báo cáo thí nghiệm động cơ

Thực hành thí nghiệm động cơ 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 khi học xong các học phần cơ sở ngành và chuyên ngành như “Nguyên lý động cơ đốt trong”, “Kết cấu động cơ đốt trong”, “Cảm biến và kỹ thuật đo”, “Chẩn đoán kỹ thuật động cơ” và “Thí nghiệm động cơ”, sinh viên ngành động lực được tiếp cận thực tế hơn về ngành nghề với học phần “Thực hành thí nghiệm động cơ”. Học phần “Thực hành thí nghiệm động cơ” giúp sinh viên củng cố lại những kiến thức về lý thuyết đã được học. Qua đó sinh viên biết nghiên cứu, tìm hiểu một v

KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG TRUNG TÂM THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ VÀ ÔTÔ



BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ

Đà Nẵng, 2017

LỜI NÓI ĐẦU

Thực hành thí nghiệm động cơ 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 khi học xong các học phần cơ sở ngành và chuyên ngành như “Nguyên lý động cơ đốt trong”, “Kết cấu động cơ đốt trong”, “Cảm biến và kỹ thuật đo”, “Chẩn đoán kỹ thuật động cơ” và “Thí nghiệm động cơ”, sinh viên ngành động lực được tiếp cận thực tế hơn về ngành nghề với học phần “Thực hành thí nghiệm động cơ” Học phần

“Thực hành thí nghiệm động cơ” giúp sinh viên củng cố lại những kiến thức về lý thuyết

đã được học Qua đó sinh viên biết nghiên cứu, tìm hiểu một vấn đề kỹ thuật bằng thực nghiệm, biết sử dụng các thiết bị thí nghiệm, dụng cụ đo hiện đại, biết xây dựng các

đường đặc tính tải, đặc tính tốc độ, đặc tính điều chỉnh động cơ bằng thực nghiệm

Được sự hướng dẫn tận tình của thầy Huỳnh Bá Vang, chúng em đã hoàn thành bài thí nghiệm của nhóm mình Đây là lần đầu tiếp cận các trang thiết bị hiện đại nên không tránh khỏi sai sót, nhầm lẫn trong quá trình thực hành Vậy mong thầy thông cảm

và sửa chữa sai sót để chúng em có thể hoàn thiện hơn bài báo cáo của mình

Cuối cùng nhóm 19A1 xin chân thành cảm ơn Thầy!

I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HOẠT ĐỘNG CỦA PHÒNG THÍ NGHIỆM ĐỘNG

CƠ

Phòng thí nghiệm gồm hai phần chính:

+ Phòng lắp đặt các thiết bị (Dyno)

+ Phòng điều khiển (Puma)

1.1 Sơ đồ hệ thống phòng thí nghiệm động cơ:

1.2 Giới thiê ̣u thiết bi ̣ của phòng thí nghiê ̣m

3 Trục nối bang thử và động cơ 4 Vô-lăng điều chỉnh tải

9 Cảm biến tốc độ băng thử 10 Thùng chứa nước

13 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 14 Bình chứa nước làm mát

1.3 Nguyên lý làm việc tổng quát của mô hình

Khai báo các thiết bị trong hệ thống, cài đặt các thông số cần đo Khởi động động

cơ, khi động cơ đã hoạt động thì hệ thống sẽ tự động kiểm tra lỗi, nếu có lỗi nó sẽ tự động báo cho người điều khiển biết để khắc phục Sau một lúc, khi động cơ đã hoạt động

ổn định thì ta cài đặt các thông số như: T-553, T-554 Lúc này các thiết bị AVL 553, AVL 554 tự động điều chỉnh nhiệt độ nước làm mát và dầu bôi trơn theo các giá trị mà

ta đã cài đặt Lúc này các hệ thống sẽ tự động hiển thị các thông số sau lên màn hình:

+ Torque (Nm): Mômen động cơ

+ P (KW): Công suất động cơ

+ AIR_CON (Kg/h): Lưu lượng khí nạp

+ T_Oil (0C): Nhiệt độ dầu bôi trơn

+ TWO (0C): Nhiệt độ của nước làm mát ra

+ TWI (0C): Nhiệt độ của nước làm mát vào

+ T_EXH (0C): Nhiệt độ khí xả

+ T_INTAKE (0C): Nhiệt độ khí nạp

+ BH (Kg/h): Tiêu hao nhiên liệu trong 1 giờ

Những thiết bị thử bao gồm: động cơ thử “Động cơ Mazda WC – Turbo 16” Động cơ này được bắt chặt với sàn bằng bốn chân và có thiết bị giảm chấn Băng thử điện là thiết bị khởi động và gây tải cho động cơ, nó được nối với động cơ thông qua khớp nối

Ngoài ra để đo các thông số trên đường nạp của động cơ người ta lắp các cảm biến áp suất khí nạp tương đối, cảm biến áp suất khí nạp tuyệt đối, cảm biến đo lưu lượng khí nạp, cảm biến đo nhiệt độ khí nạp Trên đường thải ngoài hai cảm biến đo nhiệt độ và áp suất thì còn có thiết bị tiêu âm và thiết bị đo độ đen của khói (415_Opacmeter)

Việc điều khiển lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ người ta dùng thiết bị cung cấp và đo tiêu hao nhiên liệu (733_ Fuel balance) nối thông với động cơ bằng hai đường cấp và hồi Để điều khiển cung cấp nhiên liệu cho động cơ người ta dùng động

cơ bước (THA100) để điều khiển vị trí bướm ga và được nối trực tiếp với phòng PUMA

Việc điều khiển nhiệt độ nước làm mát được thực hiện bằng thiết bị (AVL553 Coolant Conditioning System) Trên đường vào động cơ có cảm biến nhiệt độ nước làm mát vào, trên đường ra có cảm biến nhiệt độ nước ra

Việc điều khiển nhiệt độ dầu bôi trơn được thực hiện bằng thiết bị (AVL 554, Oil Conditioning System ) Thiết bị này được nối với động cơ bằng hai ống vào và ra trên

đó có gắn hai cảm biến nhiệt độ dầu vào và ra

Ngoài ra ở động cơ còn có các loại cảm biến khác như: cảm biến độ nâng kim phun, cảm biến áp suất phun nhiên liệu…

Để đo tốc độ động cơ người ta gắn thiết bị đo tốc độ vào vị trí trục khuỷu trên buli đầu trục khuỷu

Để đo lọt khí cacte người ta dùng thiết bị (442 Blow By Meter), thiết bị này nối với động cơ qua hai đường ống, một từ động cơ đến 442 và một từ 442 về đường nạp động cơ

Tất cả các tín hiệu từ cảm biến được đưa vào trạm chuyển đổi, được khuếch đại rồi nối với PUMA.Tại đó các số liệu được đo đạc và xử lí

PUMA là hệ thống tự động hóa thiết bị đo và bệ thử do hãng AVL LIST GmbH (Áo) phát triển Hệ thống này bao gồm các hệ thống máy tính, thiết bị hỗ trợ, phần mềm, các ứng dụng trên nền Windows, các cơ sở dữ liệu…

Trong quá trình vận hành thí nghiệm cần chú ý cẩn thận Khi tiến hành thí nghiệm phải nắm rõ quy trình và phương pháp để tránh xảy ra sai sót vì các thiết bị trong phòng thí nghiệm rất đắt tiền do đó bất kỳ sai sót nào cũng có thể gây thiệt hại lớn về mặt vật chất và người

II CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 2.1 Các loại đường đặc tính

Chế độ làm việc của động cơ được thể hiện bằng tổ hợp các thông số làm việc của nó như công suất Ne hay mô men Me và tốc độ động cơ n

Trong miền làm việc của động cơ, tốc độ n thay đổi từ nmin ứng với giới hạn ổn định của động cơ đến nmax ứng với giới hạn ứng suất cơ, ứng suất nhiệt và diễn biến bình thường của chu trình công tác

Người ta dùng đặc tính để đánh giá chỉ tiêu kỹ thuật của động cơ hoạt động trong các điều kiện khác nhau của động cơ Đặc tính của động cơ là các hàm thể hiện sự thay đổi các chỉ tiêu công tác chính theo chỉ tiêu công tác khác hoặc theo nhân tố nào đó ảnh hưởng đến chu trình công tác

Các loại đặc tính được sử dụng nhiều trong động cơ bao gồm các loại đặc tính sau:

- Đặc tính tốc độ:

+ Đặc tính ngoài + Đặc tính bộ phận

- Đặc tính tải

Các đặc tính của động cơ được xác định bằng thực nghiệm trên băng thử động cơ

2.2 Đặc tính tốc độ của động cơ

Đặc tính tốc độ động cơ là đồ thị biểu diễn mối quan hệ momen 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 qui định gồm có: Đặc tính tốc độ ngoài và đặc tính bộ phận

2.2.1 Đặc tính ngoài động cơ xăng

Đặc tính ngoài của động cơ xăng là các hàm của Ne, Me, gnl…theo số vòng quay

n khi ta mở hoàn toàn bướm ga, tức là 100% ví trí tay ga

Ở vị trí mở 100% bướm ga, sự biến thiên của các hàm Ne = f(n), Me = f(n)… phụ thuộc vào sự thay đổi của ηv, ηm, ηi/α, ρk theo số vòng quay n Biến thiên của động cơ theo ηv khi động cơ chạy đặc tính ngoài phụ thuộc vào sự thay đổi của tốc độ dòng khí qua xupap nạp, pha phân phối khí của các xupap và độ mở bướm ga Càng tăng tốc độ dòng khí qua xupap nạp và xupap thải thì hệ số nạp càng thấp Điều này đúng với động

cơ không tăng áp cũng như động cơ tăng áp Trong vùng tốc độ thấp cũng diễn ra hiện tượng giảm của hệ số nạp theo mức giảm tốc độ n vì lúc đó pha phân phối thực tế không còn phù hợp với tốc độ động cơ lúc đó

Lực cản trên đường nạp của động cơ diezen nhỏ hơn so với động xăng, vì vậy đặc tính ngoài về ηv của động cơ xăng hơi dốc so với ηv của động cơ diezen

Trong các động cơ tăng áp, do có giảm tổn thất tương đối về tổn thất áp suất trên đường nạp nên khi tăng n thì đường hệ số nạp theo n của động cơ tăng áp phẳng hơn so với động có không tăng áp Mối quan hệ giũa hệ số nạp tương đối và tốc độ tương đối thay đổi trong phạm vi 50%nm (nm là tốc độ động cơ tại thời điểm có ηv max)

Số lượng môi chất nạp vào xylanh chẳng những phụ thuộc vào ηv mà còn phụ thuộc vào khối lượng riêng của không khí ρk Động cơ không tăng áp có ρk = ρ0 Trong động cơ tăng áp ρk phụ thuộc vào mức độ tăng áp hiệu suất đoạn nhiệt của máy nén và mức độ làm mát trung gian cho khí nén trước khi vào động cơ Mức độ tăng khối lượng riêng tương đối của không khí đi vào động cơ theo mức độ nén khác nhau, với các giá trị của hiệu suât đoạn nhiệt ηkdmcủa máy và không làm mát trung gian cho khí nén

Tăng πk do Tk tăng theo nên làm cho khối lượng riêng tương đối tăng chậm, vì vậy đã làm giảm ảnh hưởng tăng áp tới mức độ tăng khối lượng môi chất nạp vào động

cơ, thể hiện qua tích số ηv.ηk Vì vậy làm mát trung gian cho không khí tăng áp chẳng

những làm giảm hiệu suất nhiệt của động cơ mà còn làm tăng lượng môi chất nạp vào động cơ Nếu làm mát trung gian bảm đảm cho Tk=T0 thì lượng không khí nạp vào động

cơ tỷ lệ với mức độ tăng áp trong máy nén

Khi động cơ tăng áp hoạt động theo đặc tính ngoài nếu giảm số vòng quay n sẻ làm giảm πk và do đó làm giảm ρk Trong trường hợp tăng áp bằng máy nén ly tâm dẫn động cơ khí và dẫn động bằng tua bin khí thải thì πk và ηk sẽ giảm nhanh làm cho lượng không khí nạp vào xy lanh ηv.ρk giảm theo mức giảm của n

Giá trị ηi của động cơ xăng với ε = const, trên đặc tính ngoài sẽ phụ thuộc biến thiên của alpha theo n Tỷ số nén εkcủa động cơ xăng tăng áp, trong điều kện giữ không đổi chỉ số octan của nhiên liệu phải nhỏ hơn ε0 của động cơ chưa tăng áp để tránh kích

nổ Nếu vẫn giữ nguyên như tỷ số nén của động cơ chưa tăng áp thì cần dùng nhiên liệu

có chỉ số octan cao hơn Thông thường tăng số octan lên 6 – 8 lần thì tỷ số nén có thể tăng lên 1 đơn vị

Khi động cơ xăng hoạt động theo đặc tính ngoài thì hệ số dư lượng không khí alpha sẽ giảm khi giảm n Đặc tính trên của alpha vẫn tiếp tục duy trì khi chuyển sang các đặc tính bộ phận Tuy nhiên khi điều chỉnh bộ chế hòa khí ở vị trí gần mở hết bướm

ga người ta sẽ điều chỉnh để hệ số alpha nhỏ hơn đặc tính ngoài để tiết kiệm nhiên liệu xăng

2.2.2 Đặc tính ngoài động cơ Diesel

Đặc tính ngoài của động cơ diezen bao gồm các loại sau:

Đặc tính ngoài tuyệt đối – là các đặc tính mà thông số bên phải của các biểu thức xác định Me, Ne (công thức 11-8 và 11-10 trang 410 Nguyên lý động cơ – Nguyễn Tất Tiến) đều đạt giá trị cực đại tại mỗi số vòng quay n Đó chỉ là đặc tính được xác đinh khi khảo nghiệm động cơ trên băng thử Trong thực tế sử dụng động cơ không cho phép động cơ hoạt động tới mức này, nhằm bảo vệ không để máy bị hư hỏng Mặt khác cũng không đảm bảo mọi điều kiện tối ưu về góc phun sớm, về nhiệt độ môi chất làm mát động cơ ở đầu vào cũng như đầu ra trong mọi vòng quay của động cơ qua đó đảm bảo giá trị cực đại của ηv ηm, ηi/α, ρk…

Đặc tính giới hạn bơm cao áp là đặc tính ngoài mà ta điều khiển bơm cao áp được kéo tới vị trí giới hạn lớn nhất Khi thiết kế bơm cao áp người ta để một phần dự trử về thể tích nhiên liệu để đảm bảo cho nó có thể cung cấp cho xylanh lượng nhiên liệu lớn

hơn so với nhu cầu của chu trình Vì vậy khi sử dụng phải đặt trên bơm một chốt tỳ nhằm hạn chế lượng nhiên liệu cực đại cấp cho chu trình

Đặc tính ngoài theo công suất thiết kế là đặc tính tốc độ trong đó cơ cấu điều khiển được giử ở vị trí đạt công suất thiết kế Ne tại số vòng quay thiết kế nn Đặc tính ngoài theo công suất thiết kế là đặc tính mang tính chất pháp lý được nhà chế tạo đảm bảo khi xuất xưởng

Đặc tính ngoài sử dụng (gọi tắt là đặc tính ngoài) là đặc tính tốc độ trong đó cơ cấu điều khiển được giữ ở vị trí tương ứng với công suất Ned tại số vòng quay sử dụng

nd.Người ta sử dụng Nd để lựa chọn động cơ phối hợp với máy công tác

Đặc tính khói đen là đặc tính tốc độ trong đó với mỗi số vòng quay n, cơ cấu điều khiển bơm cao áp đều nằm ở vị trí bắt đầu nhả khói đen trong khí xả

Hiệu suất chỉ thị ηi của động cơ diezen khi chạy theo đặc tính ngoài phụ thuộc vào hệ số dư lượng không khí alpha, tỷ số tăng áp suất khi cháy λ khối lượng riêng của không khí nạp vào động cơ ρk và tốc độ n của động cơ Ảnh hưởng của bản thân tốc độ

n và khối lượng riêng của không khí ρk đến ηi thường không nhiều mà chủ yếu ảnh hưởng đến alpha và λ Ở trên đã thấy tăng alpha sẽ làm tăng ηi.

Động cơ diezen không tăng áp, hệ số nạp ηv khi tăng và giảm tốc độ n Lượng nhiên liệu cấp cho chu trình của bơm BOSCH tăng khi tăng tốc độ n và bị giảm khi n giảm sẽ kéo theo giảm pi gây ảnh hưởng tới đặc tính tốc độ

Động cơ diezen tăng áp, sự thay đổi của khối lượng không khí nạp vào động cơ phụ thuộc vào khối lượng riêng không khí ρk Khi giảm tốc độ n, giá trị của ρk sẻ giảm càng nhanh nếu ρk ở chế độ định mức càng lớn Vì vậy động cơ diezen tăng áp sẽ tăng alpha khi tăng n Còn tỷ số tăng áp suất khi cháy λ sẽ tăng khi giảm n vì khi đó thời gian cháy trễ tăng Thực nghiệm chỉ ra rằng áp suất ρk càng giảm mạnh khi giảm n sẽ làm

ηm, ηi/α tăng càng nhiều

Hiệu suất cơ khí ηm khi động cơ chạy ở đặc tính ngoài sẽ giảm khi tăng n vì lúc

đó Cm tăng còn ηi/α và λv lại giảm Đối với động cơ tăng áp, khi tăng n thì ηm sẽ giảm chậm hơn so với động cơ không tăng áp vì lúc ấy ρk sẽ tăng,ηm giảm càng chậm khi n tăng nếu động cơ tăng áp càng cao

Hình 2.1 – Đặc tính tốc độ a) Động cơ Xăng; b) Động cơ Diesel

1 Đặc tính ngoài; 2 Đặc tính nhả khói đen; 3 Đặc tính ngoài

Hình 2.2 – Đặc tính tốc độ a) Động cơ Xăng; b) Động cơ Diesel

1 Đặc tính ngoài; 2÷5 Đặc tính bộ phận; 7 Giới hạn khói đen

III THỰC NGHIỆM ĐO CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG HỌC CỦA ĐỘNG CƠ 3.1 Giới thiệu thiết bị thí nghiệm đo vận tốc động cơ và vị trí trục khuỷu (AVL 364C_364X_Angle_Encoder)

Nhiệm vụ: Dùng để đo vận tốc của động cơ và vị trí trục khuỷu dựa trên nguyên

lý biến đổi góc quay( Mã hóa góc) của trục khuỷu thành tín hiệu số sau đó đưa về PUMA

xử lý

Thiết bị đo tốc độ động cơ và vị trí trục khuỷu gồm:

 Cảm biến xác định vị trí trục khuỷu và số vòng quay

 Bộ AVL 364C&364X Angle encoder

Thiết bị đo tốc độ đã nói ở trên kết hợp thiết bị ghi nhận tín hiệu chuyên dụng AVL Indiset 620

AVL Indiset 620: Là thiết bị được thiết kế chuyên dụng để ghi nhận dữ liệu khi

đo một số thông số có tần số biến đổi nhanh theo góc quay trục khuỷu như: áp suất trong xylanh, áp suất trên đường ống cao áp của hệ thống nhiên liệu, độ nhấc của kim phun

Hình 3.1- Sơ đồ bố trí Indiset 620, cảm biến QL61D và Encoder 364X

Bộ AVL 364C Angle Encoder:

Nhiệm vụ : Angle Encoder 364C( bộ mã hóa góc 364C) là một thiết bị dùng để

chuyển đối tín hiệu góc quay của trục khuỷu (Dạng tín hiệu tương tự) thành tín hiệu số, tín hiệu số này được PUMA xử lý và thông qua đó xác định chính xác số vòng quay của trục khuỷu

Hình 3.2- Sơ đồ lắp đặt bộ mã hóa góc AVL 364C lên động cơ

1.Cáp quang truyền tín hiệu; 2.Đồ gá; 3.Bu lông M10 4.Bulông M6 (7Nm); 5.Đai ốc siết; 6 Mặt bích; 7 Trục khuỷu

AVL 364C Angle Encoder là sự kết hợp giữa Cơ khí, Quang học và Điện tử

Hình 3.3- Sơ đồ khối đo vận tốc động cơ của bộ mã hóa góc AVL 364C

Các bộ phận chính của khối đo này là :

1 Bộ chuyển đổi xung

2 Đĩa trung tâm được khoan lỗ đều đặn nhau

3 Cơ cấu mang đĩa, mặt bích để bắt bulong giữ đĩa khoan lỗ

4 Cánh tay trợ giúp giữ bộ phận quang học(cảm biến quang học)

5 Thiết bị gá kẹp( giữ giá treo thiết bị)

6 Giá để treo thiết bị phát ánh sáng

7 Cáp kết nối với bộ phận AVL dài 10(m)

8 Vị trí kim quang học của cảm biến quang học

9 Cáp kết nối với 3064v04 gồm 6 lớp, dài 30(m)

10 Ống đèn điện tử( Dùng để phóng ánh sáng nhẹ)

Hình 3.4- Kết cấu của bộ mã hóa góc AVL Encoder 364C