BÀI TẬP LỚN Tính toán động cơ đốt trong Đề tài Động cơ 1.6L T-GDI trên xe Huyndai Elantra

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÀI TẬP LỚN Tính toán động đốt Đề tài: Động 1.6L T-GDI xe Huyndai Elantra GVHD: PGS.TS LÝ VĨNH ĐẠT Sinh viên thực MSSV Đánh giá hoàn thành nhiệm vụ Nguyễn Nguyên Phi Vũ 19145509 100% Từ Võ Hiền 19145376 100% Nguyễn Tấn Đạt 19145364 100% TP.HCM, tháng năm 2021 Mục lục NHIỆM VỤ BÀI TẬP LỚN CHƯƠNG 1: TÍNH TỐN NHIỆT 1.1 CHỌN CÁC THÔNG SỐ TÍNH TỐN NHIỆT 1.2 TÍNH TỐN NHIỆT 1.2.1 Quá trình nạp 1.2.2 Quá trình nén 1.2.3 Quá trình cháy 1.2.4 Tính tốn q trình dãn nở 12 1.2.5 Tính tốn thơng số đặc trưng chu trình 13 1.3 XÂY DỰNG GIẢN ĐỒ CÔNG CHỈ THỊ ĐỘNG CƠ 16 CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU PISTON – 19 TRỤC KHUỶU – THANH TRUYỀN 19 2.1 ĐỘNG HỌC PISTON 19 2.1.1 Chuyển vị piston 19 2.1.2 Tốc độ piston 19 2.1.3 Gia tốc piston 19 2.2 ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU TRỤC KHUỶU – THANH TRUYỀN 19 2.2.1 Lực khí thể Pkt 19 2.2.2 Lực quán tính chi tiết chuyển động 20 2.2.3 Hệ lực tác dụng lên cấu trục khuỷu – truyền 20 2.2.4 Moment quay M động 21 2.2.5 Lực tác dụng lên chốt khuỷu 21 CHƯƠNG 3: BẢN VẼ ĐỒ THỊ 22 3.1 ĐỒ THỊ P – V 22 3.2 ĐỒ THỊ CHUYỂN VỊ 23 3.4 ĐỒ THỊ GIA TỐC 24 3.5 ĐỒ THỊ LỰC KHÍ THỂ - LỰC QUÁN TÍNH – LỰC TỔNG HỢP 24 3.6 CODE MATLAB 25 3.7 Bảng số liệu 33 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Độc lập – Tự – Hạnh phúc BỘ MÔN ĐỘNG CƠ NHIỆM VỤ BÀI TẬP LỚN MƠN TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Sinh viên thực MSSV Nguyễn Nguyên Phi Vũ 19145509 Từ Võ Hiền 19145376 Nguyễn Tấn Đạt 19145364 LỚP 191451 NHÓM 15 Số liệu ban đầu Loại động cơ: Xăng Cơng suất có ích, Ne (kW) Tỉ số nén, ε: Số kỳ, τ: 102 , Số vòng quay, n (vòng /phút): Hệ số dư lượng khơng khí, α: 9,5 ± 0,3 Làm mát bằng: Nước Số xylanh i: 0,9 Động xăng khơng tăng áp Góc đánh lửa sớm: 20o Mở Đóng Xupap nạp ATDC 7o ABDC 67o Xupap thải BBDC 4o ATDC 40o Nội dung thuyết minh: 2.1 Tính tốn nhiệt xây dựng giản đồ cơng thị động 2.2 Tính tốn động lực học cấu piston – trục khuỷu – truyền Nội dung vẽ 3.1 Bản vẽ đồ thị công thị P – V 3.2 Bản vẽ đồ thị P – , PJ, P1 3.3 Bản vẽ đồ thị quãng đường Sp, vận tốc Vp, gia tốc Jp piston Ngày giao nhiệm vụ : 6000 Ngày hoàn thành: Tuần (23/12/2020) GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN CHÍNH (Ký ghi gõ họ tên) PGS.TS Lý Vĩnh Đạt CHƯƠNG 1: TÍNH TỐN NHIỆT 1.1 CHỌN CÁC THƠNG SỐ TÍNH TỐN NHIỆT 1.1.1 Áp suất khơng khí nạp (P0) Áp suất khơng khí nạp chọn áp suất khí quyển, giá trị po phụ thuộc vào độ cao so với mực nước biển Càng lên cao P0 giảm khơng khí lỗng, độ cao so với mực nước biển: P0 = 0,1013M N/m2 1.1.2 Nhiệt độ khơng khí nạp (T0) Nhiệt độ khơng khí nạp phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ trung bình mơi trường, nơi xe sử dụng Điều khó khăn xe thiết kế để sử dụng vùng có khoảng biến thiên nhiệt độ ngày lớn Miền Nam nước ta thuộc vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình ngày chọn tkk = 29oC cho khu vực miền Nam, đó: T0 = tkk + 273 = 29 + 273 = 302 K 1.1.3 Áp suất khí nạp trước xupap nạp (Pk) Pk = P0 = 0,1013 MN/m2 1.1.4 Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp Tk = T0 = 302oK 1.1.5 Áp suất cuối trình nạp (𝑷𝒂 ) - Trong q trình tính tốn nhiệt, suất cuối q trình nạp 𝑃𝑎 động bốn kỳ khơng tăng áp thường xác định công thức thực nghiệm: - Với động bốn kỳ không tăng áp: 𝑃𝑎 = (0,80 ÷ 0,95) 𝑃0 - Vậy áp suất cuối trình nạp 𝑃𝑎 = 0,9𝑃0 = 0,9 x 0,1013 = 0,09 MN/m2 1.1.6 Chọn áp suất khí sót (𝑷𝒓 ) - Là thông số quan trọng đánh giá mức độ thải sản phẩm cháy khỏi xilanh động - Động xăng, chọn: 𝑃𝑟 = 0,11 𝑀𝑃𝑎 1.1.7 Nhiệt độ khí sót (𝑻𝒓 ) - Phụ thuộc vào thành phần hỗn hợp khí, mức độ dãn nở trao đổi nhiệt trình dãn nở thải - Đối với động xăng: 𝑇𝑟 = (900 ÷ 1000)𝐾 Chọn 𝑇𝑟 = 950𝐾 1.1.8 Độ tăng nhiệt độ khí nạp (𝜟𝑻) - Khí nạp chuyển động đường ống nạp vào xilanh động tiếp xúc với vách nóng nên sấy nóng lên trị số nhiệt độ ΔT - Khi tiến hành tính tốn nhiệt động người ta thường chọn trị số ΔT vào số liệu thực nghiệm - Đối với động xăng: ∆T=0 ÷ 20oC Chọn ∆T=10oC 1.1.9 Chọn hệ số nạp thêm (𝝀𝟏 ) - Hệ số nạp thêm 𝜆1 biểu thị tương quan lượng tăng tương đối hỗn hợp khí cơng tác sau nạp thêm so với lượng khí cơng tác chiếm chỗ thể tích 𝑉𝑎 Hệ số nạp thêm chọn giới hạn: 𝜆1 =1,02÷1,07 Chọn 𝜆1 =1,04 1.1.10 Chọn hệ số quét buồng cháy (𝝀𝟐 ) Đối với động khơng tăng áp khơng có qt buồng cháy, chọn 𝜆2 =1 1.1.11 Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt (𝝀𝒕 ) - Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt 𝜆𝑡 phụ thuộc vào thành phần khí hỗn hợp α nhiệt độ khí sót 𝑇𝑟 Theo thực nghiệm thống kê động xăng 𝜆𝑡 chọn: Hệ số dư lượng khơng 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 - Với động xăng, α = 0,90 => Chọn 𝜆𝑡 =1,15 1.1.12 Hệ số lợi dụng nhiệt điểm Z (𝝃𝒛 ) - Hệ số lợi dụng nhiệt điểm Z (𝜉𝑧 ) thông số biểu thị mức độ lợi dụng nhiệt điểm Z (𝜉𝑧 ) phụ thuộc vào chu trình cơng tác động - Với động xăng, ta chọn 𝜉𝑧 = 0,8 1.1.13 Hệ số lợi dụng nhiệt điểm b (𝝃𝒃 ) - Hệ số lợi dụng nhiệt điểm b (𝜉𝑏 ) phụ thuộc vào nhiều yếu tố Khi tốc độ động cao, cháy rớt tăng, dẫn đến 𝜉𝑏 nhỏ - Đối với động xăng, ta chọn 𝜉𝑏 = 0,90 1.1.14 Hệ số dư lượng khơng khí (𝜶) - Hệ số α ảnh hưởng lớn đến trình cháy - Đối với động đốt trong, tính tốn nhiệt thường phải tính chế độ cơng suất cực đại, hệ số dư lượng khơng khí chọn pham vi cho bảng sau: Loại động 𝜉𝑏 Xăng 0,85÷0,95 Diesel - Buồng đốt thống 1,45÷1,75 - Buồng đốt xốy lốc 1,40÷1,65 - Buồng đốt dự bị 1,34÷1,45 - Tăng áp 1,70÷2,20 Động xăng, ta chọn: 𝛼 = 0,9 1.1.15.Chọn hệ số điền đầy đồ thị công (𝝋𝒅 ) - Hệ số điền đầy đồ thị công 𝜑𝑑 đánh giá phần hao hụt diện tích đồ thị cơng thực tế so với đồ thị cơng tính tốn - Hệ số điền đầy đủ đồ thị 𝜑𝑑 chọn theo số liệu kinh nghiệm theo bảng sau: Loại động Xăng 𝜑𝑑 0,93÷0,97 Diesel: - Buồng đốt thống 0,9 ÷ 0,95 - Buồng đốt ngăn cách 0,92 ÷ 0,96 - Động xăng, chọn 𝜑𝑑 = 0,95 1.1.16 Tỷ số tăng áp - Là tỷ số áp suất hỗn hợp khí xilanh cuối trình cháy trình nén: 𝜆= 𝑃𝑧 𝑃𝑐 - Trị số λ thương động xăng nằm phạm vi sau: λ = 3,00 ÷ 4,00 - Ta chọn λ=3,5 Bảng thông số tự chọn Tên thông số Kí hiệu Giá trị Đơn vị Áp suất khơng khí nạp 𝑃𝑜 0,1013 𝑀𝑁/𝑚2 Áp suất khí nạp trước xupap nạp 𝑃𝑘 0,1013 𝑀𝑁/𝑚2 Nhiệt độ khí nạp 𝑇𝑜 302 K Nhiệt độ khí nạp trước xupap 𝑇𝑘 nạp 302 K Hệ số dư lượng khơng khí 𝛼 0,9 Áp suất cuối kì nạp 𝑃𝑎 0,09 𝑀𝑁/𝑚2 Áp suất khí sót 𝑃𝑟 0,11 MPa Nhiệt độ khí sót 𝑇𝑟 950 K Độ tăng nhiệt độ khí nạp ∆𝑇 10 ℃ Hệ số lợi dụng nhiệt z 𝜉𝑧 0,8 Hệ số lợi dụng nhiệt b 𝜉𝑏 0,9 Tỷ số tăng áp suất 𝜆 3,5 Hệ số nạp thêm 𝜆1 1,04 Hệ số quét buồng cháy 𝜆2 Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt 𝜆𝑡 1,15 Chỉ số nén đa biến m 1,5 Hệ số điền đầy đủ đồ thị cơng 𝜑𝑑 0,95 1.2 TÍNH TỐN NHIỆT 1.2.1 Quá trình nạp 1.2.1.1 Hệ số nạp (𝜼𝒗 ) 1 𝑇𝑘 𝑃𝑎 𝑃𝑟 𝑚 𝜂𝑣 = [𝜀 𝜆1 − 𝜆𝑡 𝜆2 ( ) ] 𝜀 − 𝑇𝑘 + ∆𝑇 𝑃𝑘 𝑃𝑎 - Trong đó: m – số đa biến trung bình khơng khí, chọn m = 1,5 ηv = 302 9,5−1 302+10 0,09 0,1 [9,5.1,04 − 0,11 1,5 1,15.1 ( ) ] 0,09 ≈ 0,88 1.2.1.2 Hệ số khí sót ( γr ) 2 pr Tk 0,11 302 γr =    p T =   v k r (9,5−1).0,88 0,1 950 ≈ 0,047 1.2.1.3 Nhiệt độ cuối trình nạp (Ta ) Ta = 𝑚−1 𝑃𝑎 𝑚 (𝑇𝑘 +𝛥𝑇)+𝜆𝑡 𝛾𝑟 𝑇𝑟 ( ) 𝑃𝑟 1+𝛾𝑟 = (302+10)+1,15.0,047.950.( 1,5−1 0,09 1,5 ) 0,11 1+0,047 ≈343,86OK 1.2.2 Quá trình nén 1.2.2.1 Tỷ lệ mol đẳng tích trung bình khí nạp 𝑚𝑐𝑣 = av + ̅̅̅̅̅ (𝑏𝑣 𝑇𝑐 ) =19,806 + (0,00419.𝑇𝑐 ) [kJ/kmol oK] 1.2.2.2 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình sản phẩm cháy: Khi 0,7