HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÀI TẬP LỚN Tính toán động cơ đốt trong Đề tài: Động cơ 1.6L T-GDI trên xe Huyndai Elantra... Nội dung thuyết minh: 2.1 Tính toán nhiệt và xây dựng g
TÍNH TOÁN NHIỆT
CHỌN CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN NHIỆT
1.1.1 Áp suất không khí nạp (P 0 ) Áp suất không khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyển, giá trị po phụ thuộc vào độ cao so với mực nước biển Càng lên cao thì P0 càng giảm do không khí càng loãng, tại độ cao so với mực nước biển:
1.1.2 Nhiệt độ không khí nạp mới (T 0 )
Nhiệt độ không khí nạp mới chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ trung bình của môi trường nơi xe hoạt động Điều này gây khó khăn đối với các xe thiết kế để sử dụng trong vùng có biến thiên nhiệt độ lớn trong ngày, ảnh hưởng đến hiệu suất và độ bền của xe.
Miền Nam nước ta thuộc khi vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình trong ngày có thể chọn là tkk = 29 o C cho khu vực miền Nam, do đó:
1.1.3 Áp suất khí nạp trước xupap nạp (P k )
1.1.4 Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp
1.1.5 Áp suất cuối quá trình nạp (𝑷 𝒂 )
- Trong quá trình tính toán nhiệt, suất cuối quá trình nạp 𝑃𝑎 của động cơ bốn kỳ không tăng áp thường được xác định bằng công thức thực nghiệm:
- Với động cơ bốn kỳ không tăng áp:
- Vậy áp suất cuối quá trình nạp 𝑃 𝑎 = 0,9𝑃 0 = 0,9 x 0,1013 = 0,09 MN/m 2
1.1.6 Chọn áp suất khí sót (𝑷 𝒓 )
- Là một thông số quan trọng đánh giá mức độ thải sạch sản phẩm cháy ra khỏi xilanh động cơ
- Phụ thuộc vào thành phần của hỗn hợp khí, mức độ dãn nở và sự trao đổi nhiệt trong quá trình dãn nở và thải
- Đối với động cơ xăng: 𝑇 𝑟 = (900 ÷ 1000)𝐾
1.1.8 Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới (𝜟𝑻)
Khi khí nạp mới chuyển động trong đường ống nạp vào xi-lanh của động cơ, nó tiếp xúc với các vách nóng, dẫn đến quá trình sấy nóng khí lên một mức nhiệt độ ΔT Quá trình này ảnh hưởng đến nhiệt độ khí đầu vào, góp phần nâng cao hiệu suất hoạt động của động cơ Hiểu rõ về sự thay đổi nhiệt độ của khí nạp giúp tối ưu hóa quá trình đốt cháy và cải thiện hiệu quả vận hành của động cơ.
- Khi tiến hành tính toán nhiệt của động cơ người ta thường chọn trị số ΔT căn cứ vào số liệu thực nghiệm
- Đối với động cơ xăng: ∆T=0 ÷ 20 o C
1.1.9 Chọn hệ số nạp thêm (𝝀 𝟏 )
Hệ số nạp thêm 𝜆₁ phản ánh mối quan hệ giữa lượng khí tăng thêm của hỗn hợp khí công tác sau khi nạp và lượng khí ban đầu chiếm chỗ trong thể tích Vₐ Giá trị của hệ số nạp thêm thường được chọn trong khoảng từ 1,02 đến 1,07 để đảm bảo hiệu quả hoạt động tối ưu của quá trình nạp khí Sử dụng hệ số nạp thêm phù hợp giúp kiểm soát chính xác lượng khí nạp vào hệ thống, nâng cao hiệu suất và độ bền của hỗn hợp khí công tác.
1.1.10 Chọn hệ số quét buồng cháy (𝝀 𝟐 ) Đối với những động cơ không tăng áp do không có quét buồng cháy, chọn 𝜆 2 =1
1.1.11 Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt (𝝀 𝒕 )
Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λₜ phụ thuộc vào thành phần của khí hỗn hợp α và nhiệt độ khí sót Tᵣ Theo kết quả thực nghiệm thống kê, đối với động cơ xăng, hệ số λₜ được chọn là phù hợp để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của động cơ Việc xác định chính xác hệ số này giúp cải thiện quá trình đốt cháy và nâng cao hiệu quả nhiên liệu trong các ứng dụng động cơ xăng.
Hệ số dư lượng không khí α 0,80 1,00 1,20 1,40
Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt 𝜆 𝑡 1,13 1,17 1,14 1,11
- Với động cơ xăng, α = 0,90 => Chọn 𝜆 𝑡 =1,15
1.1.12 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z (𝝃 𝒛 )
- Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z (𝜉 𝑧 ) là thông số biểu thị mức độ lợi dụng nhiệt tại điểm Z (𝜉 𝑧 ) phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ
- Với động cơ xăng, ta chọn 𝜉 𝑧 = 0,8
1.1.13 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (𝝃 𝒃 )
- Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (𝜉 𝑏 ) phụ thuộc vào nhiều yếu tố Khi tốc độ động cơ càng cao, cháy rớt càng tăng, dẫn đến 𝜉 𝑏 nhỏ
- Đối với động cơ xăng, ta chọn 𝜉 𝑏 = 0,90
1.1.14 Hệ số dư lượng không khí (𝜶)
- Hệ số α ảnh hưởng rất lớn đến quá trình cháy
Đối với động cơ đốt trong, việc tính toán nhiệt thường được thực hiện ở chế độ công suất cực đại để đánh giá hiệu suất tối đa của động cơ Hệ số dư lượng không khí cần được chọn trong phạm vi phù hợp theo bảng tiêu chuẩn, đảm bảo quá trình hoạt động ổn định và tối ưu Điều này giúp xác định đúng lượng không khí cần thiết cho quá trình đốt cháy, từ đó nâng cao hiệu quả nhiên liệu và giảm khí thải độc hại Việc lựa chọn hệ số dư lượng không khí phù hợp là yếu tố quan trọng trong thiết kế và vận hành động cơ đốt trong, góp phần tối ưu hóa công suất và tuổi thọ của thiết bị.
1,45÷1,75 1,40÷1,65 1,34÷1,45 1,70÷2,20 Động cơ xăng, ta chọn: 𝛼 = 0,9
1.1.15.Chọn hệ số điền đầy đồ thị công (𝝋 𝒅 )
- Hệ số điền đầy đồ thị công 𝜑 𝑑 đánh giá phần hao hụt về diện tích của đồ thị công thực tế so với đồ thị công tính toán
- Hệ số điền đầy đủ đồ thị 𝜑 𝑑 chọn theo số liệu kinh nghiệm theo bảng sau:
- Là tỷ số giữa áp suất của hỗn hợp khí trong xilanh ở cuối quá trình cháy và quá trình nén:
- Trị số λ thương của động cơ xăng nằm trong phạm vi sau: λ = 3,00 ÷ 4,00
Bảng thông số tự chọn Tên thông số Kí hiệu Giá trị Đơn vị Áp suất không khí nạp 𝑃 𝑜 0,1013 𝑀𝑁/𝑚 2 Áp suất khí nạp trước xupap nạp 𝑃 𝑘 0,1013 𝑀𝑁/𝑚 2
Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp 𝑇 𝑘 302
Hệ số dư lượng không khí 𝛼 0,9 Áp suất cuối kì nạp 𝑃 𝑎 0,09 𝑀𝑁/𝑚 2 Áp suất khí sót 𝑃 𝑟 0,11 MPa
Nhiệt độ khí sót 𝑇 𝑟 950 K Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới ∆𝑇 10 ℃
Hệ số lợi dụng nhiệt tại z 𝜉 𝑧 0,8
Hệ số lợi dụng nhiệt tại b 𝜉 𝑏 0,9
Tỷ số tăng áp suất 𝜆 3,5
Hệ số quét buồng cháy 𝜆 2 1
Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt 𝜆 𝑡 1,15
Chỉ số nén đa biến m 1,5
Hệ số điền đầy đủ đồ thị công 𝜑 𝑑 0,95
TÍNH TOÁN NHIỆT
- Trong đó: m – là chỉ số đa biến trung bình của không khí, chọn m = 1,5
1.2.1.3 Nhiệt độ cuối quá trình nạp (T a )
1.2.2.1 Tỷ lệ mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới
1.2.2.2 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy:
Khi 0,7