BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ đốt TRONG đề TÀI FORD ECOSPORT

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...

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BỘ MÔN ĐỘNG CƠ

BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

ĐỀ TÀI: FORD ECOSPORT

Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Lý Vĩnh Đạt

Lớp: Sáng thứ 2, 3; Tiết 1,2,3

Nhóm sinh viên thực hiện: Võ Minh Duy - 19145354

Nguyễn Minh Đức - 19145367 Nguyễn Ngọc Lâm Huy - 19145112

NHIỆM VỤ BÀI TẬP LỚN

MÔN TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Họ và Tên SV: Nguyễn Minh Đức MSSV: 19145367

Nguyễn Ngọc Lâm Huy MSSV: 19145112

 Số liệu ban đầu

Loại động cơ: 1.0L Ecoboost DOHC 12 van i3, Turbo Số kỳ, : 4 kỳ

Công suất có ích, Pmax (kW): 125Hp 93,2 kWSố vòng quay, n (vòng/phút): 6675 v/ph

Tỉ số nén, : 10:1 Hệ số dư lượng không khí,(): 0.29

Làm mát bằng: dung dịch

 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.

 Nội dung bản vẽ

3.1 Bản vẽ đồ thị công chỉ thị P – V

3.2 Bản vẽ đồ thị P – , PJ, P1

3.3 Bản vẽ đồ thị quảng đường SP, vận tốc VP, gia tốc JP của piston.

Ngày giao nhiệm vụ : tháng7/2021

THỜI GIAN THỰC HIỆN

 Tiến độ thực hiện

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

1 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

2 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

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

NỘI DUNG 2

Chương 1: TÍNH TOÁN NHIỆT 2

A Các thông số cho trước của động cơ: 2

B Chọn các thông số tính toán nhiệt: 3

1 Áp suất không khí nạp (P o) 3

2 Nhiệt độ không khí nạp mới (T0): 3

3 Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp (P k): 3

4 Nhiệt độ khí nạp trước xuppap nạp (T k): 3

5 Áp suất cuối quá trình nạp (P a): 4

6 Chọn áp suất khí sót (P r) 4

7 Nhiệt độ khí sót (T r): 4

8 Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới (T): 4

9 Chọn hệ số nạp thêm (1): 5

10 Chọn hệ số quét buồng cháy ( 2): 5

11 Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt (t): 5

12 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z (Z): 5

13 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (b): 5

14 Hệ số dư lượng không khí ( ): 6

15 Chọn hệ số điền đầy đồ thị công (d): 6

16 Tỷ số tăng áp: 6

B Tính toán nhiệt: 7

1 Quá trình nạp: 7

2 Quá trình nén: 8

3 Quá trình cháy: 9

C Tính các thông số đặc trưng của chu trình: 13

1 Áp suất chỉ thị trung bình tính toán: 13

2 Áp suất chỉ thị trung bình thực tế: 13

3 Áp suất tổn thất cơ khí: 13

4 Áp suất có ích trung bình: 13

5 Hiệu suất cơ giới: 14

6 Hiệu suất chỉ thị: 14

7 Hiệu suất có ích: 14

8 Tính suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị: 14

9 Tính suất tiêu hao nhiên liệu: 14

D Vẽ đồ thị công: 14

Chương 2: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC 19

A Động học của piston: 19

1 Chuyển vị piston: 19

2 Tốc độ piston: 19

3 Gia tốc piston: 19

Lực khí thể: 20 Chương 3: ĐỒ THỊ 22 Chương 4: CODE 25

MỞ ĐẦU

Ô tô ngày càng được sử dụng rộng rãi ở nước ta như một phương tiện đi lại cánhân cũng như vận chuyển hành khách , hàng hoá rất phổ biến Sự gia tăng nhanhchóng số lượng ôtô trong xã hội , đặc biệt là các loại ôtô đời mới đang kéo theonhu cầu đào tạo rất lớn về nguồn nhân lực phục vụ trong ngành công nghiệp ôtônhất là trong linh vực thiết kế

Sau khi học xong giáo trình ‘Động cơ đốt trong2’ chúng em được giao nhiệm

vụ làm đồ án môn học Qua đồ án này giúp sinh viên chúng em nắm được các lựctác dụng , công suất của động cơ và điều kiện đảm bảo bền của một số nhóm chitiết ôtô , máy kéo Vì thế nó rất thiết thực với sinh viên nghành công nghệ kỹthuật ôtô

Động cơ nhóm chúng em lựa chọn là Động cơ 1.0L Ecoboost DOHC 12 van i3, Turbo của Ford Một hãng xe rất thông dụng và được lựa chọn nhiều ở nước ta

với động cơ Ecosport tiên tiến với sự tiện ích và tiết kiệm nhiên liệu Ecosport vớinhững công nghệ tiên tiến được các kỹ sư của Ford trang bị lên động cơ như:phunnhiên liệu trực tiếp, trục cam biến thiên, turbo tăng áp…Bộ điều khiển trung tâmgiúp động cơ vận hành êm ái Nhằm để hiểu hơn về công suất của động cơ cũngnhư điều kiện bền nên nhóm em quyết định chọn Ecosport cho việc tính toán củamình

Vì bước đầu làm quen với công việc tính toán , thiết kế ôtô nên không tránhkhỏi những bỡ ngỡ và vướng mắc.Nhưng với sự quan tâm, động viên , giúp đỡ,hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn, cùng giáo viên giảng dạy và các thầygiáo trong khoa nên chúng em đã cố gắng hết sức để hoàn thành đồ án trong thờigian được giao

Nhóm em xin chân thành cảm ơn ạ!

NỘI DUNG

Chương 1: TÍNH TOÁN NHIỆT

A Các thông số cho trước của động cơ:

- Loại động cơ: Động cơ 1.0L Ecoboost DOHC 12 van i3, Turbo

- Kiểu, loại động cơ, số kỳ  : Động cơ thẳng hàng, động cơ xăng, tăng áp, 4kỳ

- Chiều dài thanh truyền, L(mm): 137mm

- Khối lượng nhóm piston, m np: 109,3kg m/ 2

- Khối lượng nhóm thanh truyền, m tt: 136,7kg m/ 2

B Chọn các thông số tính toán nhiệt:

1 Áp suất không khí nạp (P o)

Áp suất không khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyển, giá trị P o phụ thuộc vào

độ cao so với mực nước biển Càng lên cao thì P o càng giảm do không khí càngloãng, tại độ cao so với mực nước biển:

0,1013

o

P  MN m/ 2

2 Nhiệt độ không khí nạp mới (T0):

Nhiệt độ không khí nạp mới phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ trung bình của môitrường, nơi xe được sử dụng Điều này hết sức khó khăn đối với xe thiết kế để sửdụng ở những vùng có khoảng biến thiên nhiệt độ trong ngày lớn

Miền Nam nước ta thuộc khi vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình trong ngày có thểchọn là t kk  29 C cho khu vực miền Nam, do đó:

0 ( kk 273) 302

T  t   K

3 Nhiệt độ 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 máynén tăng áp hoặc trong bơm quét khí P  k (0,14 0, 4)  ta chọn P  k 0,14Mpa

4 Nhiệt độ khí nạp trước xuppap nạp (T k):

Đối với động cơ bốn kỳ tăng áp nếu không có làm mát trung gian T k được xác địnhbằng công thức:

1

m m k

Trong đó:

m - chỉ số nén đa biến trung bình của khí nén, phụ thuộc vào loại máy nén

Vậy ta có:

1,4 1 1,4

5 Áp suất cuối quá trình nạp (P a):

Đối với động cơ tăng áp: P a 0,88 0, 98  P k

Đối với động cơ xăng: T r  900 1000  K Chọn T r  900 K

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 T

Khi tiến hành tính toán nhiệt của động cơ người ta thường chọn trị số T căn cứvào số liệu thực nghiệm

Đông cơ xăng:    T 0 20 K chọn  T 20 K

9 Chọn hệ số nạp thêm ( 1):

Hệ số nạp thêm 1 biểu thị sự tương quan lượng tăng tương đối của hỗn hợp khícông tác sau khi nạp thêm so với lượng khí công tác chiếm chỗ ở thể tích V a

Hệ số nạp thêm chọn trong giới hạn1 1,02 1,07  Chọn 1  1,05

10.Chọn hệ số quét buồng cháy ( 2):

Động cơ tăng áp: 2  0,8 0,88  Ta chọn 2  0,85

11.Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt (t):

Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt t phụ thuộc vào thành phần của khí hỗn hợp  và nhiệt

độ khí sót T r Theo thực nghiệm thống kê đối với động cơ xăng t được chọn:Động cơ xăng có   0,85 0,92  Chọn t  1,15

12.Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z (Z):

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

Động cơ xăng Z  0,75 0,92  Chọn Z  0,75

13.Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (b):

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (b) phụ thuộc vào nhiều yếu tố Khi tốc độ động

cơ càng cao, cháy rớt càng tăng, dẫn đến b nhỏ

Động cơ xăng b  0,85 0,95  Chọn b  0,85

14.Hệ số dư lượng không khí ( ):

Hệ số α ảnh hưởng rất lớn đến quá trình cháy: Đối với động cơ đốt trong, tính toánnhiệt thường phải tính ở chế độ công suất cực đại

Động cơ xăng   0,85 0,95  Chọn   0,85

15.Chọn hệ số điền đầy đồ thị công (d):

Hệ số điền đầy đồ thị công d đánh giá phần hao hụt về diện tích của đồ thị côngthực tế so với đồ thị công tính toán

Động cơ xăng d  0,93 0,97  Chọn d  0,95

16.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:  P P Z. C

1

r a

r

P

P T

2 Quá trình nén:

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

0,00419 19,806

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

Tính cho động cơ xăng khi   0,9:

n V

thay các số liệu vào công thức trên ta tính được M 0 0,516kmolkk

b) Lượng khí nạp mới thực tế nạp vào xylanh M1:

Thay vào ta được: mc VZ  21,007 0,002848  T Z

i) Nhiệt độ cuối quá trình cháy T Z:

Đối với động cơ xăng:

Thỏa mãn điều kiện T Z của động cơ xăng 2400 2900 K 

j) Áp suất cuối quá trình cháy P Z

Đối với động cơ xăng

Đối với động cơ xăng:     10

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

Ta có:  

b z r

H z

T T M

314,8

'' 1

2

8,314 1

0,473 1 0,034 1,08 2896

10 1,21

n n

C Tính các thông số đặc trưng của chu trình:

1 Áp suất chỉ thị trung bình tính toán:

p

a b

5 Hiệu suất cơ giới:

Xác định các điểm đặc biệt của đồ thi công

- Điểm a: Điểm cuối hành trình hút: có áp suất P a và thể tích:

- Điểm z V P Z, Z: Điểm cuối quá trình cháy

- Điểm b V P b, b: Điểm cuối quá trình giãn nở: V V b  a

- Điểm r V P r, r: Điểm cuối quá trình thải

- Dựng đường cong giãn nở:

Trong quá trình giãn nở, khí cháy được giãn nở theo chỉ số giãn nở đa biến n2.Tương tự ta có:

Xác định tọa độ các điểm r’ (điểm đóng muộn của xupap thải), c’ (điểm phun

nhiên liệu sớm), z’ (điểm áp suất cực đại), b’ (điểm mở sớm của xupap thải), c”, z”,b”

+ Điểm r’:

Điểm đóng muộn của

a) Khối lượng cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền:

Các khối lượng chuyển động tịnh tiến:

Khối lượng nhóm piston được cho trong số liệu ban đầu của đề bài là:

b) Lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến:

Lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến:

d) Hệ lực tác dụng trên cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền:

p  p p MN m/ 2

Chương 3: ĐỒ THỊ

a45 = linspace(460,540,80);

p45j = -mt*R*w^2*(cosd(a45)+lamda*cosd(2*a45))*10^-6;Xb1 = R*((1-cosd(460))+lamda*(1-cosd(2*460))/4);

hold on;

X1 = R*(1-cosd(alpha));