Đồ án môn học động cơ đốt trong đề tài tính toán nhiệt và động học của động cơ đốt trong của xe peugeot 5008

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO  ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Nhóm SVTH 1 Nguyễn Công Trạng 2 Lê Thành Vinh 20145657 3 Nguyễn Tuấn Tùng GVHD TS Lý Vĩnh Đạt[.]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT

LƯỢNG CAO



ĐỒ ÁN MÔN HỌC

ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Nhóm SVTH :

1 Nguyễn Công Trạng

2 Lê Thành Vinh 20145657

3 Nguyễn Tuấn Tùng

GVHD : TS Lý Vĩnh Đạt

Ngành : Công nghệ kỹ thuật ô tô

Tp Hồ Chí MINH, ngày 22 tháng 12 năm 2022

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP-TỰ DO-HẠNH PHÚC

*******

NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI:

Họ và tên các sinh viên : Nguyễn Công Trạng MSSV:

Lê Thành Vinh 20145657

Nguyễn Tuấn Tùng

Giảng viên hướng dẫn : TS Lý Vĩnh Đạt

Khoa: Chất Lượng Cao

1 Tên đề tài: Tính toán nhiệt và động học của động cơ đốt trong của xe PEUGEOT 5008

2 Các số lệu ban đầu :

-Loại động cơ: Diesel Số kì :4

-Công suất :88.2kw Số xy lanh :4

-Tỉ số nén : 17 Hệ số lượng dư không khí 1,45

-Số vòng quay : 3500(v⁄ph ) Làm mát bằng nước

3 Nội dung thực hiện đề tài

- Tính toán nhiệt , tính toán động học và động lực học của cơ cấu piston – trục khuỷu – thanh truyền

- Bản vẽ đồ thị công chỉ thị P-V

- Bản vẽ đồ thị P-φ, Pj, P1

- Bản vẽ đồ thị quảng đường Sp, vận tốc Vp, gia tốc Jp của piston

- Bản vẽ đồ thị ,

- Đồ thị tải tác dụng lên chốt khuỷu (T-Z)

LỜI CẢM ƠN

Sau những ngày nỗ lực thực hiện báo cáo Đồ Án Môn Học đã phần nào hoàn thành

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy TS Lý Vĩnh Đạt đã tận tình hướng dẫn

giúp đỡ tụi em trong suốt quá trình thực hiện đề tài và em xin chan thành cảm ơn thầy cô giáo trong khoa đã giúp chúng em hoàn thành tốt nhiệm vụ của mình Do kiến thức hạn chế , nhiều điều còn mới mẻ nên trong suốt quá trình báo cáo không thể tránh khỏi những sai sót ,chúng em xin kính mong sự chỉ bảo tận tình của thầy

cô giáo để chúng em có thể hoàn thành tốt hơn nữa nhiệm vụ của mình

Cuối cùng, chúng em xin kính chúc các thầy cô luôn luôn khỏe mạnh và ngày càng thành công hơn trên con đường giảng dạy của mình

Xin trân trọng cảm ơn!

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 12 năm 2022

Sinh viên thực hiện Sinh viên thực hiện

2.1 Các thông số cho trước của động cơ

- Kiểu, loại động cơ (động cơ xăng, động cơ diesel ): động cơ Diesel (1,6 BlueHDI (120))

- số kỳ 𝜏 : 4

- Số xilanh, i và cách bố trí các xilanh: 4 xylanh, bố trí inline

- Đường kính xilanh, D(mm): 75mm

- Hành trình piston, S (mm): 88,3mm

- Công suất thiết kế, 𝑁𝑒 (kW): 88.2 kw

- Số vòng quay thiết kế, n (v/ph): 3500(v/ph)

- Tỷ số nén 𝜀 :17

- Kiểu buồng cháy và phương pháp tạo hỗn hợp:

+ Buồng đốt xoáy lốc

+ Phương pháp hỗn hợp Diesel commonrail, turbochager

- Kiểu làm mát: intercooler

- Suất tiêu thụ nhiên liệu có ích, g𝑒(g/Kw.h)

- Góc mở sớm và đóng muộn của xupáp nạp và thải

- Chiều dài thanh truyền, L (mm): 98,47mm

- Khối lượng nhóm piston,m𝑛𝑝 (kg):

- Khối lượng nhóm thanh truyền,m𝑡𝑡 (kg):

❖ Xác định cao tốc động cơ

Tính cao t c ng c ố độ ơ được xác nh theo t c trung bình c a piston, (đị ố độ ủ 𝑉p):

V p = S×n30 =88.3×1030−3× 3500=10.302 (m/s)

=> ng c cao t c có:Độ ơ ố 𝑉𝑝 9≥ 𝑚/𝑠

2.2.1 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 po càng giảm do không khí càng loãng, tại

độ cao so với mực nước biển:

p0 = 0.1 MN/𝑚2

2.2.2 Nhiệt độ không khí nạp mới (𝐓 0 ).

Miền Nam nước ta thuộc khi vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình trong ngày có thể chọn

là

tkk = 310C cho khu vực miền Nam, do đó:

T0 = (29 + 273)= 302K

2.2.3 Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp (𝐩 k )

Động cơ bốn kỳ : 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 =0.2 (MN/m2)

2.2.4 Nhiệt độ khí nạp trước xuppap nạp (𝐓 k )

i v i ng c b n k không t ng áp n u có két làm mát trung gian T

nh b ng công th c:

P0)

m−1

m −∆ T m=324.48122(K)

Trong đó:

m: chỉ số nén đa biến trung bình của khí nén, phụ thuộc vào loại máy nén (m = 1,5÷1,65), thông thường hiện nay chọn 1,45

ΔTm - chênh lệch nhiệt độ của không khí trước và sau két làm mát

2.2.5 Áp suất cuối quá trình nạp (𝐏 a )

Đối với động cơ tăng áp:

𝑃a = (0.88 ÷ 0.98) 𝑃k (MN/𝑚2)

Pk : áp suất của không khí sau khi nén

Khi ki m nghi m ng c có s n, giá tr c a ể ệ độ ơ ẵ ị ủ 𝑃k ã đ được bi t tr c, khi thi t k thìế ướ ế ế

ph i ch n ả ọ 𝑃k =0.2 (MN/m2)

=>Pa = 0.9 𝑃k =0.18 (MN/m2)

2.2.6 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 Tương tự như áp suất cuối quá trình nạp 𝑃𝑎, áp suất khí sót 𝑃𝑟 được xác định

bằng quan hệ sau:

𝑃𝑟 = 𝑃𝑡 + ∆ℎ 𝑃𝑟 Đối với động cơ diesel chọn:

𝑃r = (0,106 ÷ 0,115) (Mpa)

Chọn Pr = 0,106 (Mpa)

2.2.7 Nhiệt độ khí sót (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 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 𝑇r = 8000K

2.2.8 Độ tăng nhiệt độ khi nạp mới

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

Chọn ΔT = 250C

2.2.9 Chọn hệ số nạp thêm λ 1

Hệ số nạp thêm λ 1 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 λ 1 = 1,05

2.2.10 Chọn hệ số quét buồng cháy λ 2

Động cơ tăng áp (có quét buồng cháy) chọn 𝜆2 = 0.2

2.2.11 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 thực nghiệm thống kê đối với động cơ xăng λt được chọn:

Hệ số dư lượng không khí

α

0,80 1,00 1,20 1,40

Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λt 1,13 1,17 1,14 1,11

Thông thường khi tính cho:

Động cơ Diesel có α=1,25÷1,4; chọn λt=1,11

2.2.12 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

Chọn ξz = 0.7

2.2.13 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (ξb)

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

Chọn ξb = 0.9

2.2.14 Hệ số dư lượng không khí α

H s nh h ng r t l n n quá trình cháy: i v i ng c t trong, tính toánệ ố α ả ưở ấ ớ đế Đố ớ độ ơ đố nhi t th ng ph i tính ch công su t c c i.ệ ườ ả ở ế độ ấ ự đạ

H s d l ng không khí ch nệ ố ư ượ ọ α = 1.45

2.2.15 Chọn hệ số điền đầy đồ thị công φ d

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

Chọn φ d = 0.93

2.2.16 Tỷ số tăng áp λ

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

λ = 𝑃𝑧.𝑃𝑐

ng c diesel: ch n = 1,8

2.3 Tính toán nhiệt

Tính toán nhi t nh m xác nh các thông s c a chu trình lý thuy t và các ch tiêuệ ằ đị ố ủ ế ỉ kinh t - k thu t c a ng c th công ch th c a ng c ế ỹ ậ ủ độ ơ Đồ ị ỉ ị ủ độ ơ được xây d ng trên c ự ơ

s các k t qu tính toán nhi t và là các s li u c b n cho các b c tính toán ng l c ở ế ả ệ ố ệ ơ ả ướ độ ự

h c và tính toán thi t k ng c ti p theoọ ế ế độ ơ ế

2.3.1 Quá trình nạp

2.3.1.1 Hệ số nạp (𝛈𝐯)

P a

P k ×[ε λ1−λ t λ2(P r

P a)1

m]

¿ 1

0.18 ) 1

1.45]

¿ 0.92419

Trong ó m là ch s giãn n a bi n trung bình c a khí sót m =1,45÷1,5 đ ỉ ố ở đ ế ủ

=> Ch n m=1.ọ 45

2.3.1.2 Hệ số khí sót (γ r )

(ε−1)η v ×

P r

T k=(17−1)× 0.924190.2 × 0.1060.2 ×324.48122800 =0.0029075

2.3.1.3 Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta

(T k +∆ T)+ λ t γ r T r(P a

P r) (m−1

m )

1+γ r

¿

(324.48122+25)+1.11 × 0.0029075× 750( 0.18

0.106)(1.45−11.45 )

K

2.3.2 Quá trình nén

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

m c v =a v + b2T=19.806+ 0.004192 T (kJ/kmol0K)

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

- Khi > 1 tính cho ng c diesel theo công th c sau:α độ ơ ứ

mc ' ' v=(19.867+ 1.634

2(427.38+ 184.36

a )10 −5T=(19.867+ 1.634

1.4 )+1

2(427.38+184.36

2.3.2.3Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp khí trong quá trình nén:

1+γ r

¿19.806+ 0.004192 T +1.4×(21.04314286+0.002806042T)

1+1.4

¿20.51436735+0.002503585 T=a' v+b' v

2 T

2.3.2.4 Tỷ số nén đa biến trung bình n 1 :

Ch s nén a bi n trung bình ph thu c vào r t nhi u y u t nh : t l hóa khí,ỉ ố đ ế ụ ộ ấ ề ế ố ư ỷ ệ

lo i bu ng cháy, các thông s k t c u ng c , các thông s v n hành g m ph n t i, ạ ồ ố ế ấ độ ơ ố ậ ồ ầ ả vòng quay, tr ng thái nhi t…ạ ệ

Ch s nén a bi n trung bình xác nh g n úng theo ph ng trình cân b ng nhi tỉ ố đ ế đị ầ đ ươ ằ ệ

c a quá trình nén, v i gi thi t quá trình nén là quá trình o n nhi t nên cho v trái c aủ ớ ả ế đ ạ ệ ế ủ

ph ng trình này b ng 0 và thay k1 = n1 ta có:ươ ằ

a v '+b v '

2 .T a (ε n1 −1 +1)=¿n1=1.35

2.3.2.5 Áp suất quá trình nén

P c =P a .ε n1=0.18 ×171.3478= ¿8.2485 MN/m2

2.3.2.6 Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc

T c =T a .ε n1 −1=351.5022 ×171.3478−1 =947.5131 K

2.3.3 Quá trình cháy

2.3.3.1 Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu Mo

21×(C

12+ H4− O32)(kmol kk

Trong ó: C, H, O là thành ph n carbon, hydro, oxy, tính theo kh i l ng có trongđ ầ ố ượ 1kg nhiên li u l ng tham kh o b ng:ệ ỏ ả ả

Đặc tính nhiên liệu lỏng dùng cho động cơ

Nhiên liệu

Thành phần trong 1 kg nhiên liệu (kg) Khối lượng phân tử(kg/mol) Nhiệt trịthấp,𝑸

h C H O (KJ/kg)

Xăng ô tô 0,855 0,145 - 110-120 43960

Thay các s li u vào công th c trên ta tính ố ệ ứ được:

- L ng không khí lý thuy t c n thi t t cháy 1kg d u diesel: ượ ế ầ ế để đố ầ

0.21×( C

12+ H4 − O32)= 1

0.21×(0.87

12 + 0.1264 − 0.00432 )=0.494642 (𝑘𝑚𝑜𝑙.𝑘𝑘/gnl)

2.3.3.2 Lượng khí nạp mới thực tế nạp vào xylanh M𝟏

i v i ng c diesel:

M1=α M0=1.45 × 0.494642=0.717232143 (kmol kk /kg.nl)

2.3.3.3 Lượng sản vật cháy M2

𝛼 > 1 M2 được tính theo công th c sau:ứ

M2= O32+ H4 +α M0= 0.00432 + 0.1264 +1.45 ×0.494642=0.748857143 (kmol SCV/kg nl)

2.3.3.4 Hệ số biến đổi phân tử khí lý thuyết β 0

β0=M M2

1 = 0.748850.71723=1.044 (kmol SCV/kg nl)

2.3.3.5 Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế β

Trong th c t do nh h ng khí sót còn l i trong xilanh t chu trình tr c nên hự ế ả ưở ạ ừ ướ ệ

s bi n i phân t khí th c t ố ế đổ ử ự ế β được xác nh theo công th c sau:đị ứ

β= β 1+γ0+γ r

r =1.044 +0.0028221+0.002822 =1.043969

2.3.3.6 Hệ số biến đổi phân tử khí tại điểm z:

1+γ r × ξ z

ξ b=1+ 1.044−1

1+0.002822× 0.70.9=1.034198115

ξ b=0.77777778

2.3.3.7 Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn

i v i ng c Diesel vì

Đố ớ độ ơ 𝛼 > 1, thì 𝛥𝑄𝐻 = 0

2.6.3.8 Tỷ nhiệt mol đẳng tính trung bình của môi chất tại điểm Z

M2(X z+β γ r

0).mc v ' + M1(1− X z).mc v

M2(X z+γ r

β0)+ M1(1− X z)

2.3.3.9 Nhiệt độ cuối quá trình cháy 𝐓𝐳

ξ z Q H

M1(1+γ r)+(m c' v +8.314 λ)T c =β z m c' ' pz T z

Trong đó :

QH – Nhiệt trị của diesel QH = 42500(kJ/kg nhiên liệu)

2 T z

λ là hệ số tăng áp khi cháy, lựa chọn sơ bộ λ=1.8

Xác định tỷ nhiệt mol đẳng tính trung bình tại điểm z bằng công thức :

β0(X z+ γ r

β0) mc v '+(1− X z).mc v

β0(X z+ γ r

β0)+(1− X z)

=a' ' vz+b' ' vz

2 T z=

1.044 ×(0.7778+ 0.0028221.044 )×(20.514+0.0025 T)+(1−0.7778)×(19.806+ 0.004192 T )

1.044 ×(0.778+ 0.0028221.044 )+(1−0.7778)

=20.3625861+0.00241603841T z

Do đó :

M1(1+γ r)+(mc '

v +8.314 λ)T c =β z mc ''

pz T z

0.71723×(1+0.002 92)+(20.5143+0.0025 T z +8.314 ×1.8)×985.6475

=> T z= ¿2274.24 K

2.3.3.10 Áp suất cuối quá trình cháy 𝐏𝐳

Đối với động cơ diesel :

P z =λ× P c = 14.8474 MN/m2

2.3.4 Quá trình giãn nở

2.3.4.1 Tỷ số giãn nở đầu

ρ= β λ z × T T z

c= ¿1.37905

2.3.4.2 Tỷ số giãn nở sau

δ= ε ρ = 12.3273

2.3.4.3 Xác định chỉ số giãn nở đa biến trung bình

(ξ b −ξ z)Q H

''

VZ+b '' z

2 (T z +T b)

(ξ b −ξ z)Q H

δ(n2 −1 ))+a ' ' VZ+b '' z

2 (T z+ T z

δ(n2 −1 ))= (ξ b −ξ z)Q H 8.314

δ(n2 −1 ))+a ' ' VZ+b ' ' z

2 (T z+ T z

δ(n2 −1 ))

2.3.4.4 Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở Tb

- i v i ng c diesel:Đố ớ độ ơ

δ (n2 −1) = 1381.331K

2.3.4.5 Áp suất cuối quá trình giãn nở Pb

- i v i ng c diesel:Đố ớ độ ơ

δ n2 = 0.73155 MN/m2

2.3.4.6 Kiểm nghiệm nhiệt độ khí sót Tr

T r =T b(P r

P b)

m−1

m = 758.4685

2.3.4.7 Sai số khí sót

T r <10%

T rtt −T rkn

758.46850×100=5.1914(%)<10%

+ ∆ T r: chênh l ch khí sót tính toán và ch n ban u.ệ độ ọ đầ

2.4 Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình

2.4.1 Áp suất chỉ thị trung bình tính toán:

2 −1(1− 1

δ n2 −1)− 1n

1 −1(1− 1

ε n1 −1) ] = 1.9563 Mpa

2.4.2 Áp suất chỉ thị trung bình thực tế

Trong ó : đ φ d: h s i n y thệ ố đ ề đầ đồ ị

2.4.3 Áp suất tổn thất cơ khí Pm

p m =a+b×V b+(p r −p a) = 0.1504 Mpa

Trong óđ

V p = S×n30 (m/s) V n t c trung bình c a piston và các h ng s a, b ch n theo b ngậ ố ủ ằ ố ọ ả

Động cơ xăng (i= 1 – 6)

Buồng cháy dự bị 0,013 0,01560

Các hằng số a, b trong công thức trên

2.4.4 Áp suất có ích trung bình P e

p e = p i − p m = 1.6689 Mpa

2.4.5 Hiệu suất cơ giới

p i = 0.9173

2.4.6 Hiệu suất chỉ thị η i

η i= 3600g

2.4.7 Hiệu suất có ích η e

η e =η i × η m = 0.411079

2.4.8 Tính suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi

g i=432000 × η v × p k

M1× p i ×T k = 188.016 g/kWh

2.4.9 Tính suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge

g e=g i

η m = 201.057 g/kWh

2.4.10Tính toán thông số kết cấu của động cơ

- Th tích công tác m t xylanh:ể ộ

V h=30τ N e

p e n e i = 0.45297 lít

Trong ó:đ

– s chu k c a ng c

𝑖 – s xilanh ng cố độ ơ

𝑛𝑒 – s vòng quay c a ng c công su t thi t k ố ủ độ ơ ở ấ ế ế 𝑁𝑒 – công su t ng c thi tấ độ ơ ế

k , kWế

𝑝𝑒 – áp su t có ích trung bình, MN/mấ 2

- Th tích bu ng cháy:ể ồ

ε−1 = 0.0283 lít

- Th tích toàn b :Va = Vc + Vhể ộ = 0.42744237 lít

- Đường kính piston:

√ 4V h

D) = 0.78843 dm

- Hành trình piston:

D)D = 0.92825 dm

T s S/D ỷ ố được ch n tr c m c 2.5ọ ướ ở ụ

2.4.11 Vẽ đồ thị công chỉ thị

th công là ô th bi u di n quan h hàm s gi a áp su t c a MCCT trong

xilanh v i th tích c a nó khi ti n hành các quá trình: n p - nén - (cháy + dãn n ) và th iớ ể ủ ế ạ ở ả trong m t chu trình công tác c a ng c :ộ ủ độ ơ