Stabilirea dimensiunilor fundamentale ale motorului

1 Determinarea alezajului cilindrului si a cursei pistonului (D si S)

Studiul solutiilor similare

Motorul termic este un transformator de energie care transforma caldura in lucru mecanic prin intermediul evolutiilor unui fluid numit fluid motor.

In stadiul actual de dezvoltare al automobilelor se utilizeaza cu precadere ca agregat de putere motorul cu ardere interna cu piston. Acesta este un motor termic la care produsele arderii intra in compozitia fluidului motor, iar evolutiile acestuia se realizeaza prin intermediul unui piston, a carui miscare alternativa in interiorul unui cilindru se transforma in miscare de rotatie de catre mecanismul biela - manivela.

M.a.i cu piston se foloseste datorita avantajelor sale:

randament ridicat in comparatie cu alte motoare termice, deci functionare cu un consum de combustibil redus;

simplitate si compactitate;

posibilitatea pornirii imediate si trecerii rapide la regimul de sarcina plina;

posibilitatea opririlor de scurta durata cand rezulta si o economicitate de combustibil;

Cu toate acestea, se semnaleaza si o serie de dezavantaje:

accepta suprasarcini mici de aproximativ 1015 %;

necesita un sistem de racite complicat;

este echipat cu mecanisme cu cinematica complexa;

Toate acestea determina o preocupare continua pentru perfectionarea motoarelor cu ardere interna.

Statistica a consemnat faptul ca pentru autoturisme sunt utilizate cu precadere motoarele cu aprindere prin scanteie.

Schema de principiu, dupa care lucreaza un motor cu ardere interna este cea prezentata in figura 1.1.

Pistonul, notat cu "1" actioneaza manivela "3" a arborelui cotit prin intermediul bielei "4" se deplaseaza in cilindrul "2". In capul cilindrului se gaseste chiulasa "5", in care sunt amplasate supapa de admisie (SA)"6", care comanda intrarea in cilindru a gazelor proaspete si supapa de evacuare (SE) "7", care comanda iesirea gazelor arse. Deschiderea si inchiderea supapelor este comandata de un arbore cu came (eventual prin intermediul tijelor impingatoare si culbutorilor), antrenat de la arborele cotit cu o viteza unghiulara / La cealalta extremitate a cilindrului se gaseste carterul superior "8", pe care sunt dispuse lagarele arborelui cotit, care face corp comun cu blocul cilindrilor si carterul inferior "9", sau baia de ulei, in care se gaseste ulei de ungere.

2 Marimi si indici caracteristici ai motorului

In timpul functionarii motorului, pistonul se deplaseaza intre doua pozitii limita numite puncte moarte in care viteza punctelor in miscare de translatie este nula.

Figura Pozitiile extreme ale pistonului

a)Punctul mort interior (pmi) este pozitia extrema a pistonului corespunzatoare volumului minim ocupat de gaze(V_c) sau pozitia corespunzatoare distantei maxime dintre piston si axa de rotatie a arborelui cotit al motorului pentru care

b)Punctul mort exterior (pme) este pozitia extrema a pistonului corespunzatoare volumului maxim ocupat de gaze (V_a) sau pozitia corespunzatoare distantei minime dintre piston si axa de rotatie a arborelui cotit, pozitie pentru

c)Cilindreea unitara a motorului este data de relatia:

(1)

cu D[cm] -alezajul cilindrului

S[cm] - cursa pistonului

V_s=0,588cm³ valoare calculata in capitolul precedent

d)Raportul cursa - alezaj y este un parametru constructiv al motorului si se exprima prin relatia:

(2)

Prin tema de proiectare se impune y

e) Din relatiile (1) si (2) rezulta:

(3)

din care rezulta relatia de calcul a alezajului cilindrului:

(3')

D=92 mm

f)Cursa pistonului se determina pe baza relatiei (1) din care rezulta:

(1')

putandu-se determina si raza manivelei arborelui cotit:

r=S/2=88,5/2=44,25 mm

g)Cilindreea totala sau litrajul (V_t) reprezinta suma cilindreelor unitare ale tuturor cilindrilor:

V_t=i· V_s=6· 588=3528cm³ (4)

cu i=6 numarul cilindrilor

h) Volumul camerei de ardere (V_c) reprezinta volumul minim ocupat de fluidul motor cand pistonul se gaseste la pmi.

i)Volumul cilindrului (V_a) reprezinta volumul maxim ocupat de fluidul motor, cand pistonul se gaseste la pme.

V_a=V_s+V_c (5)

j)Raportul de comprimare (e) reprezinta raportul dintre volumul maxim V_a si volumul minim V_c ocupate de fluidul motor.

e=V_a/V_c  (6)

Prin tema de proiect se impune pentru raportul de comprimare valoarea :

e

Din relatiile (5) si (6) rezulta:

(6')

adica

Rezulta ca volumul camerei de ardere este

(7)

Inlocuind valorile obtinute in relatia (5) se obtine pentru volumul cilindrului:

(8)

k)Unghiul de rotatie al arborelui cotit (a RAC) reprezinta unghiul facut de manivela cu axa cilindrului.

Originea unghiului a se alege corespunzator pozitiei pistonului in pmi.

O cursa completa a pistonului corespunde unui unghi , iar pentru un unghi arborele cotit efectueaza o rotatie completa in timp ce pistonul parcurge doua curse simple.

l)Turatia motorului (n) reprezinta numarul de rotatii efectuate de arborele cotit in interval de un minut.

Intre unghiul de rotatie , turatia n si timpul t exista urmatoarea relatie:

=6·n·t [° RAC] (8)

cu n[rot/min] si t[s].

S-au adoptat urmatoarele turatii:

m) Viteza unghiulara a arborelui cotit (w) este viteza cu care arborele cotit efectueaza o rotatie completa.

Aceasta viteza se poate determina prin relatiile:

w=n/30 [rad/s]  (9)

w=6n [grade/s] (9')

Pentru n_t=6000 rot/min va fi

(9")

n) Un parametru care caracterizeaza rapiditatea motorului este viteza medie a pistonului (w_p).

Viteza medie a pistonului este acea viteza, conventional considerata constanta, cu care pistonul ar parcurge doua curse succesive (2·S), in intervalul de timp in care arborele cotit efectueaza o rotatie completa.

(10)

o) Ciclul motor reprezinta succesiunea proceselor care se repeta periodic in cilindrii motorului (admisie, comprimare, ardere si destindere, evacuare).

Figura 3. Ciclul teoretic al M.A.S

p)Timpul motor (t) reprezinta partea din ciclul motor care se efectueaza intr-o cursa simpla a pistonului.

Un motor care executa un ciclu complet in patru curse ale pistonului se numeste motor in patru timpi (). La acestea, pentru efectuarea unui ciclu complet sunt necesare doua rotatii ale arborelui cotit ().

r) Numarul de cicluri (N_c) reprezinta numarul grupajelor de procese aferente ciclului motor, care se repeta periodic in cilindrii unui motor, in unitatea te timp.

(11)

(11')

(11'')

s)Timpul pe ciclu (t_c) reprezinta timpul in care se desfasoara un ciclu:

(12)

(12')

(12'')

t) Raportul dintre raza manivelei si lungimea bielei (L) este un parametru constructiv foarte important al motorului, cu influenta mare in cinematica si dinamica mecanismului motor.

(13)

	Figura 4. Schema pentru calcularea lungimii bielei

unde: - raza manivelei;

- lungimea bielei.

(14)

unde - diametrul fusului maneton

Fig 1.

(15)

se adopta

- diametrul fusului palier

(16)

se adopta

Lungimea fusului palier va fi de:

(17)

se adopta:

Lungimea fusului maneton

(18)

se adopta:

Inaltimea pistonului

(19)

se adopta

(20)

se adopta

(21)

(22)

(13

La m.a.s se folosesc de regula biele scurte, deci .