Hcmute nghiên cứu và đề xuất phương án thiết kế mẫu động cơ không trục khuỷu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MẪU ĐỘNG CƠ KHÔNG TRỤC KHUỶU MÃ SỐ: T2019-25TĐ SKC 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2020 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MẪU ĐỘNG CƠ KHÔNG TRỤC KHUỶU Mã số: T2019-25TĐ Chủ nhiệm đề tài: TS NGUYỄN VĂN TRẠNG TP HCM, 04/2020 Luan van TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MẪU ĐỘNG CƠ KHÔNG TRỤC KHUỶU Mã số: T2019-25TĐ Chủ nhiệm đề tài: TS NGUYỄN VĂN TRẠNG TP HCM, 04/2020 Luan van MỤC LỤC Danh mục hình Danh mục bảng Danh mục chữ viết tắt ký hiệu Thông tin kết nghiên cứu Chương TỔNG QUAN 10 1.1 Tình hình lượng mơi trường 10 1.2 Các nghiên cứu nước 13 1.3 Tính cấp thiết đề tài 22 1.4 Mục tiêu đề tài 22 1.5 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 22 1.6 Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu 23 1.7 Nội dung nghiên cứu 23 Chương TỒNG QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG TRỤC KHUỶU (FREEPISTON ENGINE) 24 2.1 Lịch sử hình thành phát triển 24 2.2 Phân loại cấu tạo 25 2.3 Nguyên lý làm việc, ưu điểm ứng dụng 27 2.4 Xác định phương án thiết kế 30 Chương TÍNH TỐN NHIỆT VÀ ĐỘNG LỰC HỌC 35 3.1 Tính tốn nhiệt 35 3.2 Tính tốn động lực học 48 Chương THIẾT KẾ MỘT SỐ CHI TIẾT CỦA ĐỘNG CƠ 55 4.1 Thiết kế 55 4.2 Bản vẽ chi tiết cụm chi tiết 55 4.3 Bản vẽ lắp hình cắt 55 Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70 5.1 Kết luận 70 5.2 Kiến nghị hướng phát triển 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 Luan van DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Tỉ lệ sử dụng nhiên liệu lĩnh vực khác tồn cầu … 10 Hình 1.2: Biểu đồ lượng phát thải CO2 / nguời năm Việt Nam 11 Hình 1.3: Máy phát điện tuyến tính piston tự dạng đối 16 Hình 1.4: Hệ thống bánh đà điện 17 Hình 1.5: Mơ hình máy phát điện piston tự dạng đơn 18 Hình 1.6: Kiểu hai piston đơn với hai buồng đốt riêng biệt 18 Hình 1.7: Động phát điện tuyến tính piston tự bốn kỳ 19 Hình 1.8: Sơ đồ đơn giản bơm thủy lực piston tự Ford 20 Hình 1.9: Động piston tự loại piston kép Mazda 21 Hình 1.10: Máy phát điện động piston tự dạng kép 21 Hình 2.1: Cấu hình dạng piston đơn 25 Hình 2.2: Cấu hình dạng piston kép có hai buồng đốt 26 Hình 2.3: Cấu hình dạng hai piston kép đối đỉnh 26 Hình 2.4: Cấu hình dạng bốn piston kép đối đỉnh 26 Hình 2.5: Động lực học động piston tự (a) cấu hình động piston đơn (b) sơ đồ lực tác dụng lên khối chuyển động 27 Hình 2.6: Độ dịch chuyển vận tốc piston với thời gian misfiring 30 Hình 2.7: Cấu tạo FPE loại piston kép hai buồng đốt riêng biệt 31 Hình 2.8: Cụm xylanh piston máy cắt cỏ hai 33 Hình 2.9: Hình dạng để cấu thành máy phát tuyến tính 32 Hình 2.10: Máy phát điện tuyến tính dạng hình ống 33 Hình 3.1: Đồ thị cơng P-V động 47 Hình 3.2: Các lực tác dụng lên cụm piston-thanh truyền 48 Hình 3.3: Đồ thị P-V thể áp suất xylanh chu trình 50 Hình 3.4: Biểu đồ chuyển vị piston chu kì 52 Hình 3.5: Biểu đồ vận tốc theo chuyển vị piston chu kì 52 Hình 3.6: Biểu đồ gia tốc theo thời gian piston chu kỳ 53 Luan van DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thống kê số lượng loại xe giới toàn cầu gia đoạn 2009-2015 tổ chức nhà sản xuất ô tô giới 11 Bảng 3.1 Các thông số động 36 Luan van DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU CNG: Compressed Natural Gas EGR: Exhaust Gas Recirculation CHLB: Cộng Hòa Liên Bang FPEG: Free Piston Engine Generator TDC: Top dead Centre BDC: Bottom dead Centre CFD: Computation Fluid Dynamics FPE: Free Piston Engine ICE: Impact Correlation Engine p0 : áp suất khơng khí nạp (MN/m 2) T0 : nhiệt độ khí nạp (K) pr : áp suất khí sót (MN/m 2) pa : áp suất cuối trình nạp (MN/m 2) pk : áp suất khí nạp trước cửa quét (MN/m2) Tk : nhiệt độ khí nạp trước cửa quét (K) Tr : nhiệt độ khí sót (K) T : độ tăng nhiệt độ khí nạp (0C) 1 : hệ số nạp thêm 2 : hệ số quét buồng cháy t : hệ số hiệu đính tỷ nhiệt z : hệ số lợi dụng nhiệt độ điểm z b : hệ số lợi dụng nhiệt độ điểm b : hệ số dư lượng khơng khí d : hệ số điền đầy đồ thị cơng Vh : thể tích cơng tác (cm 3) d: đường kính xi lanh (cm) S: hành trình piston (cm) Luan van Vtrapped : swept volume trapped (cm3) St : hành trình trapped (cm) Vc : thể tích buồng cháy (cm3) : tỉ số nén  trapped : tỉ số nén trapped v : hệ số nạp r : hệ số khí sót Ta : nhiệt độ cuối trình nạp (K) mcv : tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình khí nạp (kJ/kmol.K) mc''v : tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình sản phẩm cháy (kJ/kmol.K) mc'v : tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình hỗn hợp trình nén (kJ/kmol.K) n1 : tỉ số nén đa biến trung bình n2 : tỉ số giãn nở đa biến trung bình pc : áp suất cuối trình nén (MN/m 2) Tc : nhiệt độ cuối trình nén (K) M0 : lượng khơng khí cần thiết để đốt cháy kg nhiên liệu (kmol kk/kg nl) M1 : lưu lượng khí nạp thực tế vào xi lanh (kmol kk/kg nl) M2 : lượng sản vật cháy ( 0 : hệ số thay đổi phân tử lý thuyết : hệ số thay đổi phân tử thực tế z : hệ số thay đổi phân tử thực tế điểm z QH : tổn thất nhiệt lượng cháy khơng khơng hồn tồn (kJ/kmol.K) mc"vz : tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình môi chất điểm z (kJ/kmol.K) Tz : nhiệt độ cuối trình cháy (K) pz : áp suất cuối trình cháy (MN/m2) : tỷ số giãn nở đầu / ) Luan van : tỷ số giãn nở sau Tb : nhiệt độ cuối trình giãn nở (K) Tr : chênh lệch nhiệt độ khí sót tính tốn ban đầu (oC) p i' : áp suất thị trung bình tính tốn (MN/m2) pi : áp suất thị trung bình thực tế (MN/m2) pm : áp suất tổn thất khí (MN/m 2) pe : áp suất có ích trung bình (MN/m2) m : hiệu suất giới i : hiệu suất thị e : hiệu suất có ích (kg/kW.h) ge : hiệu suất tiêu hao nhiên liệu có ích (kg/kW.h) Va : thể tích tồn phần (cm 3) Fl ,Fr : lực khí thể xi lanh (N) Fe : lực điện từ (N) Ff : lực ma sát (N) m: khối lượng chi tiết chuyển động tịnh tiến (kg) a: gia tốc cụm piston - truyền (m/s2) x: chuyển vị piston (m) v: vận tốc piston (m/s2) f : tần số dao động (Hz) T: chu kì dao động (s) pkt : áp suất khí thể (MN/m2) A: diện tích đỉnh piston (m 2) : tần số góc dao động (rad/s) : pha ban đầu (rad) Fqt : lực quán tính (N) Fqt max : lực quán tính cực đại (N) a max : gia tốc cực đại (m/s2) Luan van kf : hệ số lực điện từ P: công suất máy phát điện (kW) U: hiệu điện máy phát điện (Volt) I: cường độ dòng điện máy phát sinh (A) R: điện trở máy phát    Luan van THUYẾT MINH ĐỀ TÀI ĐÃ ĐƯỢC PHÊ DUYỆT 81 Luan van 82 Luan van 83 Luan van 84 Luan van 85 Luan van 86 Luan van 87 Luan van 88 Luan van 89 Luan van 90 Luan van 91 Luan van 92 Luan van 93 Luan van 94 Luan van Luan van