Bài tập lớn tính toán Động cơ Đốt trong

DANH MỤC CHỮ VIẾT VÀ KÍ HIỆU9 Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới 19 Chỉ số nén đa biến trung bình 20 Chỉ số dãn nở đa biến trung bình 21 Nhiệt độ khí xót 22 Nhiệt độ cuối quá trình nạp 23 Nhiệ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ

HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BÀI TẬP LỚN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

2

DANH MỤC CHỮ VIẾT VÀ KÍ HIỆU

9 Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới

19 Chỉ số nén đa biến trung bình

20 Chỉ số dãn nở đa biến trung bình

21 Nhiệt độ khí xót

22 Nhiệt độ cuối quá trình nạp

23 Nhiệt độ cuối quá trình nén

3

24 Nhiệt độ cuối quá trình cháy

25 Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở

26 Áp suất không khí nạp

27 Áp suất trước xupap nạp

28 Áp suất cuối quá trình nạp

29 Áp suất khí xót

30 Áp suất cuối quá trình nén

31 Áp suất cuối quá trình cháy

32 Áp suất cuối quá trình giãn nở

39 Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị

40 Suất tiêu hao nhiên liệu có ích

42 Thể tích công tác

43 Khối lượng chuyển động tịnh tiến của

cơ cấu khuỷu trục thanh truyền

44 Khối lượng nhóm piston

45 Khối lượng thanh truyền

46 Lực quán tính của khối lượng chuyển

51 Gia tốc của piston

Không tăngáp

Bảng số liệu ban đầu

PHẦN 1: NỘI DUNG TÍNH TOÁN CHƯƠNG 1 TÍNH TOÁN NHIỆT 1.1 Chọn các thông số cho tính toán nhiệt:

1.1.1.Áp suất không khí nạp ():

Áp suất không khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyển

[MN/m ]2

7

1.1.2.Nhiệt độ không khí nạp mới ():

Nhiệt độ không khí nạp mới phụ thuộc vào nhiệt độ trung bình của môitrường, nơi xe được sử dụng Điều này hết sức khó khăn đối với các xe thiết kế để

sử dụng ở những vùng có khoảng biến thiên nhiệt độ trong ngày lớn Nước tathuộc khu vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình trong ngày có thể chọn là t = 29kk oC,

do đó:

= 301 [K]

Đối với động cơ 4 kì không tăng áp :

[MN/m ]2

Đối với động cơ 4 kì không tăng áp:

= =301 [K]

Đối với động cơ không tăng áp, áp suất cuối quá trình nạp trong xi lanhthường nhỏ hơn áp suất khí quyển, do có tổn thất trên đường ống nạp và tại bầulọc gây nên Trong quá trình tính toán nhiệt , áp suất cuối quá trình nạp p thônga

thường được xác định bằng công thức thực nghiệm

[MN/m ]2

1.1.6.Áp suất khí sót (p r ):

Là thông số quan trọng đánh giá mức độ thải sạch sản phẩm khí cháy rakhỏi xy lanh động cơ

Giá trị áp suất khí sót p phụ thuộc vào các yếu tố:r

+ Diện tích thông qua của các xupap xả

8

+ Biên độ, độ cao, góc mở sớm, đóng muộn của xupap xả

+ Động cơ có lắp tăng áp bằng khí xả hay không

+ Độ cản của bình tiêu âm, bộ xúc tác khí xả…

Áp suất khí sót cũng phụ thuộc giống như Đối với động cơ xăng ta cóthể chọn:

1.1.8.Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới ():

Khí nạp mới khi chuyển động trong đường ống nạp vào trong xy lanhđộng cơ do tiếp xúc với vách nóng nên được sấy nóng lên một trị số nhiệt độ là

T Với động cơ xăng: ΔT = 0 - 20°C

1.1.9.Hệ số nạp thêm ():

Hệ số nạp thêm λ biểu thị sự tương quan lượng tăng tương đối của hỗn1

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 λ = 1,02 – 1,071

1.1.10 Hệ số quét buồng cháy (:

Đối với động cơ không tăng áp do không có quét buồng cháy nên chọn:

1.1.12.Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z

Là thông số số biểu thị mức độ lợi dụng nhiệt của quá trình cháy, hay tỷ lệlượng nhiên liệu đã cháy tại điểm Z

Chọn

1.1.13.Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b ( ) phụ thuộc vào nhiều yếu tố Khi tốcb

độ động cơ càng cao, cháy rớt càng tăng, dẫn đến nhỏ b

Chọn

Khi đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu cần M (kmol) không khí Tuyo

nhiên, lượng không khí đi vào xylanh M có thể nhỏ hơn hoặc lớn hơn M Điều1 o

này được đánh giá bằng hệ số dư lượng không khí = 

- M : lượng không khí thực tế nạp vào xylanh (kmol)1

- M : lượng không khí lý thuyết cần thiết đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiêno

liệu

- Đối với động cơ xăng = 0,85 – 0,95 = 0,9

1.1.15.Hệ số điền đầy đồ thị công (d ):

Hệ số điền đầy đồ thị công đánh giá phần hao hụt về diện tích của đồ thịcông thực tế so với đồ thị công tính toán

- Với động cơ xăng: = 0,93 – 0,97 = 0,95d

1.1.16 Tỷ số tăng áp λ

- Là tỷ số giữa áp suất hỗn hợp khí trong xylanh ở cuối quá trình cháy và

quá trình nén:

z cp

- Trong đó: p - áp suất cuối quá trình cháyz

p - áp suất cuối quá trình nénc

- Đối với động cơ xăng: = 3.00 – 4.00 = 3p

- Hệ số biến đổi phân tử khí lý thuyết :0

- Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế  :

- Hệ số biến đổi phân tử khí tại điểm  :z

- Với là phần nhiên liệu đã cháy tại điểm z:

- Tổn thất nhiệt lượng do cháy không hoàn toàn QH :

[kj/kgnl]

[K]

(Tcuoigianno lấy ở phần tính toán bên dưới)

12

- Áp suất cuối quá trình cháy p : z

1.2.5.Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình.

- Áp suất chỉ thị trung bình tính toán:

)]

=> 0,835 [MN/m ]2

13

Đối với động cơ dùng nhiên liệu dạng lỏng ta có :

- Hiệu suất cơ giới m :

1.3.Vẽ đồ thị công chỉ thị.

- Xác định các điểm đặc biêt của đồ thị công.

+ Điểm a (): điểm cuối quá trình hút, có áp suất và thể tích:

- Nội suy đường cong từ 180° đến 230° ( góc đóng muộn xupap nạp).

- Xây dựng đường cong nén với n = 1,32; p , V là áp suất và thể 1 xn xn

tích tại 1 điểm bất kỳ trên đường cong nén:

- Với V phụ thuộc vào xn  [180°;345 ] với 345° là góc đánh lửa 0

sớm

3) Quá trình cháy:

Có được giá trị 3,5038 do điều kiện cc’’= cz’/3

- Vẽ đường đẳng áp (0,11 MN/m ) từ 555° đến 720°

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU PISTON – TRỤC

KHUỶU – THANH TRUYỀN 2.1.Động học của piston (theo phương pháp giải tích).

Vì chu kỳ của chuyển vị, vận tốc và gia tốc lặp lại nên chỉ c ần

xét [0°;360°]

Chọn thông số kết cấu của ô tô có giá trị (1/2,9 – 1/4,2 ) Chọn λ=0.29

- Chuyển vị của piston

Khi trục khuỷu quay một góc thì piston dịch chuyển được một khoảng so

với vị trí ban đầu (ĐCT) Chuyển vị của piston trong xy lanh động cơ tính bằngcông thức sau :

Với thay vào phương trình tính ta được :

17

Trong đó :+ áp suất khi quyển.

+ áp suất khí trong xylanh động cơ

+ diện tích tiết diện của xylanh (m)

Áp suất khí trong xylanh động cơ lấy từ chương 1 sau khi tính toán nhiệtcủa động cơ

- Khối lượng trục khuỷu:

18

- Lực tiếp tuyến T và lực pháp tuyến Z tác dụng lên chốt khuỷu:

[///////////////2] [///////////////2]Với

PHẦN 2.NỘI DUNG BẢN VẼ 2.1.Bản vẽ đồ thị công chỉ thị P – V.

20

Hình 1 Đồ thị công chỉ chị P-V

21

2.2.Bản vẽ đồ thị P – , Pj, P1.�

Hình 2 Đồ thị P – , Pj, P1 �

22

2.3.Bản vẽ đồ thị quảng đường Xp, vận tốc Vp, gia tốc Jp của piston.

Hình 3 Đồ thị chuyển vị Xp

23

Hình 4 Đồ thị vân tốc Vp

24

Hình 5 Đồ thị gia tốc Jp

25

2.4.Bản vẽ đồ thị T( ) , Z(� �).

Hình 6 Đồ thị T( ) �

26

Hình 7 Đồ thị Z( ) �

27

2.5.Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu (T – Z)

Hình 8 Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu (T – Z)

28

PHẦN 3 DỮ LIỆU 1.CODE MATLAB.

clear ;clc; close ; all all

%doan6 p tang nhung v ko tang

title( 'DO THI P-phi, Pj ,P1' );

xlabel( 'Goc quay truc khuyu [do]' )

title( 'Do thi chuyen vi cua piston' );

xlabel( 'Goc quay truc khuyu [do]' )

title( 'Do thi van toc cua piston' );

xlabel( 'Goc quay truc khuyu [do]' )

title( 'Do thi gia toc cua piston' );

xlabel( 'Goc quay truc khuyu [do]' )

xlabel( 'Luc tiep tuyen T [MN/m2]' );

ylabel ( 'Luc phap tuyen Z [MN/m2]' );

title( 'DO THI VECTO PHU TAI THEO CHOT KHUYU' );

9 3,03 23907 0,040 0,101 -0,36 -0,36 -0,041 -0,362 10

0,0007

6 6,02 23451 0,043 0,093 -0,36 -0,36 -0,081 -0,356 15

0,0017

1 8,94 22700 0,047 0,087 -0,35 -0,36 -0,119 -0,340 20

0,0030

2 11,74 21670 0,053 0,083 -0,33 -0,35 -0,152 -0,315 25

0,0046

7 14,40 20381 0,061 0,080 -0,31 -0,33 -0,177 -0,283 30

0,0066

5 16,88 18857 0,071 0,080 -0,29 -0,31 -0,193 -0,244 35

0,0089

2 19,16 17128 0,082 0,080 -0,26 -0,28 -0,200 -0,203

33

40 7 21,20 15227 0,094 0,080 -0,23 -0,25 -0,199 -0,162 45

0,0142

7 22,99 13188 0,107 0,080 -0,20 -0,22 -0,189 -0,124 50

0,0172

7 24,53 11050 0,122 0,080 -0,17 -0,19 -0,172 -0,088 55

0,0204

5 25,78 8848 0,137 0,080 -0,13 -0,15 -0,149 -0,058 60

0,0237

7 26,76 6621 0,153 0,080 -0,10 -0,12 -0,120 -0,033 65

0,0271

9 27,46 4406 0,169 0,080 -0,07 -0,09 -0,089 -0,015 70

0,0306

9 27,87 2236 0,186 0,080 -0,03 -0,05 -0,056 -0,004 75

0,0412

6 27,56 -3701 0,237 0,080 0,06 0,04 0,037 -0,008 90

0,0447

1 26,99 -5409 0,253 0,080 0,08 0,06 0,062 -0,019 95

0,0480

7 26,20 -6952 0,269 0,080 0,11 0,09 0,083 -0,033 10

0

0,0513

2 25,24 -8321 0,285 0,080 0,13 0,11 0,100 -0,050 10

5

0,0544

3 24,11 -9512 0,300 0,080 0,15 0,13 0,111 -0,068 11

0

0,0574

0 22,84 -10523 0,314 0,080 0,16 0,14 0,118 -0,085 11

5

0,0602

0 21,46 -11359 0,327 0,080 0,17 0,15 0,121 -0,103 12

0

0,0628

1 19,98 -12030 0,340 0,080 0,18 0,16 0,120 -0,118 12

5

0,0652

4 18,43 -12548 0,351 0,080 0,19 0,17 0,116 -0,133 13

0

0,0674

6 16,82 -12928 0,362 0,080 0,20 0,18 0,110 -0,145 13

5

0,0694

8 15,17 -13188 0,372 0,080 0,20 0,18 0,101 -0,155 14

0

0,0712

9 13,49 -13349 0,380 0,080 0,20 0,18 0,091 -0,163 14

5

0,0728

9 11,80 -13428 0,388 0,080 0,20 0,18 0,080 -0,169 15

0

0,0742

7 10,10 -13448 0,395 0,080 0,21 0,19 0,069 -0,174 15

5

0,0754

4 8,41 -13427 0,400 0,080 0,20 0,18 0,057 -0,177 16

0

0,0776

7 3,35 -13285 0,411 0,080 0,20 0,18 0,023 -0,181 17

5

0,0779

8 1,67 -13254 0,412 0,080 0,20 0,18 0,011 -0,182 18

0

0,0780

9 0,00 -13242 0,413 0,080 0,20 0,18 0,000 -0,182 18

5

0,0779

8 -1,67 -13254 0,412 0,080 0,20 0,18 -0,011 -0,182 19

0

0,0776

7 -3,35 -13285 0,411 0,081 0,20 0,18 -0,023 -0,182 19

5

0,0771

4 -5,03 -13332 0,408 0,082 0,20 0,19 -0,034 -0,182 20

0

0,0764

0 -6,71 -13383 0,405 0,083 0,20 0,19 -0,046 -0,182 20

5

0,0754

4 -8,41 -13427 0,400 0,084 0,20 0,19 -0,059 -0,181 21

5 9 27,46 4406 0,169 0,272 -0,07 0,10 -0,107 0,018 30

5

0,0017

1 -8,94 22700 0,047 1,569 -0,35 1,12 -0,372 1,063 35

0

0,0007

6 -6,02 23451 0,043 2,275 -0,36 1,82 -0,406 1,774 35

5

0,0001

9 -3,03 23907 0,040 2,920 -0,36 2,46 -0,276 2,441 36

5

0,0046

7 14,40 20381 0,061 4,322 -0,31 3,91 2,090 3,340 39

0

0,0066

5 16,88 18857 0,071 3,620 -0,29 3,23 2,026 2,562 39

5

0,0089

2 19,16 17128 0,082 3,033 -0,26 2,67 1,902 1,930 40

0

0,0114

7 21,20 15227 0,094 2,554 -0,23 2,22 1,751 1,431 40

5

0,0142

7 22,99 13188 0,107 2,167 -0,20 1,87 1,595 1,043 41

0,0412

6 27,56 -3701 0,237 0,816 0,06 0,77 0,790 -0,165 45

0

0,0447

1 26,99 -5409 0,253 0,751 0,08 0,73 0,733 -0,222 45

5

0,0480

7 26,20 -6952 0,269 0,696 0,11 0,70 0,681 -0,272 46

0

0,0513

2 25,24 -8321 0,285 0,649 0,13 0,68 0,631 -0,316 46

5

0,0544

3 24,11 -9512 0,300 0,610 0,15 0,65 0,583 -0,354 47

0

0,0574

0 22,84 -10523 0,314 0,576 0,16 0,64 0,536 -0,387 47

5

0,0602

0 21,46 -11359 0,327 0,547 0,17 0,62 0,490 -0,415 48

0

0,0628

1 19,98 -12030 0,340 0,522 0,18 0,61 0,446 -0,439 48

5

0,0652

4 18,43 -12548 0,351 0,501 0,19 0,59 0,402 -0,458 49

0

0,0674

6 16,82 -12928 0,362 0,477 0,20 0,57 0,356 -0,470 49

5

0,0694

8 15,17 -13188 0,372 0,454 0,20 0,56 0,310 -0,475 50

0

0,0712

9 13,49 -13349 0,380 0,431 0,20 0,53 0,266 -0,475 50

5

0,0728

9 11,80 -13428 0,388 0,408 0,20 0,51 0,223 -0,469 51

0

0,0742

7 10,10 -13448 0,395 0,384 0,21 0,49 0,183 -0,460 51

5

0,0754

4 8,41 -13427 0,400 0,361 0,20 0,47 0,145 -0,446 52

0

0,0764

0 6,71 -13383 0,405 0,338 0,20 0,44 0,110 -0,430 52

5

0,0771

4 5,03 -13332 0,408 0,314 0,20 0,42 0,078 -0,412 53

0

0,0776

7 3,35 -13285 0,411 0,291 0,20 0,39 0,049 -0,391 53

5

0,0779

8 1,67 -13254 0,412 0,268 0,20 0,37 0,023 -0,369 54

0

0,0780

9 0,00 -13242 0,413 0,245 0,20 0,35 0,000 -0,346

37

5 8 -1,67 -13254 0,412 0,208 0,20 0,31 -0,019 -0,310 55

0

0,0776

7 -3,35 -13285 0,411 0,163 0,20 0,27 -0,033 -0,264 55

5

0,0771

4 -5,03 -13332 0,408 0,110 0,20 0,21 -0,040 -0,210 56

0

0,0764

0 -6,71 -13383 0,405 0,110 0,20 0,21 -0,053 -0,208 56

5

0,0754

4 -8,41 -13427 0,400 0,110 0,20 0,21 -0,067 -0,206 57

0,0017

1 -8,94 22700 0,047 0,110 -0,35 -0,34 0,111 -0,318 71

0

0,0007

6 -6,02 23451 0,043 0,110 -0,36 -0,35 0,078 -0,339 71

5

0,0001

9 -3,03 23907 0,040 0,110 -0,36 -0,35 0,040 -0,352 72

0

0,0000

0 0,00 24060 0,039 0,110 -0,37 -0,36 0,000 -0,357

Bảng 2 Bảng kết quả tính toán động lực học cơ cấu trục khuỷu-thanh

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Các tác giả (9/2016), toán nhiệt và động lực học động cơ đốt trong,Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh

39