat admitand ca gazele care evolueaza in interiorul cilindrului sunt gaze cvasiideale sau reale. Diagrama indicata a ciclului real se obtine corectand ciclul cvasiideal prin rotunjire(vezi figura 1).

Figura 1. Ciclurile cvasiideale ale motorului cu ardere mixta(a)

si motorului cu ardere izocora (b)

Calculul schimbarii gazelor pentru motoarele in patru timpi

Fazele de distributie

Prin faze de distributie intelegem duratele si momentele deschiderilor si inchiderilor supapelor(vezi figura 2).

Figura 2. Diagrama fazelor de distributie pentru motoarele in patru timpi

Pentru MAS literatura de specialitate recomanda:

Admisie:

avansul la deschiderea supapei de admisie:

intarzierea la inchiderea supapei de admisie:

durata deschiderii supapei de admisie:

Evacuare:

avansul la deschiderea supapei de evacuare:

intarzierea la inchiderea supapei de evacuare:

durata deschiderii supapei de evacuare:

Pentru MAC valorile fazelor de distributie vor fi:

Calculul procesului de admisie

Ipoteze de calcul. Pentru efectuarea calculului sunt necesare urmatoarele ipoteze:

fluidul poraspat si gazele reziduale sunt gaze ideale;

dupa intrarea in cilindru, energia cinetica a incarcaturii proaspete se transforma in caldura.

Conditiile initiale de stare. In cazul admisiei normale sunt: temperatura initiala si presiunea initiala .

Pentru motoarele cu admisie fortata sau supraalimentate, presiunea si temperatura initiala sunt presiunea si temperatura la iesirea din suflanta

In functie de tipul supraalimentarii avem:

- supraalimentare de joasa presiune;

- supraalimentare medie;

- supraalimentare inalta;

- supraalimentare foarte inalta;

Temperatura aerului dupa suflanta va fi:

(1.3.1.)

unde am notat cu exponentul politropic de comprimare in suflanta si care, in functie de tipul suflantei are urmatoarele valori:

pentru suflanta cu piston

pentru suflanta volumica rotitoare

pentru suflanta axiala si centrifuga

Presiunea si temperatura gazelor reziduale variaza in functie de turatia motorului conform relatiei:

(1.3.2.)

unde:

(1.3.3.)

- presiunea gazelor reziduale la turatia nominala

- pentru MAS si MAC cu admisie normala

- pentru motoare supraalimentate

- turatia nominala

Pentru calcule aproximative se recomanda:

- pentru motoare cu admisie normala

- pentru motoare supraalimentate

Temperatura gazelor reziduale are valorile:

- pentru MAS cu admisie carburator

- pentru MAC

si depinde de: tipul motorului, raportul de comprimare, coeficientul excesului de aer.

Cresterea de temperatura a fluidului proaspat

Aceasta crestere de temperatura datorata contactului cu peretii sistemului de admisiune si al cilindrului depinde de viteza fluidului proaspat, de durata admisiunii, de temperatura peretilor si a fluidului proaspat.

Cresterea de temperatura variaza cu turatia pe baza unei relatii de forma:

(1.3.4.)

(1.3.5.)

unde:

- cresterea de temperatura pentru turatia nominala.

In functie de tipul motorului are valorile:

pentru MAS cu carburator ..17..20C

pentru MAC nesupraalimentat ..25..30C

Valorile pentru cresterea de temperatura recomandate de literatura de specialitate sunt:

pentru MAS cu carburator ..0..25C

pentru MAC nesupraalimentat ..0..40C

Presiunea din cilindru la sfarsitul cursei de admisie

Se poate exprima pe baza relatiei:

pentru motoare supraalimentate cu suflanta

pentru motoare nesupraalimentate

unde: reprezinta caderea de presiune care se deduce din ecuatia lui Bernoulli.

(1.3.6.)

sau (1.3.7.)

(1.3.8.)

in care:

- coeficientul de reducere a vitezei in sectiunea minima a sistemului de admisie;

- coeficientul de rezistenta gazodinamica a sistemului de admisie raportat la sectiunea minima a sistemului de admisie;

- viteza fluidului proaspat prin sectiunea minima a sistemului de admisie;

- raza arborelui motor;

- aria supapei de admisie;

- raportul dintre raza manetonului(manivela) si lungimea a bielei.

pentru MAS

pentru MAC

- densitatea fluidului proaspat ( pentru presiunea si pentru presiunea )

Pentru determinarea densitatii vom folosi relatia:

(1.3.9.)

unde: R - constanta aerului

Pentru MAS se va folosi relatia:

cu

Valorile lui si ale lui recomandate de literatura de specialitate pentru motoare in patru timpi sunt:

MAS cu carburator .. ;

MAC..;

Motoare supraalimentate .;

scade cu cresterea turatiei.

Coeficientul gazelor reziduale

Se defineste prin raportul:

in care: - nr. de kmoli de gaze reziduale pe ciclu

- nr. de kmoli de fluid proaspat pe ciclu

Pentru calculul coeficientului gazelor reziduale vom folosi relatia:

(1.3.10.)

in care: este coeficientul de postumplere care pentru motoarele in patru timpi are

valorile

Valorile recomandate pentru coeficientul gazelor reziduale sunt:

- pentru MAS cu carburator 0,040,10

- pentru MAC nesupraalimentat ..0,020,05

- pentru MAC supraalimentat.0,000,03

Temperatura la sfarsitul cursei de admisie

Temperatura se poate determina din relatia bilantului termic aplicat fluidului proaspat inainte si dupa amestecarea cu gazele arse:

(1.3.11.)

Pentru motoarele supraalimentate se inlocuieste cu .

Pentru motoarele in patru timpi temperatura la sfarsitul admisiei este:

pentru MAS cu carburator..320.380K

pentru MAC ..310.350K

pentru motoare supraalimentate.320350K

Gradul de umplere

Prin grad de umplere (randament volumic ) se intelege raportul dintre cantitatea de fluid proaspat retinuta in cilindru la sfarsitul admisiei si cantitatea de fluid proaspat ce ar putea fi introdusa in cilindree(Volumul cilindrului), in conditiile de presiune si temperatura de la intrarea in motor.

Pentru calculul acestuia se recomanda relatia:

(1.3.12.)

unde - raportul de comprimare

Valorile lui recomandate pentru plina sarcina sunt:

pentru MAS cu carburator0,70.0,90

pentru MAC nesupraalimentat..0,80..0,94

pentru MAC supraalimentate..0,80.0,97

Calculul procesului de comprimare

Calculul procesului de comprimare presupune determinarea valorilor presiunii si temperaturii la sfarsitul comprimarii si in punctul desprinderii celor doua cicluri (ciclul cu ardere si ciclul fara ardere) vezi figura 1.

Presiunea si temperatura la sfarsitul comprimarii se calculeaza in ipoteza ca fluidul motor are o evolutie politropica pe parcursul comprimarii cu un exponent politropic constant

    (1.3.13.)

(1.3.14.)

Valoarea exponentului politropic mediu este influentata de o serie de factori dintre care influenta principala o are turatia. De asemenea, deoarece regimul termic al motoarelor racite cu lichid este mai redus decat regimul termic al celor racite cu aer si valoarea exponentului politropic este mai mica la cele racite cu lichid.

Pentru determinarea valorii exponentului politropic mediu se recomanda utilizarea nomogramelor din literatura de specialitate ca cea din figura 3 unde este exponentul adiabatic mediu calculat pentru intreg prcesul de comprimare.

Se aprecieaza ca valorile lui sunt:

pentru MAS cu carburator.

pentru MAC ..

Figura 3. Nomograma pentru determinarea exponentului adiabatic de comprimare

Se recomanda urmatoarele valori pentru presiunile si temperaturile de la sfarsitul procesului de comprimare:

pentru MAS..;

pentru MAC nesupraalimentate ..;

pentru MAC supraalimentate ..;

Presiunile si temperaturile la sfarsitul comprimarii se pot determina mai simplu, pentru MAC supraalimentate, cu ajutorul diagramelor din figura 4.

Figura 4. Diagramele si

Pentru a putea determina presiunea si temperatura in punctul de desprindere (notat cu d) va trebui sa determinam mai intai pozitia acestui punct pe politropa de comprimare.

(1.3.15.)

unde: - volumul camerei de ardere

- unghiul de rotatie al arborelui cotit corespunzator punctului d

pentru MAS

pentru MAC

Mai departe, folosind ecuatia politropei obtinem:

(1.3.16.)

(1.3.17.)

Se recomanda urmatoarele valori pentru presiunile si temperaturile din punctul de desprindere:

pentru MAS..;

pentru MAC nesupraalimentate ..;

pentru MAC supraalimentate ..;

Calculul procesului de ardere

Procesul de ardere se declanseaza cu avans fata de pmi in punctul s(i) odata cu producerea scanteii la MAS, respectiv producerea injectiei la MAC.

Calculul procesului de ardere se efectueaza in cadrul urmatoarelor ipoteze simplificatoare:

capacitatile calorice specifice depind numai de temperatura;

arderea se desfasoara dupa evolutii simple:

izocor pentru MAS

izocor si izobar (mixt) pentru MAC

compozitia fluidului motor la sfarsitul arderii depinde de coeficientul excesului de aer.

Pentru produsele arderii sunt:

CO₂, H₂0, O₂, N₂

Pentru produsele arderii sunt:

CO₂, CO, H₂0, H₂, N₂

gazele reziduale au compozitia gazelor de la sfarsitul arderii;

caldura dezvoltata prin ardere este egala cu caldura de reactie chimica la presiunea si temperatura mediului inconjurator degajata pana la formarea produselor de ardere, neglijandu-se variatia caldurii cu temperatura;

variatia energiei interne a fluidului motor si efectuarea lucrului mecanic exterior in timpul arderii sunt efectul caldurii utile masurate prin coeficientul de utilizare a caldurii , care tine seama de caldura degajata prin ardere pana in punctul si de pierderile de caldura aferente.

Aerul necesar arderii

Compozitia elementara a combustibililor lichizi este:

unde: C,H,S, sunt participatiile masice de carbon, oxigen, sulf, etc.

In tabelul 3 este prezentata compozitia elementara a unor combustibili utilizati in motoare.

Tabelul nr.3

A)    Cantitatea de aer minima necesara arderii complete este:

(1.3.18.)

(1.3.19.)

    (1.3.20.)

Relatiile de mai sus sunt echivalente, deosebirea consta in unitatile de masura utilizate.

B)     Cantitatea reala de aer se determina astfel:

(1.3.21.)

C)    Numarul de kmoli de substanta initiala care participa la reactia chimica este:

(1.3.22.)

unde: - nr. de kmoli de combustibil pentru 1kg de combustibil;

- masa moleculara a combustibilului

Se recomanda urmatoarele valori a combustibilului:

- pentru benzine;

- pentru motorine;

Produsele arderii

Cantitatile produsilor de ardere se stabilesc pe baza ecuatiilor de ardere.

Pentru ardere completa avem:

(1.3.23.)

Numarul total de kmoli de produse de ardere este:

(1.3.24.)

Atunci cand coeficientul excesului de aer este subunitar, cantitatea reala de aer din amestecul carburant este mai mica decat cantitatea de aer teoretic necesara. Arderea va fi in aceasta situatie incompleta, iar ca produsi de ardere vom avea:

Cantitatile de produse de ardere se determina astfel:

(1.3.25.)

in care: se alege in functie de raportul dintre participatiile masice ale hidrogenului si ale carbonului.

pentru

pentru benzen

pentru gaze naturale

Numarul total de produse de ardere va fi:

(1.3.26.)

Variatia molara

Variatia numarului de kmoli in urma arderii este:

- produsele arderii; - substante initiale;

Coeficientul chimic de variatia molara este pentru este:

    (1.3.27.)

(1.3.28.)

Coeficientul chimic de variatia molara este pentru este:

(1.3.29.)

Daca vom lua in consideratie si gazele reziduale, coeficientul total de variatie molara va fi:

(1.3.30.)

Se recomanda:

pentru MAS cu carburator

pentru MAC

Capacitatea calorica specifica a fluidului motor

Fluidul motor care evolueaza in cilindru este de fapt un amestec de j componente cu participatia, compozitia si numarul de kmoli fiind cunoscute inainte si dupa ardere.

Expresia capacitatii sale calorice molare la volum constant va fi:

(1.3.31.)

unde: - participatia componentei i

iar capacitatea calorica specifica molara la presiune constanta:

(1.3.32.)

Observatie:

Pana la temperatura in motor avem amestec proaspat pentru MAS, aer pentru MAC, dupa aceasta temperatura incepe arderea si vom avea in motor un amestec de gaze de ardere si fluid proaspat pana la definitivarea arderii, amestec a carui compozitie variaza continuu.

Capacitatea calorica specifica molara la presiune constanta se determina pentru fiecare component in parte pe baza relatiei:

(1.3.33.)

in care a, b reprezinta coeficientii caldurii specifice molare medii si sunt dati in tabelul 4

Tabelul nr.4

1.3.4.5. Puterea calorica a combustibilului

Se calculeaza cu formula lui Mendeleev:

(1.3.34.)

unde: umiditatea din combustibil

Pentru combustibilii petrolieri se recomanda .

In cazul in care arderea este incompleta in produsele de ardere apare si si atunci puterea calorica se determina cu relatia:

(1.3.35.)

unde:

(din tabelul 3)

1.3.4.6. Calculul temperaturii maxime de ardere

Se face din relatia bilantului energetic:

(1.3.36.)

in care: - coeficientul de utilizare a caldurii

- energia interna molara a fluidului proaspat in punctul c;

- energia interna molara a produselor arderii in punctul c;

- raportul de crestere a presiunilor;

Pentru se recomanda urmatoarele valori:

MAS cu carburator ..

MAC cu injectie in volum .

MAC cu injectie pe perete..

Relatia de mai sus e valabila pentru MAC.

Pentru coeficientul de utilizare se recomanda:

pentru camera de ardere neimpartita

pentru camera de ardere impartita

Pentru MAS din relatia bilantului energetic aplicata arderii izocore obtinem:

ardere cu exces de aer

(1.3.37.)

ardere incompleta

(1.3.38.)

in care

Valorile recomandate pentru coeficientul de utilizare a caldurii sunt:

pentru MAS cu carburator

pentru MAS cu gaze

Observatie:

Valorile coeficientului de utilizare a caldurii depind de tipul motorului, turatie, conditii de racire, arhitectura camerei de ardere, sarcina si caracteristicile motorului.

Valorile reduse ale lui indica nu doar un transfer intensiv de caldura ci si o prelungire intensiva a arderii in destindere.

Pentru a putea efectua calculele atat pentru MAC cat si pentru MAS trebuie sa facem urmatoarea ipoteza simplificatoare:

Atat la MAC, cat si la MAS, vom considera ca:

deoarece in cazul MAS participatia molara a benzinei in comparatie cu cea a aerului este foarte mica, iar la MAC se introduce la admisie doar aer.

pentru gazele de ardere.

Etapele de calcul vor fi urmatoarele:

se calculeaza si cu relatiile de mai sus pentru temperatura ;

se calculeaza si pentru MAC, respectiv MAS;

se calculeaza pentru MAC (1.3.39.)

se calculeaza pentru MAS (1.3.40.)

unde reprezinta participatiile molare ale gazelor arse.

Calculele se efectueaza pentru intervalul de temperaturi:

pentru MAS din in

pentru MAC din in

Valoarea calculata anterior se va incadra intre doua valori calculate cu (1.3.39.) sau (1.3.40), valori care corespund unor temperaturi. Prin interpolare se poate determina temperatura ce corespunde valorii calculate prima data.

Pentru MAC si de aceea pentru a avea o valoare , pe baza careiaputem determina temperatura maxima de ardere trebuie sa adoptam o temperatura permeabila in intervalul 18002300K.

Cum procedam la interpolarea liniara?

Exemplu:

Trebuie sa determinam pentru o temperatura de 800K, energia interna a aerului. In tabelul 5 avem data energia interna a aerului la 773K si la 873K, astfel:

la 773K..10890 KJ/Kmoli

la 873K..13255 KJ/Kmoli

Procedam astfel:

La o variatie de corespunde o variatie a energiei interne de , adica .

Diferenta dintre si este de ceea ce reprezinta o crestere a energiei corespunzatoare temperaturii de cu.

Valoarea energiei interne corespunzatoare temperaturii de 800K va fi:

Tabelul nr.5

1.3.4.7. Calculul presiunii maxime de ardere

Vom determina mai intai raportul de crestere a presiunilor:

Pentru MAC se utilizeaza:

(1.3.41.)

in care: este raportul de crestere al presiunilor

este raportul de destindere prealabila

Se recomanda

Pentru MAS la care arderea este izocora ,, relatia (1.3.41) devine:

(1.3.42.)

Valorile recomandate pentru raportul de crestere al presiunilor sunt:

MAS cu carburator ..

MAS cu gaze

MAC cu camera de ardere neimpartita si injectie in volum .

MAC cu camera separata de vartej si camera de ardere impartita, cu injectie pe perete..

Valoarea presiunii maxime de asrdere este, de regula mai mica decat presiunea pentru MAC.

Se admite:

pentru MAS (vezi figura 5)

pentru MAC (vezi figura 6)

Valorile presiunilor si pentru motoarele actuale sunt:

pentru MAS cu carburator..;

pentru MAC nesupraalimentate ..;

pentru MAC supraalimentate ..;

Figura 5. Determinarea presiunii de ardere la MAS

Figura 6. Determinarea presiunii de ardere la MAC

Se recomanda, de aemenea, urmatoarele valori ale momentelor declansarii arderii rapide si a presiunii maxime de ardere :

MAS cu carburator .. ;

MAC cu injectie in volum . ;

In perioada arderii rapide (intervalul d-y), viteza medie de crestere a presiunii este:

MAS cu carburator ..

MAC cu camera de ardere neimpartita.

MAC cu camera de ardere impartita sau cu camera de ardere neimpartita cu repartitia combustibilului in pelicula..

Calculul procesului de destindere

Destinderea este evaluata printr-o evolutie politropa de exponent politropic constant .

Valoarea exponentului depinde de cantitatea de combustibil care arde in destindere(cresterea va duce la scaderea exponentului politropic).

Figura 7. Nomograma pentru determinarea exponentului adiabatic de destindere pentru MAS.

Figura 8. Nomograma pentru determinarea exponentului adiabatic de destindere pentru MAC.

Pentru motoarele de automobile si tractoare, exponentul politropic poate fi ales intre limitele:

MAS cu carburator .1,23.1,30

MAC1,18.1,28

In cazul motoarelor noi, la proiectare, exponentul () se poate evalua prin exponentul adiabatic , exponent care se determina pe baza nomogramei din figura 7 pentru MAS si pe baza nomogramei din figura 8 pentru MAC.

Pentru presiunea si temperatura de la sfarsitul cursei de destindere se folosesc relatiile:

arderea la volum constant:

    (1.3.43.)

    (1.3.44.)

arderea mixta:

    (1.3.45.)

(1.3.46.)

unde: este raportul de destindere.

Valorile acestor presiuni si temperaturi recomandate pentru motoarele de automobile si tractoare sunt:

pentru MAS cu carburator ..;

pentru MAC ;

Odata cunoscute presiunea si temperatura la sfarsitul cursei de destindere se poate face o verificare a temperaturii gazelor reziduale , admisa la inceputul calculului pe baza urmatoarei relatii:

    (1.3.47.)

unde am admis ca destinderea de la presiunea la este politropica cu exponentul .

Parametrii caracteristici ciclului de functionare

al motoarelor cu ardere interna

1.4.1. Parametrii indicati:

Presiunea indicata:

Este definita de relatia: (1.4.1.)

in care: este lucrul mecanic al diagramei de presiune inalta (vezi figura 9).

este cilindreea

Figura 9. Reprezentarea lucrului mecanic indicat in diagrama p-V

Figura 10. Ciclul teoretic corectat in patru timpi

Din diagrama ciclului teoretic (figura 10) se derermina si presiunea indicata pentru:

ciclul mixt nerotunjit:

    (1.4.2.)

ciclul izocor nerotunjit:

    (1.4.3.)

Presiunea medie indicata a ciclului rotunjit (real) se determina cu ajutorul relatiei:

(1.4.4.)

in care: reprezinta coeficientul de rotunjire al diagramei avand valorile:

motoare cu carburator .

motoare MAC..

Daca vom lua in considerare si lucrul mecanic de pompaj presiunea medie indicata la motoarele in patru timpi este:

    (1.4.5.)

in care:

cu (1.4.6.)

In literatura de specialitate se recomanda urmatoarele valori ale presiunii medii indicate:

MAS in 4 timpi cu carburator

MAS in 4 timpi cu carburator, fortate

MAC in 4 timpi nesupraalimentate..

MAC in 4 timpi supraalimentate

Puterea indicata:

Se determina cu ajutorul relatiei:

(1.4.7.)

In care: este presiunea medie indicata

este cilindreea unitara

este turatia

numarul de cilindri

Randamentul indicat:

Se defineste prin raportul dintre lucrul mecanic indicat si puterea calorica

(1.4.8.)

Valorile randamentului indicat pentru motoarele de automobile sunt:

MAS cu carburator

MAC.

Consumul specific:

Pentru combustibili lichizi se utilizeaza relatia:

    (1.4.9.)

sau

    (1.4.10.)

Valorile consumului specific indicat se incadreaza de regula intre limitele:

MAS cu carburator

MAC.

1.4.2. Parametrii efectivi

Presiunea medie efectiva: este definita de relatia:

in care: reprezinta lucrul mecanic specific al rezistentelor proprii si este compus din

presiunea medie de frecare , presiunea medie de antrenare a masinilor si dispozitivelor auxiliare si presiunea medie de pompaj.

Lucrul mecanic specific al rezistentelor (presiunea medie a rezistentelor proprii) se determina pe baza unor relatii empirice:

MAS cu carburator cu un numar de cilindri ,

iar pentru :

MAS cu carburator cu un numar de cilindri ,

MAC in patru timpi cu camera de ardere neimpartita

MAC cu camera separata de vartej

MAC cu camera de preardere

MAC in patru timpi semirapide:

In relatiile de mai sus reprezinta viteza medie a pistonului ale carei valori sunt:

MAS in patru timpi, de turisme12-15

MAS in patru timpi, de camioane si automobile9-12

MAC in patru timpi, de turisme si camioane..7-13

MAC in patru timpi, de tractoare..5,5-10,5

MAC in patru timpi, semirapide.8-9

Limitele intre care variaza valorile presiunii medii efective la sarcina nominala sunt:

MAS cu carburator in patru timpi..6-11

MAS cu carburator in patru timpi fortate..max13

MAC in patru timpi nesupraalimentate.5,5-8,5

MAC in patru timpi supraalimentate20-32

MAC in patru timpi semirapide supraalimentate14-20

Randamentul mecanic:

Randamentul mecanic este influentat de turatie si sarcina.

Lamentinerea constanta a turatiei si la sarcina variabila, randamentul mecanic creste odata cu sarcina, iar la mers in gol .

Cand motorul functioneaza la sarcina constanta (const, const) si turatie variabila, randamentul mecanic scade cu cresterea turatiei.

Relatia de calcul pentru randamentul mecanic recomandata este:

    (1.4.11.)

Valorile randamentului mecanic pentru regim nominal sunt, de regula, urmatoarele:

MAS cu carburator in patru timpi..0,7-0,9

MAC in patru timpi nesupraalimentate0,7-0,82

MAC in patru timpi supraalimentate.0,8-0,9

MAC in patru timpi semirapide

, ..0,89-0,90

Puterea efectiva:

Reprezinta puterea transmisa de arborele motor consumatorului si se defineste ca deiferenta dintre puterea indicata si puterea consumata pentru invingerea rezistentelor proprii:

sau:

(1.4.12.)

unde: reprezinta numarul de timpi ai motorului (doi sau patru).

Randamentul efectiv:

Este definit prin raportul dintre lucrul mecanic efectiv dezvoltat pentru caldura disponibila unitatii de cantitate de combustibil si puterea calorica .

    (1.4.13.)

sau altfel:

    (1.4.14.)

Pentru regim nominal valorile randamentului efectiv sunt:

MAS cu carburator in patru timpi..0,25-0,33

MAC in patru timpi rapide.0,38-0,41

MAC in patru timpi.0,35-0,37

Consumul specific efectiv de combustibil:

In cazul combustibililor lichizi se foloseste urmatoarea relatie de calcul:

(1.4.15.)

sau:

(1.4.16.)

Valorile medii ale consumului efectiv sunt:

MAS cu carburator in patru timpi..250-325

MAC in patru timpi rapide.210-226

MAC in patru timpi rapide..232-246

MAC in patru timpi semirapide205-210

Trasarea diagramei indicate

1.5.1. Alegerea scarii diagramei

Deoarece lucrul mecanic nu depinde de scara aleasa, scara diagramei indicate se va alege arbitrar.

Se fac totusi cateva recomandari:

pentru scara volumelor se alege si cunoscand valoarea raportului de comprimare se va deduce:

    (1.4.17.)

scara presiunilor se alege 0,2; 0,25; 0,4; 0,5; 1 bar/mm

dupa trasarea ordonatelor ce trec prin punctele moarte se vor trasa izobarele si , eventual si izobara daca motorul este supraalimentat

1.5.2. Trasarea diagramei indiacte

Procesul de comprimare se reprezinta prin puncte cu relatia politropiei unde reprezinta exponentul mediu de comprimare.

Arderea se reprezinta in cazul metodei ciclului teoretic corectat, la MAS prin izocora ; dar presiunea maxima de ardere . La MAC arderea se reprezinta prin izocora si izobara , punctul fiind determinat din raportul de destindere prealabila .

Destinderea se traseaza prin puncte, calculand presiunile cu ajutorul relatiei unde reprezinta exponentul mediu de destindere.

Diagrama indicata se va rotunji in zona arderii, la sfarsitul destinderii si inceputul evacuarii fortate.

Calculul dimensiunilor fundamentale

Dimensiunile fundamentale ale unui motor sunt diametrul cilindrului D(alezajul) si cursa pistonului S si se vor determina din relatia puterii efective si a cilindreei unitare:

(1.4.18.)

(1.4.19.)

in care: reprezinta puterea data in tema de proiect

in general pentru motoare de automobile

in general pentru motoare de autoturisme de tractiune usoara si pentru motoare de motorete, motociclete.

Vom introduce in continuare un criteriu de similitudine geometrica numit raportul cursa diametru si definit astfel:

    (1.4.20.)

In functie de valoarea acestui criteriu, motoarele cu ardere interna se clasifica astfel:

motoare patrate

motoare subpatrate

motoare suprapatrate

MAS sunt in general motoare subpatrate , iar MAC sunt in general motoare suprapatrate , pentru MAC de automobile .

Valorile diametrului cilindrului pentru motoare de automobile si tractoare sunt:

MAS cu carburator in patru timpi..60100

MAS in patru timpi de curse.60100

MAC in patru timpi de autoturisme..70100

MAC in patru timpi de autocamioane..80180

MAC in patru timpi de tractoare.70150

Cunoscand valorile pentru turatie, numar de cilindri, putere efectiva si putere medie efectiva si alegand valoarea pentru raportul cursa diametru obtinem:

    (1.4.21.)

si apoi:

    (1.4.22.)

Cu precizarea ca determinarea parametrilor fundamentali se face pentru turatie nominala.

Limbajul motorului sau cilindreea totala sau :

Se determina cu relatia:

(1.4.23.)

unde reprezinta cilindreea unitara calculata cu valorile obtinute pentru cursa si diametru.

Puterea litrica:

Reprezinta puterea pe unitatea de volum si se determina cu relatia:

    (1.4.24.)

Puterea efectiva pe cilindru:

Este determinata de numarul de cilindri si este data de relatia:

    (1.4.25.)

Puterea raportata la aria pistonului:

Este necesara pentru aprecierea solicitarilor termice ale pistonului si este definita prin relatia:

    (1.4.26.)

Valorile puterii pentru diferitele tipuri de motoare sunt urmatoarele:

MAS in patru timpi de autoturisme..1050

MAS in patru timpi de curse.6080

MAC in patru timpi de autoturisme..1040

MAC in patru timpi de camioane1050

Bilantul termic al motorului

Caldura disponibila furnizata de motor este consumata in schimbul de energie dintre motor si consumator, dar si prin schimburile de caldura efectuate intre motor si mediul inconjurator.

Bilantul termic exprima egalitatea dintre caldura disponibila si diverse schimburi de caldura efectuate intre motor si consumator, dar si intre motor si mediul exterior. El se calculeaza pentru: unitatea de timp, unitatea de energie, pentru un ciclu si pentru unitatea de cantitate de combustibil.

Figura 11. Diagrama fluxului termic

In figura 11 am prezentat diagrama fluxului termic pe baza careia putem scrie:

pentru sectiunea I-I

    (1.4.27.)

in care:   

(1.4.28.)

- caldura transformata in lucru mecanic efectiv

(1.4.29.)

- caldura consumata pentru invingerea rezistentelor proprii

- caldura transmisa prin gazele de evacuare

(1.4.30.)

- cantitatea de combustibil

- caldura din gazele de evacuare la ardere incompleta

(1.4.31.)

pentru sectiunea II-II

    (1.4.32.)

in care: se determina ca diferenta

- caldura preluata de sistemul de racire

(1.4.33.)

- debitul orar de fluid de racire

- capacitatea calorica specifica medie a lichidului de racire

Pentru apa

- temperatura lichidului de racire la iesire, respectiv intrare din, respectiv in motor.

Bilantul termic se mai poate scrie si in procente sub forma:

    (1.4.34.)

in care:

; ;

; (1.4.35.)

Valorile acestor procente se vor afla in tabelele existente in literatura de specialitate (tabelul 6)

Tabelul nr.6