Project huyndai tucson | Internal combustion engine calculation Trường đại học sư phạm kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING
HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION
FACULTY OF VEHICLE AND ENERGY ENGINEERING PROJECT HUYNDAI TUCSON
Subject: INTERNAL COMBUSTION ENGINE CALCULATION Lecturer : Ly Vinh Dat Group : 2
Student : Nguyen Trong Phung 20145011 Le Tung Quan 20145430
Nguyen Hong Nhat 20145421
HO CHI MINH CITY, SEPTEMBER 2022 1. Engine parameters Engine: 2.0 GDi 2WD, Gasoline Max Brake Power, Pmax (kW): 122kW Compression ratio, : 11.5: 1 Cooling system: Intercooler Strokes, τ: 4 RPM:
Max power 6200rpm, max torque 4200rpm
Air equivalence ratio, λ (α): λ >1 Number of cylinders, i: 4 2. Report content
2.1. Thermal calculate and buid indicated work diagram in engine.
2.1.1 Công suất có ích (Ne) Ne = 100 (kW)
2.1.2 Số vòng quay (n) n = 5000 (vòng/phút)
2.1.3. Chọn số xilanh (i) i=4
2.1.4 Tỉ số nén ( ) ℇ ℇ= 11,5
2.1.5. Thông số kết cấu tỷ số S/D=
2.1.6. Thông số kết cấu R/L λ = 0.25 L =194
2.1.7 Xác định cao tốc động cơ (vp)
Động cơ cao tốc có: Vp = 20,04 ≥ 9� /s 2.2
2.2.1 Áp suất không khí nạp (p0) P0 = 0.1013 MN/�2
2.2.2 Nhiệt độ không khí nạp mới (T0)
Miền Nam nước ta thuộc khi vực nhiệt đới, nhiệt độ trung bình trong ngày có thể chọn là t o o
kk = 29 C cho khu vực miền Nam, do đó: T0 = (tkk + 273), K = 29 + 273 = 302 (oK)
2.2.3 Nhiệt độ khí nạp trước xupap nạp (pk)
Động cơ bốn kỳ không tăng áp: pk = p0 = 0.1013 MN/�2
2.2.4 Nhiệt độ khí nạp trước xuppap nạp (Tk)
Đối với động cơ bốn kỳ không tăng áp: T o k = T0 = 302 ( K)
2.2.5 Áp suất cuối quá trình nạp Pa
Áp suất cuối quá trình nạp pa của động cơ không tăng áp ta có thể chọn trong phạm vi: Pa = 0,096235 (MPa)
2.2.6. Chọn áp suất khí sót Pr
Áp suất khí sót Pr có thể chọn trong phạm vi:
Pr = (0.11 ÷ 0,12) = 0,11 (MPa)
2.2.7. Nhiệt độ khí sót (Tr)
Gía trị của Tr phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như tỷ số nén , thành phần ℇ
hỗn hợp α, tốc độ quay n, góc đánh lửa sớm. Thông thường ta có thể chọn: Tr = 990 K ⁰
2.2.8. Độ tăng nhiệt độ khi nạp mới
Mức độ sấy nóng chủ yếu phụ thuộc vào loại động cơ. Với loại động cơ xăng ta chọn: 20 C ⁰
2.2.9. Hệ số nạp thêm �1
Chủ yếu phụ thuộc vào pha phối khí. Thông thường ta có thể chọn: �1 = 1,03
2.2.10. Chọn hệ số quét buồng cháy �2
Với động cơ không tăng áp, ta chọn �2= 1
2.2.11. Hệ số hiệu đính tỉ nhiệt : Đối với động cơ xăng ta chọn chọn
2.2.12. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm Z (): Với động cơ xăng chọn 5
2.2.13. Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b (: Với động cơ xăng ta chọn 2
2.2.14. Hệ số dư lượng không khí : Với động cơ xăng ta chọn
2.2.15 Chọn hệ số điền đầy đồ thị công d:
Động cơ xăng d = (0,93 ÷ 0,97) = 0,97
2.2.16 Tỷ số tăng áp λ = �z.�c
Trị số λ thường nằm trong phạm vi sau:
Động cơ xăng: λ = (3,00 ÷ 4,00) = 3,50 2.3 2.3.1 Quá trình nạp
2.3.1.1 Hệ số nạp (ɳv)
Trong đó m là chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót m = (1,45÷1,5) = 1,5
2.3.1.2 Hệ số khí sót (γ)
2.3.1.3 Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta 2.3.2 Quá trình nén
2.3.2.1 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới
2.3.2.2 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy:
Khi 0,7 < α < 1 tính cho động cơ xăng theo công thức sau: α=0,9. Với được tính ở mục 2.3.2.6
2.3.2.3 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp khí trong quá trình nén:
2.3.2.4 Tỷ số nén đa biến trung bình n1:
Chỉ số nén đa biến trung bình n1 được xác định bằng cách giải phương trình:  13
2.3.2.5 Áp suất quá trình nén
2.3.2.6 Nhiệt độ cuối quá trình nén = . (⁰K)
2.3.3. Quá trình cháy
2.3.3.1 Lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy 1kg nhiên liệu xăng M0 = . ( = 0,5119 (kmol.kk)
Trong đó: C, H, O là thành phần carbon, hydro, oxy, tính theo khối lượng có trong
1 kg nhiên liệu lỏng ta có C=0,855; H=0,145; O=0
2.3.3.2 Lượng khí nạp mới thực tế nạp vào xylanh M1
M1 = .M0 + (kmol kk/kg.nl) = 0,9. 0,5119+ = 0,4695 (kmol kk/kg.nl)
Trong đó: µn.l – trọng lượng phân tử của xăng µn.l = (110 ÷ 114) = 114 kg/kmol
2.3.3.3 Lượng sản vật cháy M2
Ta có lượng sản vật cháy M2 được xác định theo công thức M2 = 0 = (kmol SCV/kg nl )
2.3.3.4 Hệ số biến đổi phân tử khí lý thuyết β0 β0 = =
2.3.3.5 Hệ số biến đổi phân tử khí thực tế β
Trong thực tế do ảnh hưởng khí sót còn lại trong xilanh từ chu trình trước nên hệ
số biến đổi phân tử khí thực tế được xác định theo công thức sau: β= = 1+ = 1,0754
2.3.3.6 Hệ số biến đổi phân tử tại điểm z βz = 1+ =1,0754. 0,9936
2.3.3.7 Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn
Đối với động cơ xăng vì α<1, thiếu oxy nén nhiên liệu cháy không hoàn toàn, do
đó gây tổn thất một lượng nhiệt
H = 120. . (1-α).M0 = 120. . (1-0,9).0,5119 = 6142 (KJ/kg.nl)
2.3.3.8 Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của môi chất tại điểm z Trong đó: Xz= =
2.3.3.9 Nhiệt độ cuối quá trình cháy Tz +. Tc = βz Tz + = 0,9936.(
Giải phương trình chọn nghiệm dương ta được Tz = 3213,0241(⁰K)
Trong đó: QH là nhiệt trị thấp của nhiên liệu xăng: QH = 43960 (KJ/kg.nl)
2.3.3.10 Áp suất cuối quá trình cháy Pz
Đối với động cơ xăng: 0,9936
2.3.4 Quá trình giãn nở
2.3.4.1 Tỷ số giãn nở đầu
Đối với động cơ xăng:
2.3.4.2 Tỷ số giãn nở sau
Đối với động cơ xăng: ,5
2.3.4.3 Xác định chỉ số giãn nở đa biến trung bình
Ở nhiệt độ từ 1200÷2600K, sai khác của tỷ nhiệt không lớn cho lắm, do đó ta có thể xem ; và ta có:
Trong đó: là nhiệt trị tại điểm b và được xác định bằng công thức:
Với: là nhiệt trị thấp của nhiên liệu
Với động cơ xăng: (kJ/kg.nl) Thế vào ta có: 
2.3.4.4 Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở
Đối với động cơ xăng ta có:
2.3.4.5 Áp suất cuối quá trình giãn nở
2.3.4.6 Kiểm nghiệm nhiệt độ khí sót :
2.3.4.7 Sai số khí sót
2.4 Tính toán các thông số đặc trưng của chu trình
2.4.1 Áp suất chỉ thị trung bình tính toán: (MPa)
2.4.2 Áp suất chỉ thị trung bình thực tế (): = = 1,323662 (MPa)
2.4.3 Áp suất tổn thất cơ khí : (MPa)
2.4.4 Áp suất có ích trung bình : = 1,200212 (MN/
2.4.5 Hiệu suất cơ giới:
2.4.6 Hiệu suất chỉ thị:
2.4.7. Hiệu suất có ích:
2.4.8 .Tính suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị : kg /kW.h
2.4.9. Tính suất tiêu hao nhiên liệu : kg /kW.h
2.4.10.Tính toán thông số kết cấu của động cơ:
- Thể tích công tác một xylanh: Trong đó:
: số chu kỳ của động cơ : số xilanh động cơ
: số vòng quay của động cơ ở công suất thiết kế � � – công suất động cơ thiết kế, kW
: áp suất có ích trung bình, MN/ - Thể tích buồng cháy: - Thể tích toàn bộ: - Đường kính piston: - Hành trình piston:
Kết quả tính toán nhiệt động xăng Huyndai Tucson 2.0 GDi 2WD α=0.9 Thông số Đơn vị =0,85 n v/ph 6200 kW 122 ℇ 11,5 S dm D dm K 302 K 20 1,03 1,15 0,97 0,0351 0,8984 0,92 1,3713 1,2416 K 1082,9 K 348,0047 K K 3213,0241 K MN/m² 0,1013 MN/m² 0,096235 MN/m² 0,11 MN/m² λ MN/m² MN/m² MN/m² 1,323662 MN/m² MN/m² 1,200212 % % 0,39 % 0,35365 kg/kW.h 0,21 kg/kW.h 0,231564 3. Curves 3.1. P - V figure
Xác định các điểm đặc biệt của đồ thị P-V
Điểm a: điểm cuối hành trình hút
Pa = 0,096235 (MPa); Va =0,5495(dm3)
Điểm c: điểm cuối hành trình nén
Vc = 0,048(dm3); Pc = 2,7407 (MPa)
Điểm z: điểm cuối hành trình cháy
Vz = Vc = 0,048 (dm3); Pz = 10,1523(MPa)
Điểm b: điểm cuối hành trình giãn nở
Vb = Va = 0,5495 (dm3); Pb = 0,4893(MPa)
Điểm r: điểm cuối hành trình thải: Vr = Vc = 0,048 (dm3); Pr = 0,11 (MPa)
Dựng đường cong nén
Trong quá trình nén, khí trong xilanh bị nén với chỉ số đa biến trung bình , từ phương trình:
Trong đó: là áp suất và thể tích khí tại điểm a
là áp suất và thể tích tại một điểm bất kì trên đường cong nén
Bằng cách cho các giá trị đi từ đến ta lần lượt xác định được các giá trị .
Dựng đường cong giãn nở
Trong quá trình giãn nở, khí cháy được giãn nở theo chỉ số đa biến . Tương tự ta có:
là áp suất và thể tích tại một điểm bất kì trên đường cong giãn nở.
Bằng cách cho các giá trị đi từ đến ta lần lượt xác định được các giá trị .
Nối các điểm trên lại với nhau bằng các lệnh trong MATLAB ta được đồ thị công chỉ thị P-V như sau:
TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC PISTON VÀ ĐỘNG LỰC
HỌC CƠ CẤU TRỤC KHUỶU – THANH TRUYỀN I.
Động học của piston
1. Chuyển vị của piston
Sơ đồ Động học cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền
của cơ cấu giao tâm
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
Gọi chính là thông số kết cấu .
Áp dụng công thức gần đúng đối với cơ cấu giao tâm, ta có:
Khi trục khuỷu quay một góc thì piston dịch chuyển được một khoảng so với vị trí ban đầu (ĐCT). Trong đó:
: thông số kết cấu của động cơ. Chọn
L: là chiều dài thanh truyền. )
R: bán kính quay trục khuỷu trục.
Dùng MATLAB ta vẽ được đồ thị chuyển vị piston như sau: 2. Tốc độ piston
Vi phân biểu thức chuyển vị theo thời gian sẽ được phương trình tốc
độ chuyển động của piston:
Vận tốc trung bình của piston:
: vận tốc trung bình của piston
: vận tốc góc của trục khuỷu
Dùng MATLAB ta vẽ được đồ thị vận tốc piston như sau: 3. Gia tốc piston
Đạo hàm biểu thức vận tốc theo thời gian, ta có công thức gia tốc của piston:
Dùng MATLAB ta vẽ được đồ thị gia tốc piston như sau: II.
Động lực học của cơ cấu khuỷu trục – thanh truyền 1. Lực khí thể
Từ đồ thị công chỉ thị, tiến hành vẽ đồ thị lực khí thể Pkt dựa trên những giá
trị áp suất đã có ở đồ thị công chỉ thị P – V và vẽ lại theo góc quay trục khuỷu  Quá trình nạp: Quá trình nén:
Quá trình giản nở:  đi từ điểm cuối quá trình cháy trên giản đồ công chỉ thị đến Quá trình thải:
Các đoạn hiệu chỉnh của đồ thị lực khí thể pkt cũng tương tự như trên đồ thị
công chỉ thị P – V nhưng thay vì hiệu chỉnh theo V thì trên đồ thị lực khí thể sẽ hiệu chỉnh theo 
2. Lực quán tính của các chi tiết chuyển động
Khối lượng cơ cấu khuỷu trục – thanh truyền
Khối lượng của nhóm piston (khối lượng của các chi tiết chuyển động tịnh
tiến chọn : (piston hợp kim nhôm)
Khối lượng của khuỷu trục (các chi tiết chuyển động quay) Chọn :
Khối lượng nhóm thanh truyền Ta chọn được:
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:
Theo công thức kinh nghiệm:
Khối lượng chuyển động tịnh tiến của cơ cấu khuỷu trục – thanh truyền:
Khối lượng chuyển động quay của cơ cấu khuỷu trục thanh truyền:
Lực quán tính (văng thẳng) của khối lượng chuyển động tịnh tiến
, với đi theo từng quá trình tương tự như đối với lực khí thể .
Lực quán tính (lực ly tâm) của khối lượng chuyển động quay pk
Lực tổng cộng p1: là lực tổng hợp của lực khí thể và lực quán tính được tính theo công thức:
Dùng MATLAB ta vẽ được đồ thị các lực như sau: