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

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

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

thành

Đánh giá Trần Lê Xuân

Khương

201455 42

Huỳnh Tấn Long 201450

95

Hoàng Văn Tâm 201456

01

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

MỤC LỤC

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

e Áp suất quá trình nén 𝑷 C 6

I CÁC THÔNG SỐ CHO TRƯỚC CỦA ĐỘNG CƠ

- Môi trường sử dụng động cơ: Bụi nhiều

- Loại động cơ xăng: Động cơ Diesel tăng áp xe SUV

- Công suất thiết kế, Ne (kW): 100 (kW)

- Số vòng quay thiết kế, n (v/ph): 3000 (v/ph)

- Kiểu buồng cháy và phương pháp tạo hỗn hợp: Thống nhất và màng

- Suất tiêu thụ nhiên liệu có ích g e (g/kWh): 250 (g/kW.h)

- Góc mở sớm, đóng muộn xupap nạp: Mở sớm 10 o & đóng muộn 29 o

- Góc mở sớm, đóng muộn xupap thải: Mở sớm 40 o & đóng muộn 32 o

- Chiều dài thanh truyền, L (mm): 205 (mm)

- Khối lượng nhóm piston, m np : 1,15 (kg)

- Khối lượng nhóm thanh truyền, m tt : 2,262 (kg)

II CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN NHIỆT

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

Áp suất không khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyển, giá trị P 0 phụ thuộc vào độ cao so với mực nước biển Càng lên cao thì P 0 càng giảm do không khí càng loãng, tại độ cao so với mực nước biển:

P 0 = 0,1013 MN/m 2

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 có thể chọn là t kk =29 0 C cho khu vực miền Nam, do đó:

T 0 = (t kk + 273)= (29 + 273)= 302K

3 Áp suất khí nạp trước xupap nạp P k

Động cơ bốn kỳ tăng áp P k : là áp suất khí nạp đã được nén sơ cấp trước

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

P k =0,14 MN/m 2

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

5 Áp suất cuối quá trình nạp P a

Đối với động cơ tăng áp: P a = 0,9 P k = 0,126 MPa

𝑃𝑘: áp suất của không khí sau khi nén

6 Áp suất khí xót P r

Là một thông số quan trọng đánh giá mức độ thải sạch sản phẩm cháy

ra khỏi xilanh động cơ

Đối với động cơ Diesel: P r = 0,11 MPa

7 Nhiệt độ khí xót T r

Khi tính toán, người ta thường lấy giá trị 𝑇r ở cuối quá trình thải cưỡng bức

Giá trị của 𝑇r phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như tỷ số nén 𝜀, thành

phần hỗn hợp 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

𝑇r càng giảm.

Nếu góc phun sớm nhiên liệu hoặc đánh lửa sớm quá nhỏ thì quá trình

cháy rớt tăng nên 𝑇r cao.

Giá trị của 𝑇r có thể chọn trong phạm vi sau:

- Động cơ diesel: 𝑇r = 700 ÷ 900

°K Chọn T r = 800°K

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.T.

Khi tiến hành tính toán nhiệt của động cơ người ta thường chọn trị số ΔT.T căn

cứ vào số liệu thực nghiệm.

Đông cơ diesel: ΔT.T = 20÷ 40 độ

→∆T =32 độ

9 Hệ số nạp thêm λ1

Hệ số nạp thêm λ1 biểu thị sự tương quan lượng tăng tương đối của hỗn hợp khí công tác sau khi nạp thêm so với lượng khí công tác chiếm chỗ ở thể tích Va.

Hệ số nạp thêm chọn trong giới hạn λ1 = 1,02 ÷ 1,07.

→ λ1 =1 , 06

10 Hệ số quét buồng cháy λ2

Đối với động cơ Diesel tăng áp:

Chọn λ2=0,1

Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λ t phụ thuộc vào thành phần của khí hỗn hợp α và nhiệt độ khí sót T t

Động cơ Diesel có α=1,5÷1,8; chọn λ t =1,11

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.

ξ z=0,8

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.

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 )

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.

φd 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 trình nén: λ = 𝑃Z 𝑃c (2.8) Trị số λ thường nằm trong phạm vi sau: 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

k a ⌊ ε

a P

(0,126

a P

m r

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

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

V

(

a P

.10−

c

c

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

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

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 vế trái của phương trình bằng 0 và thay k 1 =n 1

3 Tính toán quá trình cháy

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

M = 1

.( C + H + O ) (kmolkk/kg nl)

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

O=0,004 Thay vào công thức trên ta được M 0

=0,4357 (kmol kk)

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

Đối với động cơ diesel:

M 1 =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:

β=1+ β O−1

=1+ 1,042 − 1

=1,042 1+ γrr 1+ 0,00238

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

j Nhiệt độ cuối quá trình cháy 𝑻z

Đối với động cơ diesel được tính theo công thức:

ξ z Q H

+ (mc ' + 8,314 λ) T =β (mc ' '+8,314 ).T

v

+mc ' ' :tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình tại

điểm Z của sản vật cháy

z+8,314 ) T z

k Áp suất cuối quá trình cháy P z

Đối với động cơ diesel: P z =λ P

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 mà nhiên liệu tỏa ra khi đốt cháy 1kg nhiên liệu dạng lỏng hay 1 m 3

nhiên liệu ở dạng khí.

ηV =8,314 M 1 P e T k

i QH ηV v , Pk

=1,309

10. Tính toán thông số kết cấu của động cơ

a Thể tích công tác một xylanh động cơ

π

42. P m MN/m 2 0,183

Giá trị

Đ ơ n v ị

- Điểm c: điểm cuối hành trình nén

Nhiệt độ T r =767 K

*Dựng các đường quá trình:

n V

)1,366

Trong đó: p a , V a – áp suất và thể tích khí tại điểm a.

p xn ,V x – áp suất và thể tích khí tại một điểm bất kỳ trên đường cong nén.

Bằng cách cho các giá trị V x đi từ V a đến V c ta lần lượt xác định được các giá

Đường thẳng này sẽ phải đi qua điểm c’’.

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

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

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

số dãn nở đa biến n 2, từ phương trình:

Ta cho giá trị V xg thay đổi từ V z tăng đến V b = V a

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

Điểm b’’

1

chính là trung điểm đoạn ab : b (V b ; P

b )=b (0,615 ; 0,428 )

a (V a ; P a ) =a (0,656 ; 0,126 )

Từ điểm r quay về a: đi qua điểm uốn r ' (0,041; 0,11)

} = {{P} rsub {b} - {P} rsub {a}} over {2 ¿

b

⬄ P ”= 0,428 − 0,126

P

680 143.5207 0.11

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 tâm Chú 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

α : Góc quay của trục khuỷu

β: Góc lệch giữa đường tâm thanh truyền và đường tâm xy lanh

λ= R =0.24 là thông số kết cấu

l

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

Khi trục khuỷu quay một góc α thì piston dịch chuyển được một khoảng X

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

X =R [( 1−cos ( α ) ) + λ ( 1−cos (2 α ) )]

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

3. Gia tốc của piston

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

π D2

Lực khí thể: : P kt= ( p kt −p0 )⋅ F p= ( p kt − p0 ) ⋅ 4

p 0 = 0,1013 (MPa): áp suất khí quyển

p kt (MPa): áp suất trong xilanh động cơ

D: đường kính xilanh động cơ

Tuy nhiên trong quá trình tính toán thì p kt thường được tính theo đơn vị diện tích

2. Lực quán tính của các chi tiết chuyển động

Lực quán tính được xác định theo công thức sau:

P =m J =−m R ω2 ( cosα + λ cos 2 α ) [MN/mMN/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/

s 2 ) R là bán kính quay của trục khuỷu (m )

a Khối lượng của cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền

D=

60÷100mm

Động cơ Diesel D=80÷120 mm

Chú ý

lớn hơn đối với động cơ

có D lớn

8÷1 5 15÷

25

15÷

30 25÷

40

sử dụng cho động cơ có tỷ

𝑚np = 16,8375(g/cm2)

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

j j

jI jII

P =−m R ω2 cos α – là lực quán tính tịnh tiến cấp I

P =−m Rω2 λcos 2 α – là lựcquántính 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 lên đường tâm má khuỷu có độ lớn:

P =−m Rω2=−2,017 [ MN ]

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

Tổng hợp lực P Σ tác dụng lên chốt piston bao gồm lực quán tính của khối

lượng 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:

P1 R sin (α + β )

F

(MN.m)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

MÔN HỌC: TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

BẢNG ĐÁNH GIÁ THÀNH VIÊN

MỤC LỤC

I CÁC THÔNG SỐ CHO TRƯỚC CỦA ĐỘNG CƠ

II CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN NHIỆT

1 Áp suất khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyển P0

2 Nhiệt độ không khí nạp mới T0

3 Áp suất khí nạp trước xupap nạp Pk

4 Nhiệt độ không khí nạp trước xupap nạp Tk

5 Áp suất cuối quá trình nạp Pa

12 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξ z

13 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξb

14 Hệ số dư lượng không khí α

15 Hệ số điền đầy đồ thị công φd

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

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

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

d Tỷ số nén đa biến trung bình (n1):

e Áp suất quá trình nén C

f Nhiệt độ cuối quá trình nén TC

3 Tính toán quá trình cháy

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

b Lượng khí nạp mới thực tế nạp vào xylanh M1

c Lượng sản vật cháy M2

d Hệ số thay đổi phân tử khí lý thuyết βO

e Hệ số thay đổi phân tử khí thực tế β

f Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z (βZ)

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

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

j Nhiệt độ cuối quá trình cháy z

k Áp suất cuối quá trình cháy Pz

4 Tính toán quá trình giãn nở

a Tỉ số giãn nở đầu

b Tỉ số giãn nở sau

c Xác định chỉ số giãn nở đa biến trung bình (n2)

d Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở Tb

e Áp suất cuối quá trình giãn nở Pb

f Kiểm nghiệm nhiệt độ khí sót T r

IV Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình

7 Hiệu suất có ích ηie

8 Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi

9 Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị ge

10 Tính toán thông số kết cấu của động cơ

3 Gia tốc của piston

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

2 Lực quán tính của các chi tiết chuyển động

a Khối lượng của cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền

b Lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến

c Lực quán tính của khối lượng chuyển động quay

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