TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Nhóm SVTH 1 Nguyễn Công Trạng 2 Lê Thành Vinh 20145657 3 Nguyễn Tuấn Tùng GVHD TS Lý Vĩnh Đạt[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN MƠN HỌC Nhóm SVTH : ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Nguyễn Công Trạng Lê Thành Vinh 20145657 Nguyễn Tuấn Tùng GVHD : TS Lý Vĩnh Đạt Ngành : Công nghệ kỹ thuật ô tô Tp Hồ Chí MINH, ngày 22 tháng 12 năm 2022 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP-TỰ DO-HẠNH PHÚC ******* NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI: Họ tên sinh viên : Nguyễn Công Trạng Lê Thành Vinh Nguyễn Tuấn Tùng MSSV: 20145657 Tên đề tài: Tính tốn nhiệt động học động đốt xe PEUGEOT 5008 Các số lệu ban đầu : - -Loại động cơ: Diesel Số kì :4 -Cơng suất :88.2kw Số xy lanh :4 -Tỉ số nén : 17 Hệ số lượng dư không khí 1,45 -Số vịng quay : 3500(v⁄ph ) Làm mát nước Nội dung thực đề tài Tính tốn nhiệt , tính tốn động học động lực học cấu piston – trục khuỷu – truyền - Bản vẽ đồ thị công thị P-V - Bản vẽ đồ thị P-φ, Pj, P1 - Bản vẽ đồ thị quảng đường Sp, vận tốc Vp, gia tốc Jp piston - Bản vẽ đồ thị , - Đồ thị tải tác dụng lên chốt khuỷu (T-Z) Sản phẩm Giáo Viên Hướng Dẫn LỜI CẢM ƠN Sau ngày nỗ lực thực báo cáo Đồ Án Mơn Học phần hồn thành Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy TS Lý Vĩnh Đạt tận tình hướng dẫn giúp đỡ tụi em suốt trình thực đề tài em xin chan thành cảm ơn thầy cô giáo khoa giúp chúng em hồn thành tốt nhiệm vụ Do kiến thức hạn chế , nhiều điều mẻ nên suốt q trình báo cáo khơng thể tránh khỏi sai sót ,chúng em xin kính mong bảo tận tình thầy giáo để chúng em hồn thành tốt nhiệm vụ Cuối cùng, chúng em xin kính chúc thầy cô luôn khỏe mạnh ngày thành cơng đường giảng dạy Xin trân trọng cảm ơn! Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 12 năm 2022 Sinh viên thực Sinh viên thực 2.1 Các thông số cho trước động - Kiểu, loại động (động xăng, động diesel ): động Diesel (1,6 BlueHDI (120)) - số kỳ : - Số xilanh, i cách bố trí xilanh: xylanh, bố trí inline - Đường kính xilanh, D(mm): 75mm - Hành trình piston, S (mm): 88,3mm - Cơng suất thiết kế, (kW): 88.2 kw - Số vòng quay thiết kế, n (v/ph): 3500(v/ph) - Kiểu buồng cháy phương pháp tạo hỗn hợp: + Buồng đốt xoáy lốc + Phương pháp hỗn hợp Diesel commonrail, turbochager - Kiểu làm mát: intercooler - Suất tiêu thụ nhiên liệu có ích, g - Góc mở sớm đóng muộn xupáp nạp thải - Chiều dài truyền, L (mm): 98,47mm - Khối lượng nhóm piston,m (kg): - Khối lượng nhóm truyền,m (kg): (g/Kw.h) ❖ Xác định cao tốc động Tính cao tốc động xác định theo tốc độ trung bình piston, ( p): V 3030 p= S×n −3 =88.3 ×10 × 3500 =10.302 (m/s) ≥ /tốccó:Độngcơ=>cao 2.2.1 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 po giảm khơng khí lỗng, độ cao so với mực nước biển: p = 0.1 MN/ 2.2.2 Nhiệt độ khơng khí nạp ( 0) Miền Nam nước ta thuộc vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình ngày chọn tkk = 310C cho khu vực miền Nam, đó: T = (29 + 273)= 302K 2.2.3 Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp ( k) Động bốn kỳ : pk áp suất khí nạp nén sơ cấp trước máy nén tăng áp bơm quét khí p > p =0.2 (MN/m2) k 2.k2.4 Nhiệt độ khí nạp trước xuppap nạp ( k) Đối với động bốn kỳ khơng tăng áp có két làm mát trung gian Tk xác định công thức: T K =T ( Pk P m−1 ) m −∆ T m=324.48122(K) Trong đó: m: số nén đa biến trung bình khí nén, phụ thuộc vào loại máy nén (m = 1,5÷1,65), thơng thường chọn 1,45 ΔTm - chênh lệch nhiệt độ khơng khí trước sau két làm mát 2.2.5 Áp suất cuối trình nạp ( a) Đối với động tăng áp: (MN/ 2) = (0.88 ÷ 0.98) k Pk : áp suất khơng khí sau nén a Khi kiểm nghiệm động có sẵn, giá trị biết trước, thiết kế phải chọn k =0.2 (MN/m2) =>Pa = 0.9 k =0.18 2.2.6 Chọn áp suất khí sót Pr k (MN/m ) Là thông số quan trọng đánh giá mức độ thải sản phẩm cháy khỏi xilanh động Tương tự áp suất cuối trình nạp , áp suất khí sót xác định quan hệ sau: ℎ Đối với động diesel chọn: = (0,106 ÷ 0,115) Chọn Pr = 0,106 (Mpa) r (Mpa) 2.2.7 Nhiệt độ khí sót ( r) Khi tính tốn, người ta thường lấy giá trị cuối trình thải cưỡng hỗn hợp α, Giá trị phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác tỷ số nén , thành phần tốc độ quay n, góc phun sớm nhiên liệu (ở động diesel) hợp thành phần phù hợp trình cháy xảy Giá trị ε cao khí cháy dãn nở nhiều nên thấp Xilanh hỗn nhanh, cháy rớt nên giảm tăng nên cao Nếu góc phun sớm nhiên liệu đánh lửa sớm nhỏ trình cháy rớt 2.2.8 Độ tăng nhiệt độ nạp 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 Chọn ΔT = 250C 2.2.9 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 λ1 = 1,05 2.2.10 Chọn hệ số quét buồng cháy λ2 Động tăng áp (có quét buồng cháy) chọn = 0.2 2.2.11 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 0,80 1,00 1,20 1,40 1,13 1,17 1,14 1,11 α Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λt Thơng thường tính cho: Động Diesel có α=1,25÷1,4; chọn λt=1,11 2.2.12 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 Chọn ξz = 0.7 2.2.13 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 Chọn ξb = 0.9 2.2.14 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 α = 1.45 2.2.15 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 công thực tế so với đồ thị công tính tốn Chọn φd = 0.93 2.2.16 Tỷ số tăng áp λ Là tỷ số áp suất hỗn hợp khí xilanh cuối q trình cháy trình nén: λ= Động diesel: chọn λ = 1,8 2.3 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 toán nhiệt số liệu cho bước tính tốn động lực học tính tốn thiết kế động 2.3.1 Quá trình nạp 2.3.1.1 Hệ số nạp ( ) Tk ηv= ε−1 × T k + ∆T Pa × Pk Pr [ × ελ λ λ 1− t ( Pa m ) ] 17−1 ¿0.92419 324.48122 × ¿ 0.18 324.48122+25 × 0.106 [ ( 0.2 × 17 ×1.05−1.11 ×0.2 0.18 ) 1.45 ] Trong m số giãn nở đa biến trung bình khí sót m =1,45÷1,5 => Chọn m=1.45 2.3.1.2 Hệ số khí sót (γr ) λ2 γ = r Pr × (ε −1) ηv × Pk Tr 0.2 = Tk × (17−1)× 0.92419 0.106 800 × 0.2 =0.0029075 324.48122 2.3.1.3 Nhiệt độ cuối trình nạp Ta (T k+ ∆ T )+ λt γr T r T a= ( Pa Pr )( m−1 ) m 1+ γr (324.48122+25 )+1.11 × 0.0029075× 750 ¿ ( 0.18 0.106 1.45−1 ) ) ( 1.45 =351.5022 1+0.0029075 K 2.3.2 Quá trình nén 2.3.2.1 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình khí nạp mới: b 0.00419 m cv=av+ T =19.806+ T (kJ/kmol0K) 22 2.3.2.2 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình sản phẩm cháy: - Khi α > tính cho động diesel theo cơng thức sau: mc'v'= 19.867+ 1.634 ( 184.36 1.634 184.36 10−5 T = 19.867+ 10−5 T =21.03414 + 427.38+ + 427.38+ ) 2( a a ) ( 1.4 ) 2( 1.4 ) 2.3.2.3Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình hỗn hợp khí q trình nén: '' mcv ' = mcv + γr × mcv 1+ γ r 19.806+ ¿ 0.00419 T +1.4 × (21.04314286+0.002806042T ) 1+ 1.4 ¿20.51436735+0.002503585 T =a'v+ b' v T 2.3.2.4 Tỷ số nén đa biến trung bình n1: Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: tỷ lệ hóa khí, loại buồng cháy, thông số kết cấu động cơ, thông số vận hành gồm phần tải, vòng quay, trạng thái nhiệt… Chỉ số nén đa biến trung bình xác định gần theo phương trình cân nhiệt trình nén, với giả thiết trình nén trình đoạn nhiệt nên cho vế trái phương trình thay k1 = n1 ta có: 8.314 n1 −1= b a v' + ' v =¿ n1=1.35 T a ( εn −1+ 1) 2.3.2.5 Áp suất q trình nén Pc=Pa εn =0.18 ×171.3478=¿8.2485 MN/m2 2.3.2.6 Nhiệt độ cuối trình nén Tc T c=T a ε n −1 =351.5022 ×171.3478−1=947.5131 K 2.3.3 Q trình cháy 2.3.3.1 Lượng khơng khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu Mo ( M 0= 21 × 12 C + H O −32 )( kmol kkkg nl ) Trong đó: C, H, O thành phần carbon, hydro, oxy, tính theo khối lượng có 1kg nhiên liệu lỏng tham khảo bảng: Đặc tính nhiên liệu lỏng dùng cho động Thành phần kg nhiên Nhiên liệu liệu (kg) Khối lượng phân tử (kg/mol) Nhiệt trịthấp, h CHO (KJ/kg) C H O Xăng ô tô 0,855 0,145 - 110-120 43960 Dầu diesel 0,870 0,126 0,004 180-200 42530 Thay số liệu vào cơng thức ta tính được: - Lượng khơng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg dầu diesel: M= × 0.21 (12+ −32 )= C H O 0.21 × ( − 32 )=0.494642 0.87 0.126 0.004 12 + ( /gnl) 2.3.3.2 Lượng khí nạp thực tế nạp vào xylanh M Đối với động diesel: M 1=α M 0=1.45 × 0.494642=0.717232143 (kmol kk /kg.nl) 3.3.3 Lượng sản vật cháy M2 > M2 tính theo cơng thức sau: M 2= 32 O + H 004 0.126 + + α M0 = 32 +1.45 ×0.494642=0.748857143 (kmol SCV/kg nl) 2.3.3.4 Hệ số biến đổi phân tử khí lý thuyết β0 M2 β 0= M 0.74885 = =1.044 (kmol SCV/kg nl) 0.71723 2.3.3.5 Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế β Trong thực tế ảnh hưởng khí sót cịn lại xilanh từ chu trình trước nên hệ số biến đổi phân tử khí thực tế β xác định theo cơng thức sau: β= β+ γ r 1+ γr =1.044 +0.002822 =1.043969 1+0.002822 2.3.3.6 Hệ số biến đổi phân tử khí điểm z: βz =1 X z= ξ + ξz β0−1 1+γ r ξz × ξb =1+ 1.044−1 1+0.002822 =0.77777778 b 2.3.3.7 Tổn thất nhiệt cháy khơng hồn tồn Đối với động Diesel > 1, =0 × 0.7 0.9 =1.034198115 2.6.3.8 Tỷ nhiệt mol đẳng tính trung bình mơi chất điểm Z M mcvz ' ' = (X γr z M ξz QH 3.3.9 Nhiệt độ cuối trình cháy +(m c' M1 (1+ γr ) v + 8.314 λ) T c=βz m c' ' pz + β0 ) mcv' (X + γr β0 z T + M1 (1− Xz ) ) + M1 (1− Xz mcv ) z Trong : QH – Nhiệt trị diesel QH = 42500(kJ/kg nhiên liệu) m c' ' pz – Tỷ nhiệt mol đẳng áp trung bình điểm z sản phẩm cháy m c' ' pz=8.314+ mc ' ' m c' ' pz=8.314+ mc ' ' vz (kJ/kmol.độ) vz=8.314+(20.3625861+0.00241603841T )=28.6765861+0.00241603841 T z=a' ' pz + b' λ hệ số tăng áp cháy, lựa chọn sơ λ=1.8 Xác định tỷ nhiệt mol đẳng tính trung bình điểm z công thức : γr β (X + z 0.002822 ' β0 ) mcv +(1− Xz ) mcvz ' ' = mcv =a' 'vz + β (X γr z + ) + 8.314 λ)T c=β z 1.044 × 0.7778+ 1.044 )×( 20.514+0.0025 T )+( T z= 0.002822 ( β0 +(1− Xz ) 1.044 × 0.778+ 1.044 Do : ξ z Q H +( ( b' ' vz T z )+ M1 (1+γr ) ¿ mc'v 0.8× 42500 0.71723× (1+0.002 92) => T z =¿2274.24 K mc'' pz +(20.5143+0.0025 T z +8.314 ×1.8) ×985.6475 2.3.3.10 Áp suất cuối trình cháy Đối với động diesel : P z=λ× Pc = 14.8474 MN/m2 2.3.4 Quá trình giãn nở 2.3.4.1 Tỷ số giãn nở đầu ρ= βz × λ Tz T =¿1.37905 c 2.3.4.2 Tỷ số giãn nở sau δ= ε ρ = 12.3273 2.3.4.3 Xác định số giãn nở đa biến trung bình 8.314 n2 −1= (ξb−ξ z ) QH M ( 1+ γ r ) × β× (T z−Tb ) +a '' VZ+ b = '' z - Đối với động diesel: Tz δ = 1381.331K (n −1) 2.3.4.5 Áp suất cuối trình giãn nở Pb - Đối với động diesel: Pb= Pz n δ ( ξb −ξz ) QH (T z +T b ) 2.3.4.4 Nhiệt độ cuối trình giãn nở Tb T b= 8.314 = 0.73155 MN/m2 2.3.4.6 Kiểm nghiệm nhiệt độ khí sót Tr '' T ( b'' z n −1 M1(1 +γ r ) × β × T z− δ( ) +aVZ z ) + = Tz (T + δ ) z ( n −1 ) M Pr T =T ( r P b m−1 ) = 758.4685 m b 2.3.4.7 Sai số khí sót ∆ T r 1 0,048 0,01512 S/D≤1 0,039 0,01320 Động phun xăng(cường hoá) 0,024 0,00530 Động Động xăng (i= – 6) Buồng cháy thống 0,089 0,01180 Buồn cháy xoáy lốc 0,089 0,01315