(TIỂU LUẬN) bài tập lớn môn học TÍNH TOÁN ĐỘNG cơ đốt TRONG đề tài KIA SORENTO (d)

ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CƠ CẤU PISTON - KHUỶU TRỤC - THANH TRUYỀN .... Đồ thị công là đồ thị biểu diễn quan hệ hàm số giữa áp suất của MCCT trong xilanh với thể tíchcủa nó khi tiến hành các qu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC: TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Đề Tài: KIA SORENTO (D)

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Điểm:

Tp Hồ Chí Minh, ngày 6 tháng 1 năm

2021 Chữ ký giáo viên hướng dẫn

2

MỤC LỤC

PHẦN 1: SỐ LIỆU BAN ĐẦU 7

I Các Thông Số Cho Trước Của Động Cơ 7

PHẦN 2: TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 8

I CHỌN CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN NHIỆT 8

1 Áp suất không khí nạp: 8

2 Nhiệt độ không khí nạp: 8

3 Áp suất khí nạp trước xuppap nạp: 8

4 Nhiệt độ khí nạp trước xuppap nạp: 8

5 Áp suất cuối quá trình nạp: 8

6 Áp suất khí sót: 8

7 Nhiệt độ khí sót: 8

8 Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới: 8

9 Chọn hệ số nạp thêm: 9

10 Chọn hệ số quét buồng cháy: 9

11 Chọn hệ số hiệu đỉnh tỷ nhiệt: 9

12 Hệ số nhiệt lợi dụng tại điểm z: 9

13 Hệ số nhiệt lợi dụng tại điểm b: 9

14 Chọn hệ số dư lượng không khí: 9

15 Chọn hệ số điền đầy đồ thị công: 9

16 Tỷ số tăng áp: 9

II TÍNH TOÁN NHIỆT 10

1 Quá trình nạp: 10

2 Quá trình nén: 10

3 Quá trình cháy: 11

4 Quá trình giãn nở: 13

4.1 Hệ số giãn nở sớm ρρ: 13

4.2 Hệ số giãn nở sau ρδ: 14

4.3 Chỉ số giãn nở đa biến trung bình ρn2: 14

3

4.4 Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở ρTb :

14 4.5 Áp suất cuối quá trình giãn nở ρPb: 14

4.6 Kiểm nghiệm nhiệt độ khí sót ρTr: 14

5.Tính Toán Các Thông Số Đặc Trưng Của Chu Trình 14

5.1 Áp suất chỉ thị trung bình tính toán: 14

5.2 Áp suất chỉ thị trung bình thực tế 15

5.3 Áp suất tổn thất cơ khí Pm 15

5.4 Áp suất có ích trung bình Pe 15

5.5 Hiệu suất cơ giới 15

5.6 Hiệu suất chỉ thị 15

5.7 Hiệu suất có ích 15

5.8 Tính suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi 15

5.9 Tính suất tiêu hao nhiên liệu ge 15

5.10 Tính toán thông số kết cấu của động cơ 16

6 Vẽ đồ thị công chỉ thị 18

PHẦN 3: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU PISTON - TRỤC KHUỶU - THANH TRUYỀN 25

I ĐỘNG HỌC CỦA PISTON 25

1 Chuyển vị của Piston 26

2 Tốc độ của Piston 26

3 Gia tốc của Piston 26

II ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CƠ CẤU PISTON - KHUỶU TRỤC - THANH TRUYỀN 31

1 Lực khí thể 31

2 Lực quán tính của các chi tiết chuyển động 33

3 Hệ lực tác dụng trên cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền 35

PHẦN 4: BẢN VẼ CÁC ĐỒ THỊ - CODE ĐỒ THỊ 42

I ĐỒ THỊ 42

1 Đồ thị công P-V 42

2 Đồ thị công P-α 43

3 Đồ thị biểu diễn lực N-α 44

4.Đồ thị biểu diễn lực T-α 45

4

5 Đồ thị biểu diễn lực Z-α 46

6 Đồ thị T-Z 47

7 Đồ thị chuyển vị của piston x-α 48

8 Đồ thị vận tốc của piston v-α 49

9 Đồ thị gia tốc của piston j-α 50

II CODE ĐỒ THỊ 51

5

Phân chia công việc

2 Chọn các thông số tính toán

Nguyễn Quang Sựnhiệt

Động cơ: KIA SORENTO 2.2L

PHẦN 1: SỐ LIỆU BAN ĐẦU

I Các Thông Số Cho Trước Của Động Cơ

7

PHẦN 2: TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

I CHỌN CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN NHIỆT

5 Áp suất cuối quá trình nạp:

8 Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới:

Khí nạp mới khi chuyển động trong đường ống nạp vào trong xilanh của động cơ Disel dotiếp xúc với vách nóng lên được sấy nóng lên một trị số nhiệt độ ΔT.T

8

Đối với động cơ Disel thì ∆T = (20 ÷ 40)oK, ta

10 Chọn hệ số quét buồng cháy:

Đối với động cơ Disel tăng áp ta chọn:

11 Chọn hệ số hiệu đỉnh tỷ nhiệt:

12 Hệ số nhiệt lợi dụng tại điểm z:

13 Hệ số nhiệt lợi dụng tại điểm b:

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b phụ thuộc vào tốc độ động cơ và tỷ số nén Khi động cơ hoạt

động ở chế độ toàn tải thì tốc độ động cơ thấp, quá trình cháy rớt giảm nên dẫn đến ρξ b lớn, từ đó ta chọn:

14 Chọn hệ số dư lượng không khí:

Đối với động cơ Disel có buồng cháy dự bị, ρα ρ= ρ(1,7 ρ÷ ρ2,2) , ta chọn

15 Chọn hệ số điền đầy đồ thị công:

Hệ số điền đầy đồ thị công đánh giá phần hao hụt về diện tích của đồ thị công thực tế so với đồ thị công tính toán, có buồng cháy ngăn cách φ d = (0,92 ρ÷0,96) ta chọn :

16 Tỷ số tăng áp:

Tỷ số tăng áp là tỷ số giữa áp suất của hỗn hợp khí trong xi lanh ở cuối quá trình cháy &

= ρ2

9

II TÍNH TOÁN NHIỆT

2.1 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới:

10

Chỉ số nén đa biến trung bình n 1 được xác định một cách gần đúng theo phương trình cân

bằng nhiệt của quá trình nén được biểu thị ở công thức sau đây:

n1 ρ− ρ1 ρ= ρ 19,81 ρ+ ρ 2,097

2.10−3 ρ ρ 382,71 ρ(16 n 1 −1 ρ + ρ1) Giải ra ta được giá trị ρn 1 ρ≈ ρ1,38 ρ∈ ρ(1,34 ρ÷ ρ1,39) thỏa mãn điều kiện n 1

λ: hệ số tăng áp suất khí cháy, lựa chọn sơ bộ ρλ ρ= ρ1,5 ρ÷ ρ2 ρ⟹Chọn ρλ ρ= ρ2

Giải phương trình bậc 2 ta tính được ρT z :

5 Tính Toán Các Thông Số Đặc Trưng Của Chu Trình

5.1 Áp suất chỉ thị trung bình tính toán:

′ ρ = [ ρ ρ ×( ρ ρ−1)+

(1 ρ−

5.6 Hiệu suất chỉ thị

Đối với động cơ dùng nhiên liệu lỏng ta có:

Bảng kết quả tính toán nhiệt động cơ Kia Sorento Diesel

6 λ 2

-16

Đồ thị công là đồ thị biểu diễn quan hệ hàm số giữa áp suất của MCCT trong xilanh với thể tích

của nó khi tiến hành các quá trình nạp-nén-(cháy + giãn nở) và thải trong một chu trình công tác

của động cơ:

Cách xây dựng đồ thị công chỉ thị của động cơ tính toán tiến hành theo các bước dưới đây:

Bước 1: Chọn tọa độ vuông góc

Biểu diễn áp suất khí thể (P) trên trục tung và thể tích khí (V) trên trục hoành

Bước 2: Xác định các điểm đặc biệt của đồ thị công

Điểm a: điểm cuối hành trình nạp có :

Bước 3: Dựng đường cong nén

p z ρV zn2 ρ= ρp xg ρV xg = const

19

Chuyển vị của piston tại α tương ứng:

Thể tích toàn bộ của động cơ tại α tương ứng:

x - chuyển vị của piston tính từ ĐCT theo góc quay trục khuỷu L - chiều dài thanh truyền.

R - bán kính quay của khuỷu trục

α - góc quay của khuỷu trục

β - góc lệch giữa đường tâm thanh truyền và đường tâm xylanh

Gọi λ=R/L chính là thông số kết cấu: (λ = 0,25 ÷ 0,29) Ta chọn: λ = 0,25

1 Chuyển vị của Piston

Áp dụng công thức gần đúng đối với cơ cấu giao tâm, ta có:

Đạo hàm biểu thức vận tốc theo thời gian, ta có công thức gia tốc của piston.

Bảng giá trị chuyển vị, vận tốc và gia tốc của piston theo α với ∈ ρ[ ρ ρ; ρ ρ ρ ρ ρ ρ ρ]

F p : diện tích tiết diện của piston (dm 3 ).

D: đường kính xi lanh động cơ (dm)

F p

Đồ thị ρp kt có thể chuyển từ đồ thị P - ρα với gốc tọa độ lấy tại ρp 0

1.3 Quá trình cháy - giãn nở

Chuyển vị của piston tại α tương ứng:

x = R [(1 – cos α) + ρ λ

ρ (1 – cos 2α)]

x = 4,8 [(1 – cos α) +

0,25 (1 – cos 2α)] (cm)

2 Lực quán tính của các chi tiết chuyển động

2.1 Khối lượng chuyển động của cơ cấu piston - khuỷu trục - thanh truyền

Khối lượng chuyển động của cơ cấu piston - khuỷu trục - thanh truyền chia làm 2 loại :

- Khối lượng chuyển động tịnh tiến của các chi tiết chuyển động tịnh tiến

- Khối lượng chuyển động quay của các chi tiết chuyển động quay

Bảng khối lượng nhóm piston - trục khuỷu - thanh truyền trên một đơn vị diện tích piston

của các động cơ trong thực tế (bảng 2.1)

Bảng 2.1 (trang 23 – Sách Động Cơ Đốt Trong 2 - TS Nguyễn Văn Trạng)

- Khối lượng của nhóm piston

33

Vật liệu chế tạo piston: hợp kim nhôm

- Khối lượng của nhóm thanh truyền

- Khối lượng của trục khuỷu

2.1.1 Khối lượng các chi tiết chuyển động tịnh tiến của động cơ

Trong quá trình chuyển động tịnh tiến lực quán tính, khối lượng các chi tiết chuyển động của

Theo công thực thực nghiệm, khối lượng quy về đầu nhỏ thanh truyền được xác định theo công thức sau:

2.1.2 Khối lượng các chi tiết chuyển động quay của động cơ

Trong quá trình chuyển động quay lực quán tính, khối lượng các chi tiết chuyển động của thanh

Theo công thực thực nghiệm, khối lượng quy về đầu to thanh truyền được xác định theo công thức sau:

mtt : khối lượng của thanh truyền trên một đơn vị diện tích (g/cm2)

2.2 Lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến

Lực quán tính của các khối lượng chuyển động tịnh tiến theo góc α được tính theo công thức (với

R: bán kính quay của trục khuỷu (m)

ω: tốc độ góc của trục khuỷu (rad/s).

λ: thông số kết cấu của động cơ ρλ = 0,25.

2.3 Lực quán tính của khối lượng chuyển động quay

Lực quán tính của khối lượng chuyển động quay tác dụng lác dụng lên đường tâm má khuỷu có

độ lớn:

P k ρ= ρ−m r ρ ρR ρ ρω2 ρ= ρconst

P k ρ= ρ−68(g/cm2) ρ0,048(m) ρ ρ(3803 ρπ)2 10 -5 = ρ−5,1686 (MN/m 2 )

Trong đó:

m r ρ= ρm k ρ+ ρm B ρ, là tổng khối lượng chuyển động tinh tiến (g/cm 2 ).

R: bán kính quay của trục khuỷu (m)

ω: tốc độ góc của trục khuỷu (rad/s).

λ: thông số kết cấu của động cơ ρλ = 0,25.

3 Hệ lực tác dụng trên cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền

35

Hình : Hệ lực tác dụng trên cơ cấu piston – trục khuỷu – thanh truyền giao tâm.

Chú thích:

P 1 - Lực tổng cộng tác dụng lên đỉnh piston.

N - Lực ngang tác dụng lên vách xy lanh có hướng vuông góc với đường tâm xy lanh

Z - Lực pháp tuyến theo đường từ tâm chốt đến tâm cổ khuỷu T - Lực tiếp tuyến vuông góc với lực pháp tuyến

α - góc quay của khuỷu trục

β - góc lệch giữa đường tâm thanh truyền và đường tâm xylanh

Với góc lắc của thanh truyền β được xác định theo góc quay α của trục theo biểu thức sau:sinβ = λ.sin α

sin = 0,25.sin => = arcsin(0,25.sin )

36

Từ hình trên ta có thể dễ dàng tính được các lực lác dụng lên cơ cấu piston – khuỷu trục – thanhtruyền giao tâm như sau:

3.1 Lực tổng cộng tác dụng lên chốt piston

tịnh tiến và lực khí thể Trong quá trình tính toán động lực học các lực này được tính toán trênđơn vị diện tích đỉnh piston:

(sinh ra mômen quay) và lực pháp tuyến Z (gây uốn trục khuỷu) Chúng được tính bằng cácquan hệ sau:

Các kết quả tính ρP kt , ρP j , P 1 , T, N, Z được ghi lại ở bảng dưới đây:

Bảng số liệu tính toán động lực học của cơ cấu piston-trục khuỷu-thanh truyền

PHẦN 4: BẢN VẼ CÁC ĐỒ THỊ - CODE ĐỒ THỊ

I ĐỒ THỊ

1 Đồ thị công P-V

42

2 Đồ thị công

P-43

3 Đồ thị biểu diễn lực

N-44

4.Đồ thị biểu diễn lực

T-45

5 . Đồ thị biểu diễn lực

Z-46

6 Đồ thị T-Z

47

7 Đồ thị chuyển vị của piston

x-48

8 Đồ thị vận tốc của piston

v-49

9 Đồ thị gia tốc của piston

j-50

%phan nen

a3=linspace(180,350,1000);

X3=R*(1-cosd(a3)+lamda*(1-cosd(2.*a3))./4);V3=X3.*Sx+Vc;

p4=interp1(as,ps,a4,'pchip');

% phan bo cong chay - gian no as=[360 365 370];ps=[10 14.5 pz]; a5=linspace(360,370,500); X5=R*(1-cosd(a5)+lamda*(1-cosd(2.*a5))./4);V5=X5.*Sx+Vc; p5=interp1(as,ps,a5,'pchip');

%%%%%%%%%%

52

as=[370 375 380];

ps=[pz 15 11.2];

a6=linspace(370,380,500);

X6=R*(1-cosd(a6)+lamda*(1-cosd(2.*a6))./4);V6=X6.*Sx+Vc;

p6=interp1(as,ps,a6,'pchip');

%phan gian no

a7=linspace(380,490,500);

X7=R*(1-cosd(a7)+lamda*(1-cosd(2.*a7))./4);V7=X7.*Sx+Vc;

p9=interp1(as,ps,a9,'pchip');

%ph7an thai

a10=linspace(572,720,1000);

53

p10=linspace(pr,pr,1000);

%%%%%%%%%%

a=[a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 a8 a9 a10];%do X=[X1X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X10];%m V=[V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8 V9 V10];%m3 p=[p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7 p8 p9 p10];%MN/m2

plot(V,p,'k','linewidth',2); title('DO THI P-V');

title (' DO THI P - PHI ');

xlabel('Goc quay truc khuyu (do)');

title('DO THI CHUYEN VI');

xlabel('Goc quay truc khuyu (do)');

ylabel('Chuyen vi x (m)') ;

figure(4)

Vp=R*((2*pi*n)/60).*(sind(a)+lamda*(sind(2.*a))./2);

54

grid on

title('DO THI VAN TOC PISTON');

xlabel('Goc quay truc khuyu (do)');

ylabel('Van toc v (m/s) ');

figure(5)

J=(R*((2*pi*n)/60)^2).*(cosd(a)+lamda.*cosd(2.*a));%m/s2plot(a,J,'k','linewidth',2);

grid on

title('DO THI GIA TOC PISTON');

xlabel('Goc quay truc khuyu (do)');

title('DO THI LUC NGANG');

xlabel('Goc quay truc khuyu (do)');

title('DO THI VECTO PHU TAI');

P11=Pkt1+Pj1;

A2 = [a3 a4];

P2 = [p3 p4];

Pj2=(-0.0003605*R*((2*pi*n)/60)^2).*(cosd(A2)+1/4.*cosd(2.*A2));Pkt2=P2-0.1;

P12=Pkt2+Pj2;

A3 = [a5 a6 a7 a8];

P3 = [p5 p6 p7 p8];

Pj3=(-0.0003605*R*((2*pi*n)/60)^2).*(cosd(A3)+1/4.*cosd(2.*A3));Pkt3=P3-0.1;

P13=Pkt3+Pj3;

A4 = [a9 a10];

P4 = [p9 p10];

Pj4=(-0.0003605*R*((2*pi*n)/60)^2).*(cosd(A4)+1/4.*cosd(2.*A4));Pkt4=P4-0.1;

P14=Pkt4+Pj4;

T1=P11.*sind(A1+asind(lamda.*sind(A1)))./cosd(asind(lamda.*sind(A1)));T2=P12.*sind(A2+asind(lamda.*sind(A2)))./cosd(asind(lamda.*sind(A2)));T3=P14.*sind(A4+asind(lamda.*sind(A4)))./cosd(asind(lamda.*sind(A4)));

57

title('DO THI MOMEN QUAY TRUC

KHUYU'); xlabel('Goc quay truc khuyu (do)');

ylabel('Mq (MN/m2)');

legend('May1','May2','May3','May4','Tong');

58