Báo cáo thí nghiệm máy tàu

Thí nghiệm là cách thức giúp sinh viên trực tiếp quan sát và dễ hình dung khi đã được học qua lý thuyết, tạo cho sinh viên khả năng quan sát và suy nghĩ trong qua trình thí nghiệm động cơGiúp sinh viên nắm vững chắc và hệ thống hóa các kiến thức lý thuyết đã được trang bị trong các môn học chuyên môn:+ Kết cấu động cơ đốt trong.+ Nguyên lý động cơ đốt trong.Giúp sinh viên làm quen với trang thiết bị , các băng thử và thí nghiệm, các dụng cụ đo và hệ thống các trang thiết bị phụ trợ trong thí nghiệm động cơ đốt trong.Tạo điều kiện cho sinh viên tiếp cận các kỹ thuật đo trên các trang thiết bị tiên ti ến trong thí nghiệm động cơ đốt trong.Sinh viên tập thí nghiệm, nghiên cứu và học tập trong các trường , nhà máy, xí nghiệp:+ Thí nghiệm theo các đề tài nghiên cứu khoa học chuyên sâu liên quan đến động cơ đốt trong như: nghiên cứu về buồng cháy, đường nạp, đường thải , góc đóng, mở xupap... ảnh hưởng lên nhiệt động lực – hóa học của quá trình cháy trong động cơ đốt trong.+ Nghiên cứu tối ưu loại nhiên liệu và dâu mỡ bôi trơn sử dụng trong động cơ.+ Kết quả nghiên cứu được áp dụng nhằm nâng cao chất lượng thiết kế chế tạo động cơ nâng cao hiệu suất kinh tế, tính hiểu quả cao, giảm thiểu ô nhiễm môi trường do khí thải và tiếng ồn của động cơ gây ra.Các thí nghiệm này có thể thực hiện trên băng thử động cơ tổng thành hoặc trên từng bộ phân riêng biệt. Mở rộng hơn thí nghiệm động cơ còn bao gồm các nghiên cứu liên quan được tiến hành bên ngoài động cơ trên các mô hình hóa các hệ thống của động cơ như nạp, thải, hệ thống nhiên liêu, hệ thống điện...Thí nghiệm còn nghiên cứu để cải ti ến : nhằm tìm ra các giải pháp hoàn thiện động cơ, cải tiến các chi tiết hay hệ thố ng trong động cơ

MỤC LỤC

1 PHẦN I: MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA THÍ NGHIỆM 4

1.1 Mục đích thí nghiệm 4

1.2 Ý nghĩa thí nghiệm 5

2 PHẦN II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 6

2.1 Giới thiệu chung băng thử Froude và thiết bị 6

2.1.1 Giới thiệu chung về băng thử Froude 6

2.1.2 Giới thiệu về thiết bị động lực: Động cơ EV2600 6

2.1.3 Giới thiệu về các thiết bị cảm biến 8

2.1.4 Giới thiệu về thiết bị tiêu hao nhiên liệu 13

2.2 Các loại đặc tính .13

2.2.1 Đặc tính tốc độ .13

2.2.2 Đặc tính tải .13

2.2.3 Các đặc tính khác .14

2.3 Đặc tính ngoài động cơ Diesel .14

2.4 Đặc tính tải động cơ Diesel .15

2.5 Giới thiệu và nguyên lý làm việc của thiết bị thí nghiệm 16

2.5.1 Giới thiệu về động cơ EV2600 và băng thử FROUDE .16

2.6 Nguyên lý làm việc của băng thử FROUDE 18

3 PHẦN III: TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM TRÊN BĂNG THỬ FROUDE 19

3.1 Phân công nhiệm vụ 19

3.2 Quy trình thí nghiệm 19

3.3 Phân tích kết quả thực nghiệm 21

3.3.1 Động lực học .21

3.4 Tiêu hao nhiên liệu .23

3.4.1 Nhiệt độ nước làm mát .25

4 PHẦN IV: KẾT LUẬN 28

LỜI NÓI ĐẦU

Thực hành thí nghiệm máy tàu là một môn học quan trọng nó góp phần giúp chúng ta hiểu rõ và kiểm nghiệm những kiến thức về lý thuyết mà chúng ta đã được học Bên cạnh đó nó cũng giúp cho chúng ta xác định các vấn đề trong thực tế, kỹ thuật và các quy luật của hiện tượng mà lý thuyết chưa hoặc khó đề cập đến

Sau một thời gian được tiếp thu các kiến thức lý thuyết về động cơ, nhằm giúp cho sinh viên biết cách thực hiện các thao tác và trình tự của một quy trình thí nghiệm, trong học kỳ này sinh viên được tiến hành làm thí nghiệm trên động cơ Việc thí nghiệm sẽ giúp cho các sinh viên quan sát, đánh giá một cách trực quan về tình trạng

kỹ thuật – kinh tế của một động cụ thể thông qua việc đo đạc trực tiếp các thông số và

xử lý chúng Từ đó mà sinh viên nắm vững hơn các kiến thức đã được học Đồng thời thông qua việc thí nghiệm, sinh viên cũng tìm hiểu được các trang thiết bị hiện đại được dùng trong quá trình thực hiện

Để đánh giá tính năng kinh tế - kỹ thuật của động cơ ta cần tiến hành đo đạc và

xử lý nhiều thông số như: công suất có ích Ne, mômen có ích của động cơ Me, lượng tiêu hao nhiên liệu Gnl, suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge, góc phun sớm … Việc đo đạc được tiến hành tại phòng thí nghiệm thay thế năng lượng thuộc Khoa Cơ Khí Giao Thông - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

Được sự hướng dẫn tận tình của thầy Võ Anh Vũ nhóm chúng em đã cố gắng hoàn thành nhiệm vụ được giao nhưng do kiến thức còn nhiều hạn chế nên trong quá trình thực hiện và làm báo cáo này chúng em không thể tránh khỏi những thiếu sót Kính mong các thầy chỉ dạy thêm.Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo đã tạo điều kiện, hướng dẫn và giúp đỡ chúng em trong quá trình tiến hành làm thí nghiệm

Đà Nẵng, ngày 1tháng 12 năm 2015 Sinh viên thực hiện

Nhóm01-20A

1 PHẦN I: MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA THÍ NGHIỆM 1.1 Mục đích thí nghiệm

Thí nghiệm là cách thức giúp sinh viên trực tiếp quan sát và dễ hình dung khi

đã được học qua lý thuyết, tạo cho sinh viên khả năng quan sát và suy nghĩ trong qua trình thí nghiệm động cơ

Giúp sinh viên nắm vững chắc và hệ thống hóa các kiến thức lý thuyết đã được trang bị trong các môn học chuyên môn:

+ Kết cấu động cơ đốt trong

+ Nguyên lý động cơ đốt trong

Giúp sinh viên làm quen với trang thiết bị , các băng thử và thí nghiệm, các dụng cụ đo và hệ thống các trang thiết bị phụ trợ trong thí nghiệm động cơ đốt trong

Tạo điều kiện cho sinh viên tiếp cận các kỹ thuật đo trên các trang thiết bị tiên tiến trong thí nghiệm động cơ đốt trong

Sinh viên tập thí nghiệm, nghiên cứu và học tập trong các trường , nhà máy, xí nghiệp:

+ Thí nghiệm theo các đề tài nghiên cứu khoa học chuyên sâu liên quan đến động

cơ đốt trong như: nghiên cứu về buồng cháy, đường nạp, đường thải , góc đóng,

mở xupap ảnh hưởng lên nhiệt động lực – hóa học của quá trình cháy trong động cơ đốt trong

+ Nghiên cứu tối ưu loại nhiên liệu và dâu mỡ bôi trơn sử dụng trong động cơ + Kết quả nghiên cứu được áp dụng nhằm nâng cao chất lượng thiết kế chế tạo động cơ nâng cao hiệu suất kinh tế, tính hiểu quả cao, giảm thiểu ô nhiễm môi trường do khí thải và tiếng ồn của động cơ gây ra

Các thí nghiệm này có thể thực hiện trên băng thử động cơ tổng thành hoặc trên từng bộ phân riêng biệt Mở rộng hơn thí nghiệm động cơ còn bao gồm các nghiên cứu liên quan được tiến hành bên ngoài động cơ trên các mô hình hóa các hệ thống của động cơ như nạp, thải, hệ thống nhiên liêu, hệ thống điện

Thí nghiệm còn nghiên cứu để cải tiến : nhằm tìm ra các giải pháp hoàn thiện động cơ, cải tiến các chi tiết hay hệ thống trong động cơ

- Thí nghiệm kiểm định động cơ: nhằm đánh giá các tính năng kỹ thuật và xác định chất lượng chế tạo của động cơ mới và động cơ sau khi sửa chữa đại tu

- Các thí nghiệm này cho phép xác định các thông số kỹ thuật cơ bản của động

cơ : mômen và công suất động cơ, số vòng quay, tiêu thụ nhiên liêu, tiêu thụ dầu nhờn,lưu lượng khí nạp

- Đối với bài thí nghiệm này kết quả thí nghiệm kết hợp với lý thuyết để xác định ảnh hưởng của nhiệt độ nước làm mát đến tính năng kinh tế kĩ thuật của động cơ

1.2 Ý nghĩa thí nghiệm

Đường đặc tính ngoài của động cơ là các đường công suất Ne, momen Me , suất

tiêu hao nhiên liệu ge diễn biến theo tốc độ quay n (v/ph) của động cơ ở chế độ toàn tải ( mở 100% bướm ga ở động cơ xăng hoặc phun nhiên liệu cực đại ở động cơ diesel)

Đây là đường đặc tính quan trọng nhất của một động cơ dùng để đánh giá các chỉ tiêu công suất Nemax và tiết kiệm nhiên liệu gemin của động cơ

Nhờ đường đặc tính này người ta cũng đánh giá được sức kéo của động cơ qua đặc tính momen Me, vùng làm việc ổn định của động cơ và hệ số thích ứng K của nó

2 PHẦN II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ ĐỐT

TRONG 2.1 Giới thiệu chung băng thử Froude và thiết bị

2.1.1 Giới thiệu chung về băng thử Froude

Thay vì để hãm phanh bằng cơ cấu dây đai, dựa trên nguyên lý đó William Froude đã phát minh ra phanh bằng thủy lực năm 1877 [14] Cấu tạo băng thử thủy lực như hình 3.15, gồm trục nối với trục quay của động cơ cần đo, một đồng hồ đo khối lượng, một đồng hồ đo tốc độ trục quay, một đồng hồ đo áp lực nước và bộgiảm chấn, đầu nước vào và nước ra, tay điều khiển lực phanh Sự thay đổi lực phanh (Tải đặt vào động cơ) này phụ thuộc vào việc điều chỉnh hướng dòng chất lỏng từcánh stato tương tác vào cánh rôto.Băng thử thủy lực FROUDE dùng để đo công suất động

cơ có công suất đo từ 0 ÷ 200 mã lực

2.1.2 Giới thiệu về thiết bị động lực: Động cơ EV2600

Hình 2.1 Động cơ Diesel EV2600

+ Động cơ diesel EV2600 là động cơ 4 kỳ,1 xilanh, nằm ngang,

Dùng cho:Máy hàn, Bơm nước, máy phát điện, máy nén khí, ghe thuyền, máy

chế biến, máy cày, xới, máy xay xát, máy công nghiệp

Bảng 2.1 Thông số của động cơ Diesel EV2600

2.1.3 Giới thiệu về các thiết bị cảm biến

 Vị trí các cảm biến

Hình 2.3 Vị trí các cảm biến trên động cơ Diesel dùng bơm cao áp

Chú thích:

1 Cảm biến tốc độ 5 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

2 Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu 6 Cảm biến áp suất tuabin

3 Cảm biến vị trí bàn đạp ga 7 Cảm biến vị trí trục khuỷu

để thu nhận tín hiệu từ cảm biến tốc độ quay của động cơ, cấu tạo và nguyên lý làm việc của loại này cũng giống với cảm biến góc quay được dùng rộng rãi trong công nghiệp đó là encoder Encoder được dùng để đo tốc độ, đo chiều dài, đo dịch chuyển,

vị trí hay góc quay Dựa theo tín hiệu phát ra của encoder mà có hai loại encoder khác nhau

Encoder tuyệt đối có ưu điểm dùng trong những trường hợp khi góc quay là nhỏ và động cơ không quay nhiều vòng Khi đó, việc xử lý encoder tuyệt đối trở nên

dễ dàng cho người dùng hơn, vì chỉcần đọc giá trị là chúng ta biết ngay được vị trí góc của trục quay.Encoder tương đối có cấu tạo gồm một đĩa mã có khắc vạch sáng tối, đặt giữa nguồn sáng và transistor quang (phototransistor) Trục encoder được gắn quay

đồng tốc với tốc độ động cơ Sau đây là cấu tạo và sơ đồ mạch điện của một encoder tương đối [20]

Hình 2.5 Cấu tạo và sơ đồ mạch điện của encoder tương đối

1.Trục; 2.Ổ bi; 3.Giá đỡ trục; 4,10 Đĩa mã có khắc vạch; 5.Bộ thu phát hồng ngoại; 6.Vỏ; 7.Lỗ trống nhỏ; 8.Lỗ trống lớn; 9.Điện trở; 11.Điốt quang;

12.Phototransistor; 13.Tín hiệu ra

Nguyên lý cơ bản của encoder đó là một đĩa mã có khắc vạch, quay quanh trục, trên đĩa có các lỗ (Rãnh) Bộ thu phát hồng ngoại gồm một điốt quang (Đèn led) và một phototransistor (Mắt thu) Cho đèn led chiếu lên mặt đĩa, khi đĩa quay, chỗkhông có lỗ, đèn led không chiếu xuyên qua được, chỗ có lỗ, đèn led sẽ chiếu xuyên qua Khi đó, phía mặt bên kia của đĩa được đặt một con mắt thu Với các tín hiệu có, hoặckhông có ánh sáng chiếu qua tương ứng cho ra tín hiệu mức 1 và tín hiệu mức 0 Số xung đếm được và tăng lên nó tính bằng số lần ánh sáng chiếu qua các lỗ

mà phototransistor thu nhận được Như vậy, encoder sẽ tạo ra các tín hiệu xung vuông

và tần số của xung đầu ra sẽ phụ thuộc vào tốc độ quay của đĩa mã có khắc vạch Do đặc điểm của động cơ là quay nhiều vòng nên encoder tương đối được lựa chọn sử dụng trong đề tài

2.1.3.2 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Các động cơ điện tử thường có 2 chế độ làm việc (Normal và Cold) Ở chế độ Cold động cơ khởi động thuận lợi hơn cũng như giảm khói trắng và thời gian làm ấm động cơ Cảm biến nhiệt độ nước làm mát xác định nhiệt độ hệ thống làm mát động

cơ, giá trị này được gửi đến ECM để thiết lập chế độ khởi động cho động cơ là Normal hay Cold

Hình 2.6 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát trên động cơ diesel

Nguyên lý hoạt động: Điện trở nhiệt là một phần tử cảm nhận thay đổi điện trở theo nhiệt độ Nó được làm bằng vật liệu bán dẫn nên có hệ số nhiệt điện trở âm Khi nhiệt độ tăng điện trở giảm và ngược lại, khi nhiệt độ giảm thì điện trở tăng Các loại cảm biến nhiệt độ hoạt động cùng nguyên lý nhưng mức hoạt động và sự thay đổi điện trở theo nhiệt độ có khác nhau Sự thay đổi giá trị điện trở sẽ làm thay đổi giá trị điện

áp được gửi đến ECU động cơ trên nền tảng cầu phân áp

2.1.3.3 Cảm biến lực (Loadcell)

a) Cảm biến biến dạng:

- gồm một sợi dây dẫn có diện trở suất ρ (Thuờng dùng hợp kim của Niken) có

chiều dài l và có tiết diện s, duợc cố dịnh trên một phiến cách diện nhu hình vẽ

2.7

Hình 2.7 Cảm biến biến dạng

b) Cảm biến lực (Loadcell):

Gồm một vật chứng dàn hồi, là một khối nhôm hoặc thép không rỉ duợc xử lý dặc biệt, trên vật chứng có dán 4 strain gage Khi vật chứng bị biến dạng duới tác dụng của trọng luợng tác dộng vào loadcell thì có thể có 2 hoặc 4 strain gage bị tác dộng Tùy vào dạng của vật chứng mà loadcell có nhiều loại khác nhau nhu loadell chịu nén, chịu kéo, chịu uốn, chịu xoắn…Sau dây là kết cấu và nguyên lý của loadcell chịu kéo

duợc sử dụng trong dề tài

Các strain gage trong loadcell duợc kết nối thành một mạch cầu Wheastone, các strain gage trong mạch cầu có tác dụng bù ảnh huởng của nhiệt dộ

Khi không bị tác dộng, diện trở của các strain gage bằng nhau cầu ở trạng thái cân bằng Khi bị tác dộng, vật chứng bị biến dạng, các strain gage thay dổi diện trở làm cầu lệch cân bằng và làm xuất hiện ở ngõ ra một điện áp

Hình 2.8 Hình dạng của Loadcell

2.1.4 Giới thiệu về thiết bị tiêu hao nhiên liệu

Hình 2.9 Máy đo suất tiêu hao nhiên liệu AVL733-Fuel Balance

2.2 Các loại đặc tính

2.2.1 Đặc tính tốc độ

Đặc tính tốc độ của động cơ là đồ thị biểu diễn mối quan hệ mô men có ích Me,công suất có ích Ne, suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge… và các chỉ tiêu khác của động

cơ theo tốc độ ne của động cơ khi giữ tay điều khiển động cơ ở vị trí quy định

Ở 100% tảithì ta gọi là đặc tính tốc độ ngoài

Các mức tải còn lại được gọi là đặc tính bộ phận

2.2.2 Đặc tính tải

Các động cơ dẫn động máy phát điện, máy nén, bơm nước … phải đáp ứng đòi hỏi của các máy công tác là khi thay đổi tải của máy công tác, tốc độ động cơ chỉ được thay đổi trong một phạm vi rất hẹp Vì vậy chất lượng hoạt động của động cơ ấy được

đánh giá theo đặc tính khi không thay đổi tốc độ động cơ Đặc tính ấy được gọi là đặc tính tải

Các đặc tính trên chỉ là trường hợp đặc biệt của đặc tính tốc độ

2.3 Đặc tính ngoài động cơ Diesel

Bảng 2.2 Đặc tính ngoài động cơ Diesel

- Ở động cơ Diesel quyết định công suất là số nhiên liệu cấp cho xylanh trong một chu trình, do đó không quyết định v mà là gct

- Đường đặc tính tốc độ của động cơ Diesel ít dốc do ảnh hưởng của gct luôn tăng

+ Hệ số thích ứng KM nhỏ : KM = 1,1

+ Khi chuyển từ đường đặc tính ngoài vào đặc tính bộ phận các đường song song nhau (nghĩa là độ dốc không thay đổi và KM cũng không thay đổi)

+ Các đường đặc tính bộ phận không cắt trục hoành trong tốc độ sử dụng của động cơ từ (nMin¸nđm)

2.4 Đặc tính tải động cơ Diesel

Trong động cơ Diesel được thực hiện nhờ thay đồi độ dài của thời gian cấp nhiên liệu, trong nhiều trường hợp còn làm thay đổi cả áp suất và chất lượng phun

Ở chế độ không tải Ne = 0 và m= 0, nên ge = ∞ Tăng tải khi giữ nguyên số vòng quay sẽ làm tăng m, do đó ge giảm dần Tuy nhiên mức giảm của động cơ diesel

là chậm hơn động cơ xăng vì i của động cơ Diesel giảm chậm hơn so với mức tăng của của m

Suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất gemin xuất hiện ở vị trí tải tương ứng với giá trị cực đại của e = i.m Tăng tải trong động cơ Diesel được thực hiện bằng cách tăng

gct qua đó giảm  Do đó khi tăng tải, i được tăng lên chút ít ở khu vực tải nhỏ, vì áp suất và chất lượng phun tăng dần, sau đó i sẽ giảm khi tiến gần chế độ toàn tải Vì vậy suất tiêu hao nhiên liệu sau khi đạt cực tiểu, tại phụ tải tương ứng với giá trị cực đại của e = i.m, sẽ tăng dần lên

Hình 2.10 Đặc tính tải động cơ Diesel

2.5 Giới thiệu và nguyên lý làm việc của thiết bị thí nghiệm

2.5.1 Giới thiệu về động cơ EV2600 và băng thử FROUDE

a) Sơ đồ thí nghiệm

Hình 2.11 Sơ đồ thí nghiệm động cơ EV2600 và băng thử FROUDE

Chú thích:

1 Bệ đỡ động cơ 8 Van cấp nước

2 Băng thử Froude 9 Cảm biến tốc độ băng thử

3 Trục nối băng thử và động cơ 10 Thùng chứa nước

4 Vô-lăng điều chỉnh tải 11 Bơm nước

5 Màn hình hiển thị kết quả 12 Thiết bị đo ô nhiễm

7 Thiết bị đọc ô nhiễm 14 Bình chứa nước làm mát

Hình 2.12 Tổng quan băng thử Froude

2.6 Nguyên lý làm việc của băng thử FROUDE

Hình 2.13 Cấu tạo băng thử thủy lực FROUDE

1.Ống nước ra; 2 Ống nước vào; 3 Van chỉnh lượng nước vào; 4,11 Mặt bích nối trục các đăng; 5 Ổ đỡ trục; 6 Van điều chỉnh áp lực nước; 7 Đồng hồ đo khối lượng; 8

Cánh roto; 9 Cánh stato(Điều chỉnh tải); 10 Đối trọng; 12 Chân đế

Nguyên lý làm việc: Nước được bơm với áp suất cao từ thùng nước đi qua van điều chỉnh lượng nước vào đến tác động vào cánh roto của băng thử tạo ra momem làm quay trục của băng thử từ đó đo momen của động cơ Cánh stato băng thử có thể điều chỉnh được để thay đổi hướng của cánh roto qua đó thay đổi lực tác dụng lên cánh của roto