Trang 2 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMKHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Độc lập – Tự do – Hạnh phúcBỘ MƠN ĐỘNG CƠNHIỆM VỤ BÀI TẬP LỚNMƠN TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG1.. N
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÀI TẬP LỚN Tính toán động cơ đốt trong Đề tài: Động cơ Smartstream D2.2 của Hyundai Santafe (D) GVHD: PGS.TS LÝ VĨNH ĐẠT Sinh viên thực hiện MSSV Đánh giá hoàn thành nhiệm vụ Đào Xuân Đạt 20145673 100% Nguyễn Triệu Hưởng 20145237 100% 20145686 Trần Trung Hòa 100% TP.HCM, tháng 11 năm 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Độc lập – Tự do – Hạnh phúc BỘ MÔN ĐỘNG CƠ NHIỆM VỤ BÀI TẬP LỚN MÔN TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Sinh viên thực hiện MSSV LỚP 1 Đào Xuân Đạt 20145673 Sáng thứ 5 2 Nguyễn Triệu Hưởng 20145237 NHÓM 10 20145686 3 Trần Trung Hòa 1 Số liệu ban đầu Loại động cơ: Dầu Số kỳ, τ: 4 , Công suất có ích, Ne (kW) 202 Số vòng quay, n (vòng /phút): 3800 Tỉ số nén, ε: 18 : 1 Hệ số dư lượng không khí, α: 1,7 Làm mát bằng: Nước Số xylanh i: 4 Động cơ diesel tăng áp 2 Nội dung thuyết minh: 2.1Tính toán nhiệt và xây dựng giản đồ công chỉ thị động cơ 2.2Tính toán động lực học cơ cấu piston – trục khuỷu – thanh truyền 3 Nội dung bản vẽ 3.1Bản vẽ đồ thị công chỉ thị P – V 3.2Bản vẽ đồ thị P – , PJ, P1 3.3 Bản vẽ đồ thị quãng đường Sp, vận tốc Vp, gia tốc Jp của piston Ngày giao nhiệm vụ : Ngày hoàn thành: Tuần (24/11/2022) GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký ghi gõ họ tên) PGS.TS Lý Vĩnh Đạt MỤC LỤC CHƯƠNG 1: CÁC THÔNG SỐ CẦN THIẾT CHO TÍNH TOÁN NHIỆT 2 1.1 CHỌN CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN NHIỆT 2 1.1.1 Áp suất không khí nạp (P0) 2 1.1.2 Nhiệt độ không khí nạp mới (T0) 2 1.1.3 Áp suất khí nạp trước xupap nạp (Pk) .2 1.1.4 Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp .2 1.1.5 Áp suất cuối quá trình nạp (𝑷𝒂) 2 1.1.6 Chọn áp suất khí sót (𝑷𝒓) 2 1.1.7 Nhiệt độ khí sót (Tr) 3 1.1.8 Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới (𝜟𝑻) 3 1.1.9 Chọn hệ số nạp thêm (𝝀𝟏) 3 1.1.10 Chọn hệ số quét buồng cháy (𝝀𝟐) .3 1.1.11 Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt (𝝀𝒕) 3 1.1.12 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z (𝝃𝒛) 3 1.1.13 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (𝝃𝒃) 4 1.1.14 Hệ số dư lượng không khí (𝜶) 4 1.1.15 Chọn hệ số điền đầy đồ thị công (𝝋𝒅) 4 1.1.16 Tỷ số tăng áp .5 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN NHIỆT 6 2.1 Quá trình nạp 6 2.2 Quá trình nén: 6 2.3 Quá trình cháy: 7 2.3.1 Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu .7 2.3.2 Lượng khí nạp thực tế vào xi lanh M1 7 2.3.3 Lượng sản vật cháy: 7 2.3.4 Hệ số biến đổi phân tử khí lý thuyết 7 2.3.5 Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế: 8 2.3.6 Hệ số biến đổi phân tử khí tại thời điểm : 8 2.3.7 Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn .8 2.3.8 Tỷ nhiệt mol đẳng tính trung bình của môi chất tại điểm Z .8 2.3.9 Nhiệt độ cuối quá trình cháy Tz 8 2.3.10 Áp suất cuối quá trình cháy 9 2.4 Tính toán quá trình dãn nở 9 2.4.1 Tỷ số giãn nở đầu: .9 2.4.2 Tỷ số giãn nở sau: .9 2.4.3 Xác định chỉ số dãn nở đa biến trung bình n 2 : 9 2.4.4 Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở 10 2.4.5 Áp suất cuối quá trình giãn nở .10 2.4.6 Kiểm nghiệm nhiệt độ khí sót Tr : .10 2.4.7 Sai số khí sót: 10 2.5 Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình 10 2.5.1 Áp suất chỉ thị trung bình tính toán: 10 2.5.2 Áp suất chỉ thị trung bình thực tế: 10 2.5.3 Áp suất tổn thất cơ khí 10 2.5.4 Áp suất có ích trung bình Pe 10 2.5.5 Hiệu suất cơ giới 10 2.5.6 Hiệu suất chỉ thị ηi: .10 2.5.7 Hiệu suất có ích ηe: .11 2.5.8 Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi: .11 2.5.9 Suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge: .11 2.5.10 Tính toán thông số kết cấu của động cơ 11 CHƯƠNG 3: BẢN VẼ ĐỒ THỊ 14 3.1 ĐỒ THỊ P – V 14 3.2 Đồ thị P-V .21 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC, ĐỘNG L ỰC HỌC CƠ CẤU PISTON – KHUỶU TRỤC – THANH TRUYỀN 22 4.1 ĐỘNG HỌC CỦA PISTON ( THEO PHƯƠNG PHÁP GIẢI TÍCH) 22 4.1.1 Chuyển vị piston: .22 4.1.2 Tốc độ piston: 23 4.1.3 Gia tốc piston: 24 4.2 ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CƠ CẤU TRỤC KHUỶU-THANH TRUYỀN: .31 4.2.1 Lực khí thể: 31 4.2.2 Lực quán tính của các chi tiết chuyển động: 31 4.2.3 Hệ lực tác dụng trên cơ cấu khuỷu trục – thanh truyền: 34 4.3 CODE MATLAB 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO .49 CÁC THÔNG SỐ CỦA ĐỘNG CƠ SMARTSTEAM D2.2 HYUNDAI SANTAFE (D) STT Tên thông số Kí hiệu Giá trị Đơn Ghi chú vị 1 Kiểu động cơ SmartStr Động cơ Diesel, tăng áp eam D2.2 2 Số kỳ 4 3 Số xilanh i 4 xilanh 2151 cm3 4 Thể tích công tác Vd Trước ĐCT Trước ĐCD 5 Hành trình piston S 110 mm Sau ĐCD 6 Đường kính xilanh B 89,9 mm Sau ĐCT 7 Góc mở sớm xupap nạp 1 40 độ 103 kW ở n=3800 v/p 8 Góc mở sớm xupap xả 1 65 độ 9 Góc đóng muộn xupap 2 30 độ nạp 10 Góc đóng muộn xupap 2 20 độ xả 11 Góc phun dầu sớm 20 độ 12 Công suất cực đại Pmax 202 HP 13 Mô men xoắn cực đại Tmax 440 Nm ở n=2750 v/p 14 Tỉ số nén 18:1 1 CHƯƠNG 1: CÁC THÔNG SỐ CẦN THIẾT CHO TÍNH TOÁN NHIỆT 1.1CHỌN CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN NHIỆT 1.1.1 Áp suất không khí nạp (P0) 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 P0 càng giảm do không khí càng loãng, tại độ cao so với mực nước biển: P0 = 0,1013 ( MN/m2 ) 1.1.2 Nhiệt độ không khí nạp mới (T0) Nhiệt độ không khí nạp mới phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ trung bình của môi trường, nơi xe được sử dụng Điều này hết sức khó khăn đối với xe thiết kế để sử dụng ở những vùng có khoảng biến thiên nhiệt độ trong ngày lớn Miền Nam nước ta thuộc khi vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình trong ngày có thể chọn là tkk = 29oC cho khu vực miền Nam, do đó: T0 = tkk + 273 = 29 + 273 = 302 (K) 1.1.3 Áp suất khí nạp trước xupap nạp (Pk) Động cơ bốn kỳ tăng áp,Pk>P0 nên ta chọn pk = 0,17 (MN/m2) 1.1.4 Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp - Tm là chênh lệch nhiệt độ của không khí trước và sau két làm mát, chọn Tm =15 K 2 - Trong đó: m là chỉ số nén đa biến trung bình của khí nén, phụ thuộc vào loại máy nén (m = 1,5 ÷1,65) ( ) ( ) P m−1 1 ,5−1 Chọn m=1,5: T k=T 0 k 1 −∆ T m= 302 0 ,17 1,5 – 15 = 343,88(oK) P0 0 , 10 13 1.1.5 Áp suất cuối quá trình nạp (𝑷𝒂) - Trong quá trình tính toán nhiệt, suất cuối quá trình nạp 𝑃𝑎 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: 𝑃𝑎 = (0,88 ÷ 0,98) 𝑃k - Vậy áp suất cuối quá trình nạp 𝑃𝑎 = 0,9𝑃k = 0,9 x 0,12 = 0,153 (MN/m2) 1.1.6 Chọn áp suất khí sót (𝑷𝒓) - Là một thông số quan trọng đánh giá mức độ thải sạch sản phẩm cháy ra khỏi xilanh động cơ - Động cơ diesel, Pr = (1,06 ÷ 1,15).p0 chọn: 𝑃𝑟 = 1,1.0,1013= 0,11 (MN/m2) 1.1.7 Nhiệt độ khí sót (Tr) - Phụ thuộc vào thành phần của hỗn hợp khí, mức độ dãn nỡ và sự trao đổi nhiệt trong quá trình giãn nỡ và thải Đối với động cơ diesel: Tr = 700 ÷ 900 oK Ta có thể chọn: Tr = 800oK 1.1.8 Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới (𝜟𝑻) - Khí nạp mới khi chuyển động trong đường ống nạp vào trong xilanh của động cơ do tiếp xúc với vách nóng nên được sấy nóng lên một trị số nhiệt độ là ΔT - Khi tiến hành tính toán nhiệt của động cơ người ta thường chọn trị số ΔT căn cứ vào số liệu thực nghiệm - Đối với động cơ diesel: ∆T=20 ÷ 40oC Chọn ∆T = 20oC 1.1.9 Chọn hệ số nạp thêm (𝝀𝟏) - Hệ số nạp thêm 𝜆1 biểu thị sự tương quan lượng tăng tương đối của hỗn hợp khí công tác sau khi nạp thêm so với lượng khí công tác chiếm chỗ ở thể tích 𝑉𝑎 Hệ số nạp thêm chọn trong giới hạn: 𝜆1=1,02÷1,07 Chọn 𝜆1 =1,04 3