BÀI tập lớn môn học TÍNH TOÁN ĐỘNG cơ đốt TRONG TÍNH TOÁN ĐỘNG cơ TĂNG áp SUV

CÁC THÔNG SỐ CHO TRƯỚC CỦA ĐỘNG CƠ- Loại động cơ xăng: Động cơ Diesel tăng áp xe SUV Công suất thiết kế, Ne kW: Momen xoắn cực đại T N.m Kiểu buồng cháy và phương pháp tạo hỗn hợp: Kiểu

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:

Trần Lê Xuân Khương Huỳnh Tấn Long

MSSV: 20145542 MSSV: 20145095

Hoàng Văn Tâm

TP Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2022

BẢNG ĐÁNH GIÁ THÀNH VIÊN

Tốt Trần Lê Xuân Khương

Huỳnh Tấn Long

Hoàng Văn Tâm

20145542 20145095 20145601

100%

100%

100%

Tốt Tốt

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 2 3 4 5 6 7 8 9 1 1 1 1 1 1 1 1 Áp suất khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyển P 0 1

Nhiệt độ không khí nạp mới T 0 2

Áp suất khí nạp trước xupap nạp P k 2

Nhiệt độ không khí nạp trước xupap nạp T k 2

Áp suất cuối quá trình nạp P a 2

Áp suất khí xót P r 2

Nhiệt độ khí xót T r 2

∆ T Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới 3

Hệ số nạp thêmλ 1 3

0 Hệ số quét buồng cháy 1 Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt 2 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z 3 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b λ 2 3

λ t 3

ξ z 4

ξ b 4

4 Hệ số dư lượng không khí α 4

5 Hệ số điền đầy đồ thị côngφdd 4

6 Chỉ số nén đa biến m 4

7 Tỷ số tăng áp 4

III TÍNH TOÁN NHIỆT 4

1 Quá trình nạp 5

a Hệ số nạp ( ηVV ) 5

b Hệ số khí sót (γrr) 5

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

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

2 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 =n 6 1 1 e Áp suất quá trình nén 푷 C 6

f Nhiệt độ cuối quá trình nén T C 6

.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 푷 z 8

k Áp suất cuối quá trình cháy Pz 8

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

3 4 IV Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình 9

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 Áp suất chỉ thị trung bình tnh toán ( pi') 9

Áp suất chỉ thị trung bình thực tếPi 9

Áp suất tổn thất cơ khíPm 9

Pe 9

Áp suất trung bình có ích Hiệu suất cơ giới 9

Hệ số chỉ thịηVi 10

Hiệu suất có íchηVe 10

Suất têu hao nhiên liệu chỉ thịgi 10

¿ Suất têu hao nhiên liệu chỉ thị .10

0 Tính toán thông số kết cấu của động cơ 10

a Thể tch công tác một xylanh động cơ 10

b Thể tch buồng cháy c Thể tch toàn bộ Vc 11

Va 11

d Đường kính piston 11

f Hành trình piston 11

1 Bảng kết quả tnh toán nhiệt động cơ 11

1 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 2 3 Chuyển vị piston 20

.Vận tốc của piston 21

.Gia tốc của piston 21

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

1 2 3 Lực khí thể (Pkt ¿ 21

.Lực quán tnh của các chi tết chuyển động 22

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

I CÁC THÔNG SỐ CHO TRƯỚC CỦA ĐỘNG CƠ

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

Công suất thiết kế, Ne (kW):

Momen xoắn cực đại T (N.m)

Kiểu buồng cháy và phương pháp tạo hỗn hợp:

Kiểu làm mát:

Thống nhất và màng Làm mát bằng nước

250 (g/kW.h)

Suất tiêu thụ nhiên liệu có ích ge (g/kWh):

Góc mở sớm, đóng muộn xupap nạp:

Góc mở sớm, đóng muộn xupap thải:

Chiều dài thanh truyền, L (mm):

Khối lượng nhóm piston, mnp:

Khối lượng nhóm thanh truyền, mtt:

Góc phun nhiên liệu sớm:

205 (mm) 1,15 (kg) 2,262 (kg)

150

II CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN NHIỆT

Áp suất không khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyển, giá trị P0 phụ

1

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:

P0 = 0,1013 MN/m2

2 Nhiệt độ không khí nạp mới T0

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 tkk=290

C cho khu vực miền Nam, do đó:

T = (t + 273)= (29 + 273)= 302K0 kk

Động cơ bốn kỳ tăng áp Pk: là áp suất khí nạp đã được nén sơ cấp trước trong máy nén tăng áp hoặc trong bơm quét khí Pk > P0

Pk=0,14 MN/m2

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

m−1 m

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

푷푷: áp suất của không khí sau khi nén

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

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

Đối với động cơ Diesel tăng áp:

12 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z ξ

z

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z (ξZ) là thông số biểu thị mức độ lợi dụng nhiệt tại điểm Z (ξZ) phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ.

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (ξb) phụ thuộc vào nhiều yếu tố Khi tốc độ động cơ càng cao, cháy rớt càng tăng, dẫn đến ξb nhỏ.

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 φd đánh giá phần hao hụt về diện tích của đồ thị công thực tế so với đồ thị công tính toán.

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

a

Pr

1,5 − 1 1,5

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

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

1,634

α

1 2

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

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 k1=n1

3 Tính toán quá trình cháy

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

Thay vào công thức trên ta được M0 =0,4357 (kmol kk)

Đối với động cơ diesel:

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:

j Nhiệt độ cuối quá trình cháy 푷z

Đối với động cơ diesel được tính theo công thức:

k Áp suất cuối quá trình cháy Pz

Đối với động cơ diesel: P =λ P =2.5,562=11,124 (MN/m )2

16 1,255

IV Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình

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

8 Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi

10 Tính toán thông số kết cấu của động cơ

a Thể tích công tác một xylanh động cơ

i−số xilanhđộng cơ

f Hành trình piston

S

D

0.93 0.86

Giá trị

3000 200 62,8 16

205 1,15 2,262 302 32

0,85 0,8

0,741 0,772 1,042 1,042 1,039 0

T T T T

2460 1206 0,1013 0,126 0,11

K K

2 2 2 2 2 2 2 2 2

5,562 11,124 0,428 1,204 0,183 1,021

0,177 0,22

kg/kW.h kg/kW.h

ge

dm dm

3 3 3

0,615 0,041 0,656 0,898 0,971

h

V V

c a

D S

dm dm

Độ Độ Độ Độ Độ

Trước ĐCT Trước ĐCT Sau ĐCD Trước ĐCD Sau ĐCT

V Vẽ đồ thị

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

Điểm a: điểm cuối hành trình hút:

Áp suất Pa= 0,126(MPa)

-Thể tích Va

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

biến n1,

từ phương trình:

n 1

V V

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

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

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

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

Mà điểm z’’ chính là trung điểm đoạn z’z: z'

z c

z z

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

dãn nở đa biến n từ phương trình:2,

(0,041;0,11)

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

 (P ” - P ) = (P ’-Pc)

1 3

ĐỒ THỊ P-V

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

R

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:

λ

4

X =R 1−cos( (α) )+ (1−cos(2 α))

0,24 4

3 Gia tốc của piston

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

p0 = 0,1013 (MPa): áp suất khí quyển

pkt (MPa): áp suất trong xilanh động cơ

D: đường kính xilanh động cơ

Tuy nhiên trong quá trình tính toán thì pkt thường được tính theo đơn vị diện

Lực quán tính của các chi tiết chuyển động

Lực quán tính được xác định theo công thức sau:

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

Nhóm chi tết Động cơ xăng D= Động cơ Diesel Chú ý

60÷100mm

D=80÷120mm

hơn đối vơiđộng cơ có Dlơn

•

•

Hợp kim nhômHợp kim gang

25÷4015÷25

20÷4015÷30

S/D<110÷20

Khi đó thành phần khối lượng quy về đầu nhỏ thanh truyền (mA) và đầu to thanh truyền (mB) được tính như sau:

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:

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:

MN

m2

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

Tổng hợp lực PΣ 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: