TÍNH TOÁN NHIỆT
CHỌN CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN NHIỆT
1.1.1 Áp suất không khí nạp ( P o ) Áp suất không khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyển, giá trị po phụ thuộc vào độ cao so với mực nước biển Càng lên cao thì P 0 càng giảm do không khí càng loãng, tại độ cao so với mực nước biển:
1.1.2 Nhiệt độ không khí nạp mới (T0)
Nhiệt độ không khí nạp mới chủ yếu bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ trung bình của môi trường sử dụng xe Điều này tạo ra thách thức lớn cho những chiếc xe được thiết kế để hoạt động ở các khu vực có sự biến thiên nhiệt độ trong ngày đáng kể.
Miền Nam nước ta thuộc khi vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình trong ngày có thể chọn là t kk = 29 o C cho khu vực miền Nam, do đó:
1.1.3 Áp suất khí nạp trước xupap nạp
1.1.4 Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp
1.1.5 Áp suất cuối quá trình nạp ( P α )
Trong quá trình tính toán nhiệt, suất cuối quá trình nạp của động cơ bốn kỳ không tăng áp thường được xác định bằng công thức thực nghiệm:
Với động cơ bốn kỳ không tăng= (áp:0,80 ÷ 0,95)
Vậy áp suất cuối quá trình nạp: = 0,9 0 = 0,9 x 0,1013 = 0,09 M m N 2
1.1.6 Chọn áp suất khí sót ( P r ¿
Là một thông số quan trọng đánh giá mức độ thải sạch sản phẩm cháy ra khỏi xilanh động cơ.
Phụ thuộc vào thành phần của hỗn hợp khí, mức độ dãn nở và sự trao đổi nhiệt Đối với động cơ xăng: =
900 ÷ 1000 trong quá trình dãn nở và thải.
1.1.8 Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới ( ∆ T ¿
Khí nạp mới khi di chuyển trong ống nạp vào xilanh của động cơ sẽ tiếp xúc với vách nóng, do đó được làm nóng lên đến một mức nhiệt độ nhất định là ΔT.T.
Khi tiến hành tính toán nhiệt của động cơ người ta thường chọn trị số ΔT.T căn cứ vào số liệu thực nghiệm. Đối với động cơ xăng: ∆T=0 ÷ 20 o C
1.1.9 Chọn hệ số nạp thêm ( λ 1 ¿
Hệ số nạp thêm 1 phản ánh mối quan hệ giữa lượng tăng tương đối của hỗn hợp khí công tác sau khi nạp thêm và lượng khí công tác chiếm chỗ trong thể tích Giá trị của hệ số nạp thêm được chọn trong khoảng từ 1,02 đến 1,07.
1.1.10 Chọn hệ số quét buồng cháy ( λ 2 ¿ Đối với những động cơ không tăng áp do không có quét buồng cháy, chọn 2 =1
1.1.11 Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt ( λ t ¿
Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt của khí hỗn hợp α chịu ảnh hưởng bởi thành phần và nhiệt độ của khí sót Các nghiên cứu thực nghiệm thống kê trên động cơ xăng đã được thực hiện để xác định mối quan hệ này.
Hệ số dư lượng không khí α 0,80 1,00 1,20 1,40
Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt 1,13 1,17 1,14 1,11 Với động cơ xăng, α = 0,90 => Chọn =1,15.
1.1.12 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z (ξz ¿¿ z) ¿
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z ( ) là thông số biểu thị mức độ lợi dụng nhiệt tại điểm Z ( ) phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ.
Với động cơ xăng, ta chọn = 0,8.
1.1.13 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (ξz ¿¿ b)¿
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó tốc độ động cơ đóng vai trò quan trọng Khi tốc độ động cơ tăng, hiện tượng cháy rớt cũng gia tăng, dẫn đến hệ số lợi dụng nhiệt giảm Đối với động cơ xăng, giá trị được chọn là 0,90.
1.1.14 Hệ số dư lượng không khí ( α ¿
Hệ số α đóng vai trò quan trọng trong quá trình cháy của động cơ đốt trong Khi tính toán nhiệt, thường phải xem xét ở chế độ công suất cực đại Hệ số dư lượng không khí cần được chọn trong phạm vi được quy định trong bảng.
- Tăng áp 1,70÷2,20 Động cơ xăng, ta chọn: = 0,9
1.1.15 Chọn hệ số điền đầy độ thị công ( φ d ¿
Hệ số điền đầy đồ thị côngđánh giá phần hao hụt về diện tích của đồ thị công thực tế so với đồ thị công tính toán.
Hệ số điền đầy đủ đồ thịchọn theo số liệu kinh nghiệm theo bảng sau:
- Buồng đốt ngăn cách 0,92 ÷ 0,96 Động cơ xăng, chọn= 0,95
Là tỷ số giữa áp suất của hỗn hợp khí trong xilanh ở cuối quá trình cháy và quá trình nén: λ = P z
Trị số λ thương của động cơ xăng nằm trong phạm vi sau: λ = 3,00 ÷
Bảng thông số tự chọn
0,1013 / 2 Áp suất không khí nạp
Tên thông số Kí hiệu Giá trị Đơn vị Áp suất khí nạp trước xupap nạp 0,1013 / 2
Nhiệt độ khí nạp trước xupap 302 K nạp 0,09 / 2 Áp suất cuối kì nạp
Hệ số dư lượng không khí 0,9 Áp suất khí sót 0,11 MPa
Nhiệt độ khí sót 1000 K Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới ∆ 6 ℃
Hệ số lợi dụng nhiệt tại z 0,8
Hệ số lợi dụng nhiệt tại b 0,9
Tỷ số tăng áp suất 3,5
Hệ số quét buồng cháy 2 1
Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt 1,15
Chỉ số nén đa biến m 1,5
Hệ số điền đầy đủ đồ thị công 0,95
TÍNH TOÁN NHIỆT
Trong đó: m – là chỉ số đa biến trung bình của không khí, chọn m = 1,5 η v = 1
1.2.1.3 Nhiệt độ cuối quá trình nạp ( Τ a ) Τ a =(Τ ¿¿ k +∆ Τ )+ λ t γ r T r ¿¿¿
1.2.2.1 Tỷ lệ mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới
1.2.2.2 Tỷ lệ mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy
Khi 0,7 Pxg = Pz ( V V xd z ) 2
Trong đó: P xp ,V xd – áp suất và thể tích tại một điểm bất kỳ trên đường cong dãn nở.
- Bằng cách cho các giá trị V xd đi từ V z đến V xa ta lần lượt xác định được các giá trị P xg
Dựng và hiệu đính đồ thị công:
- Nối liền các điểm đã xác định ở trên ta có đồ thị công tính toán của động cơ.
- Xác định các điểm đánh lửa sớm hoặc phun nhiên liệu sớm (c’) và c
Hiệu đính phần đường cong của quá trình cháy trên đồ thị:
- Ở động cơ xăng, áp suất cực đại tại điểm z’ có tung độ: pz’=0,85pz
- Điểm z’’ là trung điểm đoạn thẳng qua z’ song song với trục hoành và cắt đường cong dãn nở
- Điểm c’’ lấy trên đoạn cz’ với cc’’ = cz’/3
- Điểm b’’ là trung điểm của đoạn ab.
- Hiệu chỉnh để có được đường cong đi qua những điểm trên ở các quá trình nén, cháy dỡn nở và thải.
TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU PISTON – TRỤC KHUỶU – THANH TRUYỀN
ĐỘNG HỌC PISTON
Khi trục khuỷu quay một góc α thì piston dịch chuyển một khoảng X so với vị trí ban đầu Chuyển vị của piston trong xilanh được tính bằng công thức:
Trong đó: λ – thông số kết cấu động cơ
- Tốc độ chuyển động của piston là hàm phụ thuộc vào góc quay trục khuỷu và λ
30 [ rad s ] : vận tốc gốc của trục khuỷu
- Vận tốc của piston là tổng của hai hàm điều hoà cấp I và cấp II:
- Lấy đạo hàm V theo thời gian, ta có công thức gia tốc piston: j=R ω 2 (cosα + λcos 2 α )
- Gia tốc của piston là tổng của hai hàm điều hoà cấp I và cấp II: j= j I + j II =R ω 2 cosα + R ω 2 λcos 2 α
ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU TRỤC KHUỶU – THANH TRUYỀN
- Lực khí thể là một đại lượng thay đổi theo gốc quay trục khuỷu, xác định được từ áp suất khí thể P ở tính toán nhiệt của động cơ.
P kt =( p kt −p 0 ) Trong đó: p kt – áp suất khí trong xilanh động cơ
P 0 = 0,1 MN/ m 2 – áp suất khí quyển
- Quá trình nạp: P kt = Pa – Po
- Quá trình nén: P kt = Pa i n 1 – Po, với i từ 1 (180 ° ¿ đến ε (360 ° −θss ¿
- Quá trình dãn nở: P kt = εP n z
- Quá trình dãn nở: P kt = Pr – Po
2.2.2 Lực quán tính của các chi tiết chuyển động
Khối lượng của nhóm piston (khối lượng của các chi tiết chuyển động tịnh tiến)
Dựa vào bảng 2 – 1 giáo trình Động cơ đốt trong 2 trang 23 và đường kính xilanh ta chọn m np 0 ,1 kg /m 2 (piston hợp kim nhôm)
Khối lượng của khuỷu trục (các chi tiết chuyển động quay)
Dựa vào bảng 2 – 1 giáo trình Động cơ đốt trong 2 trang 23 và đường kính xilanh ta chọn được: m k 7 ,7 kg /m 2 (trục khuỷu gang đúc)
Khối lượng nhóm thanh truyền
Dựa vào bảng 2 – 1 trong giáo trình Động cơ đốt trong trang 23 và đường kính xilanh, ta chọn m tt là 7,7 kg/m² Để đơn giản hóa tính toán và giảm thiểu sai số, chúng ta sử dụng phương pháp khối lượng thay thế Khối lượng thay thế được tính theo công thức: m a = m tt (L - La); m b = m tt a L.
Do khó khăn trong việc tìm tài liệu về cách bố trí khối lượng thay thế nên ta chọn theo công thức kinh nghiệm: m a = 1
Khối lượng chuyển động tịnh tiến của cơ cấu khuỷu trục – thanh truyền: m t =m np + m a
Khối lượng chuyển động quay của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền: m r =m k + m b
- Lực quán tính tịnh tiến
- Lực quán tính ly tâm
Trong đó: P j – lực quán tính tịnh tiến
P K là lực quán tính ly tâm, trong đó m t là khối lượng các chi tiết chuyển động tịnh tiến, m r là khối lượng các chi tiết chuyển động quay, m tt là khối lượng thanh truyền, m np là khối lượng nhóm piston, m K là khối lượng trục khuỷu, m A là khối lượng đầu nhỏ của thanh truyền, và m B là khối lượng đầu to của thanh truyền.
2.2.3 Hệ lực tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền
Lực tổng tác dụng lên chốt piston
- Là hợp lực của lực khí thể P kt và lực quán tính tịnh tiến P j , có giá trị bằng tổng đại số của hai lực này: P l =P kt + P j
Lực tác dụng dọc thanh truyền
2.2.4 Moment quay M của động cơ
- Tính góc lệch công tác của động cơ: δ K 0 ° Chọn thứ tự làm việc của động cơ: 1-3-4-2 Xác định pha công tác của từng xilanh:
- Moment tổng Σ M i xác định bằng quan hệ: Σ M i −R
Trong đó: Σ M i – moment tổng cộng Σ T i – tổng lực tiếp tuyến
2.2.5 Lực tác dụng lên chốt khuỷu
Tại chốt khuỷu, các lực tác dụng bao gồm lực tiếp tuyến T, lực pháp tuyến Z và lực ly tâm PK0 Hợp lực tác dụng lên chốt khuỷu được xác định thông qua vectơ lực Q, theo phương trình cân bằng lực.
Hình 1 Đồ thị công chỉ thị P - V
Hình 2 Đồ thị chuyển vị
Hình 3 Đồ thị vận tốc piston
Hình 4 Đồ thị gia tốc piston
Bảng 1: Trị số áp suất của MCCT của quá trình nén và giãn nở tính toán
Quá trình nén (V a −V c ) Quá trình giãn nở ¿¿)
Thể tích V xn Áp suất P xn Thể tích V xn Áp suất P xn
Bảng 2 Kết quả tính toán động lực học cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền
Góc quay trục khuỷu Lực khí thể Pφ Lực quán tính P j Lực tổng hợp P Σ
% TINH TOAN DONG CO DOT TRONG
% DE TAI: TOYOTA COROLA ALTIS 2022
T = 11.3; mtt = 13.77; % g/cm2 mK = 13.77; % g/cm2 mA = 0.3*mtt; % g/cm2 mB = 0.7*mtt; % g/cm2 mnp = 11.01; % g/cm2 mj = mA + mnp; % g/cm2 mr = mB + mK; % g/cm2
Sp = pi*B^2/4; % dien tich piston lamda = R/l;
Tsn = 11.3; w = pi*200; %rad grid on
Xa = R*(1-cosd(180) + (lamda/4).*(1-cosd(2.*180))); Va = Xa*Sp + Vc; %(lit)
%Góc xupap nap mo som: 1 do Truoc DCT
%Góc xupap nap dong muon: 65 do Truoc DCD
%Góc xupap xa mo som: do Sau DCD
%Góc xupap xa dong muon: 43 do Sau DCT
%Góc danh lua som: 20 do
%HIEU CHI THAI – NAP ahc1 = [0 20 43];
Vt1 = R*(pi*200)*(sind(a1) + (lamda/2).*sind(2*a1));
Vt2 = R*(pi*200)*(sind(a2) + (lamda/2).*sind(2*a2));
J3 = R*(pi*200)^2.*(cosd(a3)+lamda.*cosd(2.*a3)); Vt3 =
% HIEU CHINH NEN - CHAY Pcc =(Pz-Pc)/3 + Pc; ahc4 = [340
Vt4 = R*(pi*200)*(sind(a4) + (lamda/2).*sind(2*a4));
% QUA TRINH GIAN NO a6 = linspace(370,497,50);
Vt6 = R*(pi*200)*(sind(a6) + (lamda/2).*sind(2*a6));
% HIEU CHINH CHAY - GIAN NO ahc5=[360 365 370];
X5 = R*(1-cosd(a5) + (lamda/4).*(1-cosd(2.*a5))); V5 = X5.*Sp + Vc;
J5 = R*(pi*200)^2.*(cosd(a5)+lamda.*cosd(2.*a5)); Vt5 = R*(pi*200)*(sind(a5) + (lamda/2).*sind(2*a5));
% HIEU CHINH GIAN NO - THAI Pb = 0.5;
Pbb =(Pb-Pr)/2+Pr; ahc7 = [497 540 580]; phc7 = [Pb Pbb Pr]; a7 = linspace(497,580,50);
X7 = R*(1-cosd(a7) + (lamda/4).*(1- cosd(2.*a7))); V7 = X7.*Sp + Vc;
J7 = R*(pi*200)^2.*(cosd(a7)+lamda.*cosd(2.*a7)); Vt7 = R*(pi*200)*(sind(a7) + (lamda/2).*sind(2*a7));
X8 = R*(1-cosd(a8) + (lamda/4).*(1-cosd(2.*a8))); V8 = X8*Sp + Vc;
J8 = R*(pi*200)^2.*(cosd(a8)+lamda.*cosd(2.*a8)); Vt8 = R*(pi*200)*(sind(a8) + (lamda/2).*sind(2*a8));
Vt = [Vt1 Vt2 Vt3 Vt4 Vt5 Vt6 Vt7
% DO THI P-V figure(1) plot(V,P); title('DO THI P-V'); xlabel('The tich V (dm3)');
1 ylabel('Ap suat P (MN/dm2)'); grid on hold on
% DO THI CHUYEN VI PISTON THEO GOC figure(2)
X4]; plot(a0,X0) title('DO THI CHUYEN VI'); xlabel('Goc quay truc khuyu (do)'); ylabel('Chuyen vi x (dm)') ; grid on hold on
% DO THI VAN TOC figure(3)
Vt0 = [Vt1 Vt2 Vt3 Vt4]; plot(a0,Vt0) grid on hold on title('DO THI VAN TOC PISTON'); xlabel('Goc quay truc khuyu (do)'); ylabel('Van toc v (dm/s) ');
% DO THI GIA TOC figure(4)
J4]; plot(a0,J0) grid on hold on title('DO THI GIA TOC PISTON'); xlabel('Goc quay truc khuyu (do)'); ylabel('Gia toc J (dm/s2) ');
Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa Pkt, Pj và P1 được vẽ với các màu sắc khác nhau: Pkt (màu đỏ), Pj (màu xanh lá) và P1 (màu xanh dương) Trục hoành biểu thị góc quay trục khuyu (độ), trong khi trục tung thể hiện giá trị của Pkt, Pj và P1 theo đơn vị MN/m2 Tiêu đề của đồ thị là "DO THI Pkt Pj P1".
(MN/m2)'); legend('Pkt','Pj','Ph1'); grid on title('DO THI GIA TOC PISTON'); xlabel('Goc quay truc khuyu (do)'); ylabel('Gia toc J (dm/s2) ');
% DO THI Pkt - Pj - P1 figure(5) plot(ap,Pkt,'r');
1 hold on plot(ap,Pj,'g'); hold on plot(ap,Phl,'b'); hold on title('DO THI Pkt Pj P1'); xlabel('Goc quay truc khuyu (Do)'); ylabel('Pkt (MN/m2) Pj (MN/m2) P1
(MN/m2)'); legend('Pkt','Pj','Ph1'); grid on
% lap bang ap suat MCCT Vxn = linspace(Va,Vc,50); Pxn = Pa.*(Va./Vxn).^n1; Vxg = linspace(Vz,Vbb,50); Pxg =
Pz.*(Vz./Vxg).^n2; %xlswrite('nen.xlsx',[Vxn(:),Pxn(:)]);
%xlswrite('gian no.xlsx',[Vxg(:),Pxg(:)]);
%% lap bang gia tri ket qua tinh toan dong luc hoc
%xlswrite('dongluchoc.xlsx',[ap(:),Pkt(:),Pj(:),Phl(:)]);