BÀI tập lớn môn học TÍNH TOÁN ĐỘNG cơ đốt TRONG đề tài KIA SORENTO (d)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

BÀI TẬP LỚN
MƠN HỌC: TÍNH TỐN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Đề Tài: KIA SORENTO (D)
GVHD: PGS.TS Lý Vĩnh Đạt

Thành viên: Nguyễn Xuân Trường

MSSV 19145054

Phạm Duy Minh

MSSV 19145268

Nguyễn Quang Sự

MSSV 19145301

Tp.HCM, Tháng 12 Năm 2021

download by :


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

……………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………..

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 6 tháng 1 năm 2021

Điểm:

Chữ ký giáo viên hướng dẫn

2

download by :


MỤC LỤC
PHẦN 1: SỐ LIỆU BAN ĐẦU ....................................................................................................
I. Các Thông Số Cho Trước Của Động Cơ .................................................................................

PHẦN 2: TÍNH TỐN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG.....................................................
I. CHỌN CÁC THƠNG SỐ TÍNH TỐN NHIỆT....................................................................
1.

Áp suất khơng khí nạp: ............................................................................................

2.

Nhiệt độ khơng khí nạp: ..........................................................................................

3.

Áp suất khí nạp trước xuppap nạp: ..........................................................................

4.

Nhiệt độ khí nạp trước xuppap nạp: ........................................................................

5.

Áp suất cuối q trình nạp: ......................................................................................

6.

Áp suất khí sót: ........................................................................................................

7.

Nhiệt độ khí sót: ......................................................................................................

8.

Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới: .................................................................................

9.

Chọn hệ số nạp thêm: ..............................................................................................

10.

Chọn hệ số quét buồng cháy: ....................................................................

11. Chọn hệ số hiệu đỉnh tỷ nhiệt: ...............................................................................................
12.

Hệ số nhiệt lợi dụng tại điểm z: ................................................................

13.

Hệ số nhiệt lợi dụng tại điểm b: ................................................................

14.

Chọn hệ số dư lượng khơng khí: ...............................................................

15.

Chọn hệ số điền đầy đồ thị công: ..............................................................

16.

Tỷ số tăng áp: ............................................................................................

II. TÍNH TỐN NHIỆT ...........................................................................................................
1.

Q trình nạp: ........................................................................................................

2.

Q trình nén: ........................................................................................................

3.

Quá trình cháy: .......................................................................................................

4.

Quá trình giãn nở: ..................................................................................................
4.1 Hệ số giãn nở sớm ρ: .......................................................................................................

4.2 Hệ số giãn nở sau δ: ........................................................................................................

4.3 Chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2: .............................................................................

3

download by :

4.4
4.5

Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở Tb: ................................................................................
Áp suất cuối q trình giãn nở Pb: ..................................................................................

4.6
5.Tính Tốn Các Thơng Số Đặc Trưng Của Chu Trình ...........................................
Kiểm nghiệm nhiệt độ khí sót Tr: .....................................................................................

5.1Áp suất chỉ thị trung bình tính tốn: .....................................

5.2Áp suất chỉ thị trung bình thực tế .........................................

5.3Áp suất tổn thất cơ khí Pm ...................................................

5.4Áp suất có ích trung bình Pe .................................................

5.5Hiệu suất cơ giới ...................................................................

5.6Hiệu suất chỉ thị ....................................................................

5.7Hiệu suất có ích ....................................................................

5.8Tính suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi .................................

5.9Tính suất tiêu hao nhiên liệu ge ............................................

5.10 Tính tốn thơng số kết cấu của động cơ .........................................................

6.Vẽ đồ thị cơng chỉ thị .............................................................................................
PHẦN 3: TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU PISTON - TRỤC
KHUỶU - THANH TRUYỀN ...................................................................................................
I. ĐỘNG HỌC CỦA PISTON ..................................................................................................

1.Chuyển vị của Piston .............................................................................................

2.Tốc độ của Piston ...................................................................................................

3.Gia tốc của Piston ..................................................................................................
II. ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CƠ CẤU PISTON - KHUỶU TRỤC - THANH TRUYỀN .......

1. Lực khí thể .........................................................................................................

2. Lực quán tính của các chi tiết chuyển động ........................................................

3. Hệ lực tác dụng trên cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền .......................................
PHẦN 4: BẢN VẼ CÁC ĐỒ THỊ - CODE ĐỒ THỊ...............................................................
I. ĐỒ THỊ .....................................................................................................................................

1.Đồ thị công P-V .....................................................................................................
2.

Đồ thị công P-α .....................................................................................................................

3.

Đồ thị biểu diễn lực N- α .......................................................................................................

4.Đồ thị biểu diễn lực T-α .........................................................................................................

4

download by :


5. Đồ thị biểu diễn lực Z-α..........................................................................................................................46

6. Đồ thị T-Z............................................................................................................................. 47
48
49
50
7. Đồ thị chuyển vị của piston x-α..................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

8. Đồ thị vận tốc của piston v-α.......................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
9. Đồ thị gia tốc của piston j-α........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

II. CODE ĐỒ THỊ........................................................................................................................51

5

download by :


Phân chia công việc
Tên nhiệm vụ
1. Tra các thông số ban đầu, các
thông số hiệu chỉnh
2. Chọn các thông số tính tốn
nhiệt

3. Tính tốn nhiệt

4. Vẽ đồ thị P-V, P5. Tính tốn động lực học
6. Vẽ đồ thị

6


download by :


Động cơ: KIA SORENTO 2.2L

PHẦN 1: SỐ LIỆU BAN ĐẦU
I. Các Thông Số Cho Trước Của Động Cơ

STT

Tên Thông số

1

Loại động cơ

2

Số xylanh

3

Số kỳ

4

Dung tích xylanh

5

Cơng suất động cơ

6

Số vịng quay động cơ

7

Momen xoắn

8

Tỷ số nén

9

Phun nhiên liệu sớm

10

Góc mở sớm xúpap nạp

11

Góc đóng muộn xúpap
nạp

12

Góc mở sớm xúpap xả

13

Góc đóng muộn xúpap xả

14

Hành trình piston

15

Đường kính xy lanh


7

download by :


PHẦN 2: TÍNH TỐN NHIỆT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
I. CHỌN CÁC THƠNG SỐ TÍNH TỐN NHIỆT

1. Áp suất khơng khí nạp:
Áp suất khơng khí nạp được chọn bằng áp suất khí quyển:
p0 = 0,1 (MN/m2)
2. Nhiệt độ khơng khí nạp:
Nước ta thuộc khu vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình trong ngày có thể chọn là
Tkk = 29oC, do đó
T0 = (tkk + 273)oK = (29 + 273)oK = 302oK.
3. Áp suất khí nạp trước xuppap nạp:
Động cơ Diesel bốn kì tăng áp ta có pk > p0
pk = 0,2 (MN/m2).
4. Nhiệt độ khí nạp trước xuppap
nạp: Vì đây là động cơ 4 kỳ tăng áp nên
ta có:
T =T(

)

k

−1

o

- T = 355,5 K.

0

m

Chọn: m = 1,5



T

m

= 25 oK

5. Áp suất cuối q trình nạp:
Động cơ Disel bốn kì khơng tăng áp: pa = (0,88 ÷ 0,98).pk (MN/m2), ta chọn:
Pa= 0,9.Pk= 0,9.0,2=0,18 (MN/m2).
6. Áp suất khí sót:
Đối với động cơ Disel: pr = (0,106 ÷0,115 ), do có tốc độ cao nên chọn:
Pr = 0,11 (MN/m2).
7. Nhiệt độ khí sót:
Nhiệt độ khí sót Tr phụ thuộc vào chủng loại đơng cơ.Nếu quá trình giản nở càng triệt để
,Nhiệt độ Tr càng thấp. Đối với động cơ Disel thì Tr = (700o ÷ 900)oK, ta chọn:
Tr =750o K.
8. Độ tăng nhiệt độ khí nạp mới:
Khí nạp mới khi chuyển động trong đường ống nạp vào trong xilanh của động cơ Disel do
tiếp xúc với vách nóng lên được sấy nóng lên một trị số nhiệt độ ΔT.
8

download by :


Đối với động cơ Disel thì ∆T = (20 ÷ 40)oK, ta
chọn ∆T = 25oK
9. Chọn hệ số nạp thêm:

Hệ số nạp thêm λ1 phụ thuộc chủ yếu vào pha phối khí thơng thường được chọn trong giới
hạn λ1 = 1,02 ÷ 1,07, ta chọn:
λ1 = 1,06
10.

Chọn hệ số quét buồng cháy:

Đối với động cơ Disel tăng áp ta chọn:
λ2 = 0.2
11.

Chọn hệ số hiệu đỉnh tỷ nhiệt:

Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λt phụ thuộc vào thành phần của hỗn hợp ⍺ và nhiệt độ khí sót Tr. Đối với động cơ Disel có ⍺ = 1,7 thì:

λt = 1,11
12.
Hệ số nhiệt lợi dụng tại điểm z:
Đối với động cơ Diesel thì, ξ z = (0,65 ÷ 0,85), ta chọn:
ξz = 0,8
13.
Hệ số nhiệt lợi dụng tại điểm b:
Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b phụ thuộc vào tốc độ động cơ và tỷ số nén. Khi động cơ hoạt

động ở chế độ tồn tải thì tốc độ động cơ thấp, quá trình cháy rớt giảm nên dẫn đến ξblớn, từ đó ta chọn:

ξb = 0,9
14.

Chọn hệ số dư lượng khơng khí:

Đối với động cơ Disel có buồng cháy dự bị, α = (1,7 ÷ 2,2) , ta chọn

15.

α

= 1,7

Chọn hệ số điền đầy đồ thị công:

Hệ số điền đầy đồ thị công đánh giá phần hao hụt về diện tích của đồ thị cơng thực tế so với đồ thị cơng tính tốn, có buồng cháy ngăn cách φ d = (0,92 ÷0,96) ta chọn :

φd = 0,94
16.

Tỷ số tăng áp:

Tỷ số tăng áp là tỷ số giữa áp suất của hỗn hợp khí trong xi lanh ở cuối quá trình cháy &
quá trình nén:
. Đối với ng c Diesel
=

= (1,35 ữ 2,4) Ta chn:

ì

=2

9

download by :


II. TÍNH TỐN NHIỆT
1. Q trình nạp:
1.1 Hệ số khí sót

r

:

=
r

Trong đó m là chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót m =1,45÷1,5
Ta chọn m =1,4
γr =

Giá trị γr động cơ Diesel không tăng áp 0.02 ÷ 0.05 1.2 Nhiệt độ cuối quá trình nạp
Ta:

Ta

T=

a

1.3 Hệ số nạp ƞv:

ƞv=

1
16 −1

.

355,5
355,5+25

2. Quá trình nén:
2.1 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới:

.

0,18
0,2

1

. [16.1,06 − 1,11.0,2 (0,110,18)1.5] = 0,94


10

download by :


mccc = 19,806 + 0,002095T
v

2.2 Tỷ nhiệt đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy:
̅cc′′
mcv

Thay số ta được:
̅cc′′

= (19,867 +

mcv

2.3 Tỷ lệ mol đẳng tích trung bình của hỡn hợp khí trong q trình nén:
̅cc
′

mcv

{ ′

v

a ′ = 19,81
−3

bv = 2,097. 10

Chỉ số nén đa biến trung bình n1 được xác định một cách gần đúng theo phương trình cân
bằng nhiệt của q trình nén được biểu thị ở cơng thức sau đây:

n1 − 1 =

n1 − 1 =

2,097 .10−3
19,81 +
2
. 382,71. (16n1−1 + 1)
Giải ra ta được giá trị n1 ≈ 1,38 ∈ (1,34 ÷ 1,39) thỏa mãn điều kiện n1.

8,314

2.4 Áp suất quá trình nén pc:

MN

pc = pa. εn1 = 0,18. 161,38 ≈ 8,25 [m2 ]

2.5 Nhiệt độ cuối quá trình nén Tc:

Tc = Ta. εn1−1 = 382,71. 161,38−1 ≈ 1097°[K]

3. Q trình cháy:
3.1 Lượng khơng khí lí thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu
11

download by :


0=

Nhiên liệu của động cơ diesel:
C=0,87

; H=0,126

; O=0,004
1 0,87
0 = 0,21 (
12 +
0,004
32) = 0,4946

→

0,126
4

−
[kmol/kg. nl]
/

0=

0,4946 [

3.2 Lượng khí nạp mới thực tế nạp vào xylanh
1=

.

0

[kmol / kg. nl]

1

3.3 Lượng sản vật cháy

= 1,7 × 0,4946 = 0,84 [kmol/ kg. nl]

:

=

2

3.4 Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết

:

→

0,8716
=

= 1,037

0

0,84

3.5 Hệ số thay đổi phân tử thực tế :
=1+

3.6 Hệ số thay đổi phân tử thực tế tại điểm z:
=1+

Trong đó:
=

=

0.8

3.7 Tỷ nhiệt mol trung bình của mơi chất tại điểm z:

12

download by :


̅cc

′

mc
vz

0,8

0,8716 (

=

̅cc

trình cháy Tz:

mcvz′ = 19,809 + 2,096 × 10−3 3.8 Nhiệt độ cuối quá

Đối với động cơ diesel, tính nhiệt độ

bằng cách giải phương trình cháy sau:

ξz. QH

M1(1
0,8.42500

0,84(1 + 0,0037)

+ γ r)

+ (22,1083 + 8,314.2). 1097 = 1,032. (20,828 + 0,00267T

z

+ 8,314). T

z

QH Nhiệt trị của dầu diesel
QH = 42500(KJ/kg nhiên liệu)
̅cc

mcpz′′ Tỷ nhiệt mol đẳng áp trung bình tại điểm z của sản ̅cvật
cháy.
c
mc

cc

c
′′
′′
pz = 8,314 + mcvz [

/

. độ]

λ: hệ số tăng áp suất khí cháy, lựa chọn sơ bộ λ = 1,5 ÷ 2 ⟹Chọn λ = 2
Giải phương trình bậc 2 ta tính được Tz:

Tz = 2278 [ ]

3.9 Áp suất cuối quá trình cháy (

):

= λ.

= 2 × 8,25 = 16,5 [MN/m2]

4. Q trình giãn nở:

4.1 Hệ số giãn nở sớm :
13

download by :

0,9


=

4.2 Hệ số giãn nở sau :

4.3 Chỉ số giãn nở đa biến trung bình

:

2

−1=

2

→ 2=1,2

4.4 Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở

:

=

4.5 Áp suất cuối quá trình giãn nở

:

=

4.6 Kiểm nghiệm nhiệt độ khí sót

:

=

Sai số:


=|

737−750

|*100% ≈ 1,7% .Thoả u cầu sai số nhỏ hơn 10%.

750

5. Tính Tốn Các Thơng Số Đặc Trưng Của Chu Trình

5.1 Áp suất chỉ thị trung bình tính tốn:
′

[

=
−1

14

download by :


⇔

′

8,2

=

16−1

⇔

′

= 1,59 (

)

5.2 Áp suất chỉ thị trung bình thực tế

. ′ = 0,94 .1,59 = 1,49 (MN/m2)

=

5.3 Áp suất tổn thất cơ khí Pm
Chọn hằng số a,b

→ ℎọ

= 0,089;

= 0,01180

=

⇒

⇒

= + . +( − )

= 0,089 + 0,01180 × 12,16 + (0,11 − 0,18) = 0,16(MN/m2)

5.4 Áp suất có ích trung bình Pe
=

−

= 1,49 − 0,16 = 1,33(

2)

5.5 Hiệu suất cơ giới
=

5.6 Hiệu suất chỉ thị
Đối với động cơ dùng nhiên liệu lỏng ta có:

5.7 Hiệu suất có ích

5.8 Tính suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi

5.9 Tính suất tiêu hao nhiên liệu ge

download by :


=

5.10 Tính tốn thơng số kết cấu của động cơ
- Thể tích cơng tác một xylanh:

- Thể tích buồng cháy:

- Thể tích tồn bộ:

- Đường kính piston:

- Hành trình piston:

Ta có bảng số liệu sau:
Bảng kết quả tính tốn nhiệt động cơ Kia Sorento Diesel


download by :


8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25

26
27
28
29
30
31
32
33
34
35

download by :


6. Vẽ đồ thị công chỉ thị
Đồ thị công là đồ thị biểu diễn quan hệ hàm số giữa áp suất của MCCT trong xilanh với thể tích
của nó khi tiến hành các quá trình nạp-nén-(cháy + giãn nở) và thải trong một chu trình cơng tác
của động cơ:
Pkt = f(Vx)
Đồ thị công cho thấy một cách trực quan nhất diện tích thể hiện cơng chỉ thị của chu trình (L i)
và áp suấ chỉ thị trung bình pi = Li/ Vh. Đó là các thơng số đánh giá hiệu quả của động cơ.
Triển khai đồ thị công chỉ thị nói trên thành đồ thị lực khí thể P kt tác dụng lên đỉnh piston theo góc quay trục
0
0
khuỷu trên tọa độ vng góc (trục tung là lực khí thể, trục hồnh là góc quay trục khuỷu từ 0 ~ 720 ).

Cách xây dựng đồ thị công chỉ thị của động cơ tính tốn tiến hành theo các bước dưới đây:
Bước 1: Chọn tọa độ vng góc
Biểu diễn áp suất khí thể (P) trên trục tung và thể tích khí (V) trên trục hoành.
Bước 2: Xác định các điểm đặc biệt của đồ thị cơng

Điểm a: điểm cuối hành trình nạp có :
2)
Áp suất Pa= 0.18
(MN/m
3
Thể tích Va= 0.922(dm )
Nhiệt độ Ta = 382,710 K

Điểm c: điểm cuối
hành trình nén có:
2
Áp suất Pc= 8,25 (MN/m )
Thể tích Vc= 0,057

(dm3)
18

download by :


0

Nhiệt độ Tc = 1097 K

Điểm z: điểm cuối quá trình cháy có :
Áp suất PZ = 16,5 (MN/m2)

Thể tích Vz = ρ. Vc = 1,07.0,057 = 0,061 (dm3)
Nhiệt độ Tz = 22780 K

-

Điểm b: điểm cuối hành trình giãn nở có :

Áp suất Pb = 0,64 (MN/m2 ) Thể tích Vb =
0
Va = 0,922(dm3) Nhiệt độ Tb = 1326
K

-

Điểm r: điểm cuối hành trình thải có:

Áp suất Pr = 0,11 (MN/m2 )
Thể tích V = V = 0,057
(dm3)
r

c

Nhiệt độ Tr = 7370K

Bước 3: Dựng đường cong nén
Trong hành trình nén khí trong xilanh bị nén với chỉ số đa biến trung bình n 1 từ phương trình:
p a. Va

n1

= pxn. Vxn

n1

= const

⟹ Ta có: p
xn

Bằng cách cho giá trị Vxn thay đổi từ Va đến Vc, ta lần lượt xác định được các giá trị pxn. Bước 4: Dựng đường cong giãn nở

Trong q trình giãn nở khí cháy được giãn nở theo chỉ số đa biến n2 từ phương trình:
n2

pz. Vz

= pxg. Vxg

n2

= const

19

download by :


⟹p

xg

Ta cho giá trị Vxg thay đổi từ Vz tăng đến Vb, ta lần lượt xác định được các giá trị pxg. Xác định giá trị Vxn (quá trình nén) và (quá trình giãn nở)

Tại các quá trình nén và giãn nở, Vx được tính theo α bằng cách:
Chuyển vị của piston tại α tương ứng:
x = R . [(1 – cos α) +

λ

4

. (1 – cos 2α)]

x = 4,8 . [(1 – cos α) +
4

Thể tích tồn bộ của động cơ tại α tương ứng:
Vx = x . Fp + Vc = . π .

Ta có bảng số liệu sau:

download by :