Sử dụng phần mềm esp để xem xét ảnh hưởng của thông số đến thông số đầu ra của động cơ

ĐỀ TÀI: SỬ DỤNG PHẦN MỀM ESP ĐỂ XEM XÉT ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ ĐẾN THÔNG SỐ ĐẦU RA CỦA ĐỘNG CƠ 1. Chọn động cơ Ở đây em chọn thông số động cơ của Vios 1NZFE Xy lanh: 4 xy lanh thẳng hàng Dẫn động cam: 16 xupap DOHC, dẫn động bằng xích Xupap EGR: không Đường kính xylanh x quãng chạy piston: 75 x 84.7 (mm) Hoạt động của xupap: + Nạp: • Mở: trước ĐCT (340 độ theo góc quay trục khuỷu) • Đóng: sau ĐCD (579 độ theo góc quay trục khuỷu) + Xả: • Mở: trước ĐCD • Đóng: SAU ĐCT Tỉ số nén: 10.5 Chiều dài thanh truyền: 140.8 mm Độ nâng tối đa của xupap: 9.5 mm Cổ góp: không Thể tích công tác: 2. Sử dụng ESPJAN Chọn nhiên liệu cho xe Chúng ta chọn các chất phản ứng bằng cách đánh dấu vào các ô tương ứng như hình bên dưới, sử dụng phương trình: C7H16 + 11(O2 + 3,76N2)  8H2O + 7CO2 + 41,36N2 Với vế trái là các chất phản ứng, gồm C7H16 là xăng và (O2 + 3,76N2) là hỗn hợp không khí.

ĐỀ TÀI: SỬ DỤNG PHẦN MỀM ESP ĐỂ XEM XÉT ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ ĐẾN THÔNG SỐ ĐẦU RA CỦA ĐỘNG CƠ Chọn động Ở em chọn thông số động Vios 1NZ-FE - Xy lanh: xy lanh thẳng hàng - Dẫn động cam: 16 xupap DOHC, dẫn động xích - Xupap EGR: khơng - Đường kính xylanh x qng chạy piston: 75 x 84.7 (mm) - Hoạt động xupap: + Nạp:   Mở: 20 trước ĐCT (340 độ theo góc quay trục khuỷu)   Đóng: 39 sau ĐCD (579 độ theo góc quay trục khuỷu) + Xả:  Mở: 42 trước ĐCD   Đóng: SAU ĐCT  - Tỉ số nén: 10.5 - Chiều dài truyền: 140.8 mm - Độ nâng tối đa xupap: 9.5 mm - Cổ góp: khơng 4 - Thể tích cơng tác: Vct  R h 3.742 10 (m ) Sử dụng ESPJAN - Chọn nhiên liệu cho xe Chúng ta chọn chất phản ứng cách đánh dấu vào tương ứng hình bên dưới, sử dụng phương trình: C7H16 + 11(O2 + 3,76N2)  8H2O + 7CO2 + 41,36N2 Với vế trái chất phản ứng, gồm C7H16 xăng (O2 + 3,76N2) hỗn hợp khơng khí Hình Chọn chất phản ứng Khi xác định chất phản ứng, bấm “Proceed to fuel identification” để qua bước Hình Chọn chất làm nhiên liệu Sau chọn chất làm nhiên liệu C7H16 (xăng), bấm “Proceed to reactant moles specification” để đặt số mole cho chất phản ứng Số mole lấy từ phương trình phản ứng Hình Đặt số mol cho chất phản ứng Sau nhập thông số, cần bấm “Enter” bàn phím để xác nhận việc nhập hồn tất Một thơng số hợp lệ có màu hình Tiếp theo, bấm “Proceed to product species selection” để chọn chất làm sản phẩm Hình Chọn sản phẩm phản ứng Sản phẩm thành phần có khí xả Chúng ta xác định thành phần dựa phương trình hóa học viết Khi chọn chất làm sản phẩm, ta bấm “Proceed to final data input” để qua bước cuối - Tiếp đến xuất kết mô Trong mục “Final data”, điền thông số: áp suất chất phản ứng, áp suất sản phẩm, tên mơ tên tệp tin có đuôi ESJ để sử dụng cho ESP Trong mục “Print file”, chọn xuất kết hay không cách bấm chuột vào “None” (không xuất) đường dẫn để lưu lại kết “Write properties to …” Cuối cùng, bấm “Calculate the properties” để lưu tập tin Hình Chọn áp suất lưu tập tin Làm tương tự setup nhiên liệu C3H8 Sử dụng ESP - Thiết lập thông số hoạt động điều kiện môi trường - Nhập tốc độ quay trục khuỷu (vịng/ phút) “revolutions per minute” - Nhập góc đánh lửa sớm “Ignition at…” chọn điều chỉnh tự động “Motoring” mục “Firing” - Nhập thông số điều kiện môi trường xung quanh mục “Ambient Conditions”: áp suất nạp (intake ambient pressure) áp suất xả (exhaust ambient pressure) tính đơn vị atm, điều kiện nhiệt độ (ambient temperation) tính độ K Hình Thơng số hoạt động điều kiện mơi trường - Vì động khơng có xupap EGR nên chọn No EGR Hình Cài đặt thông số EGR - Cài đặt thông số xupap piston, chiều dài truyền Hình Cài đặt thông số xú páp piston - Lưu tập tin định dạng ESS Hình Lưu tập tin dạng ESS - Xuất kết mô tính tốn Hình 10 Lựa chọn tác vụ - Chọn thơng số hình để xuất giá trị mong muốn Hình 11 Tiếp tục thực công việc khác Quan tâm đến giá trị khoanh vùng lưu giá trị vào file exel để thực việc tính tốn thơng số: Cách tính tốn thơng số - Tính cơng suất thị động P= Với π T br N (kW) 60000 P: Công suất thị động (kW) Tbr: Mô men xoắn thực tế (Nm) N: Tốc độ động cơ(rpm) - Tính cơng sinh chu trình Wi IMEP= V => Wi=Vd.IMEP d Trong đó: IMEP: Áp suất trung bình xy lanh (Pa) Wi: Công thị (J) Vd: Thể tích cơng tác (m3) - Tính khối lượng nhiên liệu mf Ta có thơng số mf/Wi từ phần mềm ESP, với thơng số Wi vừa tính trên, từ ta có: mf = mf Wi Wi - Tính suất tiêu hao nhiên liệu bsfc= m' f (g/h/kW) P - Tính mơ men xoắn thực tế động (Tbr) Tbr=Tind - Tfr Tfr=[1,97+0,15 N N +0,01.( ) ¿ 10 V d 1000 1000 4π Tind=(IMEP.Vd)/(4 π ) Với: Tbr mô men xoắn thực tế động (Nm) Tind mô men xoắn biểu thị (Nm) Tfr mô men xoắn tổn thất ma sát (Nm) N: Tốc độ động (rpm) Bảng số liệu đồ thị BẢNG SỐ LIỆU KẾT QUẢ ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU XĂNG C7H16 N(rpm) Vd(m3) mf/Wi(kg/J) MEP(Pa) Ti(Nm) Pi(HP) bsfc(mg/KW) 800 0.000374 5.496E-08 1266000 31.842746 3.575507 9.76506899 1320 0.000374 5.472E-08 1291000 32.583689 6.036863 5.872101296 1840 0.000374 5.439E-08 1305000 32.996904 8.521738 4.179592509 2360 0.000374 5.452E-08 1302000 32.903634 10.89916 3.268182894 2880 0.000374 5.504E-08 1280000 32.244293 13.03414 2.712304501 3400 0.000374 5.53E-08 1273000 32.031841 15.28615 2.310936977 3920 0.000374 5.563E-08 1255000 31.491663 17.32682 2.021931852 4440 0.000374 5.567E-08 1241000 31.070652 19.3629 1.790420558 4960 0.000374 5.602E-08 1215000 30.292121 21.08864 1.619583779 5480 0.000374 5.644E-08 1181000 29.275241 22.5174 1.48542681 6000 0.000374 5.688E-08 1140000 28.049806 23.62209 1.377459134 Hình 12 Đồ thị nhiên liệu C7H16 Hình 13 Đồ thị cơng xăng C7H16 BẢNG SỐ LIỆU KẾT QUẢ ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG C3H8(LPG) N(rpm) Vd(m3) mf/Wi(kg/J) MEP(Pa) Ti(Nm) Pi(HP) bsfc(mg/KW) 800 0.000374 5.323E-08 1235000 30.919163 3.471802 9.501695114 1320 0.000374 5.288E-08 1263000 31.749485 5.882308 5.697437492 1840 0.000374 5.31E-08 1264000 31.775391 8.206272 4.104197514 2360 0.000374 5.323E-08 1261000 31.682121 10.49454 3.209524444 2880 0.000374 5.309E-08 1261000 31.678226 12.80532 2.62343233 3400 0.000374 5.335E-08 1247000 31.257224 14.91648 2.238035394 3920 0.000374 5.391E-08 1255000 31.491663 17.32682 1.959416612 4440 0.000374 5.43E-08 1203000 29.938518 18.65737 1.756902153 4960 0.000374 5.496E-08 1178000 29.18978 20.32121 1.598729204 5480 0.000374 5.511E-08 1146000 28.232486 21.71535 1.459421494 6000 0.000374 5.555E-08 1108000 27.09643 22.8192 1.353492617 Hình 14 Đồ thị nhiên liệu C3H8 Hình 15 Đồ thị cơng nhiên liệu C3H8 Nhận xét kết luận 6.1 Nhận xét - Về công suất: dựa vào bảng số liệu đồ thị ta có cơng suất lớn động sử dụng nhiên liệu C7H16 23.62209 HP số vòng quay 6000 vòng/phút, sử dụng nhiên liệu C3H8 22.8192 HP số vịng quay 6000 vịng/ phút Ta thấy cơng suất động sử dụng nhiên liệu C7H16 lớn sử dụng nhiên liệu C3H8 Nguyên nhân có chênh lệch :  C7H16 có số lượng carbon hydrogen nhiều so với C3H8, chứa nhiều lượng Khi cháy hoàn toàn, heptane tạo lượng nhiệt lớn so với propane  Trong ứng dụng động cơ, tỷ lệ hỗn hợp nhiên liệu (nhiên liệu khơng khí) điều chỉnh để đạt hiệu suất tối ưu Heptane thường có tỷ lệ hỗn hợp nhiên liệu tốt động so với propane, có tính chất cháy tốt đạt hiệu suất cao  Heptane có khả cháy nhanh hoàn toàn so với propane Điều dẫn đến tạo áp lực nhiệt lượng cao buồng đốt động cơ, cung cấp công suất lớn - Về momen xoắn: momen xoắn lớn động nằm khoảng số vòng quay từ 1320 đến 2360 vòng/phút sử dụng nhiên liệu C7H16 C3H8, nhiên momem xoắn dùng nhiên liệu C7H16 lớn C3H8 nguyên nhân nhiên liệu C7H16 có số carbon lớn C3H8, với số carbon lớn lượng tổng hợp từ cháy nhiên liệu cao Điều dẫn đến lượng nhiệt lớn sản sinh cháy heptan so với propan Do đó, sử dụng nhiên liệu C7H16, tức loại nhiên liệu cháy mạnh hơn, mômen xoắn động thường tăng lên - Về suất tiêu hao nhiên liệu: dựa vào bảng số liệu đồ thị ta thấy suất tiêu hao nhiên liệu động sử dụng nhiên liệu C7H16 lớn sử dụng nhiên liệu C3H8, nguyên nhân :  Năng lượng tổng hợp: Heptan có hàm lượng carbon cao so với propan, chứa nhiều lượng tiềm Khi cháy, heptan cung cấp lượng nhiệt lớn hơn, dẫn đến tăng cường công suất động Tuy nhiên, điều đồng nghĩa với việc nhiên liệu heptan tiêu thụ nhiều để tạo lượng nhiệt tương tự  Tỉ lệ nhiên liệu/ khơng khí: Để đạt hiệu suất tối đa, tỉ lệ nhiên liệu/ không khí phải điều chỉnh xác Heptan có tỷ lệ khơng khí cần thiết cao so với propan để đạt hiệu suất tốt Điều có nghĩa động sử dụng heptan tiêu hao nhiên liệu nhanh để trì tỷ lệ nhiên liệu/ khơng khí tối ưu  Đặc tính cháy: Heptan có khả cháy nhanh propan Trong động cơ, việc cháy nhanh dẫn đến tiêu hao nhiên liệu nhanh Ngồi ra, đặc tính cháy heptan gây mát nhiệt khơng hồn tồn cháy, ảnh hưởng đến suất tiêu hao nhiên liệu Tóm lại, suất tiêu hao nhiên liệu động sử dụng nhiên liệu C7H16 (heptan) lớn so với nhiên liệu C3H8 (propan) heptan cung cấp lượng cao yêu cầu tỉ lệ nhiên liệu/ khơng khí cao để đạt hiệu suất tối đa 6.2 Kết luận C7H16 (heptan) C3H8 (propan) hợp chất hữu sử dụng làm nhiên liệu cho động Tuy nhiên, nhiên liệu tốt phụ thuộc vào yếu tố sau đây:  Năng lượng: C7H16 chứa nhiều carbon so với C3H8, có nhiều lượng tiềm Khi đốt cháy, C7H16 tạo nhiều nhiệt lượng, cung cấp công suất cao cho động  Hiệu suất: Do C7H16 chứa nhiều carbon hơn, nên cung cấp nhiều nhiệt lượng khối lượng so với C3H8 Điều dẫn đến hiệu suất tốt tiêu thụ nhiên liệu trường hợp sử dụng C7H16  Độ ổn định: C7H16 có tỉ lệ tỷ trọng cao so với C3H8, dẫn đến ổn định cao q trình lưu thơng lưu trữ Điều giúp tránh vấn đề hình thành cặn, tắc nghẽn hỏa hoạn Tóm lại, C7H16 (heptan) coi nhiên liệu tốt so với C3H8 (propan) cho động cơ, với lượng hiệu suất cao hơn, với ổn định trình sử dụng Bên cạnh đó, phần mềm ESP giúp ích vơ việc mô động sử dụng nhiên liệu C7H16 C3H8 là:  Phần mềm giúp tính tốn hiệu suất động sử dụng loại nhiên liệu khác Điều cho phép so sánh hiệu suất tiêu thụ nhiên liệu C7H16 C3H8 điều kiện khác  Phần mềm mơ động giúp tối ưu hóa tham số điều kiện vận hành động sử dụng nhiên liệu C7H16 C3H8 Điều giúp tăng hiệu suất đạt hiệu tốt từ loại nhiên liệu  Phần mềm giúp đánh giá khả cháy độ ổn định hỗn hợp nhiên liệu C7H16 C3H8 động Điều bao gồm việc phân tích đặc tính cháy, tỷ lệ nén tối ưu, tìm hiểu tương tác nhiên liệu hệ thống động Tóm lại, phần mềm mơ động ESP hữu ích việc nghiên cứu đánh giá hiệu suất, tối ưu hóa khả cháy động sử dụng nhiên liệu C7H16 C3H8