Đồ Án môn học Động cơ Đốt trong tính toán nhiệt và xây dựng giản Đồ công chỉ thị Động cơ

Áp suất cuối quá trình nạp P α Trong quá trình tính toán nhiệt, suất cuối quá trình nạp α của động cơbốn kỳ không tăng áp thường được xác định bằng công thức thực nghiệm: Với động cơ bốn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Giáo viên hướng dẫn: LÝ VĨNH ĐẠT

Sinh viên thực hiện:

TP Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2023

Nguyễn Trung Hiếu MSSV:21145129

Nguyễn Thị Hồng Vấn MSSV: 21145318

1 Số liệu ban đầu

2 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

3.5 Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu (T – Z) (A4 đứng)

Nguyễn Trung Hiếu MSSV:21145129

Nguyễn Chí Hải MSSV: 21145126

Nguyễn Thị Hồng Vấn MSSV: 21145318

Ngày giao nhiệm vụ: 22/08/2023

Ngày hoàn thành: / /2023

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN CHÍNH(Ký và ghi rõ họ tên)

PGS.TS Lý Vĩnh Đạt

CHƯƠNG A: TÍNH TOÁN NHIỆT

I Các thống số tính toán nhiệt

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 P0 cànggiảm do không khí càng loãng, tại độ cao so với mực nước biển:

P o=0,10 13 M N

m2

2 Nhiệt độ không khí nạp mới (T o)

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 khănđối 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 t kk=29℃ cho khu vực

5 Áp suất cuối quá trình nạp (P α)

Trong quá trình tính toán nhiệt, suất cuối quá trình nạp α của động cơbốn kỳ không tăng áp thường được xác định bằng công thức thực nghiệm:

Với động cơ bốn kỳ không tăng áp:

P α=(0,8 ÷ 0,95) Po

Vậy áp suất cuối quá trình nạp:

P α=0,9 Po=0.9× 0,1013=0,09 M N

m2

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

Giá trị ε càng cao thì khí cháy càng dãn nở nhiều nên 𝑇𝑟 càng thấp Xilanh hỗn hợp thành phần càng phù 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 T r= 960° K

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 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

Đông cơ xăng: ΔT T = 0 ÷ 20°C

*Ta chọn ΔT T= 20° C

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

*Ta chọn λ1= 1,05

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

cơ xăng λt được chọn:

Hệ số dư lượng không khí

Động cơ xăng có α=0,85÷0,92; chọn λ t=1,15

12 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z (ξ¿¿z)¿

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

13 Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (ξ b)

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

Bảng hệ số lợi dụng nhiệt tại b:

Loại động cơ ξ b

Chọn ξ b=0,92

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 thường phải tính ở chế độ công suất cực đại, hệ

số dư lượng không khí chọn trong phạm vi cho trong bảng sau:

Loại động cơ α

Chọn α = 0,9

15 Chọn hệ số điền đầy đồ thị công φ d

Hệ số điền đầy đồ thị công φd đánh giá phần hao hụt về diện tích d 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 φ d chọn theo số liệu kinh nghiệm theo bảng sau:

Trị số λ thường nằm trong phạm vi sau:

Động cơ xăng: λ = 3,00 ÷ 4,00 ; Chọn λ=3,50

Độ tăng nhiệt độ khi nạp mới ΔT T 20 ° C

Hệ số dư lượng không khí α α 0,9

Hệ số điền đầy đồ thị công φ d φ d 0,95

II Các thông số của các quá trình nạp, nén, nổ, xả

0,090,1013.[10.1,05−1,15.0,9 (0,1120,09 )1,51 ]≈ 0,861

0,1120,1013.

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

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

2.4 Tỷ lệ nén đa biến trung bình n1

Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: tỷ

lệ hóa khí, loại buồng cháy, các thông số kết cấu động cơ, các thông

số vận hành gồm phần tải, vòng quay, trạng thái nhiệt…

Chỉ số nén đa biến trung bình xác định gần đúng theo phương trình cân bằng nhiệt của quá trình nén, với giả thiết quá trình nén là quá trình đoạn nhiệt nên cho vế trái của phương trình này bằng 0 và thay

2.6 Nhiệt độ cuối quá trình nén T c

Bảng 2 11 Đặc tính nhiên liệu lỏng dùng cho động cơ

Nhiên liệu Thành phần trong 1kg nhiên liệu

[kg]

Khối lượng phân tử (mol/

kg)

Nhiệt trị thấp,

Qh C H O (KJ/kg)

Xăng ô tô 0,855 0,145 - 110-120 43960

Dầu Diesel 0,870 0,126 0,004 180-200 42530

Thay các số liệu vào công thức trên ta tính được:

- Lượng không khí lý thuyết để đốt cháy 1kg xanh:

M o=0,512(kmol kk )

3.2 Lượng khí nạp mới thực tế nạp vào xylanh M1

Đối với động cơ xăng (khí nạp mới là không khí và nhiên liệu):

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 đổi phân tử khí thực tế được xác định theo công thức sau:

β=1+ β o−1

1+γ r =1+

1,083−11+0,04 =1,080Giá trị của β phụ thuộc chủ yếu vào α mà ít phụ thuộc vào thành phần nhiên liệu sự phụ thuộc ấy như sau:

0,870,92=1,075

3.7 Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn

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

0,041,083) (19,8577+0,0021 T )+0,469.(1−87

92).(19,806+0,00419

2 T)

0,508.(8792+

0,041,083)+0,469.(1−87

Trong đó: mc´vz '=(19,8577+0,0021 T z)

mc´vz=(19,806+0,00219 T z)

x z - phần nhiên liệu đã cháy tại thời điểm z, nếu giả thiết rằng số

nhiên liệu đã cháy tỷ lệ với hệ số lợi dụng nhiệt thì ta có: a

3.9 Nhiệt độ cuối quá trình cháy T z

Đối với động cơ xăng được tính theo công thức:

3.10 Áp suất cuối quá trình cháy P z

Đối với động cơ xăng:

P z=β z s P c=1,08.3011,309

833,201 2,124=8,291

MN

cm2

Khoa học kĩ thuật ngày nay càng phát triển, nhất là ngành khoa học

vật liệu, những động cơ hiện đại ngày nay có nhiệt độ cuối quá trình

cháy rất cao

4 Quá trình giãn nở

4.1 Tỷ số giãn nở đầu

Đối với động cơ xăng: ρ=1

4.2 Tỷ số giãn nở sau

Đối với động cơ xăng: δ = ℇ = 10

4.3 Xác định chỉ số giãn nở đa biến trung bình

n2−1=

8,314(ξ b−ξ z).Q H

4.4 Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở T b

Đối với động cơ xăng:

T b = T z

ε(n¿¿ 2−1)

¿ = 1693,38(° K )

4.5 Áp suất cuối quá trình giãn nở P b

Đối với động cơ xăng:

III Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình

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

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

theo CT :

30 (m/s):Vận tốc trung bình của piston và các hằng số a,

6 Hệ số chỉ thị η i

Là tỷ số giữa phần nhiệt lượng chuyển thành công mà ta thu được vànhiệt lượng mà nhiên liệu tỏa ra khi đốt cháy 1kg nhiên liệu dạng lỏng hay 1 m3 nhiên liệu ở dạng khí

9 Suất tiêu hao nhiên liệu g e

g e= 3600

η e Q H=

3600

0, 31.43960=0,264(kg/kW h)

10 tính toán thông số kết cấu của động cơ

a Thể tích công tác một xy lanh động cơ

STT Thông số Đơn vị Giá trị

IV Xây dựng giản đồ công chỉ thị đông cơ

1.Xác định các điểm đặc biệt của đồ thị công

Điểm a: điểm cuối hành trình hút, có áp suất Pa và thể tích:

V c=V h+V c , v ớ i:V c= V h

(ε−1)

- Điểm c (Vc, Pc): điểm cuối hành trình nén

- Điểm 2 (Vz, Pz): điểm cuối hành trình

cháy

Trong đó: Vz = Vc (Động cơ xăng)

-Điểm b (Vb, Pb): điểm cuối hành trình dỡn nỡ với Vb = Va

-Điểm r (Vr, Pr): điểm cuối hành trình thải

2.Dựng đường cong nén:

-Trong hành trình nén khí trong xilanh bị nén với chỉ số đa

biến trung bình n1, từ phương trình:

Trong đó: Pa, Va – áp suất và thể tích tại điểm a

Pxn,Vxn – áp suất và thể tích tại một điểm bất kỳ trên đườngcong nén

-Bằng cách cho các giá trị Vxn đi từ Va đến Vc ta lần lượt xác định được các giá trị Pxn

Trong đó: Pxp,Vxd – áp suất và thể tích tại một điểm bất kỳ

trên đường cong dãn nở

-Bằng cách cho các giá trị Vxd đi từ Vz đến Vxa ta lần lượt xác

định được các giá trị Pxg

4 Dựng và hiệu đính đồ thị hình côn

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

5.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

CHƯƠNG B: TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU PISTON – TRỤC KHUỶU – THANH TRUYỀN

1 ĐỘNG HỌC PISTON

Chú thích trên hình 2.1 :

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

1.1 Chuyển vị của piston

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

Trong đó: 𝜆 – thông số kết cấu động cơ

L – chiều dài thanh truyền

30[rad s ]: vận tốc góc của trục khuỷu

- Vận tốc của piston là tổng của hai hàm điều hoà cấp I và cấp II:

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:

Khối lượng nhóm thanh truyền Dựa vào bảng 2 – 1 giáo trình Động cơ đốt trong 2

trang 23 và đường kính xilanh ta chọn: m tt=13 , 77 g/cm2

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:

m a=m tt (L−a L );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=m tt 1

3 ;m b=m tt 2

3Khối lượng chuyển động tịnh tiến của cơ cấu khuỷu trục – 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 :

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: 3-4-2 Xác định pha công tác của từng xilanh:

⃗

Q=⃗ T +⃗Z+⃗ PK 0 , v ớ i PK 0=−m b R ω2

CHƯƠNG C: CÁC ĐỒ THỊ

Hình 1 Đồ thị công chỉ thị P - V

Hình 2 Đồ thị chuyển vị của piston

Hình 3 Đồ thị vận tốc của piston

Hình 4 Đồ thị gia tốc của piston

Hình 5 Đồ thị

CHƯƠNG D: CODE MATLAB

%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];

phc1 = [Pr 0.1 Pa];

a1 = linspace(0,43,1000);

X1 = R*(1-cosd(a1) + (lamda/4).*(1-cosd(2.*a1))); V1 = X1*Sp + Vc;

P4 = interp1(ahc4,phc4,a4);

J4 = R*(w^2).*(cosd(a4)+lamda.*cosd(2.*a4));

Vt4 = R*w*(sind(a4) + (lamda/2).*sind(2*a4));

% Diem z”

X41 = R*(1-cosd(370) + (lamda/4).*(1-cosd(2.*370))); V41 = X41*Sp + Vc;

% QUA TRINH GIAN NO

a6 = linspace(370,497,1000);

X6 = R*(1-cosd(a6) + (lamda/4).*(1-cosd(2.*a6))); V6 = X6.*Sp + Vc;

V8 = X8*Sp + Vc;

P8 = linspace(Pr,Pr,1000);

J8 = R*w^2.*(cosd(a8)+lamda.*cosd(2.*a8)); Vt8 = R*w*(sind(a8) + (lamda/2).*sind(2*a8));

title('DO THI P-V');

xlabel('The tich V (dm3)');

ylabel('Ap suat P (MN/dm2)');

title('DO THI CHUYEN VI');

xlabel('Goc quay truc khuyu (do)');

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

title('DO THI GIA TOC PISTON');

xlabel('Goc quay truc khuyu (do)');

ylabel('Gia toc J (dm/s2) ')

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','P1');

grid on

%% xuat bang excel

%lap bang ap suat MCCT