BÀI tập lớn TÍNH TOÁN ĐỘNG cơ đốt TRONG đề tài động cơ 1 5l DOHC VTEC turbo trên xe honda CRV 2020

Tính toán nhiệt và xây dựng giản đồ công chỉ thị động cơ; 2.2.. Tính toán động lực học cơ cấu piston – trục khuỷu – thanh truyền.. Nội dung thuyết minh gồm: - Nhiệm vụ bài tập lớn được G

BÀI TẬP LỚN

TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Đề tài: Động cơ 1.5L DOHC VTEC Turbo trên xe

Honda CRV 2020

GVHD:

PGS.T

S LÝ VĨNH ĐẠT

TP.HCM Tháng 10 năm 2022

SVTH :

Trần Nguyễn Nhật Trường 20145738 Nguyễn Thanh Trường 20145737 Đào Phú Quý 20145371

BÀI TẬP LỚN

TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Đề tài: Động cơ 1.5L DOHC VTEC Turbo trên xe

Honda CRV 2020

GVHD:

PGS.T

S LÝ VĨNH ĐẠT

SINH VIÊN THỰC HIỆN MSSV ĐÁNH GIÁ HOÀN THÀNH

NHIỆM VỤ BÀI TẬP LỚN MÔN TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG SINH VIÊN THỰC HIỆN MSSV

1 Số liệu ban đầu

2 Nội dung thuyết minh

2.1 Tính toán nhiệt và xây dựng giản đồ công chỉ thị động cơ;

2.2 Tính toán động lực học cơ cấu piston – trục khuỷu – thanh truyền.

3 Nội dung bản vẽ

3.1 Bản vẽ đồ thị công chỉ thị P-V;

3.2 Bản vẽ đồ thị P – φ , PJ, P1;

3.3 Bản vẽ đồ thị quãng đường Sp, vận tốc Vp, gia tốc Jp của piston.

Ngày giao nhiệm vụ:

Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN CHÍNH

(Ký ghi họ tên)

PGS.TS Lý Vĩnh Đạt

LỚP 201453A NHÓM

5

THỜI GIAN THỰC HIỆN

 Tiến độ thực hiện:

1 Tính toán nhiệt: 3 tuần

- Chọn các thông số đầu vào: 1 tuần

- Tính toán nhiệt: 1 tuần

- Vẽ đồ thị công chỉ thị: 1 tuần

2 Tính toán động học, động lực học và vẽ bản vẽ về động học và động lực học: 3

tuần

- Tính toán động học và động lực học: 1 tuần

- Vẽ bản vẽ về động học và động lực học: 2 tuần

3 Viết thuyết minh và chuẩn bị báo cáo: 2 tuần

 Nội dung qui định:

1 Bản vẽ đồ thị công chỉ thị, động lực học,

2 Thuyết minh viết trên khổ giấy A4 (in và file) Nội dung thuyết minh gồm:

- Nhiệm vụ bài tập lớn được GV hướng dẫn thông qua

- Phần số liệu tính toán nhiệt, động học và động lực học có kèm theo các đồ thị

- Kết luận của bài tập lớn

CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG CƠ 1.5L DOHC VTEC TURBO TRÊN XE

HONDA CRV 2020

STT Tên thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị Ghi chú

11

Góc đóng muộn

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TÍNH TOÁN NHIỆT 1

1.1 Trình tự tính toán 1

1.1.1 Các số liệu ban đầu

1.1.2 Các thông số cần chọn

1.2 Tính toán các quá trình công tác 4

1.2.1 Quá trình nạp

1.2.2 Quá trình nén

1.2.3 Quá trình cháy

1.2.4 Quá trình giãn nở

1.2.5 Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình

1.2.6 Vẽ đồ thị công chỉ thị

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CƠ CẤU TRỤC KHUỶU – THANH TRUYỀN 19

2.1 Động học của piston 19

2.2 Động lực học của cơ cấu trục khuỷu –thanh truyền 19

2.2.1 Lực khí thể

2.2.2 Lực quán tính của các chi tiết chuyển động

BẢNG SỐ LIỆU 23

CODE MATLAP 27

TÀI LIỆU THAM KHẢO 31

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Đồ thị công chỉ thị P-V 19

Hình 2.1: Đồ thị P−φ ,PJ , P 1 22

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1: Số liệu tính toán nhiệt động cơ 15 Bảng 2: Trị số áp suất của MCCT của quá trình nén và giãn nở tính toán 23 Bảng 3: Kết quả tính toán động lực học cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền 24

CHƯƠNG 1 TÍNH TOÁN NHIỆT 1.1 Trình tự tính toán

1.1.1 Các số liệu ban đầu

Loại động cơ : Xăng, tăng áp

Số kỳ, τ : 4 Công suất có ích, Pmax (kW) : 127

Nhiệt độ không khí nạp mới (To )

Miền Nam nước ta thuộc khi vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình trong ngày có thể chọn là t kk = 29 𝑜 C cho khu vực miền Nam, do đó:

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

Áp suất khí nạp trước xupap nạp ( P k )

Với động cơ tăng áp, ta có thể chọn Áp suất khí nạp trước xupap nạp P k

là:

P k >P 0 =0,15 MPa

Nhiệt độ khí nạp trước xuppap nạp (Tk)

Đối với động cơ bốn kỳ có két nước làm mát trung gian:

T k =T 0 ( P k

P 0 ) m−1

m −ΔT m =302 ( 0,15

0,1 ) 1,5−1 1,5 −25=320,7 K

Áp suất cuối quá trình nạp ( P a )

Đối với động cơ tăng áp, ta có thể chọn áp suất cuối quá trình nạp P a

Độ tăng nhiệt độ khi nạp mới ( ΔT )

Trị số độ tăng nhiệt độ khi nạp mới ΔT căn cứ vào số liệu thực nghiệm.

Đối với động cơ xăng, ta chọn trong phạm vi:

ΔT =0÷20℃=20℃

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 V a Thông thường ta có thể chọn trong phạm vi sau:

λ 1 =1,02÷ 1,07=1,03

Chọn hệ số quét buồng cháy (λ ¿¿ 2) ¿

Với động cơ tăng áp (có quét buồng cháy), ta chọn hệ số quét buồng cháy

λ 2 :

λ 2 =0,9÷ 0,95=0,95

Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt ( λ t )

Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λ t được chọn theo hệ số dư lượng không khí α

đối với động cơ Xăng có α=0,85−0,95 Ta chọn

α=0,9; λ t =1,15

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z (ξ Z )

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z (ξ Z ) phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ Với loại động cơ Xăng ta thường chọn:

ξ z =0,75 ÷ 0,92=0,8

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ( ξ b )

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ξ b tùy thuộc vào loại động cơ Xăng hay Diesel Với các loại động cơ Xăng ta chọn:

ξ b =0,85÷ 0,95=0,9

Hệ số lượng dư không khí ( α )

Hệ số lượng dư không khí α tùy thuộc vào loại động cơ Đối với loại động cơ Xăng ta chọn:

α=0,85÷ 0,95=0,9

Hệ số điền đầy đồ thị công ( φ d )

Hệ số điền đầy đồ thị công φ d phụ thuộc vào loại động cơ Đối với động

cơ Xăng thường chọn:

φ d =0,93÷ 0,97=0,95

Tỷ số tăng áp

Đối với động cơ xăng trị số λ ta chọn

η v = 1 10,6−1 320,7 320,7+20 0,135 0,15 [ 10,6.1,03−1,15.0,95. ( 0,11

γ r =0,0273

Nhiệt độ cuối quá trình nạp ( T a )

Hệ số nạp η v được xác định theo công thức

Tỷ số nén đa biến trung bình (n 1 )

Tỷ số nén đa biến trung bình n l được xác định bằng cách giải phương trình:

n 1 −1= 8,314

a '

v + b ' v

2 .T a ( ε n 1 −1 +1 ) Thay số vào công thức tính n 1 ta được:

P c =0,135 10,6 1,37 =3,43 MPa

Nhiệt độ cuối quá trình nén (T ¿¿ c) ¿

Nhiệt độ cuối quá trình nén (T ¿¿ c) ¿ được xác định theo công thức:

T c =T a ε n 1 −1

Thay số vào công thức tính T c ta được:

T c =361,1.10,6 1,37−1 =864,95 K

1.2.3 Quá trình cháy Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu ( M o ¿

Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M o được tính theo công thức :

Lượng khí nạp mới thực tế nạp vào xylanh (M 1 )

Đối với động cơ xăng lượng khí nạp mới được tính theo công thức:

M 1 =α M 0 + 1

μ n.l (kmolkk /kg.nl) Chọn μ n l =112 kg/kmol

Hệ số biến đổi phân tử khí lý thuyết (β ¿¿ 0) ¿

Ta có β 0 được xác định bởi công thức:

β 0 = M 2

M 1 = 0,51 0,473 =1,078 kmolSCV /kg nl

Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế (β)

Ta có hệ số biến đổi phân từ khí thực tế β xác định theo công thức:

β=1+ β 0 −1

1+γ r

Thay số ta được

β=1+ 1,078−1 1+0,0273 =1,076

Hệ số biến đổi phân tử khí tại điểm (Z)

Hệ số biến đổi phân tử khí tại điểm Z được xác định theo công thức:

β z =1+ 1,078−1

1+0,0273 0,8 0,9 =1,0675

Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn (∆Q H )

Vì α <1 nên ∆ Q H được tính theo công thức:

∆ Q H =120 10 3 .(1−α) M 0 (KJ/kg.nl)

Thay số vào ta được:

∆ Q H =120 10 3 . ( 1−0,9 ) 0,516=6192 (KJ/kg.nl)

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

Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của môi chất tại điểm Z được tính theo công thức:

mc }} = {{M} rsub {2} left ({X} rsub {z} + {{γ} rsub {r}} over {{β} rsub {0}} right ) overline {{mc} rsub {v} rsup { vz +M 1 ( 1−X Z ) .mc v ¿

M 2 ( X z + β γ r

0 ) +M 1 (1−X z )

=a} rsub {vz} + {{1} over {2} b vz T z

mc }} = {{β} rsub {0} left ({X} rsub {z} + {{γ} rsub {r}} over {{β} rsub {0}} right ) overline {{mc} rsub {v} rsup { vz + ( 1−X Z ) .mc v ¿

1,078.21,1506. ( 0,89+ 0,0273

1,078 ) +(1−0,89 ).19,806 1,078 ( 0,89+ 0,0273

1,078 ) +(1−0,89)

=0,0028

⇒mc vz }} =21,016+0,0028 {T} rsub {Z ¿ ¿

Nhiệt độ cuối quá trình cháy (T ¿¿ z) ¿

Nhiệt độ cuối quá trình cháy đối với động cơ xăng được tính bằng cách giải phương trình sau:

Đối với động cơ xăng áp suất cuối quá trình cháy được tính bằng công thức:

Xác định chỉ số dãn nở đa biến trung bình (n ¿¿ 2) ¿

Ở nhiệt độ từ 1200÷2600K, sai khác của tỷ nhiệt không lớn lắm, do đó ta

Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở (T ¿¿ b) ¿

Đối với động cơ xăng:

T b = T z

ε ( n 2 −1 ) =2662,3166

10,6 1,264−1 =1427,5093(K )

Áp suất cuối quá trình giãn nở (P b )

Đối với động cơ xăng

P b = P z

ε n 2 = 11,2701 10,6 1,2640 =0,57 (MPa)

Kiểm nghiệm nhiệt độ khí sót (T r )

1.2.5 Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình

Áp suất chỉ thị trung bình tính toán ( P i ' ¿

Với động cơ Xăng, áp suất chỉ thị trung bình p i ' được xác định theo công thức:

Thay vào công thức ta được:

P i ' = 3,43 10,6−1 [ 3,286

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.

Đối với động cơ dùng nhiên liệu lỏng ta có:

Tính suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị (g i )

Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g i được tính theo công thức:

Bảng 1: Số liệu tính toán nhiệt động cơ

- Điểm a: điểm cuối quá trình nạp, áp suất P a , thể tích V a

𝑃𝑥𝑛, 𝑉𝑥𝑛 là áp suất và thể tích tại một điểm bất kì trên đường cong nén

P xn =P a ( V a

V xn ) n 1 Bằng cách cho các giá trị 𝑉 𝑥𝑛 đi từ 𝑉 𝑎 đến 𝑉 𝑐 ta lần lượt xác định được các giá trị 𝑃 𝑥𝑛 , kết quả tính toán được ghi trong bảng.

Dựng đường cong giãn nở

Trong quá trình giãn nở, khí cháy được giãn nở theo chỉ số đa biến n 2 Tương tự ta có:

Điểm r’: x r ' =R ( 1−cos ( β 2 ) ) + λ

4 ⋅ ( 1−cos ( 2 β 2 ) )

V r ' = x r ' ⋅ π ⋅B 2

5600 +V C

Điểm z’’: x z '' =R ( 1−cos (370 °) ) + λ

4 ⋅ ( 1−cos (2.370 °) ) Điểm b’: x b ' =R ( 1−cos ( β 1 ) ) + λ

P b FF = P b −P 3 r +P r

V b FF =V A

Nối các điểm trên lại với nhau bằng các lệnh trong MATLAB ta được đồ thị công chỉ thị P-V như sau:

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5

The tich V (lit) 0

1 2 3 4 5 6 7 8 9

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CƠ

CẤU TRỤC KHUỶU – THANH TRUYỀN 2.1 Động học của piston

2.2 Động lực học của cơ cấu trục khuỷu –thanh truyền 2.2.1 Lực khí thể

Từ đồ thị công chỉ thị, tiến hành vẽ đồ thị lực khí thể Pkt dựa trên những giá trị áp suất đã có ở đồ thị công chỉ thị P – V và vẽ lại theo góc quay trục khuỷu α

Quá trình nạp: α = [4°, 180°]

p kt = p a

Quá trình nén: α = [180°, 360° - θ ] = [180°, 330°]

p kt = p a ( V a

V c F ) n 1 Quá trình giản nở: α đi từ điểm cuối quá trình cháy trên giản đồ công chỉ thị đến α= [ 360 ° ,540 °−β 1 ] = [ 360 ° ,494 ° ]

p kt = p z FF ( V z FF

V b F ) n 2 Quá trình thải: α=[ 540 °,720° ]

p kt = p r

Các đoạn hiệu chỉnh của đồ thị lực khí thể pkt cũng tương tự như trên đồ thị công chỉ thị P – V nhưng thay vì hiệu chỉnh theo V thì trên đồ thị lực khí thể

sẽ hiệu chỉnh theo α

2.2.2 Lực quán tính của các chi tiết chuyển động

 Khối lượng cơ cấu khuỷu trục – thanh truyền

Khối lượng của nhóm piston (khối lượng của các chi tiết chuyển động tịnh tiến): Dựa vào bảng 2 – 1 giáo trình Động cơ đốt trong 2 trang 24 và đường kính xilanh ta chọn được:

m np = 123,9(kg/m 2 ) (piston hợp kim nhôm) Khối lượng của khuỷu trục (các chi tiết chuyển động quay): Dựa vào bảng 2-1 giáo trình Động cơ đốt trong 2 trang 24 và đường kính xilanh ta chọn được:

m k = 165,2(kg/m 2 ) (trục khuỷu gang đúc) Khối lượng nhóm thanh truyền

Dựa vào bảng 2 – 1 giáo trình Động cơ đốt trong 2 trang 24 và đường kính xilanh ta chọn được:

m tt = 165,2 (kg/m 2 )

Để đơn giản cho việc tính toán và sai số của nó cũng không đáng kế nên

ta chọn phương pháp dùng khối lượng thay thế Khối lượng thay thế được tính theo công thức:

m A =m tt ⋅ ( L−l 1

k ) ;m B =m tt ⋅ l 1

L

Do khó khăn trong việc tìm tài liệu về cách bố trí khối lượng thay thế nên

ta chọn theo công thức kinh nghiệm:

 Lực quán tính (lực ly tâm) của khối lượng chuyển động quay

p k =−m r R ω 2

( MN

m 2 )

 Lực tổng cộng p 1 : là lực tổng hợp của lực khí thể và lực quán tính được tính theo công thức:

p 1 = p kt + p j

0 100 200 300 400 500 600 700

Goc quay truc khuyu (do) -4

-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16

Hình 2.1: Đồ thị P−φ ,P J ,P 1

BẢNG SỐ LIỆU

Bảng 2: Trị số áp suất của MCCT của quá trình nén và giãn nở tính toán

Quá trình nén (V a −V c ) Quá trình giãn nở ¿¿ ) Thể tích V xn

Bảng 3: Kết quả tính toán động lực học cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền

Góc quay trục khuỷu (độ) Pφ (MN/m Lực khí thể 2 ) Lực quán tính P j (MN/m 2 ) Lực tổng hợp P Σ (MN/m 2 )

n1 = 1.37; %chi so nen da bien trung binh

n2 = 1.264; %chi so gian no da bien trung binh

x2 = R.*((1-cosd(a2))+(lambda/4).*(1- cosd(2.*a2)));

V2 = x2*Fp + Vc;

P2 = Pa.*(Va./V2).^n1;

% qua trinh chay - gian no

% hieu chinh doan c'-c"

plot (Vtong,Ptong, 'k' , 'linewidth' ,1.5);

title( 'DO THI CONG CHI THI P-V' );

xlabel( 'The tich V (lit)' );

ylabel( 'Ap suat P (MN/m2)' );

grid on ;

100 %% do thi P-phi Pj P1

P1 = Pkt + Pj;

plot (atong,P1, 'k' , 'linewidth' ,1.5);

axis([0 720 -4 16]);

grid on ; title( 'DO THI Pkt Pj P1' );

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

ylabel( 'Pkt (MN/m2) Pj (MN/m2) P1 (MN/m2)' );

legend( 'Pj' , 'Pkt' , 'P1' );

grid on ;

%% xuat bang excel

%%% lap bang ap suat MCCT

xlswrite( 'gian no.xlsx' ,[Vxg(:),Pxg(:)]);

%%% lap bang gia tri ket qua tinh toan dong luc hoc

xlswrite( 'dongluchoc.xlsx' ,[atong(:),Pkt(:),Pj(:),P1(:)]);