ΠΘ/ΤΜΜΒ/ΕΘΘΜ - ΜΜ802 Γραπτή Δοκιμασία ώρα 12:00-14:30

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΠΘ/ΤΜΜΒ/ΕΘΘΜ - ΜΜ802 Γραπτή Δοκιμασία ώρα 12:00-14:30"

Φερενίκη Βλαστός
8 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΠΘ/ΤΜΜΒ/ΕΘΘΜ - ΜΜ80 Γραπτή Δοκιμασία ώρα 1:00-14:30 Επισυνάπτεται διάγραμμα με ισουψείς ειδικής κατανάλωσης καυσίμου [g/psh] στο πεδίο λειτουργίας του κινητήρα Diesel με προθάλαμο καύσης, OM61 της Daimler-Benz (επιβατηγό αυτοκίνητο Mercedes 00D). Οι στροφές κινητήρα δίνονται σε [rpm] και η μέση πραγματική πίεση σε [kp/cm ]. Στο ίδιο διάγραμμα φαίνονται οι ισοΰψείς ισχύος, και η καμπύλη δρόμου για το αυτοκίνητο Mercedes 00D (4 η ταχύτητα, οριζόντιος δρόμος). Δίδονται επιπλέον τα παρακάτω δεδομένα για τον κινητήρα και το όχημα: Κυβισμός: l. Μήκος διωστήρα: 149 mm Διάμετρος/διαδρομή βαλβίδας εισαγωγής: 38.8/10 mm Διάμετρος/διαδρομή βαλβίδας εξαγωγής: 33./10 mm Ανοιγμα βαλβίδας εξαγωγής: 7 ο πριν ΚΝΣ Κλείσιμο βαλβίδας εξαγωγής: 16 ο πριν ΑΝΣ Ανοιγμα βαλβίδας εισαγωγής: 9 ο μετά ΑΝΣ Κλείσιμο βαλβίδας εισαγωγής: 1 ο μετά ΚΝΣ C i 0.3 (μέσος συντελεστής ροής μέσα από τη βαλβίδα εισαγωγής) Τελική σχέση μετάδοσης στο διαφορικό: 3.9 Λάστιχα 17/70 R14 (για έλεγχο) Εξάρτηση τριβών κινητήρα από μέση ταχύτητα εμβόλου: fmep [bar] *S p Υπενθυμίζουμε τη σχέση για το Mach Index: V p b 1 Z α D Ci Όπου C i η μέση τιμή του συντελεστή ροής του αέρα μέσα από τη βαλβίδα εισαγωγής. 1. Να υπολογίσετε το ενεργειακό ισοζύγιο του κινητήρα στα παρακάτω σημεία λειτουργίας: (1000 rpm bar), t ex 9 o C (000 rpm 6 bar), t ex 8 o C (3000 rpm 3 bar), t ex 4 o C (4000 rpm 6.3 bar), t ex 708 o C Εντοπίζουμε το σημείο λειτουργίας: 1000 rpm bar στο διάγραμμα ειδικής κατανάλωσης καυσίμου: Η ισοϋψής ειδικής κατανάλωσης που περνά από το σημείο είναι αυτή των 300 g/ps.h Υπολογίζουμε την ισχύ του κινητήρα στο συγκεκριμένο σημείο (για επαλήθευση, ελέγχουμε τις ισοϋψείς ισχύος που περνούν κοντά): 1000 P π * * W Επομένως η παροχή μάζας καυσίμου που απαιτείται για να δώσει τη συγκεκριμένη ισχύ θα προκύψει από την σχέση (.1) του οδηγού μαθήματος: 300g f P sfc 3330 W 0.377g / s 0.736kWh (3,600,000 J / kwh) Οπότε στο συγκεκριμένο σημείο λειτουργίας καίγονται 0.377g πετρελαίου Diesel κίνησης ανά δευτερόλεπτο, με κατώτερη θερμογόνο δύναμη H u 43 MJ/kg (βλ. π.χ. οδηγό μαθήματος, Πίνακα D.4 προτελευταία σελίδα), και η συνολική θερμική ενέργεια που εκλύεται από την καύση στο θάλαμο καύσης, υποθέτοντας τέλεια καύση του πετρελαίου, είναι ίση με: Q f 0.377*10-3 kg 43 MJ/kg161 W Οπότε η ισχύς στον άξονα του κινητήρα (βλ. παραπάνω) προκύπτει ότι αντιστοιχεί στο 0.% της θερμικής ισχύος του καυσίμου. Όσον αφορά τώρα τις τριβές, αυτές εκτιμώνται από τη σχέση που δόθηκε στην εκφώνηση για τη μέση πίεση τριβών συναρτήσει της μέσης ταχύτητας εμβόλου. 1

2 Για τη μέση ταχύτητα εμβόλου απαιτείται η διαδρομή του εμβόλου, η οποία προκύπτει με βάση τον κυβισμό του κυλίνδρου και κάποια παραδοχή ως προς το λόγο B/L (να είναι λίγο μικρότερος του 1). Εάν πχ Β84mm, τότε 1.998*10-3 4*π*B /4*L, άρα L90mm και: 1000 S p L N *0.090* 3 m / s 60 οπότε: fmep * bar και από τη σχέση (.19) προκύπτει: f N 1000 Pfriction 0.9* *10 181W nr ή 9.7% της θερμικής ισχύος του καυσίμου. Όσον αφορά την ισχύ που πηγαίνει στα καυσαέρια, θα πρέπει να υπολογίσουμε πρώτα την παροχή μάζας των καυσαερίων: Εδώ μπορούμε αρχικά να υποθέσουμε με σφάλμα κάτω από % ότι αυτή είναι ίση με την παροχή μάζας του αέρα εισαγωγής, η οποία, με βαθμό πλήρωσης 0.8 εκτιμάται ως εξής: N 1000 g a ηv Vd ρ α 0.8*1.998* kg / s Οπότε προκύπτει: Q& o ex gc pgtex kg / s 1. kj / kgk 9 C 6018 W Ή 37.1% της θερμικής ισχύος του καυσίμου. Το υπόλοιπο είναι οι απώλειες ψύξης του κινητήρα, που είναι ίσες με: Q& cooling Q& f P Pfriction Q& ex W ή 3.% της θερμικής ισχύος του καυσίμου. Με βάση τις παραπάνω υπολογισθείσες τιμές προκύπτει το διάγραμμα του ενεργειακού ισοζυγίου του κινητήρα στο συγκεκριμένο σημείο λειτουργίας: 1000rpm-bar 33% 1% 10% 36% Με όμοιο τρόπο προκύπτουν τα ισοζύγια για τα υπόλοιπα 3 σημεία λειτουργίας, που εικονίζονται παρακάτω: (000 rpm, 6 bar, P19980 W), (3000 rpm, 3 bar, 1498 W), (4000 rpm, 6.3 bar, 4198 W)

3 000 rpm 6 bar 9% 9% 7% 3% 3000 rpm 3 bar 1% 3% 14% 4% 4000 rpm 6.3 bar 3% % 9% 34% Τα δεδομένα του ενεργειακού ισοζυγίου συνοψίζονται στον παρακάτω Πίνακα: 3

4 1000rpm bar 000 rpm 6 bar 3000 rpm 3 bar 4000 rpm 6.3 bar P 3330 P P 1498 P 4198 P friction 181 P friction 466 P friction 941 P friction 1318 Q ex 6018 Q ex 3746 Q ex 7846 Q ex 7773 Q cooling 83 Q cooling 1970 Q cooling Q cooling 381 Q fuel 161 Q fuel Q fuel 6614 Q fuel bsfc m f [g/s] m a [kg/s] Να χρησιμοποιήσετε την χαραγμένη στο διάγραμμα καμπύλη δρόμου του αυτοκινήτου, για να εκτιμήσετε το γινόμενο A*C D (μετωπική επιφάνεια αυτοκινήτου επί τον αεροδυναμικό συντελεστή αντιστάσεων). Από τη σχέση (.18) του οδηγού μαθήματος: P road ( CRM v g + 1 ρ acd Av Sv ) Sv Είναι άγνωστα τα C R,M v, C D,A v Όμως έχουμε χαραγμένη την καμπύλη αντιστάσεων δρόμου (road load) στο πεδίο του κινητήρα. Αν επιλέξουμε δύο σημεία της καμπύλης, πχ για 70 και 130 km/h, διαβάζουμε αδιάστατο φορτίο δρόμου.4 bar και. bar αντίστοιχα. Η ισχύς του κινητήρα στα δύο σημεία, αγνοώντας τις απώλειες κιβωτίου διαφορικού, προκύπτει από τη σχέση: 30 P70 π.4* * W 440 P130 π.* * W Επιλύοντας το σύστημα εξισώσεων με αγνώστους, βρίσκουμε CRM v g 36 N ρ acd Av 1.36 kg/m Επομένως προκύπτει ότι CD A v 1.36/ m 3. Να φτιάξετε το διάγραμμα ανοίγματος των βαλβίδων στον κύκλο λειτουργίας του κινητήρα. Το διάγραμμα σχεδιάζεται σύμφωνα με τις σελίδες του οδηγού. 4. Να υπολογίσετε το Ζ (Mach Index) για τα παραπάνω σημεία λειτουργίας V p b 1 V p 84 1 Z α D Ci Οπότε το Z προκύπτει σε συνάρτηση με τη μέση ταχύτητα εμβόλου για τα 4 σημεία λειτουργίας: (1000 rpm bar), S p 3 m/s, Z0.11 (000 rpm 6 bar), S p 6 m/s, Z0.3 (3000 rpm 3 bar), S p 9 m/s, Z0.3 (4000 rpm 6.3 bar), S p 1 m/s, Z0.47 Οπότε προκύπτει ότι ο βαθμός πλήρωσης δεν πέφτει ποτέ κάτω από 0.8 4

5 . Να εκτιμήσετε το βαθμό πλήρωσης του κινητήρα στα παραπάνω σημεία λειτουργίας, χρησιμοποιώντας ευθύγραμμες προσεγγίσεις για την εξάρτηση από το Z: ηv0.8 για Z<0., ηv( Z) για Z>0. Βλέπε προηγούμενο ερώτημα 6. Να υπολογίσετε τη μέγιστη ισχύ του κινητήρα και τη μέγιστη ροπή του, στις αντίστοιχες στροφές που αυτές συναντώνται. Μέγιστη ισχύς στο σημείο 4400 rpm. atm, 4400 P π.6 *1.013 * * kw Μέγιστη ροπή στο σημείο 00 rpm 7.3 atm T * Nm 7. Να βρείτε την κατανάλωση καυσίμου του αυτοκινήτου σε l/100 km, όταν αυτό κινείται με ταχύτητες 80, και 13 km/h Από την καμπύλη φορτίου δρόμου, βρίσκουμε τα αντίστοιχα σημεία με μέση πραγματική πίεση.7 bar, 4.8 bar και.6 bar αντίστοιχα. Στα σημεία αυτά υπολογίζουμε την ισχύ του κινητήρα, που προκύπτει: 700 P80 π.7 * * W 400 P π 4.8* * W 400 P13 π.6* * W Για να βρούμε την κατανάλωση του αυτοκινήτου, υποθέτουμε ότι το αυτοκίνητο κινείται επί 1 ώρα με τις παραπάνω ταχύτητες αντίστοιχα. Οπότε προκύπτει ότι η παραγόμενη ενέργεια στον άξονα του κινητήρα είναι 1.14 kwh, 3.37 kwh και kwh αντίστοιχα. Πολλαπλασιάζοντας με τις αντίστοιχες ειδικές καταναλώσεις στα συγκεκριμένα σημεία λειτουργίας (7, 7 και 64 g/psh), όπου 1PSh0.736 kwh, προκύπτει ότι η κατανάλωση είναι 436, και 100 g, ή αντίστοιχα., 13.7 και 18. l πετρελαίου Diesel κίνησης αντίστοιχα (υποθέτοντας πυκνότητα πετρελαίου 0.8 kg/m 3 ). Επομένως 6.9, 11.4 και 13. l/100 km αντίστοιχα. Επομένως όταν τρέχουμε πολύ αυξάνει σημαντικά η κατανάλωση καυσίμου. 8. Είναι δυνατόν να αυξηθεί η ισχύς που αποδίδει ο κινητήρας και με ποιούς τρόπους και σε τι ποσοστό αντίστοιχα; Από τη σχέση (.39) του οδηγού μαθήματος, και εφόσον ο βαθμός πλήρωσης είναι ήδη υψηλός, και η γεωμετρία του κινητήρα είναι δεδομένη, καθώς και το ότι αυτός είναι φυσικής αναπνοής, ενδέχεται να υπάρχει περιθώριο αύξησης της ισχύος με αύξηση της μέγιστης παροχής της αντλίας πετρελαίου του κινητήρα, και μέχρι την τιμή λ1., (όριο που αυξάνουν σημαντικά οι εκπομπές αιθάλης του κινητήρα). Στο σημείο λειτουργίας της μέγιστης ισχύος (400 rpm.6 bar), η ισχύς είναι ίση με 4198 W και η ειδική κατανάλωση ίση με 6 g/psh, συνεπώς η παροχή μάζας του καυσίμου προκύπτει ίση με: 6g f P sfc 4198 W 4.196g / s 0.736kWh (3,600,000 J / kwh) Ενώ η παροχή αέρα υπολογίζεται από τη σχέση: N 400 η V 0.8*1.998* kg s a v d ρ α / Συνεπώς ο λόγος αέρα προκύπτει ίσος με A/F18.11, ή λ18.11/14.1. επομένως μπορεί να αυξηθεί η ισχύς μόνο κατά 4% περίπου στο όριο του καπνού.

Σχετικά έγγραφα

ε = = 9,5 =, γ=1,4, R = 287 J/KgK, Q = Cv ΔT = P2 Εξισώσεις αδιαβατικών μεταβολών: T [Απ: (β) 1571,9 Κ, 4808976 Pa, (γ) 59,36%, (δ) 451871,6 Pa] ΛΥΣΗ

ε = = 9,5 =, γ=1,4, R = 287 J/KgK, Q = Cv ΔT = P2 Εξισώσεις αδιαβατικών μεταβολών: T [Απ: (β) 1571,9 Κ, 4808976 Pa, (γ) 59,36%, (δ) 451871,6 Pa] ΛΥΣΗ ΑΣΚΗΣΗ Μείμα αέρα-καυσίμου σε στοιχειομετρική αναλοία εκλύει θερμότητα 5 Kcl/Kg κατά τη καύση του εντός κυλίνδρου ΜΕΚ που λειτουρεί βασιζόμενη στο θερμοδυναμικό κύκλο του Otto. Ο βαθμός συμπίεσης της μηχανής