Đề tài TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ CỦA XE KIA CERATO

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BỘ MƠN TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG BÀI TẬP LỚN Đề tài : TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ CỦA XE KIA CERATO GVHD: PGS.TS Lý Vĩnh Đạt SVTH MSSV Trần Hữu Phúc 20145583 Dương Quốc Việt 20145654 Nguyễn Trung Quân 20145592 Mã môn học: ICEC320430 Lớp thứ tiết 1-2 TP Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ KĨ THUẬT TP.HCM NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Độc lập - Tự - Hạnh phúc BỘ MƠN TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Họ tên sinh viên thực : Trần Hữu Phúc 20145583 Dương Quốc Việt 20145654 Nguyễn Trung Qn 20145592 Nội dung: Tính tốn nhiệt xây dựng giản đồ công thị động Nội dung vẽ: Bản vẽ đồ thị công thị P – V, P - Phi GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN CHÍNH PGS.TS Lý Vĩnh Đạt MỤC LỤC I CÁC THƠNG SỐ CHO TRƯỚC CỦA ĐỘNG CƠ II CÁC THƠNG SỐ TÍNH TỐN NHIỆT 1 Áp suất khơng khí nạp (P0) Nhiệt độ khơng khí nạp (T0) Áp suất khí nạp trước xupap nạp (pk) Nhiệt độ khí nạp trước xuppap nạp (Tk) Áp suất cuối trình nạp (Pa) Chọn áp suất khí sót Pr Nhiệt độ khí sót (Tr) Độ tăng nhiệt độ nạp Chọn hệ số nạp thêm λ1 10 Chọn hệ số quét buồng cháy λ2 11 Hệ số dư lượng không khí α 12 Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λt 13 Hệ số lợi dụng nhiệt điểm Z (ξZ) 14 Hệ số lợi dụng nhiệt điểm b (ξb) 15 Chọn hệ số điền đầy đồ thị công φd 16 Tỷ số tăng áp III TÍNH TỐN NHIỆT 3.1 Quá trình nạp 3.1.1 Hệ số nạp (𝛈𝐯) 3.1.2 Hệ số khí sót (γr) 3.1.3 Nhiệt độ cuối trình nạp Ta 3.2 Quá trình nén 3.2.2 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình sản phẩm cháy: 3.2.3 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình hỗn hợp khí q trình nén: 3.2.4 Tỷ số nén đa biến trung bình n1: 3.2.5 Áp suất trình nén Pc 3.3 Quá trình cháy 3.3.1 Lượng khơng khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M0 3.3.2 Lượng khí nạp thực tế nạp vào xylanh M1 3.3.3 Lượng sản vật cháy M2 3.3.4 Hệ số biến đổi phân tử khí lý thuyết β0 𝛽0 = 𝑀2𝑀1 = 0,5110,473 = 1,08 kmolSCV/kgnl 3.3.5 Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế β 3.3.6 Hệ số biến đổi phân tử khí điểm βz 3.3.7 Tổn thất nhiệt cháy khơng hồn tồn 3.3.8 Tỷ nhiệt mol đẳng tính trung bình mơi chất điểm Z 3.3.9 Nhiệt độ cuối trình cháy 𝐓z 3.3.10 Áp suất cuối trình cháy 𝐏Z 3.4 Quá trình giãn nở: 3.4.1 Tỷ số giãn nở đầu: 𝜌 = 3.4.2 Tỷ số giãn nở sau: 𝛿 = 𝜀 = 10,5 3.4.3 Xác định số giãn nở đa biến trung bình: 3.4.4 Nhiệt độ cuối trình giãn nở Tb 3.4.5 Áp suất cuối trình giãn nở Pb 3.4.6 Kiểm nghiệm nhiệt độ khí sót Tr 3.4.7 Sai số khí sót 3.5 Tính tốn thơng số đặc trưng chu trình 3.5.1 Áp suất thị trung bình tính tốn 3.5.2 Áp suất thị trung bình thực tế 3.5.3 Áp suất tổn thất khí Pm 3.5.4 Áp suất có ích trung bình Pe 3.5.5 Hiệu suất giới 3.5.6 Hiệu suất thị 3.5.7 Hiệu suất có ích 3.5.8 Tính suất tiêu hao nhiên liệu thị gi 3.5.9 Tính suất tiêu hao nhiên liệu ge 3.5.10 Tính tốn thông số kết cấu động IV VẼ ĐỒ THỊ CÔNG CHỈ THỊ 12 4.1 Đồ thị công P – V 15 4.2 Đồ thị công P - Phi 16 16 BẢNG SỐ LIỆU 17 5.1 Trị số áp suất trình nén giãn nở tính tốn 17 5.2 Bảng giá trị đồ thị P – Phi 18 CODE MATLAB 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO 25 I CÁC THÔNG SỐ CHO TRƯỚC CỦA ĐỘNG CƠ Kiểu, loại động (động xăng, động diesel ): Động xăng không tăng áp Số kỳ 𝜏: Số xilanh, i cách bố trí xilanh: i4 Đường kính xilanh, D(mm): 77 Hành trình piston, S (mm): 85.4 Cơng suất thiết kế, 𝑁𝑒 (kW) : 97 Số vòng quay thiết kế, n (v/ph) : 6300 Tỷ số nén: 10,5:1 Kiểu buồng cháy phương pháp tạo hỗn hợp: MPI Kiểu làm mát nước Suất tiêu thụ nhiên liệu có ích, g𝑒(g/Kw.h): Góc mở sớm đóng muộn xupáp nạp thải: Góc mở sớm supap nạp (𝛼1 ) = 8° Trước ĐCT Góc mở sớm supap thải (𝛽1 ) = 50° Trước ĐCD Góc đóng muộn supap nạp (𝛼2 ) = 30° Sau ĐCD Góc đóng muộn supap thải (𝛽2 ) = 5° Sau ĐCT Chiều dài truyền, L (mm) :130.8 Khối lượng nhóm piston, 𝑚𝑛𝑝 (kg) Khối lượng nhóm truyền, 𝑚𝑡𝑡 (kg) II CÁC THƠNG SỐ TÍNH TỐN NHIỆT Thơng số tính tốn nhiệt Áp suất khơng khí nạp (P0) p0 = 0.1013 MN/m2 Nhiệt độ không khí nạp (T0) Chọn tkk = 29°C (Nhiệt độ trung bình nước ta) To = (29+ 273)°K = 302°K Áp suất khí nạp trước xupap nạp (pk) Động bốn kỳ không tăng áp: pk = p0 = 0.1013 MN/m2 Nhiệt độ khí nạp trước xuppap nạp (Tk) Đối với động bốn kỳ không tăng áp: Tk = T0 = 302°K Áp suất cuối q trình nạp (Pa) Đối với động khơng tăng áp: Pa = (0.80 ÷ 0.95).P0 = 0.0912 MN/m² Chọn áp suất khí sót Pr Đối với động xăng chọn: Pr= (0,11 ÷ 0,12) MPa = 0.11 Mpa = 0.11 MN/m² Nhiệt độ khí sót (Tr) Động xăng: Tr = (900 ÷ 1000)°K = 1000°K Độ tăng nhiệt độ nạp Động xăng: ΔT = ( ÷ 20)°C = 15°C Chọn hệ số nạp thêm λ1 λ1 = (1,02 ÷ 1,07) = 1,05 10 Chọn hệ số quét buồng cháy λ2 Khơng tăng áp λ2 =( 0.7 ÷ 0.9) = 0.8 11 Hệ số dư lượng khơng khí α Động xăng α = (0.85 ÷ 0.95) = 0.93 12 Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λt Chọn λt=1,15 13 Hệ số lợi dụng nhiệt điểm Z (ξZ) Động xăng ξZ = (0,75 ÷ 0,92) = 0.8 14 Hệ số lợi dụng nhiệt điểm b (ξb) Động xăng ξb = ( 0.85 ÷ 0.95) = 0.9 15 Chọn hệ số điền đầy đồ thị công φd Động xăng φd =(0.93 ÷ 0.97) = 0.94 16 Tỷ số tăng áp Động xăng: không chọn trước III TÍNH TỐN NHIỆT 3.1 Q trình nạp 3.1.1 Hệ số nạp (𝛈𝐯) Chọn m = 1,45 ηv = Tk Pa ε−1 TK +∆T Pk Pr m [ε λ1 − λt λ2 ( ) ] Pa 1 302 0,0912 0,11 1,45 ηv = ∙ ∙ ∙ [10,5 ∙ 1,05 − 1,15 ∙ 0,8 ∙ ( ) ] 10,5 − 302 + 25 0,1013 0,0912 = 0,873 3.1.2 Hệ số khí sót (𝛄𝐫 ) γr = λ2 ∙ (𝑇𝑘 + ∆T) 𝑃𝑟 ∙ ∙ 𝑇𝑟 𝑃𝑎 γr = 0,8 ∙ 1 𝑃 𝑚 𝜀 ∙ λ1 − λ1 ∙ λ2 ∙ ( 𝑟 ) 𝑃a (302 + 15) 0,11 ∙ ∙ 1000 0,0912 1 1,45 0,11 10,5 ∙ 1,05 − 1,05 ∙ 0,8 ∙ ( ) 0,0912 = 0,03 3.1.3 Nhiệt độ cuối trình nạp Ta Ta = Ta = m−1 Pa m (Tk +∆T)+λt γr Tr ( ) Pr 1+γr 1,45−1 0,0912 1,45 (302+15)+1,15∙0,03∙1000∙( ) 0,11 1+0,03 = 339,369 °K 3.2 Quá trình nén 3.2.1 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình khí nạp 𝑏 0,00419 2 mc ̅̅̅̅̅v = 𝑎𝑣 + 𝑇 = 19,806 + T (𝑘𝐽/𝑘𝑚𝑜𝑙°𝐾) 3.2.2 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình sản phẩm cháy: Ta có α = 0, + Khi 0,7 < α < tính cho động xăng theo cơng thức sau: 𝑚𝑐 ̅̅̅̅̅𝑣 ′′ = (17,997 + 3,504α ) + (360,34 + 252,4α ) 10−5.T = (17,997 + 3,504 ∙ 0,9) + (360,34 + 252,4 ∙ 0,9) ∙ 10−5𝑇 = 21,1506 + 2,9375 ∙ 10−3𝑇 = 21,1506 + 5,875∙10−3 T 3.2.3 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình hỗn hợp khí q trình nén: 𝑚𝑐 ̅̅̅̅̅′ 𝑣 = 𝑚𝑐 ̅̅̅̅̅𝑣 + γr ⋅ 𝑚𝑐 ̅̅̅̅̅′′ 𝑣 + γr 19,806 + = 0,00491 5,875 ∙ 10−3 𝑇 + 0,03 ∙ (21,1506 + T) 2 + 0,03 4.938 ∙ 10−3 = 19,845 + 2,469 ∙ 10 𝑇 = 19,845 + 𝑇 −3 3.2.4 Tỷ số nén đa biến trung bình n1: n1 − = 8,314 (b ′ v) (a′v )c + Ta (εn1 −1 + 1) 8,314 n1 − = 19,845 + 4.938 ∙ 10−3 ∙ 339,369 ∙ (10,5𝑛1−1 + 1) => n1 = 1,367 3.2.5 Áp suất trình nén Pc Pc = pa⋅ εn1 Pc = 0,0912 ∙ 10,51,367 = 2,27 MN/m² 3.2.6 Nhiệt độ cuối trình nén Tc Tc = Ta⋅ εn1 −1 Tc = 339,369 ∙ 10,51,367−1 = 804,3570 K 3.3 Q trình cháy 3.3.1 Lượng khơng khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu M0 - Lượng khơng khí lý thuyết để đốt cháy 1kg xăng: M0 =0,516 kmol kk 3.3.2 Lượng khí nạp thực tế nạp vào xylanh M1 Đối với động xăng: M1 = α M0 + μn.l = 0,9.0,516 + 110 = 0,473 (kmol kk /kg.nl) Trong đó: 𝜇n.l – trọng lượng phân tử xăng; 𝜇n.l = 110 kg/kmol 3.3.3 Lượng sản vật cháy M2 M2 = C 12 H 0,855 12 + + 0.79 α M0 = + 0,145 + 0,79.0,9.0,516 11 ξz 0,8 13 γr 0,03 14 ηv % 92,72 15 ηm % 71,4 16 ηi % 36,04 17 ηe % 25,72 18 n1 1,367 19 n2 1,218 20 T0 K 302 21 Tk K 302 22 Tr K 1058,969 23 Ta K 339,369 24 Tb K 1673,93 25 Tc K 804,357 26 Tz K 2794,837 27 ΔT K 15 28 p0 MN/m2 0,1013 29 pa MN/m2 0,0913 30 Pb MN/m2 0,481 31 Pc MN/m2 2,27 32 pz MN/m2 8,432 33 Pr MN/m2 0,11 34 pk MN/m2 0,1013 35 pi MN/m2 1,18 36 pm MN/m2 0,338 37 pe MN/m2 0,842 11 38 gi Kg/kW.h 0,2272 39 ge Kg/kW.h 0,3184 Số liệu tính tốn nhiệt động IV VẼ ĐỒ THỊ CÔNG CHỈ THỊ Xác định điểm đặc biệt đồ thị công Điểm a (Va, Pa): điểm cuối hành trình hút, có áp suất 𝑃𝑎 thể tích: + Thể tích ∶ Va = 𝑉ℎ + 𝑉𝐶 = 0,5486 + 0,058 = 0,6066 (l) + Áp suất: Pa= 0,0912 MPa + Nhiệt độ Ta = 339,369 °K Điểm c (Vc , Pc): điểm cuối hành trình nén: + Áp suất Pc= 2,27 MPa + Thể tích Vc = 0,058 (l) + Nhiệt độ Tc = 804,357 °K Điểm z (Vz , Pz): điểm cuối hành trình cháy: + Áp suất Pz = 8,432 MPa + Thể tích Vz = Vc = 0,058 (l) + Nhiệt độ Tz = 2794,837 °K Điểm b (Vb, Pb): điểm cuối hành trình giãn nở với: + Áp suất Pb = 0,481 MPa + Thể tích: Vb = Va = 0,6066 (𝑙) + Nhiệt độ Tb = 1673,93 °K Điểm r (Vr, Pr): điểm cuối hành trình thải: + Áp suất Pr = 0,11 MPa + Thể tích: Vr = Vc = 0,058 (𝑙) 12 + Nhiệt độ Tr = 1058,969 °K Dựng đường cong nén Trong trình nén, khí xilanh bị nén với số đa biến trung bình 𝑛1 , từ phương trình: n n Pa Va = Pxn Vxn1 = const Trong đó: 𝑃𝑎 , 𝑉𝑎 áp suất thể tích khí điểm a 𝑃𝑥𝑛 , 𝑉𝑥𝑛 áp suất thể tích điểm đường cong nén Pxn Va n1 = Pa ( ) Vxn Bằng cách cho giá trị 𝑉𝑥𝑛 từ 𝑉𝑎 đến 𝑉𝑐 ta xác định giá trị 𝑃𝑥𝑛 Dựng đường cong giãn nở Trong trình giãn nở, khí cháy giãn nở theo số đa biến n2 Tương tự ta có: n n Pz Vz = Pxg Vxg2 = const Vz Pxg = Pz ( ) Vxg n2 Pxg , Vxg áp suất thể tích điểm đường cong giãn nở Dựng hiệu chỉnh đồ thị công Xác định tọa độ điểm r’ (điểm đóng muộn supap thải), c’ (điểm phun nhiên liệu sớm), z’ (điểm có áp suất cực đại), b’ (điểm mở sớm supap thải), c’’, z’’, b’’ Điểm r’: λ xr′ = R (1 − cos(β2 ) + (1 − cos(2 β2 ))) xr′ π D2 Vr′ = ( ) + Vc 4000 Pr′ = Pa Điểm c’: 13 λ xc′ = R (1 − cos(θ) + (1 − cos(2 θ))) Vc′ = ( xc′ π D2 ) + Vc 4000 Va n1 Pc′ = Pa ( ) Vc Điểm c’’: Pc′′ = Pz′ − Pc (Với Pz′ = 0,85Pz ) Vc′′ = Vc Điểm z’: Điểm z’ có tọa độ (Vz , Pz ) Điểm z’’: λ xz′′ = R (1 − cos 375° + (1 − cos(2.375°))) Điểm b’: λ xb′ = R (1 − cos(β1 ) + (1 − cos(2 β1 ))) xz′′ π D2 Vb′ = ( ) + Vc 4000 Vz′′ n2 Pb = Pz′′ ( ) Vb′ Điểm b’’: Pb′′ = Pb − Pr + Pr Vb′′ = Va Nối điểm lại với lệnh MATLAB ta đồ thị công thị P-V sau: 14 4.1 Đồ thị công P – V 15 ... giãn nở tính tốn 17 5.2 Bảng giá trị đồ thị P – Phi 18 CODE MATLAB 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO 25 I CÁC THÔNG SỐ CHO TRƯỚC CỦA ĐỘNG CƠ Kiểu, loại động (động xăng,... giản đồ cơng thị động Nội dung vẽ: Bản vẽ đồ thị công thị P – V, P - Phi GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN CHÍNH PGS.TS Lý Vĩnh Đạt MỤC LỤC I CÁC THÔNG SỐ CHO TRƯỚC CỦA ĐỘNG CƠ II CÁC THÔNG SỐ TÍNH TỐN... KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Độc lập - Tự - Hạnh phúc BỘ MƠN TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Họ tên sinh viên thực : Trần Hữu Phúc 20145583 Dương Quốc Việt 20145654 Nguyễn Trung Quân 20145592 Nội dung: Tính