IUH - PHƯƠNG PHÁP THỬ NGHIỆM ĐỘNG CƠ - TÌM HIỂU VÀ MÔ TẢ CÁC LOẠI HÌNH HOẠT ĐỘNG THỬ NGHIỆM TRÊN ĐỘNG CƠ & TÌM HIỂU BÀI BÁO KHOA HỌC VỀ ĐO ĐẠC CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ ĐÁNH GIÁ KHÍ THẢI

Đánh giá hiệu suất làm việc - Xác định công suất, mô-men xoắn, tiêu hao nhiên liệu. - So sánh hiệu suất thực tế với thông số thiết kế. - Tối ưu hóa khả năng vận hành của động cơ ở các chế độ khác nhau. 2. Kiểm tra độ bền và độ tin cậy - Đảm bảo động cơ có thể hoạt động ổn định trong thời gian dài. - Phát hiện các lỗi thiết kế, vật liệu, hoặc gia công trước khi sản xuất hàng loạt. - Kiểm tra mức độ hao mòn của các chi tiết sau một thời gian sử dụng. 3. Đánh giá mức phát thải khí thải - Đảm bảo động cơ đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải quốc tế (Euro 6, EPA…). - Giảm thiểu tác động xấu đến môi trường. - Hỗ trợ việc thiết kế hệ thống xử lý khí thải phù hợp (catalytic converter, EGR, DPF…). 4. Kiểm tra khả năng khởi động và vận hành trong điều kiện đặc biệt - Đảm bảo động cơ khởi động tốt ở nhiệt độ thấp (mùa đông) hoặc cao (môi trường nhiệt đới). - Đánh giá khả năng làm việc trong điều kiện tải lớn, đường dốc, hoặc rung lắc mạnh. 5. Phát hiện và xử lý lỗi thiết kế, sản xuất5 - Tìm ra nguyên nhân của các hiện tượng bất thường: rung, ồn, quá nhiệt, rò rỉ, hao dầu, v.v. - Điều chỉnh các thông số thiết kế để đạt độ ổn định cao hơn. 6. Hỗ trợ nghiên cứu và phát triển sản phẩm mới - So sánh các phiên bản động cơ khác nhau. - Tối ưu hóa thiết kế buồng cháy, hệ thống phun nhiên liệu, turbo, v.v. - Thử nghiệm công nghệ mới: hybrid, điện – xăng, nhiên liệu thay thế (ethanol, hydrogen…). 7. Đáp ứng yêu cầu pháp lý và thị trường - Cung cấp chứng nhận phù hợp để được phép lưu hành ở các thị trường khác nhau. - Xây dựng uy tín thương hiệu qua sản phẩm chất lượng, ít lỗi, thân thiện môi trường. 8. Xác nhận quy trình sản xuất hàng loạt - Đảm bảo mỗi động cơ sau khi sản xuất đều đạt chất lượng tương đương. - Làm cơ sở để thiết lập quy trình kiểm tra đầu ra (end-of-line testing) trong nhà máy. ❖ Tóm lại : Thử nghiệm động cơ không chỉ là kiểm tra vận hành, mà còn là bước thiết yếu để đảm bảo chất lượng, độ an toàn, hiệu suất và tuân thủ các tiêu chuẩn môi trường trước khi đưa sản phẩm ra thị trường. II. PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐẠC Trong quá trình thực hiện các loại hình thử nghiệm trên động cơ như thử công suất - mô men, thử tiêu hao nhiên liệu, thử phát thải hay thử độ bền, việc đo đạc đóng vai trò then chốt để thu thập dữ liệu chính xác phục vụ đánh giá hiệu suất làm việc.6 Tùy theo yêu cầu của từng thử nghiệm, có thể áp dụng các phương pháp đo khác nhau. - Ở những thử nghiệm cơ bản, phương pháp đo cơ học – thủ công thường được sử dụng với các dụng cụ như đồng hồ áp suất, nhiệt kế hay lưu lượng kế cơ khí. Phương pháp này có ưu điểm dễ thực hiện, chi phí thấp, phù hợp với các bài thử đơn giản. Tuy nhiên, nhược điểm là độ chính xác không cao, khó xử lý và lưu trữ dữ liệu. - Với các thử nghiệm yêu cầu độ chính xác cao hơn (như xác định đặc tính mô men – công suất, kiểm tra phát thải hoặc tiêu hao nhiên liệu), phương pháp đo điện – điện tử được áp dụng. Các cảm biến áp suất, cảm biến nhiệt độ,… sẽ biến đổi đại lượng vật lý thành tín hiệu điện, sau đó được thu thập qua bộ Data Logger và xử lý bằng phần mềm.7 - Trong các phòng thử nghiệm hiện đại, phương pháp đo tự động tích hợp máy tính là lựa chọn tối ưu. Toàn bộ hệ thống cảm biến được kết nối với máy tính, tín hiệu được xử lý và hiển thị theo thời gian thực, giúp ghi lại đầy đủ quá trình làm việc của động cơ ở nhiều chế độ. Đồng thời, dữ liệu có thể phân tích, lập biểu đồ và so sánh trực tiếp với các giá trị chuẩn. - Để đảm bảo độ tin cậy của phép đo, mọi phương pháp đều đi kèm bước hiệu chuẩn thiết bị định kỳ, giúp giảm thiểu sai số và đảm bảo tính chính xác của kết quả thử nghiệm.8 III. THÔNG SỐ

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC -⁂ -

MÔN PHƯƠNG PHÁP THỬ NGHIỆM ĐỘNG CƠ TÌM HIỂU VÀ MÔ TẢ CÁC LOẠI HÌNH HOẠT ĐỘNG THỬ

NGHIỆM TRÊN ĐỘNG CƠ TÌM HIỂU BÀI BÁO KHOA HỌC VỀ ĐO ĐẠC CÔNG SUẤT

ĐỘNG CƠ VÀ ĐÁNH GIÁ KHÍ THẢI

NHÓM 3 GVHD: THS LƯƠNG HUỲNH GIANG

Thành phố Hồ Chí Minh, 3 tháng 11 năm 2025

2

DANH SÁCH THÀNH VIÊN NHÓM

Trương Đức Minh Đăng 22699311

3

MỤC LỤC

TÌM HIỂU VÀ MÔ TẢ CÁC LOẠI HÌNH HOẠT ĐỘNG THỬ NGHIỆM TRÊN

ĐỘNG CƠ 4

I MỤC ĐÍCH THỬ NGHIỆM 4

II PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐẠC 5

III THÔNG SỐ THU THẬP 8

IV THIẾT BỊ SỬ DỤNG 14

TÌM HIỂU BÀI BÁO KHOA HỌC VỀ ĐO ĐẠC CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ ĐÁNH GIÁ KHÍ THẢI 17

I Nội dung cơ bản và mục đích của nghiên cứu 17

II Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của băng thử (Dynamometer) 17

III Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị đo khí thải 18

IV Công thức sử dụng để tính toán 18

TÀI LIỆU THAM KHẢO 20

4

TÌM HIỂU VÀ MÔ TẢ CÁC LOẠI HÌNH HOẠT ĐỘNG

THỬ NGHIỆM TRÊN ĐỘNG CƠ

I MỤC ĐÍCH THỬ NGHIỆM

1 Đánh giá hiệu suất làm việc

- Xác định công suất, mô-men xoắn, tiêu hao nhiên liệu

- So sánh hiệu suất thực tế với thông số thiết kế

- Tối ưu hóa khả năng vận hành của động cơ ở các chế độ khác nhau

2 Kiểm tra độ bền và độ tin cậy

- Đảm bảo động cơ có thể hoạt động ổn định trong thời gian dài

- Phát hiện các lỗi thiết kế, vật liệu, hoặc gia công trước khi sản xuất hàng loạt

- Kiểm tra mức độ hao mòn của các chi tiết sau một thời gian sử dụng

3 Đánh giá mức phát thải khí thải

- Đảm bảo động cơ đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải quốc tế (Euro 6, EPA…)

- Giảm thiểu tác động xấu đến môi trường

- Hỗ trợ việc thiết kế hệ thống xử lý khí thải phù hợp (catalytic converter, EGR, DPF…)

4 Kiểm tra khả năng khởi động và vận hành trong điều kiện đặc biệt

- Đảm bảo động cơ khởi động tốt ở nhiệt độ thấp (mùa đông) hoặc cao (môi trường nhiệt đới)

- Đánh giá khả năng làm việc trong điều kiện tải lớn, đường dốc, hoặc rung lắc mạnh

5 Phát hiện và xử lý lỗi thiết kế, sản xuất

5

- Tìm ra nguyên nhân của các hiện tượng bất thường: rung, ồn, quá nhiệt, rò

rỉ, hao dầu, v.v

- Điều chỉnh các thông số thiết kế để đạt độ ổn định cao hơn

6 Hỗ trợ nghiên cứu và phát triển sản phẩm mới

- So sánh các phiên bản động cơ khác nhau

- Tối ưu hóa thiết kế buồng cháy, hệ thống phun nhiên liệu, turbo, v.v

- Thử nghiệm công nghệ mới: hybrid, điện – xăng, nhiên liệu thay thế (ethanol, hydrogen…)

7 Đáp ứng yêu cầu pháp lý và thị trường

- Cung cấp chứng nhận phù hợp để được phép lưu hành ở các thị trường khác nhau

- Xây dựng uy tín thương hiệu qua sản phẩm chất lượng, ít lỗi, thân thiện môi trường

8 Xác nhận quy trình sản xuất hàng loạt

- Đảm bảo mỗi động cơ sau khi sản xuất đều đạt chất lượng tương đương

- Làm cơ sở để thiết lập quy trình kiểm tra đầu ra (end-of-line testing) trong nhà máy

❖ Tóm lại : Thử nghiệm động cơ không chỉ là kiểm tra vận hành, mà còn là bước thiết yếu để đảm bảo chất lượng, độ an toàn, hiệu suất và tuân thủ các tiêu chuẩn môi trường trước khi đưa sản phẩm ra thị trường

II PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐẠC

Trong quá trình thực hiện các loại hình thử nghiệm trên động cơ như thử công suất

- mô men, thử tiêu hao nhiên liệu, thử phát thải hay thử độ bền, việc đo đạc đóng vai trò then chốt để thu thập dữ liệu chính xác phục vụ đánh giá hiệu suất làm việc

6

Tùy theo yêu cầu của từng thử nghiệm, có thể áp dụng các phương pháp đo khác nhau

- Ở những thử nghiệm cơ bản, phương pháp đo cơ học – thủ công thường được sử dụng với các dụng cụ như đồng hồ áp suất, nhiệt kế hay lưu lượng

kế cơ khí Phương pháp này có ưu điểm dễ thực hiện, chi phí thấp, phù hợp với các bài thử đơn giản Tuy nhiên, nhược điểm là độ chính xác không cao, khó xử lý và lưu trữ dữ liệu

- Với các thử nghiệm yêu cầu độ chính xác cao hơn (như xác định đặc tính

mô men – công suất, kiểm tra phát thải hoặc tiêu hao nhiên liệu), phương pháp đo điện – điện tử được áp dụng Các cảm biến áp suất, cảm biến nhiệt độ,… sẽ biến đổi đại lượng vật lý thành tín hiệu điện, sau đó được thu thập qua bộ Data Logger và xử lý bằng phần mềm

7

- Trong các phòng thử nghiệm hiện đại, phương pháp đo tự động tích hợp

máy tính là lựa chọn tối ưu Toàn bộ hệ thống cảm biến được kết nối với

máy tính, tín hiệu được xử lý và hiển thị theo thời gian thực, giúp ghi lại

đầy đủ quá trình làm việc của động cơ ở nhiều chế độ Đồng thời, dữ liệu

có thể phân tích, lập biểu đồ và so sánh trực tiếp với các giá trị chuẩn

- Để đảm bảo độ tin cậy của phép đo, mọi phương pháp đều đi kèm bước hiệu

chuẩn thiết bị định kỳ, giúp giảm thiểu sai số và đảm bảo tính chính xác của kết

quả thử nghiệm

8

III THÔNG SỐ THU THẬP

1 Tốc độ quay động cơ (n, rpm) :

- Là thông số cơ bản để xác định điều kiện làm việc của động cơ (không tải,

có tải, tăng tốc)

- Đo bằng cảm biến tốc độ hoặc encoder gắn trên trục khuỷu

- Dữ liệu được ghi nhận liên tục hoặc theo từng mức tải

Công thức: n = (60 × Np) / t

- Np: số xung từ cảm biến trong thời gian t (s)

- Cảm biến thường dùng: Hall sensor, Encoder, Cảm biến quang học

- Ví dụ: Encoder Autonics E50S8-1024-3-T-24, cảm biến Kistler 2613B

2 Mô-men xoắn (Torque, T, Nm)

- Đo mô-men của động cơ tại trục đầu ra bằng cảm biến mô-men (Torque flange)

- Kết hợp với tốc độ quay để tính công suất

- Là thông số chính trong đánh giá đặc tính cơ học của động cơ

Công thức: T = F × r hoặc T = (9550 × P) / n

- Cảm biến: Torque Flange HBM T40, Kistler 4503B

9

- Ví dụ: bệ thử Eddy Current Dynamometer AVL sử dụng cảm biến T40B

3 Công suất (Power, P, kW hoặc HP)

- Tính theo công thức P = T × ω (với ω là tốc độ góc)

- Xác định khả năng sinh công của động cơ tại các chế độ tải khác nhau

Công thức: P = (2πnT) / 60

- Công suất được tính tự động trong phần mềm PUMA hoặc AVL Dyno

4 Mức tiêu hao nhiên liệu (Fuel consumption, g/kWh)

- Đo khối lượng nhiên liệu tiêu thụ trong một khoảng thời gian

- Sử dụng thiết bị cân nhiên liệu hoặc cảm biến lưu lượng nhiên liệu

- Dùng để tính suất tiêu hao nhiên liệu riêng (BSFC)

10

Công thức: BSFC = (ṁf × 3600) / Pb

- ṁf: lưu lượng nhiên liệu (kg/s)

- Pb: công suất có ích (kW)

- Cảm biến: AVL Fuel Balance 735, Coriolis Micro Motion CMF010M

5 Áp suất trong xy-lanh (Cylinder pressure, p(θ))

- Đo sự biến thiên áp suất theo góc quay trục khuỷu

- Dùng cảm biến áp suất gắn trong buồng đốt

- Giúp phân tích quá trình cháy và đánh giá hiệu suất động cơ

Công thức: p(θ) = F / Ap

- Cảm biến: Kistler 6056A, 6125C; bộ khuếch đại Kistler 5011B

- Ví dụ: Đo áp suất cực đại 85 bar tại 12° sau điểm chết trên

11

6 Nhiệt độ (Temperatures, T)

- Bao gồm: nhiệt độ khí nạp, khí xả, nước làm mát, dầu bôi trơn

- Dùng cảm biến nhiệt độ (thermocouple, RTD)

- Ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình cháy và hiệu suất nhiệt

Công thức: E = α × ΔT (cặp nhiệt điện) hoặc R = R0[1 + α(T - T0)] (RTD)

- Cảm biến: Thermocouple loại K/J/T, RTD PT100

- Ví dụ: nhiệt độ khí xả tăng từ 320°C lên 450°C khi tăng tải từ 25% đến 75%

7 Lưu lượng dòng khí nạp (Air mass flow rate, ṁa)

- Đo khối lượng không khí nạp vào động cơ

- Dùng cảm biến lưu lượng khí (air flow meter)

- Kết hợp với áp suất, nhiệt độ để tính hệ số nạp

Công thức: ṁa = ρa × Q

12

- Cảm biến: Bosch HFM5, ABB Sensyflow P

8 Thành phần khí thải (Exhaust gas composition / emissions)

- Đo các khí CO, CO₂, NOₓ, HC, O₂ bằng máy phân tích khí thải (gas analyzer)

- Giúp đánh giá hiệu quả cháy và mức phát thải

- Cảm biến/thiết bị: AVL DiGas 4000, Horiba MEXA 584L

- Đo CO, CO2, HC, NOx, O2 bằng phương pháp NDIR, CLD, FID

- Ví dụ: ở không tải CO=0.25%, HC=80ppm; tăng tải CO=0.8%, HC=120ppm

9 Độ ẩm và áp suất không khí (Humidity & Ambient pressure)

- Đo độ ẩm, áp suất khí quyển để hiệu chỉnh các giá trị đo được

- Sử dụng cảm biến môi trường để đảm bảo điều kiện thử nghiệm chuẩn

- Cảm biến: BMP280, DHT22

- Dùng để hiệu chỉnh dữ liệu theo tiêu chuẩn ISO 1585

13

10 Áp suất dầu và nhiên liệu (Oil & Fuel pressure)

- Giúp theo dõi tình trạng hệ thống bôi trơn và phun nhiên liệu

- Cảnh báo khi có bất thường trong vận hành động cơ

Công thức: P = (Vout - Voffset) / S

- Cảm biến: Honeywell PX2, Bosch 0281002705

14

IV THIẾT BỊ SỬ DỤNG

4.1 Thử nghiệm tính năng làm việc của động cơ

Mục tiêu: Đánh giá công suất, mô-men xoắn, hiệu suất, tiêu hao nhiên liệu

Thiết bị sử dụng:

- Bệ thử động cơ (Engine Test Bench): Dùng cố định động cơ, gắn cảm biến và thiết bị đo

- Bộ đo công suất – Mô-men (Dynamometer): Đo công suất, mô-men xoắn

- Cảm biến tốc độ trục khuỷu: Ghi tốc độ quay chính xác

- Bộ đo lưu lượng nhiên liệu và không khí nạp

- Thiết bị điều khiển tải và tốc độ (Control System)

Ví dụ: Kiểm tra công suất cực đại của động cơ xăng 4 xi-lanh ở các chế độ vòng

tua khác nhau

4.2 Thử nghiệm quá trình cháy và phát thải

15

Mục tiêu: Nghiên cứu quá trình cháy trong xi-lanh, xác định mức phát thải khí độc hại

Thiết bị sử dụng:

- Cảm biến áp suất buồng cháy (Pressure Transducer): Ghi lại đồ thị p–θ (áp suất – góc quay)

- Cảm biến nhiệt độ, cảm biến O₂, NOₓ, CO, HC

- Máy phân tích khí thải (Exhaust Gas Analyzer): Đo nồng độ các khí phát thải

- Buồng cháy quang học hoặc động cơ nghiên cứu quang học (Optical Research Engine): Quan sát ngọn lửa cháy

- Máy đo khói (Smoke Meter)

Ví dụ: Đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ hòa khí đến lượng CO và HC trong khí thải

4.3 Thử nghiệm độ bền và tuổi thọ

Mục tiêu: Xác định khả năng hoạt động lâu dài, mức độ mài mòn, hư hỏng của động

cơ

Thiết bị sử dụng:

- Hệ thống bệ thử tải liên tục: Cho phép động cơ chạy ở tải cao trong thời gian dài

- Cảm biến rung, nhiệt độ, áp suất dầu, áp suất nước làm mát

- Thiết bị ghi dữ liệu dài hạn (Data Logger)

- Buồng thử môi trường (Environmental Test Chamber) – mô phỏng điều kiện khắc nghiệt (nhiệt, bụi, độ ẩm)

Ví dụ: Cho động cơ chạy 1000 giờ liên tục để kiểm tra độ bền trục khuỷu và piston

4.4 Thử nghiệm hệ thống chức năng

Mục tiêu: Kiểm tra riêng từng hệ thống trên động cơ

Thiết bị sử dụng:

16

- Hệ thống nhiên liệu: Thiết bị đo áp suất, lưu lượng, độ nâng kim phun, máy kiểm tra vòi phun

- Hệ thống làm mát: Thiết bị đo lưu lượng nước, nhiệt độ vào – ra

- Hệ thống bôi trơn: Cảm biến áp suất dầu, nhiệt độ dầu, thiết bị đo hao hụt dầu

- Hệ thống nạp – xả: Máy đo lưu lượng khí, cảm biến áp suất đường ống

Ví dụ: Kiểm tra hoạt động của bơm cao áp và kim phun trong hệ thống nhiên liệu

Diesel

4.5 Thử nghiệm mô phỏng (Simulation Testing)

Mục tiêu: Nghiên cứu riêng rẽ các quá trình trong động cơ mà không cần chạy thực tế

Thiết bị sử dụng:

- Buồng cháy đẳng tích (Constant Volume Combustion Chamber): Mô phỏng sự cháy nhiên liệu

- Máy nén giãn nở nhanh (Rapid Compression and Expansion Machine): Mô phỏng chu kỳ nén – cháy – giãn nở

- Phần mềm mô phỏng động cơ (GT-Power, AVL Boost,…): Phân tích hiệu suất, dòng khí, phát thải

Ví dụ: Nghiên cứu ảnh hưởng của thời điểm đánh lửa đến áp suất cực đại trong chu trình

cháy

4.6 Thử nghiệm ngoài trời (On-road / Field Test)

Mục tiêu: Đánh giá hiệu suất, phát thải và khả năng vận hành của động cơ trong điều kiện thực tế

Thiết bị sử dụng:

- Thiết bị đo di động PEMS (Portable Emission Measurement System)

- Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu lắp trên xe

17

- Cảm biến GPS và máy ghi dữ liệu hành trình

Ví dụ: Đo phát thải thực tế của xe trên đường đô thị và cao tốc

TÌM HIỂU BÀI BÁO KHOA HỌC VỀ ĐO ĐẠC CÔNG

SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ ĐÁNH GIÁ KHÍ THẢI

I Nội dung cơ bản và mục đích của nghiên cứu

- Bài báo: Using a chassis dynamometer to determine the influencing factors on emissions from heavy-duty diesel vehicles (L Chen et al., 2018, ScienceDirect)

- Mục đích nghiên cứu nhằm xác định các yếu tố ảnh hưởng như tải trọng, loại nhiên liệu, và điều kiện vận hành tới hệ số phát thải của xe tải nặng Nghiên cứu sử dụng băng thử dạng chassis dynamometer để kiểm soát và đo lường phát thải, qua đó đưa ra đánh giá về biến thiên của CO, NOx, HC trong các chế độ vận hành khác nhau

II Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của băng thử (Dynamometer)

- Băng thử (dynamometer) bao gồm các phần chính:

• Khung băng thử nơi đặt xe hoặc động cơ

• Hệ thống con lăn hoặc trục quay gắn với dynamometer để tạo tải giả lập

• Cảm biến đo mô-men xoắn (torque sensor) và cảm biến tốc độ quay

(encoder)

• Hệ thống điều khiển tải, hệ thống làm mát, cấp nhiên liệu, và thu thập dữ liệu

- Nguyên lý hoạt động : Khi động cơ hoạt động, lực quay truyền đến

dynamometer Thiết bị này đo mô-men (T) và tốc độ quay (n hoặc ω), từ đó tính công suất cơ học theo công thức:

P = 2π × T × n / 60