Đồ án tính toán nhiệt động cơ đốt trong

Đồ án tính toán nhiệt động cơ đốt trong cho sinh viên ô tô tham khảo, 4 chu kỳ nạp, nén, nổ, xảBỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH VIỆN KỸ THUẬT HUTECH ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Ô TÔ TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Ngành CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ Giảng viên hướng dẫn Nguyễn Thanh Sa Sinh viên thực hiện TP Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 12 năm 2021 LỜI CẢM ƠN Qua thời gian học tập và nghiên cứu chuyên ngành “Công nghệ kỹ thuật ô tô” tại trường Đại Học Công Nghệ, em đã chọn đề tài đồ án “Tính toán nhiệt động cơ đốt trong” đây là một đề tài rất thiết thực V

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH VIỆN KỸ THUẬT HUTECH ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Ô TƠ TÍNH TỐN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Ngành: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thanh Sa Sinh viên thực hiện: TP Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 12 năm 2021 LỜI CẢM ƠN e&f Qua thời gian học tập nghiên cứu chuyên ngành “Công nghệ kỹ thuật ô tô” trường Đại Học Cơng Nghệ, em chọn đề tài đồ án “Tính toán nhiệt động đốt trong” đề tài thiết thực Với cố gắng chúng em hướng dẫn tận tình thầy hướng dẫn thầy cô khác trường Chúng em hoàn thành đề tài đáp ứng yêu cầu đưa Trong suốt trình làm đồ án tốt nghiệp, với khả kinh nghiệm hạn chế nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Vì em mong đóng góp, bảo thầy để đề tài em hồn thiện kinh nghiệm nghề nghiệp cho em sau trường Em xin chân thành cảm ơn thầy viện, đặc biệt thầy hướng dẫn tận tình bảo hướng dẫn chúng em để đề tài chúng em hoàn thành DANH MỤC CÁC HÌNH i DANH MỤC CÁC BẢNG i CHUƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ XĂNG KỲ .1 1.1 Giới thiệu động xăng kì 1.2 Cấu tạo động xăng kỳ 1.3Nguyên lí hoạt động động xăng kỳ .4 CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG .6 2.1 Chọn thông số Bảng 2.1.3: Chọn thơng số tính tốn nhiệt q trình 2.2 Tính tốn q trình nạp 2.2.1 Hệ số khí sót .8 2.2.2 Hệ số nạp 2.2.3 Nhiệt độ cuối trình nạp Ta 2.2.4 Tính tốn lượng khơng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy kg nhiên liệu .9 2.2.5 Tính số mol khí nạp M1 [ kmol khơng khí/kg nhiên liệu ] 2.2.6 Lượng sản vật cháy M2 2.3 Tính tốn q trình nén 2.3.1 Chỉ số nén đa biến trung bình n1 2.3.2 Nhiệt độ cuối trình nén Tc .10 2.3.3 Áp suất cuối trình nén Pc 10 2.4 Tính tốn q trình cháy 10 2.4.1Tính hệ số toả nhiệt xz z 10 2.4.2 Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết 10 2.4.3 Hệ số biến đổi phân tử thực tế .11 2.4.4 Hệ số biến đổi phân tử z 11 2.4.5 Tổn thất nhiệt lượng cháy khơng hồn tồn (α ˂ 1) .11 2.4.6 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình khơng khí 11 2.4.7 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình sản phẩm cháy 11 2.4.8 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình hỗn hợp cháy trình nén 12 2.4.9 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình mơi chất z 12 2.4.10 Nhiệt độ cực đại chu trình Tz 13 2.4.11 Áp suất cuối trình cháy Pz .14 2.5 Tính tốn q trình giãn nở 14 2.5.1 Tỷ số giãn nở sớm  14 2.5.2 Tỷ số giãn nở sau  14 2.5.3 Chỉ số dãn nở đa biến trung bình n2 .14 2.5.4 Nhiệt độ cuối trình giãn nở Tb 15 2.5.5 Áp suất cuối trình giãn nở Pb 15 2.5.6 Kiểm nghiệm lại nhiệt độ khí sót Tr 15 CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 16 3.1 Kết luận 16 3.2 Hạn chế 16 3.3 Hướng phát triển đề tài .16 TÀI LIỆU THAM KHẢO 17 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1.1: Bốn kì động xăng Hình 1.1.2: Mơ hình động xăng kì xy lanh Hình 1.2.1: Động xăng kì 14 phận khác Hình 1.2.2: Cấu tạo động xăng Hình 1.2.1: Tại điểm chết pit tơng đổi chiều hoạt động Hình 1.3.1: Sơ đồ nguyên lý hoạt động động xăng kì Hình 1.3.2: Đóng, mở van lên, xuống pit tơng kì Hình 1.3.3: Nguyên lí làm việc động kỳ DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1.1: Thông số động Bảng 2.1.2: Thành phần, khối lượng phân tử nhiệt trị thấp xăng Bảng 2.1.3: Chọn thơng số tính tốn nhiệt q trình i CHUƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ XĂNG KỲ 1.1 Giới thiệu động xăng kì Động xăng kì hiểu đơn giản loại động nhiệt, thực chu kì khép kín bao gồm: Nạp, Nén, Nổ, Xả nhằm chuyển hóa nguyên liệu xăng thành lượng chuyển động từ tạo cơng suất hoạt động cho động tơ Hình 1.1.1: Bốn kì động xăng Hình 1.1.2 : Mơ hình động xăng kì xy lanh 1.2 Cấu tạo động xăng kỳ Động xăng kỳ có cấu tạo thành 14 phận khác nhau, đảm nhận chức riêng có ý nghĩa quan trọng với ô tô bao gồm: Lọc khơng khí, ống nạp, Xupap nạp, Xupat xả (cịn gọi van xả van nạp), ống xả, bình giảm thanh, nắp xilanh, Xilanh, Pit tông, Xecmang, truyền, trục khủyu, cacte, bugi Hình 1.2.1: Động xăng kì 14 phận khác Hình 1.2.2: Cấu tạo động xăng Điểm chết: Nhắc đến điểm chết nhiều người thường nghĩ vị trí nguy hiểm, nhiên điểm chết động xăng kì xác định vị trí cuối pit tông xilanh Tại điểm chết hoạt động ngưng trệ, pit tông lại bắt đầu đổi chiều hoạt động, tạo chu trình khép kín, tuần hồn, quay quanh trục khủy Hình 1.2.1: Tại điểm chết pit tông đổi chiều hoạt động Pit tông: Là phận quan trọng động cơ, theo Pit tơng giữ vai trị việc tiếp nhận áp suất giãn nở khí cháy truyền lực cho trục khuỷu để sinh cơng q trình nổ nhận lực từ trục khuỷu để thực trình khác theo nguyên Xi lanh: Đây khái niệm quen thuộc với nhều người, theo xilanh phận giữ vai trò quan trọng động cơ, vật thể chứa pit –tong, để thực q trình di chuyển sinh cơng Bugi: Là phận đánh lửa 1.3 Nguyên lí hoạt động động xăng kỳ Thông thường động xăng kì dùng phổ biến ngành sản xuất ô tô nay, với tỉ lệ tiêu thụ cao, vừa tiết kiệm nguyên liệu, công suất hoạt động tốt … Theo nguyên lý hoạt động động xăng kì bao gồm chu trình theo tên gọi Q trình nạp: Khi pit tông di chuyển từ xuống xilanh, tạo khoảng trống giúp cho hỗn hợp xăng khơng khí dẫn vào cách thuận lợi qua đường ống dẫn khí Khi xupap nạp mở xupap xả đóng lại, suốt q trình nạp này, lượng xăng tiếp tục bay tăng khả hịa xăng vào khơng khí, gọi q trình chế hịa khí Hình 1.3.1: Sơ đồ ngun lý hoạt động động xăng kì Quá trình nén: Tại trình này, xupap nạp xả đóng lại, pitong tiến hành việc chuyển động trở lên xilanh, trước chạm tới điểm chết để thực chu trình mới, bugi đánh lửa đốt cháy hịa khí Q trình cháy - dãn nở: (nổ) trình cháy cưỡng tia lửa điện bugi gây nên tình nén đốt cháy hịa khí (hỗn hợp xăng dạng khơng khí) Q trình cháy xảy mãnh liệt nhanh với pit -tong thực chuyển động tới điểm xilanh nhanh chóng di chuyển xuống điểm quanh trục khuỷu truyền kết nối với nhằm tạo chuyển động nhịp nhàng chu trình Quá trình thải khí: kì cuối chu trình hoạt động động xăng kì, kết thúc trình này, động xăng lại bắt đầu lặp lại chu trình mới, theo xupap xả mở xupap nạp đóng, Pit -tong chuyển động trở lên xilang đẩy khí xả ngồi, cuối chu trình xupap nạp xupap xả mở nhằm đẩy hết khí thải ngồi Hình 1.3.2: Đóng, mở van lên, xuống pit tơng kì CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 2.1 Chọn thông số Tên thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị Kiểu động Ghi Động xăng Số kỳ τ Số xi lanh i Công suất có ích Ne kW 80 Tỷ số nén  Số vịng quay n Vịng/ phút 2400 Đường kính xi lanh D mm 86 Hành trình piston S mm 86 8,2 Tỷ số Bảng 2.1.1: Thông số động Nhiên liệu Xăng Thành phần kg nhiên liệu [kg] Khối lượng Nhiệt trị thấp QH phân tử nl [ kJ/kg ] C H O [kg/kmol] 0,855 0,145 114 43995 Bảng 2.1.2: Thành phần, khối lượng phân tử nhiệt trị thấp xăng Tên thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị Áp suất khơng khí nạp Po MPa 0.1 Áp suất khí nạp Pk = Po MPa 0,1 Nhiệt độ khí nạp Tk K (27+273) = 300 Hệ số dư lượng khơng khí  Áp suất cuối kỳ nạp Pa MPa 0,09 Áp suất khí sót ( khí thải ) Pr MPa 0,11 Nhiệt độ khí sót ( khí thải ) Tr K 900 Độ sấy nóng khí nạp T K 20 Chỉ số đoạn nhiệt m 1,5 Hệ số lợi dụng nhiệt z z 0.85 Hệ số lợi dụng nhiệt b b 0,9 Tỷ số tăng áp  3.5 Hệ số nạp thêm 1 1,05 Hệ số quét buồng cháy 2 Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt t 1,15 Hệ số điền đầy đồ thị đ 0,97 Hiệu suất giới e 0,887 0,9 Bảng 2.1.3: Chọn thơng số tính tốn nhiệt q trình 2.2 Tính tốn q trình nạp 2.2.1 Hệ số khí sót 2.2.2 Hệ số nạp 2.2.3 Nhiệt độ cuối trình nạp Ta Ta = Ta = = 356 [K] 2.2.4 Tính tốn lượng khơng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy kg nhiên liệu Mo = = 0,512 [ kmol không khí/kg nhiên liệu ] 2.2.5 Tính số mol khí nạp M1 [ kmol khơng khí/kg nhiên liệu ] - Do động động xăng nên: = = 0,4696 [ kmol khơng khí/kg nhiên liệu ] 2.2.6 Lượng sản vật cháy M2 - Do α ˂ M2 = + 0,79.α.Mo = 0,5078 [ kmol khơng khí/kg nhiên liệu] 2.3 Tính tốn q trình nén 2.3.1 Chỉ số nén đa biến trung bình n1 n1 - = n1 = + n1 = - Giải phương trình ta thay giá trị n1 từ 1,34 đến 1,4  Ta được: n1 = 1,37 (2 vế nhau) 2.3.2 Nhiệt độ cuối trình nén Tc Tc = Ta = 356 8,21, 37-1 = 775 [K] 2.3.3 Áp suất cuối trình nén Pc Pc = Pa = 0,09 8,21, 37 =1,61 [MPa] 2.4 Tính tốn q trình cháy 2.4.1Tính hệ số toả nhiệt xz z = 0,944 2.4.2 Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết = 1,08 2.4.3 Hệ số biến đổi phân tử thực tế = = 1,076 2.4.4 Hệ số biến đổi phân tử z = 1,07 2.4.5 Tổn thất nhiệt lượng cháy khơng hồn tồn (α ˂ 1) - Ta có : QH nhiệt trị thấp nhiên liệu xăng, ta có Q H = 43995 [ KJ/Kg nhiên liệu ] ΔQH = 120000 (1- α) Mo = 120000 (1-0,9) 0,512 = 6144 [ KJ/Kg nhiên liệu ] 2.4.6 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình khơng khí =20,435 [KJ/Kmol.K] 2.4.7 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình sản phẩm cháy - Do α = 0,9 ˂ Công thức: [KJ/Kmol.K] = 23,794 [KJ/Kmol.K] 10 2.4.8 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình hỗn hợp cháy trình nén [KJ/Kmol.K] Trong đó:  = 356 = 20,644 [KJ/Kmol.K] 2.4.9 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình mơi chất z Cơng thức : (1) Trong đó:  = 21,084   = Vậy ta có : 2.4.10 Nhiệt độ cực đại chu trình Tz  11 - Giải phương trình ta nghiệm Tz là: + Tz = 2628 [K] (Nhận) + Tz = -9910,5 [K] (Loại)  Ta có nhiệt độ cuối q trình cháy Tz = 2628 [K] 2.4.11 Áp suất cuối trình cháy Pz Cơng thức:  Pz = = 5,84 [MPa] 2.5 Tính tốn q trình giãn nở 2.5.1 Tỷ số giãn nở sớm  - Do động động xăng nên  Tỷ số giãn nở sớm :  = 2.5.2 Tỷ số giãn nở sau  Ta có = 8,2  2.5.3 Chỉ số dãn nở đa biến trung bình n2 - QH – ΔQH = 43995 – 6144 = 37851 [ KJ/Kg nhiên liệu ] 12 - Cơng thức tính Tb : [K] - Tính n2 theo cơng thức: - Giải phương trình trên, ta thay n2 từ 1,23 đến 1,27  Ta được: n2 = 1,25 (2 vế nhau) - Sai số phương trình: Δn2 = = 0,048% ˂ 0,2% 2.5.4 Nhiệt độ cuối trình giãn nở Tb = 1553 [K] 2.5.5 Áp suất cuối trình giãn nở Pb = = 0,421 [MPa] Pb = ( 0,34 ÷ 0,45 ) [MPa] 2.5.6 Kiểm nghiệm lại nhiệt độ khí sót Tr == 993 [K] Sai số: CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 13 3.1 Kết luận Sau khảo sát tính tốn nhiệt chu trình động xăng kỳ em nhận thấy rằng: + Các cụm chi tiết động làm việc ổn định + Khả vận hành động trơn tru, nhiệt độ thích hợp 3.2 Hạn chế + Thời gian thực tài liệu đề tài tương đối hạn chế nên đồ án chúng em tránh thiếu sót + Phần tính tốn nhiệt động đốt nhóm em có nhiều sai sót, mong thầy bảo thêm, chúng em cố gắng để khắc phục 3.3 Hướng phát triển đề tài + Cần làm thêm phần đồ thị cơng đồ án để đồ án hồn thiện + Tìm hiểu thơng số cấu tạo chi tiết loại động xăng + So sánh với công nghệ hãng xe để từ tìm nhiều phương pháp nhằm cải thiện chi tiết giúp động làm việc trơn tru bị hư hỏng TÀI LIỆU THAM KHẢO 14 [1] Nguyễn Hoàng, Nguyễn Quang Khang Bài tập lớp tính tốn động đốt Trường đại học giao thơng vận tải [2] Nguyễn Minh Tiến Giáo trình tính tốn nhiệt động đốt [3] Phạm Minh Tiến Sách lý thuyết động đốt [4] Nguyễn Thành Tài.Tìm hiểu động xăng kì nguyên lý hoạt động https://chodocu.com/o-to/tim-hieu-ve-dong-co-xang-4-ki-va-nguyen-ly-hoat-dongar1126.htm 15 ... QUAN VỀ ĐỘNG CƠ XĂNG KỲ .1 1.1 Giới thiệu động xăng kì 1.2 Cấu tạo động xăng kỳ 1.3Nguyên lí hoạt động động xăng kỳ .4 CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ... tập lớp tính tốn động đốt Trường đại học giao thông vận tải [2] Nguyễn Minh Tiến Giáo trình tính tốn nhiệt động đốt [3] Phạm Minh Tiến Sách lý thuyết động đốt [4] Nguyễn Thành Tài.Tìm hiểu động. .. Khả vận hành động trơn tru, nhiệt độ thích hợp 3.2 Hạn chế + Thời gian thực tài liệu đề tài tương đối hạn chế nên đồ án chúng em khơng thể tránh thiếu sót + Phần tính tốn nhiệt động đốt nhóm em