Đang tải... (xem toàn văn)
ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ESP ĐỂ MÔ PHỎNG CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA CỦA HYUNDAI TUCSONGVHD: PGS.TS Lý Vĩnh Đạt Ứng dụng máy tính (Động cơ)Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM. Các đồ thị PV, các đường đặc tính ngoài (Công suất, mô men xoắn, suất tiêu hao nhiên liệu) có hình hình dạng gần giống với lý thuyết đã học. Công suất cực đại, mô men xoắn cực đại và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ không giống như nhà sản xuất đã công bố bởi các nguyên nhân sau đây: Em chỉ thiết lập một số thông số cơ bản của động cơ như tốc độ động cơ, đường kính xy lanh, hành trình piston, chiều dài thanh truyền, góc đánh lửa, thông số về loại nhiên liệu như các bước thiết lập ở trên, còn các thông số còn lại em không có dữ liệu để thiết lập và giữ nguyên các thiết lập ban đầu của phần mềm dẫn đến việc khác biệt về công suất cực đại, mô men xoắn cực đại và suất tiêu hao nhiên liệu. Các thông số như EGR cũng không được thiết lập, thông số điều kiện xung quanh (Ambient Conditions) như áp suất nạp, áp suất xả cũng như nhiệt độ môi trường xung quanh được em thiết lập có thể khác với các điều kiện thiết lập của nhà sản xuất, dẫn đến sự khác biệt nói trên.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BỘ MƠN ĐỘNG CƠ BÀI TẬP ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ESP ĐỂ MÔ PHỎNG CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA CỦA HYUNDAI TUCSON GVHD: PGS.TS Lý Vĩnh Đạt SVTH: TP Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2023 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: THÔNG SỐ ĐỘNG CƠ HYUNDAI TUCSON 2022 VÀ CÁC BƯỚC THIẾT LẬP 1.1 Thông số động Hyundai Tucson 2022 xăng tiêu chuẩn .3 1.2 Các bước thiết lập phần mềm 1.2.1 Thiết lập ESPJAN 1.2.2 Thiết lập ESP CHƯƠNG 2: CÁC CƠNG THỨC TÍNH TỐN, BẢNG SỐ LIỆU VÀ ĐỒ THỊ 11 2.1 Các cơng thức dùng để tính tốn 11 2.2 Bảng số liệu 12 2.3 Đồ thị P-V đồ thị đường đặc tính ngồi động 13 2.3.1 Nhiên liệu khí CH4(CNG) 13 2.3.2 Nhiên liệu C3H8(LPG) 14 2.3.3 Nhiên liệu C7H16(Xăng) 15 CHƯƠNG 3: NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN .17 3.1 Nhận xét 17 3.2 Kết luận 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO 20 CHƯƠNG 1: THÔNG SỐ ĐỘNG CƠ HYUNDAI TUCSON 2022 VÀ CÁC BƯỚC THIẾT LẬP STT Tên thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị Ghi Kiểu Động Động cơ xăng Số kỳ Số xi lanh i Thể tích 1999 cc công tác Vh 10 11 12 13 14 15 1.1 Hành trình piston Đường kính xilanh Góc mở sớm xupap nạp Góc mở sớm xupap xả Góc đóng muộn xupap nạp Góc đóng muộn xupap xả Công suất cực đại Mô men xoắn cực đại Tỉ số nén Góc đánh lửa sớm Chiều dài truyền S 97 mm B 81 mm 𝛼1 10° Độ Trước ĐCT 𝛽1 68° Độ Trước ĐCD 𝛼2 67° Độ Sau ĐCD 𝛽2 1° Độ Sau ĐCT 115 KW 6200 vg/ph T 192 N.m 4500vg/ph ɛ 10,8 ltt 20° Độ 200 mm Thông số động Hyundai Tucson 2022 xăng tiêu chuẩn 1.2 Các bước thiết lập phần mềm 1.2.1 Thiết lập ESPJAN Thiết lập cho khí CH4 (CNG) Phương trình cháy: CH4 + 2O2 + 7,52N2 => CO2 + 2H2O +7,52N2 Bước 1: Chọn chất phản ứng phương trình trên, sau chọn Proceed to fuel identification Bước 2: Chọn chất làm nhiên liệu cháy, sau chọn Proceed to reactant moles specification Bước 3: Nhập số mol chất phản ứng phương trình Bước 4: Chọn sản phẩm trình cháy Bước 5: Thiết lập áp suất chất phản ứng, sản phẩm cháy với đơn vị atm, đặt tên cho file Tại mục Print file chọn Write properties to tiến hành đặt tên cho file với đuôi OUT Sau chọn Calculate the properties Thiết lập cho C3H8(LPG) Phương trình cháy: C3H8 + 5(O2+3,76N2) => 3CO2 + 4H2O + 18,8N2 Các bước thiết lập tương tự thiết lập cho khí CH4 Thiết lập cho C7H16(Xăng) Phương trình cháy: C7H16 + 11(O2 + 3,76N2) => 8H2O + 7CO2 + 41,36N2 Các bước thiết lập tương tự thiết lập cho khí CH4 1.2.2 Thiết lập ESP Bước 1: Trong mục Operating Parameters, tiến hành nhập thơng số sau: Số vịng quay động cơ(6200 rpm), đánh lửa 700 độ(góc đánh lửa sớm 20 độ), điều kiện xung quanh gồm áp suất khí nạp (1 atm), áp xuất khí xả (2 atm), nhiệt độ môi trường (303 K) Bước 2: Trong mục Engine Geometry, tiến hành thiết lập thông số sau: Intake Valve Program: Consine, Exhaust Valve Program: Consine, Piston/Cylinder tiến hành nhập thông số đường kính xy lanh (m), tỉ số nén, hành trình piston (m), mục Piston Program chọn Conventional; connecting rod length nhập thông số chiều dài truyền (m) hình Bước 3: Trong mục Model Parameters, thiết lập cho phần Gas Properties cách chọn Use sau chọn file lưu có ESJ Cụ thể đây, em thiết lập loại nhiên liệu CH4, C3H8, C7H16 Bước 4: Tại mục file Setup save option, chọn Save setup in nhập tên file để lưu lại, chọn No setup save Các mục lại, giữ nguyên phần mềm thiết lập sẵn Sau đó, chọn Run with this setup để chạy thiết lập phần mềm Bước 5: Tại mục Run task Option, thiết lập Run 10 Cycles, sau chọn Execute selected run task để bắt đầu chạy 10 chu kỳ Bước 6: Sau chờ phần mềm chạy xong 10 chu kỳ, chọn Continue Bước 7: Trong mục Run task Option, ta chọn Display performance data for last cycle bấm vào Execute selected run task để liệu cần dùng cho việc vẽ đồ thị đường đặc tính ngồi động Bước 8: Chúng ta cần quan tâm đến hai thông số Thông số thứ áp suất trung bình xy lanh IMEP=Wi/Vd, thơng số thứ hai mf/Wi Bước 9: Sau có thơng số cần tìm, quay lại chương trình để thiết lập tốc độ động khác nhau, nhiều tốc độ động khác đồ thị vẽ mượt độ xác cao Chúng ta tiến hành lặp lại bước để có số liệu phục vụ việc vẽ đồ thị 10 CHƯƠNG 2: CÁC CƠNG THỨC TÍNH TỐN, BẢNG SỐ LIỆU VÀ ĐỒ THỊ 2.1 Các công thức dùng để tính tốn * Tính cơng thị Wi IMEP= V => Wi=Vd.IMEP d Trong đó: IMEP: Áp suất trung bình xy lanh (Pa) Wi: Cơng 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 thông số Wi vừa tính trên, từ ta có: mf = mf Wi Wi * Tính mơ men xoắn thực tế động (Tbr) Tbr=Tind - Tfr N N +0,01.( ) ¿ 10 V d Tfr=[1,97+0,15 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) * 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) 11 N: Tốc độ động (rpm) 12 * Tính suất tiêu hao nhiên liệu bsfc= m' f (g/h/kW) P 2.2 Bảng số liệu Từ công thức trên, ta tiến hành tính tốn số liệu bảng đây: N(rpm) Vd(m3) mf/Wi(kg/J) IMEP(Pa ) Wi(J) mf(Kg) Tind(Nm) Tfr(Nm) Tbr(Nm) P(HP) bsfc(mg/KW) P(KW) 800 0.001999 5.734E-08 928800 1856.67 0.0001065 147.82414 31.3855 116.4386 13.07447 10.91936421 9.7498 1340 0.001999 5.768E-08 971500 1942.03 0.000112 154.6201 31.407 123.21312 23.17389 6.482024849 17.281 1880 0.001999 5.824E-08 955900 1910.84 0.0001113 152.13727 31.4284 120.70888 31.85182 4.685340512 23.752 2420 0.001999 5.782E-08 1051000 2100.95 0.0001215 167.27301 31.4498 135.82324 46.13458 3.530984097 34.403 2960 0.001999 5.831E-08 1076000 2150.92 0.0001254 171.25191 31.4711 139.78078 58.07328 2.896146595 43.306 3500 0.001999 6.005E-08 966600 1932.23 0.000116 153.84024 31.4925 122.34778 60.10371 2.588809399 44.82 4040 0.001999 6.458E-08 774000 1547.23 9.992E-05 123.18678 31.5138 91.673015 51.98285 2.57762966 38.764 4580 0.001999 6.559E-08 644600 1288.56 8.452E-05 102.59199 31.535 71.056942 45.67822 2.481191821 34.063 5120 0.001999 6.746E-08 598300 1196 8.068E-05 95.223065 31.5563 63.666762 45.26283 2.364759689 34.119 5660 0.001999 7.65E-08 413600 826.786 6.325E-05 65.826943 31.5775 34.249411 27.20863 3.117287271 20.29 6200 0.001999 9.108E-08 240300 480.36 4.375E-05 38.245199 31.5987 6.6464646 5.783884 10.14375639 4.3131 Bảng số liệu nhiên liệu CH4(CNG) N(rpm) Vd(m3) mf/Wi(kg/J) IMEP(Pa ) Wi(J) mf(Kg) Tind(Nm) Tfr(Nm) Tbr(Nm)(Ti) P(HP) bsfc(mg/KW) P(KW) 800 0.001999 6.206E-08 996000 1991 0.0001236 158.51943 31.3855 127.13388 14.27541 11.60711309 10.645 1340 0.001999 6.229E-08 1065000 2128.94 0.0001326 169.50119 31.407 138.09421 25.97272 6.846869612 19.368 1880 0.001999 6.234E-08 1049000 2096.95 0.0001307 166.9547 31.4284 135.52631 35.76174 4.901908825 26.668 2420 0.001999 6.253E-08 1166000 2330.83 0.0001457 185.57596 31.4498 154.12618 52.35148 3.733357603 39.039 2960 0.001999 6.34E-08 1153000 2304.85 0.0001461 183.50693 31.4711 152.0358 63.16474 3.102311487 47.103 3500 0.001999 6.528E-08 1036000 2070.96 0.0001352 164.88567 31.4925 133.39321 65.52981 2.766575613 48.866 4040 0.001999 6.943E-08 781300 1561.82 0.0001084 124.34862 31.5138 92.834855 52.64166 2.76233893 39.256 4580 0.001999 6.983E-08 711600 1422.49 9.933E-05 113.25545 31.535 81.720398 52.53311 2.535633225 39.175 5120 0.001999 7.226E-08 630700 1260.77 9.11E-05 100.37972 31.5563 68.823418 49.45878 2.470125321 36.882 5660 0.001999 8.47E-08 379200 758.021 6.42E-05 60.351975 31.5775 28.774443 22.85917 3.766455004 17.046 6200 0.001999 9.536E-08 248600 496.951 4.739E-05 39.566194 31.5987 7.9674598 6.93344 9.165585182 5.1704 Bảng số liệu nhiên liệu C3H8(LPG) N(rpm) Vd(m3) mf/Wi(kg/J) IMEP(Pa Wi(J) mf(Kg) Tind(Nm) 13 Tfr(Nm) Tbr(Nm)(Ti) P(HP) bsfc(mg/KW) P(KW) ) 800 0.001999 6.393E-08 1021000 2040.98 0.0001305 162.49833 31.3855 131.11278 14.72218 11.88501746 10.979 1340 0.001999 6.375E-08 1102000 2202.9 0.0001404 175.38997 31.407 143.98299 27.08028 6.954248466 20.194 1880 0.001999 6.471E-08 1075000 2148.93 0.0001391 171.09275 31.4284 139.66437 36.85366 5.059886818 27.482 2420 0.001999 6.391E-08 1215000 2428.79 0.0001552 193.3746 31.4498 161.92483 55.00042 3.784606075 41.014 2960 0.001999 6.474E-08 1185000 2368.82 0.0001534 188.59992 31.4711 157.12879 65.28068 3.150271385 48.681 3500 0.001999 6.688E-08 1064000 2126.94 0.0001422 169.34204 31.4925 137.84958 67.71902 2.81688303 50.499 4040 0.001999 7.151E-08 782700 1564.62 0.0001119 124.57144 31.5138 93.057673 52.76801 2.843367264 39.35 4580 0.001999 7.24E-08 722600 1444.48 0.0001046 115.00616 31.535 83.471114 53.65854 2.613600691 40.014 5120 0.001999 7.594E-08 611300 1221.99 9.28E-05 97.292094 31.5563 65.735791 47.23991 2.634253311 35.227 5660 0.001999 9.029E-08 355000 709.645 6.407E-05 56.500398 31.5775 24.922867 19.79938 4.339682771 14.765 6200 0.001999 9.414E-08 283800 567.316 5.341E-05 45.168487 31.5987 13.569753 11.80866 6.0649519 8.8059 Bảng số liệu nhiên liệu C7H16(Xăng) 2.3 Đồ thị P-V đồ thị đường đặc tính ngồi động Bằng cách sử dùng ma trận Matlab/Simulink để tạo điểm, dùng lệnh plot để vẽ đồ thị hình 2.3.1 Nhiên liệu khí CH4(CNG) Đồ thị cơng thị P-V 14 Đồ thị đường đặc tính ngồi động 2.3.2 Nhiên liệu C3H8(LPG) Đồ thị công thị P-V 15 Đồ thị đường đặc tính động 2.3.3 Nhiên liệu C7H16(Xăng) 16 Đồ thị công thị P-V 17 Đồ thị đường đặc tính ngồi động CHƯƠNG 3: NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN 3.1 Nhận xét * Với đồ thị công thị P-V, áp suất cực đại động sử dụng nhiên liệu C 7H16(xăng) lớn nhất, áp suất cực đại động sử dụng nhiên liệu CH 4(CNG) thấp nhất, góc mở sớm đóng muộn xupap nạp, xupap xả thơng số khơng thay đổi q trình chạy mơ * Mơ men xoắn cực đại động sử dụng khí CH4 (CNG) tốc độ động khoảng 2960 rpm đó, mơ men xoắn cực đại động sử dụng C3H8(LPG) C7H16(Xăng) tốc độ động khoảng 2420 rpm * Công suất cực đại động loại nhiên liệu tốc độ động khoảng 3500 rpm * Suất tiêu hao nhiên liệu động nhỏ nhiên liệu CH4 (CNG) C3H8(LPG) tốc độ động khoảng 5120 rpm, động dùng nhiên liệu C7H16(Xăng) tốc độ động khoảng 4580 rpm Vì vậy, muốn động có lực kéo tốt để vượt qua chướng ngại vật, leo dốc bắt đầu khởi hành ta nên trì tốc độ động vào khoảng 2420-2960 rpm, cịn muốn xe chạy “bốc” nhất, tăng tốc nhanh với cơng suất lớn nên trì dải vòng tua động mức 3500 rpm Nếu muốn vận hành xe tiết kiệm nhiên liệu nên trì dải vịng tua mức 4580-5120 rpm Mô men xoắn cực đại động sử dụng nhiên liệu C7H16(Xăng) lớn khoảng 162 Nm tốc độ động 2420 rpm Từ ta thấy xe sử dụng nhiên liệu C3H8(LPG) C7H16(Xăng) có khả leo dốc, vượt qua chướng ngại vật tăng tốc dải vòng tua thấp tốt so với động sử dụng nhiên liệu khí CH4 Trong đó, động sử dụng nhiên liệu C7H16(Xăng) có khả leo dốc, vượt qua chướng ngại vật bắt đầu khởi hành dải vòng tua thấp tốt Công suất động cực đại động sử dụng nhiên liệu C7H16(Xăng) lớn khoảng 68 Hp dải vòng tua 3500 rpm, công suất động cực đại động sử dụng nhiên liệu CH4 nhỏ nhất, khoảng 60 Hp dải vịng tua 3500 rpm Mơ men xoắn cực đại công suất cực đại động sử dụng nhiên liệu C7H16(Xăng) lớn đồng nghĩa với việc suất tiêu hao nhiên liệu động xăng lớn Trong mô men xoắn cực đại công suất cực đại 18 động sử dụng nhiên liệu C3H8(LPG) nhỏ không đáng kể so với nhiên liệu C7H16(Xăng), suất tiêu hao nhiên liệu lại giảm 6,1%, tiết kiệm nhiên liệu giảm khí thải độc hại môi trường Nhiên liệu CH4 có suất tiêu hao nhiên liệu thấp nhất, thấp 5% so với nhiên liệu C3H8(LPG) thấp 10% so với nhiên liệu C7H16(Xăng) Loại nhiên liệu CH4 tiết kiệm kinh tế giảm thiểu lượng khí thải mơi trường làm giảm đến 20% lượng CO2, 30% lượng NOx, 70% Sox (Theo báo cáo PV Gas-PETRO VIETNAM) Tuy nhiên, loại nhiên liệu có nhược điểm lớn cơng suất cực đại mô men xoắn cực đại lại thấp so với loại nhiên liệu khác, khiến khả leo dốc, vượt chướng ngại vật, khởi hành tăng tốc sức mạnh xe sử dụng khí CH4 hạn chế so với loại nhiên liệu cịn lại * Sở dĩ có chênh lệch công suất cực đại, mô men xoắn cực đại suất tiêu hao nhiên liệu động có khác biệt thơng số sau: - Nhiệt trị thấp C7H16(Xăng) 47,3 MJ/Kg, C3H8(LPG) 46,4 MJ/Kg, CH4 50MJ/Kg, thông số ảnh hưởng đến hiệu suất chuyển đổi nhiên liệu động cơ, nhiệt trị thấp nhiên liệu cao hiệu suất chuyển đổi nhiên liệu thấp ngược lại - Chỉ số Octan của xăng 92-97, C3H8(LPG) 97-112, CH4 120 Chỉ số Octan đặc trưng cho khả chống kích nổ, số Octan cao khả chịu nén nhiên liệu trước phát nổ (đốt cháy) lớn ngược lại Vì động Hyundai Tucson 2022 có điều chỉnh góc đánh lửa sớm 20 độ nên phù hợp với loại nhiên liệu C7H16(Xăng) sinh công suất mô men xoắn lớn - Nhiệt độ tự bốc cháy xăng 247-280 độ C, C3H8(LPG) 510 độ C, CH4 540 độ C, điều kiện nhiệt độ thông thường, khả tự bốc cháy xăng dễ - Tỷ số A/F(hệ số khối lượng khơng khí chia cho khối lượng nhiên liệu) xăng lý tưởng 14,7, C3H8(LPG) 15,45 – 15,67, CH4 17,23 Như vậy, nhiên liệu xăng cần 14,7 gam khơng khí đốt hoàn toàn gam xăng, nhiên liệu khác cần nhiều khơng khí đốt hoàn toàn Tỷ số A/F cho thấy việc công suất cực đại mô men xoắn cực đại động dùng nhiên liệu xăng lớn nhờ tính chất đốt nhiên liệu xăng cần dùng khơng khí 19 3.2 Kết luận - Các đồ thị P-V, đường đặc tính ngồi (Công suất, mô men xoắn, suất tiêu hao nhiên liệu) có hình hình dạng gần giống với lý thuyết học - Công suất cực đại, mô men xoắn cực đại suất tiêu hao nhiên liệu động không giống nhà sản xuất công bố nguyên nhân sau đây: Em thiết lập số thông số động tốc độ động cơ, đường kính xy lanh, hành trình piston, chiều dài truyền, góc đánh lửa, thơng số loại nhiên liệu bước thiết lập trên, cịn thơng số cịn lại em khơng có liệu để thiết lập giữ nguyên thiết lập ban đầu phần mềm dẫn đến việc khác biệt công suất cực đại, mô men xoắn cực đại suất tiêu hao nhiên liệu Các thông số EGR không thiết lập, thông số điều kiện xung quanh (Ambient Conditions) áp suất nạp, áp suất xả nhiệt độ môi trường xung quanh em thiết lập khác với điều kiện thiết lập nhà sản xuất, dẫn đến khác biệt nói 20