Bài tập lớn môn học tính toán Động cơ Đốt trong Đề tài tính toán Động cơ Đốt trong trên xe kia k3 (phiên bản kia k3 1 6 deluxe mt 2022)

Áp suất cuối quá trình nạp Pa Đối với động cơ không tăng áp: Áp suất cuối quá trình nạp trong xylanh thường nhỏ hơn trong áp suất khí quyển, do có tổn thất trên ống nạp và tại bầu lọc gâ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

-

 -BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC: TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG TRÊN XE KIA K3

(PHIÊN BẢN KIA K3 1.6 DELUXE MT 2022)

NHIỆM VỤ BÀI TẬP LỚN MÔN TÍNH TOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Họ và Tên SV: Nguyễn Đình Thi MSSV: 22145249 Nguyễn Văn Hiệu MSSV: 22145143 Lê Danh MSSV: 22145112 Số liệu ban đầu Loại động cơ: Xăng HondaCity2022… Số kỳ, : 4

Công suất có ích, Pmax (kW): 89.25 Số vòng quay, n (vòng/phút): 6600

Tỉ số nén, : 10,3:1 Hệ số dư lượng không khí, (): 0,9……

Làm mát bằng: nướ c Số xylanh i: .4

Nội dung thuyết minh 2.1 Tính toán nhiệt và xây dựng giản đồ công chỉ thị động cơ 2.2 Tính toán động lực học cơ cấu piston – trục khuỷu – thanh truyền Nội dung bản vẽ 3.1 Bản vẽ đồ thị công chỉ thị P – V 3.2 Bản vẽ đồ thị P – , PJ, P1 3.3 Bản vẽ đồ thị quảng đường SP, vận tốc VP, gia tốc JP của piston Ngày giao nhiệm vụ : 06/09/2024

Ngày hoàn thành : Tuần 10 (21– 27/ 10 / 2024)

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN CHÍNH (Ký và ghi rõ họ tên) PGS.TS Lý Vĩnh Đạt LỚP ICEC330430_03CLC NHÓM .10

CHƯƠNG I: TÍNH TOÁN NHIỆT

1 Các thống số tính toán nhiệt

1.1 Áp suất không khí nạp (Po)

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 nướcbiển:

Po = 0,1013 MN/m2

1.2 Nhiệt độ không khí nạp mới (To)

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 = 29℃ cho khu vực miền Nam, do đó:

1.5 Áp suất cuối quá trình nạp (Pa)

Đối với động cơ không tăng áp:

Áp suất cuối quá trình nạp trong xylanh thường nhỏ hơn trong áp suất khí quyển, do có tổn thất trên ống nạp và tại bầu lọc gây nên:

𝑃𝑎 = 𝑃𝑎 - Δ𝑃𝑘

Với Δ𝑃𝑎 là tổn thất trong quá trình nạp, chủ yếu phụ thuộc vào trở lực trên đường ống nạp, tốc độ quay của động cơ và tiết diện lưu thông của họng nạp

∆P k = k.n 2 / f 2

Trong đó:

k : hệ số xét tới ảnh hưởng của hệ số cản của đường nạp, thể tích công tác của xylanh

n : số vòng quay trục khuỷu

𝑓𝑛:tiết diện lưu thông hẹp nhất của xupap nạp

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: 𝑃𝑎 = (0.80 ÷ 0.95).𝑃𝑜

Vậy áp suất cuối trình nạp:

∆𝑃𝑟: tổn thất trong quá trình thải, chủ yếu phụ thuộc vào trở lực trên đường ống thải (động

cơ có lắp bình tiêu âm, thiết bị xử lý khí thải, bình chứa khí thải hay không), tốc độ quay của động

cơ và tiết diện lưu thông của họng xupap thải

Giá trị áp suất khí sót 𝑃𝑟 phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Diện tích tiết diện thông qua của xupap xả

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

- Động cơ có lắp hệ thống tăng áp bằng khí xả hay không

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

Đối với động cơ xăng chọn: 𝑃𝑟 = (0,11 ÷ 0,12) MPa

Ta chọn Pr = 0,115 Mpa

1.7 Nhiệt độ khí sót (Tr)

Khi tính toán, người ta thường lấy giá trị 𝑇𝑟 ở cuối quá trình thải cưỡng bức

Giá trị của 𝑇𝑟 phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như tỷ số nén 𝜀, thành phần hỗn hợp α, tốc

độ quay n, góc đánh lửa sớm (ở động cơ xăng) hoặc góc phun sớm nhiên liệu (ở động cơ diesel).Giá trị ε càng cao thì khí cháy càng dãn nở nhiều nên 𝑇𝑟 càng thấp Xilanh hỗn hợp thành phần càngphù hợp thì quá trình cháy xảy ra càng nhanh, ít cháy rớt nên 𝑇𝑟 càng giảm

Nếu góc phun sớm nhiên liệu hoặc đánh lửa sớm quá nhỏ thì quá trình cháy rớt tăng nên 𝑇𝑟 cao Giá trị của 𝑇𝑟 có thể chọn trong phạm vi sau: Động cơ xăng: 𝑇𝑟 =

900 ÷ 10000°K

Ta chọn Tr = 950°K

1.8 Độ tăng nhiệt độ khi nạp mới

Khí nạp mới khi chuyển động trong đường ống nạp vào trong xylanh 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

1.10 Chọn hệ số quét buồng cháy 𝛌2

Đối với những động cơ không tăng áp do không có quét buồng cháy thì chọn λ2= 1 Động cơ được quét sạch hoàn toàn buồng cháy 𝜆2 = 0, chỉ xảy ra khi thể tích buồng cháy 𝑉𝑐 = 0

Ta chọn λ2= 0,95

1.11 Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λtt

Chọn hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λt Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λt phụ thuộc vào thành phần của khí hỗn hợp α và nhiệt độ khí sót Tr Theo thực nghiệm thống kê đối với động cơ xăng λt được chọn:

Hệ số dư lượng không khí α 0,80 1,00 1,20 1,40

Hệ số hiệu đính tỷ lệ nhiệt 𝜆𝑡 1,13 1,17 1,14 1,11

Thông thường khi tính cho: động cơ xăng có α=0,85÷0,92

Ta chọn λ𝑡=1,15

1.12 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z (ξ𝑧)

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z (ξ𝑧) là thông số biểu thị mức độ lợi dụng nhiệt tại điểm Z (ξ𝑧) phụ thuộc vào chu trình công tác của động cơ

Bảng hệ số lợi dụng nhiệt tại Z:

Ta chọn ξ𝑧 = 0,8

1.13 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (ξ𝑏)

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (ξ𝑏) phụ thuộc vào nhiều yếu tố Khi tốc độ động cơ càng cao, cháy rớt càng tăng, dẫn đến ξ𝑏 nhỏ

Bảng hệ số lợi dụng nhiệt tại b:

Ta chọn 𝜉𝑏 = 0,9

1.14 Hệ số dư lượng không khí α

Hệ số α ảnh hưởng rất lớn đến quá trình cháy: Đối với động cơ đốt trong, tính toán nhiệt thườngphải tính ở chế độ công suất cực đại, hệ số dư lượng không khí chọn trong phạm vi cho trong bảngsau:

Chọn α = 0,9

1.15 Chọn hệ số điền đầy đồ thị công 𝝋𝒅

Hệ số điền đầy đồ thị công φd đánh 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 thị 𝜑𝑑 chọn theo số liệu kinh nghiệm theo bảng sau:

Áp suất khí nạp trước xupap nạp 𝑃𝐾 0,1013 𝑀𝑁/m2

Áp suất cuối quá trình nạp (𝑃𝛼) 𝑃𝛼 0,09117 𝑀𝑁/

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z (ξ𝑧) ξ𝑧 0,8

Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (𝜉𝑏) 𝜉𝑏 0,9

Hệ số dư lượng không khí α α 0,9

Hệ số điền đầy đồ thị công 𝜑𝑑 𝜑𝑑 0,96

2.2.2 Tỷ lệ mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy

 Khi 0,7<α<1 tính cho ộng cơ xăng theo công thức sau:động cơ xăng theo công thức sau:

2.2.4 Tỷ lệ nén đa biến trung bình n1

Chỉ số nén a biến trung bình phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: tỷ lệ hóa khí, loại động cơ xăng theo công thức sau:buồng cháy, các thông số kết cấu ộng cơ, các thông số vận hành gồm phần tải, vòng quay,động cơ xăng theo công thức sau:trạng thái nhiệt

Chỉ số nén a biến trung bình xác ịnh gần úng theo phương trình cân bằng nhiệt của quáđộng cơ xăng theo công thức sau: động cơ xăng theo công thức sau: động cơ xăng theo công thức sau:trình nén, với giả thiết quá trình nén là quá trình oạn nhiệt nên cho vế trái của phương động cơ xăng theo công thức sau:trình này bằng 0 và thay k1=n1 ta có:

Trong ó: động cơ xăng theo công thức sau: C , H , O là thành phần carbon, hydro, oxy, tính theo khối lượng có trong 1 kg

nhiên liệu lỏng tham khảo bảng 2.11

Table 2: Đặc tính nhiên liệu lỏng dùng cho động cơ

Nhiên liệu Thành phần trong 1kg nhiên liệu

[kg]

Khối lươngphân

tử ( mol/kg)

Nhiệt trịthấp,

Qh C H O(KJ/kg)

Thay các số liệu vào công thức trên ta tính ược:động cơ xăng theo công thức sau:

+ Lượng không khí lý thuyết ể ốt cháy 1 kg xăng:động cơ xăng theo công thức sau: động cơ xăng theo công thức sau:

2.3.2 Lượng khí nạp mới thực tế nạp vào xy lanh M1

Đối với ộng cơ xăng (khí nạp mới là không khí và nhiên liệu):động cơ xăng theo công thức sau:

2.3.5 Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế β

Trong thực tế do ảnh hưởng của khí sót còn lại trong xi lanh từ chu trình trước nên hệ số biến ổi phân tử khí thực tế ược xác ịnh theo công thức sau:động cơ xăng theo công thức sau: động cơ xăng theo công thức sau: động cơ xăng theo công thức sau:

1,08−1

Giá trị của β phụ thuộc chủ yếu vào α mà ít phụ thuộc vào thành phần nhiên liệu sự phụ

thuộc ấy như sau:

2.3.7 Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn

Đối với ộng cơ xăng vì động cơ xăng theo công thức sau: α <1, thiếu ô xy nên nhiên liệu cháy không hoàn toàn, do ó gây động cơ xăng theo công thức sau:tổn thất một lượng nhiệt, ký hiệu là ΔQH và ược tính theo công thức sau:động cơ xăng theo công thức sau:

2.3.9 Nhiệt độ cuối quá trình cháy T z

Đối với động cơ xăng được tính theo công thức:

+m c vc '

khí nén

+ m c vZ '' =(19,869+0,002T Z): tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình tại điểm Z của sản vật cháy

2.3.10 Áp suất cuối quá trình cháy P z

Đối với động cơ xăng:

Đối với động cơ xăng: δ=ε=10,3

2.4.3 Xác định chỉ số giãn nở đa biến trung bình

2.4.4 Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở T b

Đối với động cơ xăng:

ε(n2 −1 )(∘ K)

→ T b= 2895,003

10, 3( 1,231−1 )=1689,210(∘ K)

2.4.5 Áp suất cuối quá trình giãn nở

Đối với động cơ xăng:

3 Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình

3.1 Áp suất chỉ thị trung bình tính toán (p i ')

Đối với động cơ xăng áp suất chỉ thị trung bình P ' i được xác định theo CT :

Là tỷ số giữa phần nhiệt lượng chuyển thành công mà ta thu được và nhiệt lượng mà nhiên liệu tỏa

ra khi đốt cháy 1 kg nhiên liệu dạng lỏng hay 1 m3 nhiên liệu ở dạng khí

3.10 tính toán thông số kết cấu của động cơ

a Thể tích công tác một xy lanh động cơ V h

Trong đó: V z=V c (Động cơ xăng)

-Điểm b(V b , P b) : điểm cuối hành trình dỡn nỡ với V b=V a

-Điểm r(V r , P r) : điểm cuối hành trình thải

Trong đó: P a , V a - áp suất và thể tích tại điểm a

P xn ,V xn - áp suất và thể tích tại một điểm bất kỳ trên đường cong nén

-Bằng cách cho các giá trị V xn đi từ V a đến V c ta lần lượt xác định được các giá trị P xn

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

4.4.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

4.5.Hiệu đính phần đuờng cong của quá trình cháy trên đồ thị:

Ở động cơ xăng, áp suất cực đại tại điểm z' có tung độ: pz '=0,85 pz

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 dãn nở và thải

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU PISTON TRỤC KHUỶU

-THANH TRUYỀN

1 Động học piston

x - chuyển vị của piston tính từ ĐCT theo góc quay trục khuỷu

L - chiều dài thanh truyền

R - bán kính quay của khuỷu trục

α - góc quay của khuỷu trục

β - góc lệch giữa đường tâm thanh truyền và đường tâm xylanh

Hình 1: Co cấu piston trục khuỷu

1.1 Chuyển vị của piston

Khi trục khuỷu quay một góc thì piston dịch chuyển một khoảng X so với vị trí ban đầu Chuyển vị của piston trong xilanh được tính bằng công thức:

S p=0,0 4145⋅[(1−cos ⁡α )+ 127

4 360(1−cos ⁡2 α)](m)

Trong đó: λ - thông số kết cấu động cơ

L - chiều dài thanh truyền

ε n2−P o, với i từ 1 đến ε

Quá trình dãn nở: P kt=P r−P o

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 tra bảng và tính được: m np=¿

Khối lượng nhóm thanh truyền Dựa vào bảng 2−1 giáo trình Động cơ đốt trong 2 trang 23 và đườngkính xilanh ta ta tra bảng và tính được: m tt=18,87 g /cm2

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 ta tra bảng và tính được: m k=18,87 g /cm2 (trục khuỷu thép rèn).

Để đơn giản cho việc tính toán và sai số của nó cũng không đáng kế nên ta chọn phương pháp dùng khối lượng thay thế Khối lượng thay thế được tính theo công thức:

Pk – lực quán tính ly tâm

mj – khối lượng các chi tiêt chuyển động tịnh tiến

mr – khối lượng các chi tiết chuyển động quay

mtt – khối lượng thanh truyền

mnp – khối lượng nhóm piston

mk – khối lượng trục khuỷu

mA – khối lượng đầu nhỏ thanh truyền

mB – khối lượng đầu to thanh truyền

2.3 Hệ lực tác dụng lên cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền

Tổng hợp lực P Σ tác dụng lên chốt piston bao gồm lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến và lực khí thể Trong quá trình tính toán động lực học các lực này được tính toán trên đơn vị diện tích đỉnh piston :

Hình 2: Hệ lực tác dụng lên co cấu trục khủy- thanh truyền

2.4 Moment quay M của động cơ

Tính góc lệch công tác của động cơ: δ K=180∘ Chọn thứ tự làm việc của động cơ: 1-3-4-2

Xác định pha công tác của từng xilanh:

CODE MATLAB

CHƯƠNG III: ĐỒ THỊ

KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO