ΑΣΚΗΣΗ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΤΕΤΡΑΧΡΟΝΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ

Να σχεδιασθεί τετράχρονη, δεκακύλινδρη βενζινομηχανή 200 HP με λόγο συμπίεσης 9, FR = 1.2 και η βαλβίδα εισαγωγής να κλείνει 50 μοίρες μετά το κάτω νεκρό σημείο (Κ.Ν.Σ). Η τιμή του Z = 0.6 και η ταχύτητα του εμβόλου 10 m/sec. Να υπολογισθούν η διάμετρος και η διαδρομή του εμβόλου, ο απογεννόμενος όγκος, η ειδική κατανάλωση καυσίμου και οι στροφές ανά λεπτό.

1ο Βήμα: Υπολογισμός των μεγεθών Fc και Qc.

(8/3)•c + 8•h + s – o = (8/3) •0.85 + 8•0.15 = 3.4667 KgO2/Kgκαυσίμου

c = Ποσοστό άνθρακα στο κάυσιμο.
h = Ποσοστό υδρογόνου στο κάυσιμο.
s = Ποσοστό θείου στο κάυσιμο.
ο = ποσοστό οξυγόνου στο καύσιμο.

* Η βενζίνη έιναι υδρογονάνθρακας, οπότε δεν υπάρχει ποσοστό θείου και οξυγόνου, αλλά μόνο ποσοστό άνθρακα και υδρογόνου.

3.4667• (28/32)•(0.79/0.21) = 11.4112 KgN2/Kgκαυσίμου

Οπότε: 3,4667 + 11.4112 = 14.8779 Kgαέρα/Kgκαυσίμου = Lθεωρητικό

F = Fc•FR = (1/Lθεωρητικό) •FR = (1/14.8779) • 1.2 = 0.08065

Qc = [8100•c + 29000• (h- 0/8) + 2500•s - 600•ψ ] • 4.1868

Qc = [8100•0.85 + 29000• 0.15] • 4.1868 = 47039 KJ / Kg καυσίμου

ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ: FR = 1.2 & r = 9.

Απο το παρακάτω διάγραμμα προκύπτει ότι n0 = 0.37. Επιλέγουμε την καμπύλη FR = 1.2 και στον οριζόντιο άξονα το λόγο συμπίεσης r = 9. Οπότε n0 = 0.37.

Έχοντας βρεί το βαθμό απόδοσης του θερμοδυναμικού κύκλου, απο το παρακάτω διάγραμμα θα υπολογίσουμε τον ενδεικτικό βαθμό απόδοσης ni.

Για λόγο συμπίεσης r = 9, έχουμε ni/n0 = 0.84 απο το παρακάτω διάγραμμα.

Άρα ni/0.37 = 0.84 => ni = 0.311

Άρα ο ενδεικτικός βαθμός απόδοσης της μηχανής είναι ni = 0.311

Στο υψόμετρο της θάλασσας, επικρατούν οι παρακάτω ατμοσφαιρικές συνθήκες:

Pa = 101.357 KN/m2 = Pe

Ta = 15 βαθμούς κελσίου = 59 F

Οι παραπάνω τιμές υπολογίστηκαν απο τον παρακάτω πίνακα, στον οποίο οι τιμές αλλάζουνε ανάλογα με το υψόμετρο. Το 0 είναι το υψόμετρο της θάλασσας.

ΠΙΝΑΚΑΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΩΝ ΣΥΝΘΗΚΩΝ ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΜΕ ΤΟ ΥΨΟΜΕΤΡΟ

2ο Βήμα: Επιλογή της πρότυπης μηχανής

Η επιλογή της πρότυπης μηχανής γίνεται με βάσει τον αριθμό Mach Z. Το Z = 0.6 >0.5, οπότε θα επιλέξουμε την 1η πρότυπη μηχανή με το εξής διάγραμμα:

Απο το παραπάνω διάγραμμα, προκύπτει ότι για Z = 0.6, ο ογκομετρικός βαθμός απόδοσης της πρότυπης μηχανής (του διαγράμματος) είναι evb = 0.84.

Η ταχύτητα του εμβόλου είναι ίση με 10 m/sec ή 1905 ft/min.

Απο το παρακάτω διάγραμμα και για s = 1905 ft/min, προκύπτει:

ΔΤ = 41 F

Pεισ/Pα = 0.98

Οπότε για την μηχανή που σχεδιάζουμε, η θερμοκρασία στην πολλαπλή εισαγωγής θα είναι:

Ti =ΔΤ+Τα = 59 + 41 = 100 F = 37.78 C = 310.78 K = 560 R

και

Pεισ = 0.98xPα = 0.98x101.357 = 99.33 KN/m2

Τα στοιχεία της πρότυπης μηχανής παρουσιάζονται κάτω αριστερά και και της υπό σχεδίασης μηχανής, κάτω δεξιά. Όπως βλέπουμε πολλά στοιχεία έχουν διαφορές και και κατά τον υπολογισμό του ογκομετρικού βαθμού απόδοσης, θα χρειαστούν κάποιες διορθώσεις.