MÔN HỌC TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG đề tài TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ TĂNG ÁP SUV

Nhiệt độ không khí nạp trước xupap nạp T k Đối với động cơ bốn kỳ không tăng áp nếu có két làm mát trung gian Tk được xác định bằng công thức: 5.. Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới ∆ T Khí nạ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

- -BÀI TẬP LỚN

MÔN HỌC: TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

TÊN NHÓM: NHÓM 4 TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ TĂNG ÁP SUV

Giáo viên hướng dẫn: PGS Lý Vĩnh Đạt

Sinh viên thực hiện:

TP Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2022

BẢNG ĐÁNH GIÁ THÀNH VIÊN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

MỤC LỤC

I CÁC THÔNG SỐ CHO TRƯỚC CỦA ĐỘNG CƠ 1

II CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN NHIỆT 1

1 Áp suất khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyển P 0 1

2 Nhiệt độ không khí nạp mới T 0 2

3 Áp suất khí nạp trước xupap nạp P k 2

4 Nhiệt độ không khí nạp trước xupap nạp T k 2

5 Áp suất cuối quá trình nạp P a 2

6 Áp suất khí xót P r 2

7 Nhiệt độ khí xót T r 2

8 Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới ∆ T 3

9 Hệ số nạp thêm λ 1 3

10 Hệ số quét buồng cháy λ 2 3

11 Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt λ t 3

12 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξ z 4

13 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξ b 4

14 Hệ số dư lượng không khí α 4

15 Hệ số điền đầy đồ thị công φd 4

16 Chỉ số nén đa biến m 4

17 Tỷ số tăng áp 4

III TÍNH TOÁN NHIỆT 4

1 Quá trình nạp 5

a Hệ số nạp (ηV ) 5

b Hệ số khí sót (γr) 5

c Nhiệt độ cuối quá trình nạp (T a ) 5

2 Quá trình nén 5

a Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới: 5

b Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy: 5

c Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp khí trong quá trình nén: 6

d Tỷ số nén đa biến trung bình (n 1 ): 6

Tính gần đúng theo phương trình cân bằng nhiệt của quà trình nén với giả thiết cho vế trái của phương trình bằng 0 và thay k 1 =n 1 6

e Áp suất quá trình nén 𝑷 C 6

f Nhiệt độ cuối quá trình nén T C 6

3 Tính toán quá trình cháy 6

a Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M O 6

b Lượng khí nạp mới thực tế nạp vào xylanh M 1 7

c Lượng sản vật cháy M 2 7

d Hệ số thay đổi phân tử khí lý thuyết β O 7

e Hệ số thay đổi phân tử khí thực tế β 7

f Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z (β Z ) 7

g Tổn thất nhiệt lượng do cháy không hoàn toàn ∆ QH 7

h Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của môi chất tại điểm Z 7

j Nhiệt độ cuối quá trình cháy 𝑻 z 8

k Áp suất cuối quá trình cháy Pz 8

4 Tính toán quá trình giãn nở 8

a Tỉ số giãn nở đầu 8

b Tỉ số giãn nở sau 8

c Xác định chỉ số giãn nở đa biến trung bình (n 2 ) 8

d Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở Tb 8

e Áp suất cuối quá trình giãn nở Pb 9

f Kiểm nghiệm nhiệt độ khí sót Tr 9

IV Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình 9

1 Áp suất chỉ thị trung bình tính toán( pi') 9

2 Áp suất chỉ thị trung bình thực tế Pi 9

3 Áp suất tổn thất cơ khí Pm 9

4 Áp suất trung bình có ích Pe 9

5 Hiệu suất cơ giới 9

6 Hệ số chỉ thị ηi 10

7 Hiệu suất có ích ηe 10

8 Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi 10

9 Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị ¿ 10

10 Tính toán thông số kết cấu của động cơ 10

a Thể tích công tác một xylanh động cơ 10

b Thể tích buồng cháy Vc 11

c Thể tích toàn bộ Va 11

d Đường kính piston 11

f Hành trình piston 11

11 Bảng kết quả tính toán nhiệt động cơ 11

V Vẽ đồ thị 14

VI Tính toán động lực học cơ cấu piston – trục khủyu – thanh truyền 20

A.Động học của piston 20

1.Chuyển vị piston 20

2.Vận tốc của piston 21

3.Gia tốc của piston 21

B.Động lực học của cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền 21

1.Lực khí thể (Pkt¿ 21

2.Lực quán tính của các chi tiết chuyển động 22

3.Hệ lực tác dụng trên cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền 24

I CÁC THÔNG SỐ CHO TRƯỚC CỦA ĐỘNG CƠ

- Góc phun nhiên liệu sớm: 15 0

II CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN NHIỆT

1 Áp suất khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyển P 0

khí càng loãng, tại độ cao so với mực nước biển:

2 Nhiệt độ không khí nạp mới T 0

Nhiệt độ không khí nạp mới phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ trung bình của môi trường, nơi xe được sử dụng Điều này hết sức khó khăn đối với xe thiết kế để

sử dụng ở những vùng có khoảng biến thiên nhiệt độ trong ngày lớn

Miền Nam nước ta thuộc khu vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình trong ngày

T0 = (tkk + 273)= (29 + 273)= 302K

3 Áp suất khí nạp trước xupap nạp P k

nén tăng áp hoặc trong bơm quét khí P k >P0

4 Nhiệt độ không khí nạp trước xupap nạp T k

Đối với động cơ bốn kỳ không tăng áp nếu có két làm mát trung gian Tk được xác định bằng công thức:

5 Áp suất cuối quá trình nạp P a

𝑃𝑘: áp suất của không khí sau khi nén

α, tốc độ quay n, góc đánh lửa sớm (ở động cơ xăng) hoặc góc phun sớm nhiên liệu(ở động cơ diesel)

Giá trị ε càng cao thì khí cháy càng dãn nở nhiều nên 𝑇r càng thấp Xilanh hỗn hợp thành phần càng phù hợp thì quá trình cháy xảy ra càng nhanh, ít cháy rớt nên

8 Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới ∆ T

Khí nạp mới khi chuyển động trong đường ống nạp vào trong xylanh của động cơ

do tiếp xúc với vách nóng nên được sấy nóng lên một trị số nhiệt độ là ΔT

Khi tiến hành tính toán nhiệt của động cơ người ta thường chọn trị số ΔT căn cứ vào số liệu thực nghiệm

Đông cơ diesel: ΔT = 20÷ 40 độ

10 Hệ số quét buồng cháy λ2

Đối với động cơ Diesel tăng áp:

12 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξ z

ξ z=0,8

13 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξ b

ξ b=0,85

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, tính toán nhiệt thường phải tính ở chế độ công suất cực đại, hệ số dư lượng không khí chọn trong pham vi cho trong bảng sau:

α = 1,7 ( suy ra từ bảng )

15 Hệ số điền đầy đồ thị công φ d

thực tế so với đồ thị công tính toán

φ d=0,92

16 Chỉ số nén đa biến m

m = 1,5

17 Tỷ số tăng áp

Là tỷ số giữa áp suất của hỗn hợp khí trong xilanh ở cuối quá trình cháy và quá

Động cơ diesel: λ = 1,35÷2,40

Chọn: λ = 2

III TÍNH TOÁN NHIỆT

Tính toán nhiệt nhằm xác định các thông số của chu trình lý thuyết và các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của động cơ Đồ thị công chỉ thị của động cơ được xây dựng trên cơ sở các kết quả tính toán nhiệt và là các số liệu cơ bản cho các bước tính toán động lực học và tính toán thiết kế động cơ tiếp theo

b Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy:

Khi α > 1 tính cho động cơ diesel theo công thức sau

c Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp khí trong quá trình nén:

mc v '=mc v +γ r .mc v}} over {1+ {γ} rsub {r} ¿¿

¿19,806+ 0,00492 T+0,00238.(20,828+0,00268 T)

1+0,00238

¿19,808+0,0021 T(a v ' =19,808 ; b2'=0,0021)

d Tỷ số nén đa biến trung bình (n 1 ):

Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: tỷ lệ hóa khí, loại buồng cháy, các thông số kết cấu động cơ, các thông số vận hành gồm phần tải, vòng quay, trạng thái nhiệt…

Tính gần đúng theo phương trình cân bằng nhiệt của quà trình nén với giả thiết cho

3 Tính toán quá trình cháy

a Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M O

M o= 1

21.( C12+ H4 + O32) (kmolkk/kg nl)

Đối với động cơ diesel ta có C=0,87; H=0,126; O=0,004

b Lượng khí nạp mới thực tế nạp vào xylanh M 1

Đối với động cơ diesel:

M1=α M o=1,7.0,4357=0,741 (kmolkk/kg nl)

e Hệ số thay đổi phân tử khí thực tế β

Trong thực tế do ảnh hưởng khí sót còn lại trong xilanh từ chu trình trước nên hệ

số biến đổi phân tử khí thực tế β được xác định theo công thức sau:

h Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của môi chất tại điểm Z

mc vz}} = {{M} rsub {2} left ({x} rsub {z} + {{γ} rsub {r}} over {{β} rsub {0}} right ) overline {m {c} rsub {v} rsup {'}} + {M} rsub {1} left (1- {x} rsub {z} right ) overline {{mc} rsub {v}}} over {{M} rsub {2} left ({x} rsub {z} + {{γ} rsub {r}} over {{β} rsub {0}} right ) + {M} rsub {1} left (1- {x} rsub {z} right )} = {0,772 left ({0,8} over {0,85} + {0,00238} over {1,042} right ) left (19,808+0,0021T right ) +0,741 left (1- {0,8} over {0,85} right ) left (19,806+ {0,00419} over {2} T right )} over {0,772 left ({0,8} over {0,85} + {0,00238} over {1,042} right ) +0,741 left (1- {0,8} over {0,85} right )} ¿¿

¿19,808+0,0021 T z

→a vz '' =19,808 ; b z ''

2 =0,0021

j Nhiệt độ cuối quá trình cháy 𝑻z

Đối với động cơ diesel được tính theo công thức:

+mc ' ' vz:tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình tại điểm Z của sản vật cháy

k Áp suất cuối quá trình cháy P z

Đối với động cơ diesel: P z =λ P c=2.5,562=11,124(MN/m2)

4 Tính toán quá trình giãn nở

M1.(1+γ r) β (T z −T b)+a} rsub {vz} + {{b z

( 0,85−0,8 ) 42530 0,741 ( 1+0.00238 ).1,042.(2460− 2460

IV Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình

1 Áp suất chỉ thị trung bình tính toán( p¿¿i')¿

Là tỷ số giữa phần nhiệt lượng chuyển thành công mà ta thu được và nhiệt lượng

8 Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g i

10 Tính toán thông số kết cấu của động cơ

a Thể tích công tác một xylanh động cơ

Từ momen xoắn yêucầu,tatính được công suất thiết kế N e:

i−số xilanhđộng cơ

n e −số vòng quay động cơ ở côngsuất thiết kế N e −côngsuất thiết kế ,kW

f Hành trình piston

S=(S

D).D=(0.93

0.86).0,898=0,971(dm)

11 Bảng kết quả tính toán nhiệt động cơ

hiệu Giá trị Đơn vị Ghi chú

V Vẽ đồ thị

*Xác định các điểm đặc biệt đồ thị công P-V:

- Điểm a: điểm cuối hành trình hút:

Áp suất P a =0,126(MPa)

Thể tích V a

Vc = V h

(ε−1) = (16−1)0,615 =0,041(lít)

V a =V h +V c=0,615+0,041=0,656(lít)Nhiệt độ T a =369 ° K

- Điểm c: điểm cuối hành trình nén có:

- Điểm b: điểm cuối hành trình dãn nở:

Từ điểm a lên điểm c: là quá trình nén khí trong xilanh bị nén với chỉ số đa

Trong đó: pa, Va – áp suất và thể tích khí tại điểm a

pxn

Từ điểm c lên điểm z’’: xây dựng đường thẳng: có điểm đầu c (Vc; Pc) vàđiểm cuối

z''(V Z'';P Z'') Đường thẳng này sẽ phải đi qua điểm c’’.

Mà điểm z’’ chính là trung điểm đoạn z’z: z '(V c ; p z)=z '(0,041 ;11,124)

z(V z ; p z)=z(0,051455;11,124)

Từ điểm z’’ xuống điểm b’: là quá trình dãn nở khí cháy trong xilanh theo chỉ số

Ta cho giá trị Vxg thay đổi từ Vz tăng đến Vb= Va

Từ điểm b’ về điểm b’’: Điểm đầu là b’ và điểm cuối là b ''(V a ; P b '') .

*Hiệu chỉnh đường cong quá trình nén và cháy trên đồ thị công:

VI Tính toán động lực học cơ cấu piston – trục khủyu – thanh truyền

A Động học của piston

1 Chuyển vị piston

Sơ đồ Động học cơ cấu Piston – Khuỷu trục – Thanh truyền của cơ cấu giao tâmChú thích trên hình 1.21:

X: chuyển vị của piston tính từ ĐCT theo góc quay trục khuỷu

l: chiều dài của thanh truyền

R: bán kính quay trục khuỷu

λ= R

l =0.24 là thông số kết cấu

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

với vị trí ban đầu (ĐCT) Chuyển vị của piston trong xilanh động cơ tính bằngcông thức sau:

X =R [(1−cos (α))+ λ4(1−cos (2α))]

dt =ω v=R ω.¿ (m/s)

v=0,04855.314,16 ¿(m/s)Vận tốc max của piston:

v max =± R ω=±0,04855.314,16=15,25 (m/s)

3 Gia tốc của piston

o hàm bi u th c v n t c theo th i gian, ta có công th c gia t c c a piston

Để xét lực tác dụng lên cơ cấu, trước hết ta xét lực tác dụng lên piston, các lực

Lực khí thể: : P kt=(p kt −p0)⋅ F p=(p kt − p0)⋅ π D4 2

D: đường kính xilanh động cơ

2 Lực quán tính của các chi tiết chuyển động

Lực quán tính được xác định theo công thức sau:

P j =m j J=−m j R ω2.(cosα+ λ cos2α) [MN/m 2 ]

Trong đó:

lượng nhóm piston và thành phần khối lượng quy về đầu nhỏ thanh truyền

J – gia tốc chuyển động của các chi tiết đó (m/s2)

a Khối lượng của cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền

60÷100mm

Động cơ Diesel D=80÷120mm

15÷30 25÷40

Giá trị lớn hơn đối với động cơ có D lớn

dụng cho động

cơ có tỷ số S/D<1

Trục khuỷu, m k (g/cm 2 )

15÷20 10÷20

20÷40 15÷30

Chọn chất liệu Piston là hợp kim nhôm theo đường kính D=89,8mm:

Chọn khối lượng thanh truyền theo đường kính D=89,9mm:

P jI =−m j R ω2cosα – là lực quán tính tịnh tiến cấp I

P jII =−m j R ω2λcos2α –là lựcquán tính tịnhtiến cấp II

c Lực quán tính của khối lượng chuyển động quay

Lực quán tính của khối lượng chuyển động quay tác dụng lác dụng lênđường tâm má khuỷu có độ lớn:

P k =−m r R ω2=−2,017 [ MN

m2 ]

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

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

cos β F p (MN.m)