đề tài TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ TĂNG ÁP SUV

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO - - BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC: TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG TÊN NHĨM: NHĨM TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ TĂNG ÁP SUV Giáo viên hướng dẫn: PGS Lý Vĩnh Đạt Sinh viên thực hiện: Trần Lê Xuân Khương MSSV: 20145542 Huỳnh Tấn Long MSSV: 20145095 Hồng Văn Tâm MSSV: 20145601 TP Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2022 BẢNG ĐÁNH GIÁ THÀNH VIÊN Họ tên MSSV Mức độ hoàn thành Đánh giá 20145542 100% Tốt Huỳnh Tấn Long 20145095 100% Tốt Hoàng Văn Tâm 20145601 100% Tốt Trần Lê Xuân Khương NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN MỤC LỤC I CÁC THÔNG SỐ CHO TRƯỚC CỦA ĐỘNG CƠ II CÁC THƠNG SỐ TÍNH TỐN NHIỆT 1 Áp suất khí nạp chọn áp suất khí P0 Nhiệt độ khơng khí nạp T0 Áp suất khí nạp trước xupap nạp Pk Nhiệt độ khơng khí nạp trước xupap nạp Tk Áp suất cuối trình nạp Pa Áp suất khí xót Pr .2 Nhiệt độ khí xót Tr .2 Độ tăng nhiệt độ khí nạp ∆T Hệ số nạp thêm λ 10 Hệ số quét buồng cháy λ 11 Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt λ t 12 Hệ số lợi dụng nhiệt điểm z ξ z 13 Hệ số lợi dụng nhiệt điểm b ξ b 14 Hệ số dư lượng khơng khí α 15 Hệ số điền đầy đồ thị công φd 16 Chỉ số nén đa biến m 17 Tỷ số tăng áp III TÍNH TỐN NHIỆT Quá trình nạp a Hệ số nạp (ηV ) b Hệ số khí sót (γr) c Nhiệt độ cuối trình nạp (Ta) Quá trình nén a Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình khí nạp mới: b Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình sản phẩm cháy: c Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình hỗn hợp khí q trình nén: d Tỷ số nén đa biến trung bình (n1) Tính gần theo phương trình cân nhiệt quà trình nén với giả thiết cho vế trái phương trình thay k1=n1 e Áp suất trình nén �C f Nhiệt độ cuối trình nén TC Tính tốn q trình cháy a Lượng khơng khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu MO b Lượng khí nạp thực tế nạp vào xylanh M1 c Lượng sản vật cháy M2 d Hệ số thay đổi phân tử khí lý thuyết βO .7 e Hệ số thay đổi phân tử khí thực tế β f Hệ số thay đổi phân tử thực tế điểm z (βZ) g Tổn thất nhiệt lượng cháy khơng hồn tồn ∆QH h Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình mơi chất điểm Z j Nhiệt độ cuối trình cháy �z .8 k Áp suất cuối trình cháy Pz Tính tốn q trình giãn nở a Tỉ số giãn nở đầu b Tỉ số giãn nở sau c Xác định số giãn nở đa biến trung bình (n2) d Nhiệt độ cuối trình giãn nở Tb e Áp suất cuối trình giãn nở Pb f Kiểm nghiệm nhiệt độ khí sót Tr IV Tính tốn thơng số đặc trưng chu trình Áp suất thị trung bình tinh tốn ( pi ' ) Áp suất thị trung bình thực tế Pi Áp suất tổn thất khí Pm .9 Áp suất trung bình có ích Pe Hiệu suất giới Hệ số thị ηi 10 Hiệu suất có ích ηe 10 Suất tiêu hao nhiên liệu thị gi 10 Suất tiêu hao nhiên liệu thị ¿ 10 10 Tính tốn thông số kết cấu động 10 a Thể tich công tác xylanh động 10 b Thể tich buồng cháy Vc 11 c Thể tich toàn Va 11 d Đường kính piston 11 f Hành trình piston 11 11 Bảng kết tinh toán nhiệt động 11 V Vẽ đồ thị 14 VI Tính tốn động lực học cấu piston – trục khủyu – truyền 20 A Động học piston 20 1.Chuyển vị piston 20 2.Vận tốc piston 21 3.Gia tốc piston 21 B Động lực học cấu trục khuỷu – truyền 21 1.Lực khí thể (Pkt ¿ 21 2.Lực quán tinh chi tiết chuyển động 22 3.Hệ lực tác dụng cấu trục khuỷu – truyền 24 I CÁC THÔNG SỐ CHO TRƯỚC CỦA ĐỘNG CƠ - Môi trường sử dụng động cơ: Bụi nhiều - Loại động xăng: SUV Động Diesel tăng áp xe - Số kì: - Số xylanh: - Đường kính xylanh, D (mm): 86 (mm) - Hành trình piston, S (mm): 93 (mm) - Cơng suất thiết kế, Ne (kW): 100 (kW) - Momen xoắn cực đại T (N.m) 200 (N.m) - Số vòng quay thiết kế, n (v/ph): 3000 (v/ph) - Tỷ số nén: 16:1 - Kiểu buồng cháy phương pháp tạo hỗn hợp: Thống màng - Kiểu làm mát: Làm mát nước - Suất tiêu thụ nhiên liệu có ích ge (g/kWh): 250 (g/kW.h) - Góc mở sớm, đóng muộn xupap nạp: Mở sớm 10o & đóng muộn 29o - Góc mở sớm, đóng muộn xupap thải: Mở sớm 40o & đóng muộn 32o - Chiều dài truyền, L (mm): 205 (mm) - Khối lượng nhóm piston, mnp: 1,15 (kg) - Khối lượng nhóm truyền, mtt: 2,262 (kg) - Góc phun nhiên liệu sớm: 150 II CÁC THƠNG SỐ TÍNH TỐN NHIỆT Áp suất khí nạp chọn áp suất khí P0 Áp suất khơng khí nạp chọn áp suất khí quyển, giá trị P phụ thuộc vào độ cao so với mực nước biển Càng lên cao P giảm khơng khí lỗng, độ cao so với mực nước biển: P0 = 0,1013 MN/m2 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 khu vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình ngày chọn tkk=290C cho khu vực miền Nam, đó: T0 = (tkk + 273)= (29 + 273)= 302K Áp suất khí nạp trước xupap nạp Pk Động bốn kỳ tăng áp Pk: áp suất khí nạp nén sơ cấp trước máy nén tăng áp bơm quét khí Pk > P0 Pk=0,14 MN/m2 Nhiệt độ khơng khí nạp trước xupap nạp Tk Đối với động bốn kỳ khơng tăng áp có két làm mát trung gian Tk xác định công thức: ( T k=T Pk P0 ) m−1 m 1,5−1 1,5 =302 0,14 ) ( 0,1013 =336 ° K Trong đó: m - số nén đa biến trung bình khí nén, phụ thuộc vào loại máy nén (m = 1,5÷1,65) , chọn m=1,5 Áp suất cuối q trình nạp Pa Đối với động tăng áp: Pa = 0,9 Pk = 0,126 MPa ��: áp suất không khí sau nén Áp suất khí xót Pr Là thông số quan trọng đánh giá mức độ thải sản phẩm cháy khỏi xilanh động Đối với động Diesel: Pr= 0,11 MPa Nhiệt độ khí xót Tr Khi tính tốn, người ta thường lấy giá trị �r cuối trình thải cưỡng Giá trị �r phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác tỷ số nén , thành phần hỗn hợp α, tốc độ quay n, góc đánh lửa sớm (ở động xăng) góc phun sớm nhiên liệu (ở động diesel) Giá trị ε cao khí cháy dãn nở nhiều nên �r thấp Xilanh hỗn hợp thành phần phù hợp q trình cháy xảy nhanh, cháy rớt nên �r giảm Nếu góc phun sớm nhiên liệu đánh lửa sớm nhỏ trình cháy rớt tăng nên �r cao Giá trị �r chọn phạm vi sau: - Động diesel: �r = 700 ÷ 900 °K Chọn Tr = 800°K Độ tăng nhiệt độ khí nạp ∆T Khí nạp chuyển động đường ống nạp vào xylanh 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 Đông diesel: ΔT = 20÷ 40 độ →∆T =32 độ 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 → λ1=1 , 06 10 Hệ số quét buồng cháy λ2 Đối với động Diesel tăng áp: Chọn λ2=0,1 11 Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt λt Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λt phụ thuộc vào thành phần khí hỗn hợp α nhiệt độ khí sót Tt Động Diesel có α=1,5÷1,8; chọn λt=1,11 Chọn : λt =1 ,11 với α = 1,7 12 Hệ số lợi dụng nhiệt điểm z ξ z 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 ξ z=0,8 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 ξb=0,85 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 công suất cực đại, hệ số dư lượng không khí chọn pham vi cho bảng sau: α = 1,7 ( suy từ bảng ) 15 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 φd=0,92 16 Chỉ số nén đa biến m m = 1,5 17 Tỷ số tăng áp Là tỷ số áp suất hỗn hợp khí xilanh cuối q trình cháy trình nén: λ = �Z �c (2.8) Trị số λ thường nằm phạm vi sau: Động diesel: λ = 1,35÷2,40 Chọn: λ = III TÍNH TỐN NHIỆT Tính tốn nhiệt nhằm xác định thơng số chu trình lý thuyết tiêu kinh tế - kỹ thuật động Đồ thị công thị động xây dựng sở kết tính tốn nhiệt số liệu cho bước tính tốn động lực học tính tốn thiết kế động Quá trình nạp a Hệ số nạp (ηV ) η k a ⌊ε.λ− λ r m ⌋ V= ε− T T k+ ∆T 336 0,126 ¿ 16− 336+32 0,14 [ 16.1,06−1,11.0,1 b Hệ số khí sót (γr) γ= r Hay P ( 0,126 0,14 1 1,5 ) t Pa =0,924 ] λ ( T k +∆ T ) Pr a ε λ1 −λt r Pa λ Tr P P Pr T k = γ= λ ( ) P Pk 0,1 =¿ m ( ) 0,11 336 =0,00238 r η ( ε−1 ) Pk Tr (16−1 ) 0,924 0,14 800 V c Nhiệt độ cuối trìnhm−nạp (Ta) ( ) P P (T k T = a + ∆ T )+ λt γr 0,126 1,5−1 ( Tr r (336+32)+1,11.0,00238 800 = m V a =V h +Vc=0,615+0,041=0,656(lít) Nhiệt độ T a=369 ° K - Điểm c: điểm cuối hành trình nén có: Áp suất Pc= 5,562 (MPa) Thể tíchV c =0,041 (lít) Nhiệt độ T c=1018 K - Điểm z: điểm cuối trình cháy: Áp suất Pz=11,124 ( MPa) Thể tích V z=ρ V c =1,255 0041=0,051455 (lít) Nhiệt độ T z =2460 K - Điểm b: điểm cuối hành trình dãn nở: Áp suất Pb=0,428( MPa) Thể tích Vb=Va= 0,615(lít) Nhiệt độ Tb=1206 K - Điểm r: điểm cuối hành trình thải có: Áp suất Pr = 0,11 (MPa) Thể tích V r=Vc=0,041(lít ) Nhiệt độ T r=767 K *Dựng đường trình: Từ điểm a lên điểm c: q trình nén khí xilanh bị nén với số đa biến n1, từ phương trình: Vn1=const ⟹ xn= pa pa.V n1a =p x p n ( Va V xn x n n 0,656 =0,126 V xn )( 1,366 ) Trong đó: pa, Va – áp suất thể tích khí điểm a pxn,Vx – áp suất thể tích khí điểm đường cong nén Bằng cách cho giá trị Vx từ Va đến Vc ta xác định giá trị pxn Từ điểm c lên điểm z’’: xây dựng đường thẳng: có điểm đầu c (Vc; Pc) điểm cuối ( z '' V '' Z; P Z '' ) Đường thẳng phải qua điểm c’’ Mà điểm z’’ trung điểm đoạn z’z: ' ' z ( V c ; p )=z ( 0,041 ; 11,124 ) z ( V z ; p z )=z ( 0,051455; 11,124 ) Từ điểm z’’ xuống điểm b’: trình dãn nở khí cháy xilanh theo số dãn nở đa biến n2, từ phương trình: p V n2 = p Vn2=const z z xg xg V z ⟹ p xg= p z V n ( ) 0,051455 =11,124 V xn ( 1,28 ) Trong đó: pxg,Vxg – áp suất thể tích điểm đường cong dỡn nở Ta cho giá trị Vxg thay đổi từ Vz tăng đến Vb= Va Từ điểm b’ điểm b’’: Điểm đầu b’ điểm cuối Điểm b’’ trung điểm đoạn ab : b ( V b ; Pb ) =b (0,615 ; 0,428 ) a ( V a ; Pa ) =a (0,656 ; 0,126 ) b '' ( V a ; Pb '' ) Từ điểm r quay a: qua điểm uốn r ' ( 0,041; 0,11 ) *Hiệu chỉnh đường cong trình nén cháy đồ thị cơng: - Điểm z’ (Vc, Pz ) Vc=0,041 (lít ) Pz= 11,124( MN m ) - Điểm z” (Vz”,Pz) cz”= cz  z V”−V  z =V ( c V ” −0,041= z  −V c ) (0,051455−0,041) V”=0,0462275(lít ) z ( {MN} over {{m} ^ {2}} ¿ P}z = {P} rsub {z} = 11,124 - Điểm c”( Vc, Pc”) Vc= 0.041[ d m3] cc" = cz'/3   (Pc” - Pc) = (Pz’-Pc) P ” – 5,562= (11,124 - 5,562) c  P ” = 7,416 ( c MN ) m - Điểm b” ( Vb, Pb” ) Vb = 0,615(lít ) P}b = {{P} rsub {b} - {P} rsub {a}} over {2¿  ” P= b 0,428−0,126  } =0,151 ( {MN} over {{m} ^ {2}} ¿ Pb *Ta thu bảng số liệu: a (độ) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 V (cm3) 41 46.78411 63.8603 91.42064 128.1848 172.4926 222.4194 275.9051 330.8816 385.3894 437.672 486.241 529.91 567.7948 599.2877 624.0099 641.7535 652.4223 655.9811 652.4223 641.7535 624.0099 599.2877 567.7948 529.91 486.241 437.672 385.3894 330.8816 275.9051 222.4194 172.4926 128.1848 P (MN/m2) 0.11 0.115 0.12 0.126 0.126 0.126 0.126 0.126 0.126 0.126 0.126 0.126 0.126 0.126 0.126 0.126 0.126 0.126 0.126 0.126945 0.129836 0.134905 0.142564 0.153474 0.168656 0.18968 0.219004 0.260569 0.320914 0.411323 0.552107 0.781327 1.172077 330 340 350 360 370 375 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580 590 600 610 620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720 91.42064 63.8603 46.78411 41 46.78411 53.94924 63.8603 91.42064 91.42064 128.1848 172.4926 222.4194 275.9051 330.8816 385.3894 437.672 486.241 529.91 567.7948 599.2877 624.0099 641.7535 652.4223 655.9811 652.4223 641.7535 624.0099 599.2877 567.7948 529.91 482.0125 428.4026 370.6749 310.8449 251.2856 194.6122 143.5207 100.5983 68.12314 47.87833 41 1.859836 3.036098 4.496065 7.416 10.40396 11.124 9.723367 5.3303 5.3303 3.458257 2.364951 1.708076 1.296331 1.027324 0.845155 0.718155 0.627651 0.562224 0.514663 0.480303 0.434015 0.387727 0.341439 0.295151 0.264293 0.233434 0.202576 0.171717 0.140859 0.11 0.11 0.11 0.11 0.11 0.11 0.11 0.11 0.11 0.11 0.11 0.11 ĐỒ THỊ P-V VI Tính tốn động lực học cấu piston – trục khủyu – truyền A Động học piston Chuyển vị piston Sơ đồ Động học cấu Piston – Khuỷu trục – Thanh truyền cấu giao tâm Chú thích hình 1.21: X: chuyển vị piston tính từ ĐCT theo góc quay trục khuỷu l: chiều dài truyền R: bán kính quay trục khuỷu α : Góc quay trục khuỷu β: Góc lệch đường tâm truyền đường tâm xy lanh R λ= =0.24 thông số kết cấu l Áp dụng công thức gần cấu giao tâm, ta có: Khi trục khuỷu quay góc α piston dịch chuyển khoảng X so với vị trí ban đầu (ĐCT) Chuyển vị piston xilanh động tính cơng thức sau: [ λ X =R ( 1−cos ( α ) ) +4 ( 1−cos ( α ) ) ] [ 0,24 X =0,04855 (1−cos α )+ (1−cos α ) ] Vận tốc piston Vi phân biểu thức chuyển vị theo thời gian phương trình tốc độ chuyển động piston: dx P dt =v dα dt =ω v=R ω.¿ (m/s) v=0,04855.314,16 ¿(m/s) Vận tốc max piston: vmax=± R ω=±0,04855.314,16 =15,25 (m/s) Gia tốc piston Đạo hàm biểu thức vận tốc theo thời gian, ta có cơng thức gia tốc piston J =p dv dv dα dv ω = = dt dα dt dα J p=R ω2 ¿ J p =0,04855.314,162 ¿ Gia tốc lớnnhất Piston: J pma =± R ω ( λ ± ) x B Động lực học cấu trục khuỷu – truyền Lực khí thể (Pkt ¿ Để xét lực tác dụng lên cấu, trước hết ta xét lực tác dụng lên piston, lực gồm có lực khí thể xi lanh Pkt, lực quán tính chuyển động tịnh tiến Pj π D2 : Pkt= pkt−p0 ⋅ F p= pkt− p0 ) ⋅ Lực khí thể: ( ) ( p0 = 0,1013 (MPa): áp suất khí pkt (MPa): áp suất xilanh động D: đường kính xilanh động Tuy nhiên q trình tính tốn pkt thường tính theo đơn vị diện MN tích Pkt F=( m nên: p p kt − p 0) Lực quán tính chi tiết chuyển động Lực qn tính xác định theo cơng thức sau: P j =m j J =−m R ω ( cosα + λ cos α ) [MN/m2] j Trong đó: �� = �� + �� [g/cm2] khối lượng chuyển động tinh tiến bao gồm khối lượng nhóm piston thành phần khối lượng quy đầu nhỏ truyền J – gia tốc chuyển động chi tiết (m/s2) R bán kính quay trục khuỷu (m) a Khối lượng cấu trục khuỷu - truyền Nhóm chi tiết Động xăng D= 60÷100mm Động Diesel Chú ý D=80ữ120mm Piston, mp (g/cm2) Giỏ tr ln ã Hp kim nhụm 8ữ15 15ữ30 hn i vi ã Hp kim gang 15÷25 25÷40 động có D lớn Thanh truyền, mt (g/cm2) 10ữ20 25ữ40 Trc khuu, mk (g/cm2) ã Thộp rốn 15ữ20 20ữ40 ã Thộp ỳc 10ữ20 15ữ30 Giỏ tr nh sử dụng cho động có tỷ số S/D