ĐỒ án TÍNH TOÁN ĐỘNG cơ đốt TRONG HYUNDAI ELANTRA

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - - ĐỒ ÁN TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG HYUNDAI ELANTRA GVHD: PGS TS Lý Vĩnh Đạt NHÓM: Lê Hậu Đức 17145277 Mai Nguyễn Anh Đức 17145278 Nguyễn Văn Khánh 17145309 TP.HCM, tháng 11 năm 2019 ĐỒ ÁN TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG HYUNDAI ELANTRA Phần 1: TÍNH TỐN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG HYUNDAI ALENTRA 1.1 Các thông số cho trước động 1.2 Chọn thơng số cho tính tốn nhiệt 1.2.1 Áp suất khơng khí nạp, p0 .4 1.2.2 Nhiệt độ khơng khí nạp mới, T0 1.2.3 Áp suất khí nạp trước xupap nạp, pk 1.2.4 Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp, Tk 1.2.5 Áp suất cuối trình nạp, pa 1.2.6 Áp suất khí sót, pr 1.2.7 Nhiệt độ khí sót, Tr 1.2.8 Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới, ΔT 1.2.9 Hệ số nạp thêm, λ 1.2.10 Hệ số quét buồng cháy, λ 1.2.11 Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt, λt 1.2.12 Hệ số lợi dụng nhiệt điểm z, ξz 1.2.13 Hệ số lợi dụng nhiệt điểm b, ξb 1.2.15 Hệ số điền đầy đồ thị công, φd .6 1.2.16 Tỷ số tăng áp, λ 1.3 Tính tốn nhiệt 1.3.1 Quá trình nạp 1.3.2 Quá trình nén 1.3.3 Quá trình cháy .8 1.3.4 Tính tốn q trình giãn nở 10 1.3.5 Tính tốn thơng số đặc trưng chu trình 11 1.3.6 Tính thơng số kết cấu động .12 1.3.7 Vẽ đồ thị công thị P-V: 14 Phần :TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU TRỤC KHUỶU - THANH TRUYỀN 14 2.1 PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC CƠ CẤU TRỤC KHUỶU – THANH TRUYỀN 14 2.2 ĐỘNG HỌC CỦA PISTON 15 1- Chuyển vị piston 15 2- Tốc độ piston .15 3- Gia tốc piston 16 2.3 ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CƠ CẤU TRỤC KHUỶU – THANH TRUYỀN 17 1- Sơ đồ lực moment tác động lên cấu khuỷu trục – truyền động xilanh 17 2- Lực khí thể 17 3- Lực quán tính chi tiết chuyển động .17 Hệ lực tác dụng lên cấu khuỷu trục – truyền .19 Momen quay Mq trục khuỷu động nhiều xilanh 21 Momen quay trung bình động nhiều xilanh (∑ Mq)tb .21 Lực tác dụng lên chốt khuỷu 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO 37 Phần TÍNH TỐN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG HYUNDAI ALENTRA 1.1 Các thông số cho trước động - Kiểu, loại động cơ: Động xăng - Hệ thống nhiên liệu: Phun xăng trực tiếp - Hệ thống tăng áp: Không tăng áp - Làm mát bằng: Nước - Số xylanh cách xếp xylanh, i: I4 - Thể tích cơng tác động cơ: 2000 cc - Số kỳ, τ : - Công suất thiết kế, Ne [kW]: 77 - Số vòng quay thiết kế, n [v/ph]: 6000 - Tỷ số nén, ε : 10,1 - Đường kính xylanh, D [mm]: 82 - Hành trình piston, S [mm]: 93,5 - Chiều dài xupap nạp [mm] 104,19 -Chiều dài xupap thải [mm] 103,87 - Góc mở sớm đóng muộn xupap nạp mở sớm 20o , đóng muộn 45 o - Góc mở sớm đóng muộn xupap thải mở sớm 55o , đóng muộn 30o 1.2 Chọn thơng số cho tính tốn nhiệt 1.2.1 Áp suất khơng khí nạp, p0 Áp suất khơng khí nạp chọn áp suất khí quyển: p0 = 0,1 MN/m2 1.2.2 Nhiệt độ khơng khí nạp mới, T0 Nhiệt độ khơng khí nạp phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ trung bình mơi trường, nơi xe sử dụng Nước ta thuộc khu vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình ngày chọn tkk = 27oC, đó: T0 = tkk + 273 = 27 + 273 = 300 K 1.2.3 Áp suất khí nạp trước xupap nạp, pk Động kỳ không tăng áp : pk = p0 = 0,1 MN/m2 1.2.4 Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp, Tk - Động kỳ tăng áp có két làm mát trung gian Tk xác định công thức: Tk = T0 = 300K đó: m – số nén đa biến, phụ thuộc vào loại máy nén Chọn m = 1,5 Δ T m – chênh lệch nhiệt độ khơng khí trước sau két làm mát 1.2.5 Áp suất cuối trình nạp, pa Động kỳ không tăng áp: pa = 0,9p0 = 0,09 MN/m2 1.2.6 Áp suất khí sót, pr - Áp suất khí sót phụ thuộc vào yếu tố sau: + Diện tích tiết diện thơng qua xupap thải + Biên độ, độ cao, góc mở sớm – đóng muộn xupap thải + Động có lắp hệ thống tăng áp khí thải hay khơng + Độ cản bình tiêu âm, xúc tác khí xả… - Mặt khác, động xăng hoạt động tốc độ trung bình nên ta chọn: pr = 1,1p0 = 0,11 MN/m2 1.2.7 Nhiệt độ khí sót, Tr Phụ thuộc vào thành phần hỗn hợp khí, mức độ giãn nở trao đổi nhiệt trình giãn nở thải nên ta chọn: Tr = 1000 K 1.2.8 Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới, ΔT - Khí nạp chuyển động đường ống nạp vào xylanh động tiếp xúc với vách nóng nên sấy nóng lên trị số nhiệt độ ΔT - Mức độ sấy nóng khí nạp phụ thuộc vào tốc độ lưu thông khí nạp, thời gian nạp dài hay ngắn, ngồi phụ thuộc vào mức độ chênh lệch nhiệt độ bề mặt tiếp xúc xylanh với khí nạp - Khi động hoạt động chế độ toàn tải ta chọn: ΔT = 20 1.2.9 Hệ số nạp thêm, λ Hệ số nạp thêm phụ thuộc vào tốc độ động cơ, cấu phối khí chiều dài đường ống nạp nên ta chọn: λ 1=1,03 1.2.10 Hệ số quét buồng cháy, λ Động khơng tăng áp có qt buồng cháy nên ta chọn: λ 2=0,9 1.2.11 Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt, λ t - Khi động hoạt động chế độ tồn tải, cơng suất cực đại ta chọn α =0 , 85 Vì α nhỏ hỗn hợp pha đậm hơn, cháy dội ⇒ công suất cực đại - Tương ứng với α =0,85 , ta chọn: λ t=1,15 1.2.12 Hệ số lợi dụng nhiệt điểm z, ξ z - Hệ số lợi dụng nhiệt điểm z phụ thuộc vào chu trình cơng tác động - Động xăng không tăng áp hoạt động chế độ tồn tải, cơng suất cực đại nên ta chọn: ξ z=0,92 1.2.13 Hệ số lợi dụng nhiệt điểm b, ξ b - Hệ số lợi dụng nhiệt điểm b phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tốc độ động cơ, tỷ số nén - Khi động hoạt động chế độ tồn tải tốc độ động thấp, trình cháy rớt giảm nên dẫn đến ξ b lớn, từ ta chọn: ξ b=0,95 Khi động hoạt động chế độ toàn tải, cơng suất cực đại ta chọn α =0,85 Vì α nhỏ hỗn hợp pha đậm hơn, cháy dội ⇒ công suất cực đại 1.2.15 Hệ số điền đầy đồ thị công, φ d Hệ số điền đầy đồ thị công đánh giá phần hao hụt diện tích đồ thị cơng thực tế so với đồ thị cơng tính tốn, từ ta chọn: φ d=0,97 1.2.16 Tỷ số tăng áp, λ Khi động hoạt động chế độ toàn tải, công suất cực đại ⇒ tốc độ thấp ⇒ mức độ đồng môi chất công tác tốt nên λ chọn nhỏ, ta chọn: λ=3,5 1.3 Tính tốn nhiệt 1.3.1 Q trình nạp - Hệ số nạp, η v: η v= ¿ Tk p p ⋅ ⋅ a [ε ⋅ λ1−λ t ⋅ λ2 r ε−1 T k + ΔT pk pa ( ) m ] 300 0,09 0,11 ⋅ ⋅ [10,1.1,03−1,15 ⋅0,9 10,1−1 300+20 0,1 0,09 ( ) 1,5 ] ¿ 0,85 đó: m – số nén đa biến trung bình khơng khí, chọn m = 1,5 - Hệ số khí sót, γ r : γr= ¿ λ2 p T ⋅ r⋅ k (ε −1) ηv pk T r 0,9 0,11 300 ⋅ ⋅ (10,1−1) 0,85 0,1 1000 ¿ 0,038 - Nhiệt độ cuối trình nạp, Ta: Ta = T k + ΔT + λt ⋅γ r ⋅T r pa pr ( ) m−1 m 1+ γ r 300+ 20+1,15.0,038.1000 ¿ 0,09 0,11 ( ) 1,5−1 1,5 1+0,038 ¿ 347,6 K 1.3.2 Quá trình nén - Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình khí nạp mới: mc ´ v = 19,806 + 0,00419T a 0,00419.347,6 =19,806+ =20,53(kJ /kmol K ) 2 - Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình sản phẩm cháy α =0,85 : mc ´ 'v' =( 17,997+3,504 α ) + ( 360,34+252,4 α ) 10−5 T c ¿ ( 17,997+3,504 ⋅ 0,85 )+ ( 360,34 +252,4 ⋅ 0,85 ) 10−5 ⋅Tc - Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình hỗn hợp khí trình nén: ´ v + γ r ⋅ mc ´ 'v' 19,806+ mc ' mc ´ = = ( v )c 1+ γ r 0,00419Tc +0,038 ( 20,9754+2,8744 10−3 Tc ) 1+0,038 a +γ r a´ ' ' a ' v= =19.85 1+ γ r b +γ r b' ' b ' v= =4,2.10 −3 1+ γ r - Xác định số nén đa biến trung bình, n1: 8,314 n1 – = a'v + ' v b (*) ⋅T a (ε n −1+1) Ta = 346,7 K ε =10,1 Từ ta n1 = 1,373 - Áp suất trình nén, pc: pc = pa ε n =0,09⋅10,11,373=2,15 (MN /m2) - Nhiệt độ cuối trình nén, Tc: Tc = Ta⋅ε n −1 =347,6 ⋅10,11,373−1=823,56 K 1.3.3 Q trình cháy - Lượng khơng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy kg nhiên liệu, M Thay số liệu bảng 1.14 [1; tr.26] vào cơng thức, ta tính được: M0 = C H O 0,855 0,145 + − = + =0,512(kmol kk /kg nl) 0,21 12 32 0,21 12 ( ) ( ) đó: C, H, O – thành phần carbon, hydro, oxy tính theo khối lượng - Lượng khí nạp thực tế nạp vào xylanh, M1: 1 M1 = α ⋅ M + μ =0,85 ⋅ 0,512+ 114 =0,44 (kmol kk /kg nl ) nl đó: μnl – trọng lượng phân tử xăng, μnl = 114 kg/kmol - Lượng sản vật cháy, M2 α mo som xupap thai Vgianno = V(anpha >= 370 & anpha = 560 & anpha = & anpha = 333 & anpha = 360 & anpha