Đang tải... (xem toàn văn)
đồ án tính toán môn học động cơ đốt trong trường đại học sư phạm ký thuật hồ chí minh gồm các quá trình tính toán nhiệt ,động học và động lực học các cơ cấu trục khủy piston thanh truyền của động cơ đốt trong ứng dụng trong nghành kỹ thuật ô tô
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÁO CÁO ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: TS Nguyễn Văn Trạng SVTH: Nguyễn Tấn Dũng MSSV: 20145474 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2023 LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn Thầy TS Nguyễn Văn Trạng hướng dẫn, bảo quan tâm đến sinh viên chúng em Thầy hỗ trợ nhiều kiến thức truyền đạt cho em trình thực đồ án Qua đồ án em hiểu rõ nguyên lý, cách thực hoạt động động đốt , đặc tính chu trình Đây kiến thức bổ ích hành trang cho em thực đồ án tốt nghiệp công việc sau này, qua trang bị cho chúng em tảng kiến thức thức chuyên nghành Trong suốt trinh thực đồ án, em tránh khỏi thiếu sót mong nhận nhận xét, góp ý q Thầy để em hồn thành tốt báo cáo Em xin chân thành cảm ơn! Nguyễn Tấn Dũng Nhóm 11CLC Số liệu ban đầu GVHD: • Loại động : Động xăng Nguyễn Văn Trạng • Cơng suất có ích Ne (kW) : 95 • Tỉ số nén : 8,8 • Làm mát nước • Số kỳ : • Số vịng quay, n : 2600 (vịng / phút) • Hệ số dư lượng khơng khí : 0,9 • Số xy lanh i : 4 MỤC LỤC Contents NỘI DUNG A CHỌN CÁC THƠNG SỐ TÍNH TỐN NHIỆT Áp suất khơng khí nạp p0: Nhiệt độ khơng khí nạp Áp suất khí nạp trước xupap nạp Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp Áp suất cuối trình nạp Áp suất khí sót Độ tăng nhiệt độ khí nạp Hệ số nạp thêm 10 Hệ số quét buồng cháy 11 Hệ số dư lượng khơng khí 12 Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt 13 Hệ số lợi dụng nhiệt điểm z 14 Hệ số lợi dụng nhiệt điểm b 15 16 Hệ số điền đầy đồ thị công Tỉ số tăng áp B TÍNH TỐN NHIỆT Quá trình nạp 1.1 Hệ số nạp 10 1.2 Hệ số khí sót 10 1.3 Nhiệt độ cuối trình nạp 10 Quá trình nén 10 2.1 Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình khí nạp 10 2.2 Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình sản phẩm cháy 10 2.3 Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình hỗn hợp khí q trình nén 10 2.4 Xác định số nén đa biến trung bình 10 2.5 Áp suất trình nén 11 2.6 Nhiệt độ trình nén 11 Quá trình cháy 11 3.1 Lượng khơng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu Mo 11 3.2 Lượng khí nạp thực tế 11 3.3 Số mol sản vật cháy M2 12 3.4 Hệ số biến đổi phân tử khí lí thuyết 𝛃𝟎 12 3.5 Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế 𝛃 12 3.6 Hệ số biến đổi phân tử khí điểm 𝜷𝒛 12 3.7 Tổn thất nhiệt lượng cháy khơng hồn toàn 12 3.8 Tỉ lệ mol đẳng tích trung bình mơi chất điểm Z 13 3.9 Nhiệt độ cuối trình cháy 13 3.10 Áp suất cuối trình cháy 13 Quá trinhg giãn nở 13 4.1 Tỉ số giãn nở trước: ρ = 13 4.2 Tỉ số giãn nở sau: 𝛿 = 𝜀 = 8,8 13 4.3 Xác định số giãn nở đa biến trung bình 𝒏𝟐 13 4.4 Nhiệt độ cuối trình giãn nở 14 4.5 Áp suất cuối trình giãn nở : 14 4.6 Kiểm nghiệm nhiệt độ khí sót 14 4.7 Sai số khí sót 14 Tính tốn thơng số đặc trưng chu trình 14 5.1 Áp suất thị trung bình tính tốn 14 5.2 Áp suất thị trung bình thực tế 15 5.3 Áp suất tổn thất khí 15 5.4 Xác định áp suất có ích trung bình 15 5.5 Xác định hiệu suất thị 15 5.6 Xác định hiệu suất có ích 15 5.7 Tính suất tiêu hao nhiên liệu thị 15 5.8 Tính suất tiêu hao nhiên liệu có ích 16 Tính thơng số kết cấu động 16 6.1 Tính thể tích cơng tác Vh 16 6.2 Đường kính piston 16 6.3 Hành trình piston 16 6.4 Thể tích buồng cháy 16 6.5 Thể tích tồn phần 16 Vẽ đồ thị công thị 16 7.1 Xác định điểm đặc biệt đồ thị công 16 7.2 Chọn góc mở sớm đóng muộn xupap nạp xả 18 C TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU PISTON - TRỤC KHUỶU - THANH TRUYỀN 18 Động học piston 18 1.1 Chuyển vị piston: 19 1.2 Vận tốc piston; 20 1.3 Gia tốc piston: 20 Động học cấu khuỷu trục – truyền 20 1.1 Lực khí thể 20 1.2 Lực quán tính chi tiết chuyển động 20 D BẢNG VẼ CÁC ĐỒ THỊ VÀ CODE MATLAB 25 Đồ thị công P-V 25 Đồ thị công P-a,P-j,P1 26 Đồ thị lực T 28 Đồ thị lực Z 29 Đồ thị T-Z 30 Đồ thị chuyển vị piston 31 Đồ thị vận tốc piston 32 Đồ thị gia tốc piston 33 10 Code Matlab 34 NỘI DUNG A CHỌN CÁC THƠNG SỐ TÍNH TỐN NHIỆT Áp suất khơng khí nạp p0: Áp suất khơng khí nạp chọn áp suất khí quyển: p0 =0,1 MN/m2 Nhiệt độ khơng khí nạp tkk=290C (là nhiệt độ khơng khí trung bình nước ta) T0=29+273=302 0K Áp suất khí nạp trước xupap nạp Đối với động kì khơng tăng áp pk = p0 = MN/m2 Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp Đối với động kì khơng tăng áp Tk = T0 = 302 0K Áp suất cuối trình nạp Đối với động khơng tăng áp áp suất cuối q trình nạp pa phải bé áp suất khí p0 thường xác định công thức thực nghiệm: pa= (0,8-0,9)pk chọn pa = 0,8.pk = 0,8.0,1 = 0,08 MN/m2 Áp suất khí sót Áp suất khí sót áp suất khí cịn sót lại sau thải qua xuppap xả khơngthải hết sản phẩm cháy ngồi pr = pth + pr : pth áp suất khí thải ngồi pr áp suất thất thoát qua xuppap xả ,đường ống xả Thông thường pr xác định theo công thức thực nghiệm, động xăng chọn pr = (1,05-1,12)po MPa chọn pr = 1,12.0,1=0,112 MN/m2 Nhiệt độ khí sót Đới với động xăng Tr=(9001100)0K Chọn Tr = 9400K Độ tăng nhiệt độ khí nạp Khi khí nạp hút vào xy lanh qua trình di chuyển tiếp xúc vớithành vách xy ống nạp,xuppap nên nhiệt độ khí nạp tăng lên giá trị T Đối với động xăng : T = (0-20)0C Chọn T = 15 Hệ số nạp thêm 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 𝜆1 =1,02-1,07 chọn 𝜆1 =1,02 10.Hệ số quét buồng cháy Đối với động không tăng áp qt buồng cháy chọn 𝜆2 =1 11.Hệ số dư lượng khơng khí Trong tính tốn nhiệt ĐCĐT động xăng = 0,85-0,95;chọn = 12.Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt Đối với động xăng: 𝜆𝑡 = 0,85 - 0,92 chọn 𝜆𝑡 = 1,15 13.Hệ số lợi dụng nhiệt điểm z Động xăng : z = 0,75-0,92 Chọn z =0,9 14.Hệ số lợi dụng nhiệt điểm b Động xăng : b =0,85-0,95 Chọn b =0,85 15.Hệ số điền đầy đồ thị công Hệ số điền đầy đồ thị công đánh giá phần hao hụt diện tích đồ thị cơngthực tế so với đồ thị cơng tính toán d =0,93-0,97 Chọn d =0,95 16.Tỉ số tăng áp Là tỉ số áp suất cuối trình cháy với áp suất cuối trình nén động xăng: 𝜆𝑝 =3-4 chọn 𝜆𝑝 = 3,5 B TÍNH TỐN NHIỆT Q trình nạp 10 Hệ số nạp 1.1 ηv = 𝑇𝑘 𝑃𝑎 𝜀−1 𝑇𝑘 +𝛥𝑇 𝑃𝑘 × [𝜀 𝜆1 − 𝑃 𝑚 𝜆𝑡 𝜆2 ( 𝑟 ) ] 𝑃𝑎 Trong đó: m số đa biến trung bình khơng khí , chọn m= 1,5 ηv = 1.2 302 8,8−1 302+15 0,08 0,1 × [8,8.1,02 − 0,112 1,5 1,15.1 ( ) ] 0,8 = 0,736 Hệ số khí sót 𝜆 𝑝𝑟 𝑇𝑘 𝑣 𝑝𝑘 𝑇𝑟 γr = (𝜀−1).𝜂 = (8,8−1).0,736 0,112 302 0,08 940 = 0,063 1.3 Nhiệt độ cuối trình nạp 𝑚−1 Ta = 𝑃 𝑇𝑘 +𝛥𝑇+𝜆𝑡 𝛾𝑟 𝑇𝑟 ( 𝑎 ) 𝑚 𝑃𝑟 1+𝛾𝑟 = 1,5−1 0,08 1,5 ) 0,112 302+15+1,15.0,063.940.( 1+0,063 = 355K Quá trình nén Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình khí nạp 2.1 𝑚𝑐𝑣 = av + (𝑏𝑣 𝑇) =19,806 + 0,00419.𝑇 = 19,806 + 0,002095𝑇 (kJ/kmol K) Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình sản phẩm cháy 2.2 Khi α = 1,7 > tính cho động xăng theo công thức sau: 𝑚𝑐𝑣 ′′ = (17,997 + 3,504 𝛼) + (360,34 + 252,4𝛼) 10−5 𝑇𝑐 (kJ/kmolK) Thay số ta : 𝑚𝑐𝑣 ′′ = (17,997 + 3,504.0,9) + (360,34 + 252,4.0,9) 10−5 𝑇𝑐 ≈ 21,1506 + 0,0029𝑇𝑐 (kJ/kmolK) 2.3 Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình hỗn hợp khí q trình nén _ 𝑚𝑐𝑣 ′ = 𝑚𝑐𝑣 +𝛾𝑟 𝑚𝑐𝑣 ′′ 1+𝛾𝑟 = 𝑎′𝑣 + 𝑏′𝑣 𝑇𝑐 𝑎′𝑣 = 19,886 𝑏′𝑣 = 0,00419 2.4 Xác định số nén đa biến trung bình Chỉ số nén đa biến trung bình n1 xác định cách gần theo phương trình cân nhiệt q trình nén, ta có: 24 Đơn vị thường dùng khối lượng đơn vị diện tích piston m 'p = mp g Fp cm Đối với động xăng vật liệu hợp kim nhơm: mp = (15 − 30) ( g cm2 ) với D=(80-120) mm Ta có hành trình piston S=2R=D ( S/D=1 ), mà D = 1,356 (dm) g nên D thuộc khoảng & ta chọn mp = 30 ( 2) cm Khối lượng truyền: Đầu nhỏ truyền chuyển động tịnh tiến, đầu to truyền chuyển động quay & thân chuyển động lắc Vì trình chuyển động tịnh tiến lực quán tính, khối lượng chi tiết chuyển động truyền quy đầu nhỏ truyền Theo công thực thực nghiệm, khối lượng quy đầu nhỏ truyền xác định theo công thức sau: m A = (0,275 0,350 ) mtt (g) Nếu tính theo đơn vị g m′ tt = mtt = (10 − 20) ( g Fp cm2 cm g S với động xăng có , nên chọn m′ tt = 20 ( 2) cm D ) đối Khối lượng chi tiết chuyển động tịnh tiến: bao gồm khối lượng piston & đầu nhỏ truyền: m j = m p + m A = m p + 0,3 mtt Lực quán tính chi tiết chuyển động tịnh tiến : tính đơn vị diện tích piston: (m p + mA ) j = − (m p + 0,3 mtt ) j = − m ' + 0,3 m ' j pj mj Pj = =− j=− p tt Fp Fp Fp Fp ( ) 25 Với mp + 0,3 m′ tt = 30 + 0,3.20 = 36 ( ( s) Mà j = R (cos + cos 2 ) m Suy : Pj = −0,00036 g cm2 kg ) = 360 (m2) (9,7.10−2 ) π.2600 ( ) (cosα 30 + λcos2α) = -1,294 (cosα + 0,25 cos2α) (MN⁄m2 ) D BẢNG VẼ CÁC ĐỒ THỊ VÀ CODE MATLAB Đồ thị công P-V 26 Đồ thị công P-a,P-j,P1 27 Đồ thị lực ngang 28 Đồ thị lực T 29 Đồ thị lực Z 30 Đồ thị T-Z 31 Đồ thị chuyển vị piston 32 Đồ thị vận tốc piston 33 Đồ thị gia tốc piston 34 10.Code Matlab clear all clc % phi0 = 10; goc danh lua som % phi1 = 25; goc mo som xupap nap % phi2 = 52; goc dong muon xupap nap % phi3 = 60; goc mo som xupap thai % phi4 = 25; goc dong muon xupap thai S = 0.1356; %m B = 0.1356; %m R = S/2; %m Vh = 0.00144375; %(m^3) Vc = 0.000185; %(m^3) Va = Vh + Vc; %(m^3) Sp = (pi)*(B^2)/4; %m^2 lamda = 0.277; n = 2600; %v/ph W=(2600/60)*2*pi; n1 = 1.372; n2 = 1.25; Vz = Vc; pa = 0.08; %MN/m^2 pz = 5.57; %MN/m^2 pr = 0.112; %MN/m^2 pc = 1.58;%MN/m^2 pb = 0.367;%MN/m^2 Vb = Va;%MN/m^2 Vr = Vc;%MN/m^2 %% Hieu chinh thai – nap(r-r') as=[0 18]; ps=[pr 0.1 pa]; a1=linspace(0,18,19); X1=R*(1-cosd(a1)+lamda*(1-cosd(2.*a1))./4); V1=X1.*Sp+Vc; p1=interp1(as,ps,a1,'pchip'); %% Phan nap a2= 18:18:180; 35 X2=R*(1-cosd(a2)+lamda*(1-cosd(2.*a2))./4); V2=X2.*Sp+Vc; p2=linspace(pa,pa,10); %% Phan nen a3=180:0.1:350; X3=R*(1-cosd(a3)+lamda*(1-cosd(2.*a3))./4); V3=X3.*Sp+Vc; p3=pa.*(Va./V3).^n1; %% Hieu chinh nen – chay as = [350 355 360]; ps=[max(p3) 2.35 3.15725];%pc"=3.15725 a4=linspace(350,360,3); X4=R*(1-cosd(a4)+lamda*(1-cosd(2.*a4))./4); V4=X4.*Sp+Vc; p4=interp1(as,ps,a4,'pchip'); %% chay - gian no (c" -z") as=[360 370 376]; ps=[3.15725 pz 4.7345];%pz'=pz" a5=linspace(360,376,100); X5=R*(1-cosd(a5)+lamda*(1-cosd(2.*a5))./4); V5=X5.*Sp+Vc; p5=interp1(as,ps,a5,'pchip'); %% Phan gian no a6=linspace(376,490,100); X6=R*(1-cosd(a6)+lamda*(1-cosd(2.*a6))./4); V6=X6.*Sp+Vc; p6=pz.*(Vz./V6).^n2; %b’-b” %% Hieu chinh gian no - thai(b' - b") as=[490 515 540]; ps=[min(p6) 0.4 0.2235];%pb"=0.2235 a7=linspace(490,540,100); X7=R*(1-cosd(a7)+lamda*(1-cosd(2.*a7))./4); V7=X7.*Sp+Vc; p7=interp1(as,ps,a7,'pchip'); %% hieu chinh as=[540 550 580]; ps=[ 0.2235 0.19833 pr];%0.19833 a8=linspace(540,580,100); X8=R*(1-cosd(a8)+lamda*(1-cosd(2.*a8))./4); 36 V8=X8.*Sp+Vc; p8=interp1(as,ps,a8,'pchip'); %% Phan thai a9=linspace(580,720,15); X9=R*(1-cosd(a9)+lamda*(1-cosd(2.*a9))./4); V9=X9.*Sp+Vc; p9=linspace(pr,pr,15); %% Ve thi a=[a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 a8 a9 ]; X=[X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 ]; V=[V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8 V9 ]; p=[p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7 p8 p9 ]; %% DO THI P-V figure(1) plot(V,p,'r','LineWidth',2); title('DO THI P-V'); xlabel('The tich V (m3)'); ylabel('Ap suat P (MN/m2)'); grid on %% ve thi a-P figure(2) plot(a,p,'red','LineWidth',1.5); hold on; xlabel('a(do)') ylabel('P(MN/m2)') title('DO THI CONG P-a,Pj,P1'); %% luc quan tinh cua chi tiet chuyen dong pj=-1.294*(cosd(a)+0.25.*cosd(2.*a)); plot(a,pj,'blue','LineWidth',1.5); hold on; %% luc tong hop p1=pj+p; plot(a,p1, 'black','LineWidth',1.5); hold on; grid on; legend ('P-a','P-j','P1-a'); %% %% Góc beta b=asind(0.25.*sind(a)); 37 %% phan luc tac dung len xylanh figure(3) N=p1.*tand(b); plot(a,N,'k'); hold on; grid on; xlabel('a(do)') ylabel('N(MN/m2)') title('DO THI BIEU DIEN LUC N'); %% luc tiep tuyen figure(4) T=p1.*(sind(a+b)./cosd(b)); plot(a,T,'b'); hold on; grid on; xlabel('a(do)') ylabel('T(MN/m2)') title('DO THI BIEU DIEN LUC T'); %% luc pháp tuyen figure(5) Z=p1.*(cosd(a+b)./cosd(b)); plot(a,Z,'r'); hold on; grid on; xlabel('a(do)') ylabel('Z(MN/m2)') title('DO THI BIEU DIEN LUC Z'); figure(6) plot (T,Z); xlabel('T(MN/m2)'); ylabel('Z(MN/m2)'); title('DO THI T-Z'); axis ij %% chuyen vi cua piston figure(7) a=[a1 a2 a3 a4 a5]; x=R.*(1-cosd(a)+lamda/4.*(1-cosd(2.*a))); plot(a,x,'r'); hold on; 38 grid on; xlabel('a(do)') ylabel('S(m)') title('DO THI CHUYEN VI CUA PISTON'); %% van toc cua piston figure(8) v=R*W.*(sind(a)+lamda/2.*sind(2.*a)); plot(a,v,'k'); hold on; grid on; xlabel('a(do)') ylabel('V(m/s)') title('DO THI VAN TOC CUA PISTON'); %% gia toc cua piston figure(9) j=R*W*W.*(cosd(a)+0.25.*cosd(2.*a)); plot(a,j,'b'); hold on; grid on; xlabel('a(do)'); ylabel('J(m/s2)'); title('DO THI GIA TOC CUA PSITON');