¿A qué ángulo de manivela en un motor de ciclo Otto de 4 tiempos de un solo cilindro tenemos la velocidad máxima instantánea de la manivela angular?

Answer 1

La velocidad más rápida será después de 90 ° ATDC en la carrera de potencia de un motor de 4 tiempos de un solo cilindro. 90 ° ATDC es donde el gas de combustión tiene el mayor apalancamiento, pero no la velocidad angular más instantánea.

Un motor siempre tendrá una tasa de desaceleración cuando no haya combustible. Esa tasa de desaceleración todavía está presente para las 3 fases de un ciclo de combustión completo que no agregan potencia. La fase de combustión tiene que acelerar el motor durante ese 1/4 del ciclo al menos tanto como la tasa de desaceleración del resto del ciclo para mantener la velocidad constante. Dado que la tasa de desaceleración siempre depende de la carga, la tasa de aceleración del cilindro durante la fase de combustión variará en función de esa carga. Pondré este pensamiento en una fórmula:

ΔS (rpm) = A_combustión (rpm / s) – D_fricción (rpm / s) – D_pumping (rpm / s) – D_load (rpm / s)

Donde ΔS es el cambio en la velocidad del motor durante un ciclo OTTO, A_combustion es la aceleración que ocurre durante la carrera de potencia, D_friction es la desaceleración debida a la fricción, D_pumping es la desaceleración debido al trabajo de bombeo que se necesita para evacuar y recargar el cilindro ( esto es semi variable con carga), y D_load es la desaceleración debida a la carga en el motor. Para dejar de lado la inercia, debemos asumir que ΔS es cero, pero esto todavía funciona para nuestros propósitos hoy.

Ahora, veamos dos casos para ver qué sucede con los cambios en D_load. Uno es una situación de carga completa. Para que el pistón se acelere durante la fase de combustión, la presión del cilindro en la cámara debe ser mayor que la presión en el cárter. Durante cargas elevadas, la presión en la cámara de combustión a 90 ° ATDC será mucho mayor que la presión en el cárter, lo que significa que el cigüeñal seguirá acelerando más allá de 90 ° ATDC hasta 180 ° ATDC. La velocidad de aceleración será más lenta a medida que la presión disminuya con la expansión y la pérdida de calor, pero el cigüeñal seguirá acelerando.

Durante cargas bajas, el punto más rápido del cigüeñal puede estar un poco antes de 180 ° ATDC porque la tasa de aceleración durante la primera parte de la fase de combustión puede ser lo suficientemente alta como para superar las fuerzas de desaceleración contra el motor, lo que significa que las fuerzas de desaceleración de La carga y la fricción superan las fuerzas de aceleración hacia el fondo de la carrera de combustión.

En resumen, el ángulo del cigüeñal con la velocidad angular más alta depende de la carga del motor. Bajo cargas más bajas, la velocidad angular más alta será anterior debido a menores necesidades de aceleración, mientras que bajo cargas altas, la velocidad angular más alta se acercará a 180 ° ATDC.

Answer 2

Esa suposición se basa en la teoría de que a un ángulo de giro de 90 grados (también conocido como theta según la figura siguiente), el control deslizante y el punto A se mueven en la misma dirección, por lo tanto, dan la máxima velocidad de rotación del cigüeñal para la misma fuerza sobre el pistón . Puede relacionar el ángulo del cigüeñal con la velocidad del control deslizante mediante el siguiente cálculo. Avísame si estabas buscando algo más.

Suponga que l y r son longitudes de la biela AB y la manivela OA respectivamente. Suponga que x es la distancia del pasador del pistón desde su siguiente posición B (para este punto, OA y AB están alineados).
x = (r + l) – (OC + CB) = (r + l) – (r cos θ + l cos φ)
También AC = r sin θ = l sin φ
∴ sin φ = r / l sin θ
también
Al poner (1 – cos φ) en la expresión de x , tendrá lo siguiente
En motores normales, el valor despreciable de r / l es de aproximadamente 0.25 y las potencias superiores de (r / l) tendrán un valor despreciable.
Así,
Velocidad del control deslizante,
dθ / dt = ω (velocidad angular de la manivela)

Así,

V = ω (dx / d θ)
Suponga que la manivela gira a la velocidad angular constante.

Entonces, a partir de la expresión, obtienes el valor de theta para el máximo V.

Gracias 🙂

Answer 3

La forma más fácil en la que puedo pensar es construir un diagrama de fuerza de cuerpo libre sobre el eje del cigüeñal. Sabrá que la velocidad de la manivela será máxima o mínima cuando las fuerzas angulares estén equilibradas, o en otras palabras, el par neto en la manivela es cero y la aceleración de la manivela es cero. La cantidad de cilindros, el orden de disparo, las presiones instantáneas de los cilindros (en cada cilindro), las fuerzas de fricción / pérdidas parásitas podrían entrar en juego aquí, dependiendo del nivel de detalle que esté buscando. Convenientemente, no tendrá que incluir fuerzas de inercia siempre que solo resuelva esta ecuación cuando la aceleración sea cero.

Por otro lado, los efectos de inercia entran en juego si hay un gran volante en la manivela. Un volante amortigua los cambios en la velocidad del cigüeñal, por lo que podría suponer que las velocidades del cigüeñal no varían con el ángulo del cigüeñal si el volante es lo suficientemente grande.

Answer 4

Esto es realmente fácil, la manivela tiene la energía cinética más alta en la parte inferior de la carrera de potencia cuando el gas se ha expandido completamente y el pistón está a velocidad instantánea 0. 180 grados ATDC es la respuesta.

Answer 5

Excelente artículo sobre geometría, velocidad y aceleración de la biela-pistón (CCP) del cigüeñal:
http://www.epi-eng.com/piston_en …

Answer 6

La velocidad angular máxima sería justo antes de 90 ATDC … Digamos alrededor de 80 grados

Answer 7

¿Qué tal si trazamos el diagrama de perfil del cigüeñal y obtenemos la función del ángulo del cigüeñal, luego usamos la integración para obtener el valor máximo y mínimo.