BÁO CÁO TH THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ

Báo cáo làm đầy đủ, chính xác theo yêu cầu giảng viên Th.S Huỳnh Bá Vang đề ra từ nội dung cho đến cách trình bày, xử lý số liệu và vẽ đồ thị Momen, Công suất,... theo tốc độ động cơ. Báo cáo nhận được điểm 10 tuyệt đối.

LỜI NÓI ĐẦU

Học phần “Thực hành thí nghiệm động cơ” không chỉ giúp sinh viên củng cốlại những kiến thức về lý thuyết đã được học ở các học phần Nguyên lý động cơ,Thí nghiệm động cơ, Chẩn đoán kỹ thuật động cơ, mà còn giúp sinh viên đượctiếp cận trực tiếp đến các thiết bị thí nghiệm công nghệ cao Qua đó giúp sinh viêntrang bị thêm những kiến thức về vận hành và sử dụng các máy móc, thiết bị thínghiệm cũng như tiến hành đo đạc, nghiên cứu trên các thiết bị này Ngoài ra sinhviên chúng em còn được trang bị thêm những kiến thức chuyên môn và ngành mìnhđang theo học cũng như kỹ năng xử lý số liệu và xây dựng các đường đặc tính làmviệc của động cơ từ các kết quả thí nghiệm thực tế

Được sự hướng dẫn tận tình đi kèm với sự hài hước và biết tạo cảm hứng củathầy HUỲNH BÁ VANG đã giúp chúng em có những giờ học tập vui vẻ và hoànthành bài thí nghiệm của nhóm mình đạt hiệu quả cao nhất Đây là lần đầu tiếp cậncác trang thiết bị hiện đại nên có lẽ không tránh khỏi sai sót và nhầm lẫn trong quátrình thực hành Mong nhận được sự góp ý từ thầy để sinh viên chúng em có thểkhắc phục và hoàn thành tốt hơn nữa

Cuối cùng nhóm 17B1 xin chân thành cảm ơn thầy! Chúc thầy luôn luôn thànhcông trong công việc cũng như cuộc sống

Đà Nẵng, ngày 22 tháng 05 năm 2018

I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HOẠT ĐỘNG CỦA PHÒNG THÍ NGHIỆM

ĐỘNG CƠ

Phòng thí nghiệm thuộc quản lý của Khoa Cơ Khí Giao Thông – Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Là một trong những Phòng Thí nghiệm hiện đại nhất khu vực miền trung, Tây Nguyên

Phòng thí nghiệm gồm hai phần chính:

+ Phòng lắp đặt các thiết bị (Dyno)

+ Phòng điều khiển (Puma)

1.1 Sơ đồ mô hình thí nghiệm.

21

23 22 20 19 18 24

10

34

15 31

16 32

* Chú thích:

1 - Thiết bị đo độ khói của động cơ (Opacimeter)

2 - Động cơ mẫu (Động cơ Daewoo A16 DMS)

3 - Băng thử (APA 2004/8)

4 - Thiết bị điều chỉnh nhiệt độ nước làm mát (AVL 553)

5 - Thiết bị xác định suất tiêu hao nhiên liệu (AVL 733)

6 - Thiết bị điều chỉnh nhiệt độ, áp suất dầu bôi trơn cho động cơ (AVL 554)

7 - Thiết bị làm mát các cảm biến

8 - Thiết bị thu nhận các tín hiệu từ cảm biến (hay bộ xử lý)

9 - Đường ống nạp của động cơ

10 - Đường ống thải của động cơ

11 - Khớp nối các trục động cơ và băng tải

12 - Cảm biến đo áp suất tương đối của khí nạp

13 - Cảm biến đo áp suất tuyệt đối của khí nạp

14 - Cảm biến đo nhiệt độ của khí nạp

15 - Cảm biến đo độ ẩm của môi trường không khí trong phòng thí nghiệm

16 - Thiết bị đo độ lọt khí Cacte (nối thông nắp dàn cò với đường nạp)

17 - Cảm biến đo áp suất phun (gắn ở máy số 4 và đường dầu cao áp)

18 - Cảm biến đo áp suất của quá trình cháy (được gắn ở máy 1)

19 - Cảm biến đo nhiệt độ nước vào

20 - Cảm biến đo nhiệt độ nước ra

21 - Cảm biến đo tốc độ động cơ

22 - Cảm biến đo nhiệt độ dầu vào ở động cơ

23 - Cảm biến đo nhiệt độ nhiên liệu

24 - Cảm biến đo áp suất tuyệt đối của dầu bôi trơn

25 - Cảm biến đo áp suất tuyệt đối của nhiên liệu

26 - Cảm biến đo độ rung của động cơ

27 - Cảm biến đo độ nâng kim phun của động cơ

28 - Cảm biến đo áp suất của khí xả

30 - Cảm biến đo nhiệt độ của dầu ra (nằm ở thiết bị 6).

31 - Thiết bị đo lưu lượng khí nạp (Air flow metter)

32 - Thiết bị điều chỉnh vị trí thanh răng (Động cơ bước)

33 - Màn hình vi tính

34 - Bàn điều khiển

35 - Thiết bị đo tốc độ của động cơ và vị trí trục khuỷu

36 - Bình tiêu âm

37 - Thiết bị Visioscop quan sát buồng cháy

1.2 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 độngđộng 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 cácthiết bị AVL 553, AVL 554 tự động điều chỉnh nhiệt độ nước làm mát và dầu bôitrơn theo các giá trị mà ta đã cài đặt Lúc này các hệ thống sẽ tự động hiển thị cácthông 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

Những thiết bị thử bao gồm: động cơ thử “Động cơ Daewoo A16 DMS” 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 quakhớp nối

Ngoài ra để đo các thông số trên đường nạp của động cơ người ta lắp các cảmbiến áp suất khí nạp tương đối, cảm biến áp suất khí nạp tuyệt đối, cảm biến đo lưulượng khí nạp, cảm biến đo nhiệt độ khí nạp Trên đường thải ngoài hai cảm biến đonhiệt 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 bịcung cấp và đo tiêu hao nhiên liệu (733_ Fuel balance) nối thông với động cơ bằnghai đường cấp và hồi Để điều khiển cung cấp nhiên liệu cho động cơ người ta dùngđộng cơ bước (THA100) để điều khiển vị trí bướm ga và được nối trực tiếp vớiphòng PUMA

Việc điều khiển nhiệt độ nước làm mát được thực hiện bằng thiết bị (AVL553Coolant Conditioning System) Trên đường vào động cơ có cảm biến nhiệt độ nướclàm 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 kimphun, 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 trênbuli đầu trục khuỷu

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

Tất cả các tín hiệu từ cảm biến được đưa vào trạm chuyển đổi, được khuếch đạirồi 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, phầnmềm, 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 thínghiệm phải nắm rõ quy trình và phương pháp để tránh xảy ra sai sót vì các thiết bịtrong phòng thí nghiệm rất đắt tiền do đó bất kỳ sai sót nào cũng có thể gây thiệt hạilớn về mặt vật chất và người

II CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

+ Đặc tính điều chỉnh theo lượng phun nhiên liệu (của động cơ diesel)

Muốn dựng các đường đặc tính cho chính xác phải tiến hành thí nghiệm Tuy nhiên bằng tính toán nhiệt ta vẫn xây dựng được một số đường đặc tính

2.2 Đặc tính tốc độ ngoài

2.2.1 Ý nghĩa, mục đích và cách xây dựng

Đường đặc tính ngoài của động cơ (có khi còn gọi là đặc tính tốc độ ngoài) là các đường cong công suất (Ne), mô men (Me), suất tiêu hao nhiên liệu (ge) diễn biến

theo tốc độ quay n (vg/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 có 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

Dạng của các đường cong chủ yếu (Ne, Me, ge) của đường đặc tính ngoài nêu ở

ở hình 2-1 Muốn xây dựng nó ta phải tính toán nhiệt ở ít nhất 3 chế độ (3 tốc độ

khác nhau để xác định các thông số của động cơ

Hình 2-1:Đường đặc tính ngoài của động cơ.

+ nmin – Tốc độ tối thiếu mà động cơ làm việc ổn định khi phụ tải đạt 100%, (nmin=(0,15 ÷ 0,2)ne – đối với động cơ xăng và nmin=(0,5 ÷ 0,6)nhe – đối với động cơ diesel)

+ nM – Tốc độ khi đạt momen lớn nhất Memax

+ ne – Tốc độ khi đạt Nemax hoặc Nhc hoặc tốc độ khi đạt Nehc ở động cơ có bộ hạn chế tốc độ

Sau đó sử dụng công thức thực nghiệm của Lay- đéc- man để tính Ne, Me,ge

2.2.2 Xây dựng đường đặc tính Lay- đéc- man

a Đối với động cơ xăng (sử dụng bộ chế hòa khí – Cácbuaratơ)

nH – Số vòng quay ứng với công suất lớn nhất Nemax, (vg/ph)

MeH, geH – Là momen quay có ích (Nm) và suất nhiên liệu có ích

(g/kW.h) ứng với số vòng quay nH

Kết quả tính toán được thống kê thành bảng Dựa vào đó để dựng đường đặc tính ngoài

Hình 2-2: Đặc tính ngoài của động cơ xăng.

a) Biến thiên của pe và Me theo n. b) Đặc tính tốc độ

1- Đặc tính ngoài

2 ÷ 4- Các đặc tính bộ phận

b Đối với động cơ diesel

Động cơ diesel có buồng cháy thống nhất:

ndm – Tốc độ quay tương ứng với công suất định mức, vg/ph

Medm, gedm – Là momen quay và suất tiêu hao nhiên liệu có ích ứng vớitốc độ quay định mức

2 0,65 1,35.

e

N M

n



[Nm] (2-14)

1000. nl e

e

G g

N



[g/kW.h] (2-15)Kết quả tính toán được thống kê thành bảng, dựa vào đó để xây dựng đường đặctính ngoài

Hình 2-3: Đặc tính ngoài của động cơ diesel

a) Biến thiên của pe và Me theo n b) Đặc tính tốc độ

1- Đặc tính ngoài tuyệt đối2- Đặc tính nhả khói đen (giới hạn khói đen)3- Đặc tính ngoài

4, 5- Các đặc tính bộ phận

2.2.3 Khảo sát đường đặc tính ngoài

Khi thiết kế động cơ mới ta phải dùng đường đặc tính ngoài để so sánh với đường đặc tính động cơ mẫu (Memax, gemin) và xem xét giá trị hệ số thích ứng K:

max

e eN

M K M



(2-16)Khi cải tiến động cơ cũng phải so sánh với lúc chưa cải tiến để đánh giá chất lượng của động cơ

a Vùng làm việc ổn định của động cơ

Là vùng nằm giữa nm và ne, trong khoảng đó khi Ne giảm thì Me tăng lên

phương tiện vẫn đảm bảo tăng sức kéo và làm việc tốt, chỉ giảm phần nào tốc độ Hay nếu Ne tăng, giảm bớt sức kéo nhưng tốc độ tăng Ngoài vùng trên ra, Ne và Međều giảm nên chỉ gặp chướng ngại nhỏ cũng có thể chết máy Ở vùng làm việc ổn định nếu gặp chướng ngại sẽ giảm tốc độ, công suất giảm nhưng Me lại tăng giúp động cơ vượt chướng ngại (không cần phải về số thấp)

b Hệ số thích ứng K

Hệ số thích ứng K được tính theo (2-16) K dùng để đánh giá khả năng vượt chướng ngại và khả năng tăng tốc của động cơ K càng lớn thì khả năng này càng tốt

Ở động cơ xăng (cácbuaratơ) có đường cong Me dốc hơn ở động cơ diesel nên

c Khảo sát đường cong công suất N e

Khi tăng tốc độ từ nmin đến nM, Ne tăng nhanh vì cả pe và n cùng tăng Từ nM đến

ne mức tăng Ne giảm dần vì n tăng nhanh còn pe đã giảm

Nếu tăng tốc độ quá ne, Ne sẽ giảm vì khi thiết kế ta chỉ tính tiết diện lưu thông của xupap nạp để đạt Nemax tại ne Tại ne đủ đảm bảo “thời gian - tiết diện” để nạp đủ

lượng hỗn hợp (hoặc không khí) đạt Nemax Tăng số vòng quay n lên nữa thời gian – tiết diện giảm nhiều, giảm hệ số nạp và giảm công suất.

Từ hình 2-1, nếu vẽ trục tung Ne và trục hoành n đều xuất phát từ O, từ gốc tọa

độ O này kẻ các tia cho cắt hoặc tiếp tuyến với đường Ne các tia sẽ tạo với trục hoành một góc nào đó, góc Ψ lớn nhất ứng với tia tiếp tuyến với Ne lớn nhất

716, 2. e 716, 2.tan

e

N M

(2-17)Vậy Memax = 716,2.tanΨmax Do đó từ C kẻ 1 đường song song với trục tung cho cắt đường Me và trục hoành ta sẽ có Memax và nM

d Khảo sát đường cong M e

Từ tốc độ nM giảm xuống nmin, Me giảm và Ne giảm vì hệ số nạp giảm Do sự hoà trộn nhiên liệu với không khí kém dần do giảm xoáy lốc (vận động dòng khí nạp giảm theo n) nên cháy kém và chậm, tổn thất nhiệt ra nước làm mát tăng

Từ nM đến ne, Ne vẫn tăng nhưng Me giảm vì hệ số nạp cũng giảm, mất mát do công bơm và công cơ học tăng do số chu kỳ tăng (số chu kỳ bằng n/τ) còn N) còn Ne vẫn

tăng (

.

716, 2

e e

M n

N 

) vì độ giảm của Me kém động tăng của tốc độ n (n tăng hàng trăm lần mà Me chỉ tăng theo hàng đơn vị) Nhưng nếu tăng quá ne do thời gian - tiếtdiện quá bé, hệ số nạp giảm rất nhiều cả Me, pe, Ne đều giảm cho đến khi n = nph (nph

tốc độ phá hủy động cơ, nph = (1,5 ÷ 2)ne) lúc đó Me = 0, Ne = 0 (Ni công suất chỉ thịdùng hết vào việc thắng ma sát

Ni = Neh và lúc đó ge tiến tới vô cùng

0

nl nl e

e

g N

(2-18)

e Khảo sát đường cong g e

Đường cong thấp nhất đạt gemin tại ng, nếu tốc độ nhỏ hơn ng thì ge tăng (giảm tiết kiệm nhiên liệu) vì lúc này mức độ xoáy lốc kém nên cháy kém Tổn thất nhiệt

ra nước làm mát tăng, động cơ bị nóng Nếu tốc độ lớn hơn ng càng làm tăng công bơm và công cơ học (số chu kỳ tăng)

Khi đã có đường cong ge ta kẻ một đường song song với trục hoành tiếp tuyến với đường ge ta sẽ xác định được điểm gemin.

f Đối với động cơ diesel

Đường Me không cong bằng đường Me của động cơ xăng vì khi tốc độ giảm (tính từ nhe) hệ số nạp tăng, mức độ tiêu thụ nhiên liệu trong một chu trình giảm làm

hệ số dư không khí tăng (hỗn hợp nhạt dần) nên Me tăng ít (hình 2-4)

Ở động cơ diesel khi tăng tốc độ, hệ thống nhiên liệu làm tăng nhiên liệu cấp, một phần khi giảm tải, hệ số nạp tăng Do đó, khi giảm phụ tải ngoài, do tăng hệ số nạp, còn lượng nhiên liệu không đổi nên sẽ làm cho tốc độ động cơ tăng vọt đến nph rất nguy hiểm cho động cơ

Cho nên với động cơ diesel phải có bộ hạn chế tốc độ tại nhc Khi đó tốc độ tăngđến một tốc độ cho phép sẽ tự động giảm nhiên liệu phun vào động cơ Ne, Me = 0 tại nkt = (1,05 ÷ 1,15)ne, ở động cơ xăng (cácbuaratơ) nktmax = (0,85 ÷ 1,15)ne

Đối với động cơ tăng áp, các đường Me, Ne đều cao hơn các đường của động cơ không tăng áp, còn ge thấp hơn, đặc biệt là ở tốc độ cao

Đối với động cơ diesel ta có thể xây dựng được nhiều đường đặc tính ngoài tuỳ theo mức độ phun nhiên liệu

Hệ số nạp không thay đổi, nhưng nếu cấp nhiên liệu lớn nhất α) < 1 thì động cơ thải nhiều khói đen và ở mọi chế độ tốc độ ta có Ne lớn nhất Đường Ne, ge sẽ cao hơn đường ở hình 2-4 (tức là giảm mức tiết kiệm) Đường đặc tính này gọi là đườngđặc tính công suất cực đại Nếu giảm mức nhiên liệu đến giới hạn khói đen α) = 1 (tăng thêm một ít nhiên liệu sẽ xuất hiện khói đen) đường Ne, ge nằm dưới đường

Ne, ge khi α) < 1 nhưng vẫn nằm trên đường Ne, ge ở hình 2-4

Đường này gọi là đường đặc tính giới hạn khói đen Thực tế động cơ không được làm việc ở hai đường đường đặc tính trên, mà làm việc ở đường đặc tính ngoài

sử dụng với α) =1,3 ÷ 1,5 Nó sẽ có mức tiết kiệm nhất

Hình 2-4:Đường đặc tính ngoài của động cơ diesel

2.2.4 Đường đặc tính tốc độ cục bộ hay đường đặc tính bộ phần

Thông thường động cơ cácbuaratơ ở ôtô thường làm việc theo đường đặc tính cục bộ

Đường đặc tính ngoài dựng với điều kiện mở 100% bướm ga, còn đường đặc tính cục bộ dựng với từng phần (độ mở bướm ga dưới 100% ví dụ 25%, 30%,….).Tại mỗi độ mở bướm ga ta phải tiến hành thí nghiệm mới dựng được đường đặctính cục bộ

Ở đây chỉ dựng các đường cong chủ yếu : Ne, Me, và ge (hình 2-5)

Đối với động cơ diesel, người ta thay dần vị trí thanh răng điều chỉnh nhiên liệu

để giảm dần Gnl, giảm dần phụ tải

Hình 2-5:Đường đặc tính cục bộ.

Nhận xét:

1 Các điểm đạt công suất cực đại Nemax của các đường cong 1, 2, 3 chuyển dần

về tốc độ thấp (bên trái) vì các lý do sau:

+ Hệ số nạp giảm nhanh (bướm ga đóng dần)

+ Mất mát tương đối công cơ học tăng (Nch =const mà Ne giảm dần)

+ Mất mát tuyệt đối về công bơm tăng ở động cơ cácbuaratơ

+ Mất mát tương đối về nhiệt tăng

2 Càng giảm phụ tải, xuất hiện tiêu hao nhiên liệu càng tăng (gemin tăng về phía trái vì khi tốc độ không đổi, phụ tải càng giảm công suất chỉ thị Ni giảm mà công suất cơ học Nm = const nên công suất thực tế Ne giảm, ở 100% phụ tải ge = 180 ÷

250 g/kW.h và không tải ge = ∞

3 Động cơ làm việc ở chế độ toàn tải thì tiết kiệm cao nhất nhưng phụ tải cơ học

và phụ tải nhiệt sẽ rất lớn, động cơ giảm độ bền Chỉ khi rất cần thiết mới mở 100% bướm ga, còn thông thường phải làm việc theo các đường đặc tính cục bộ (mở bướm ga < 100%)

III THỰC NGHIỆM ĐO CÁC THÔNG SỐ KINH TẾ KĨ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ

3.1 Giới thiệu trang thiết bị thí nghiệm

+ Kiểm tra độ bền và giám sát hoạt động:

+ Diễn biến động cơ: Điều chỉnh piston, bôi trơn

+ Nghiên cứu động cơ: Kiểm tra dầu động cơ (nhiệt độ piston, )

3.1.2 Sơ đồ cấu tạo

Cấu hình thiết bị:

1) Mô hình chuẩn với độ chính xác 1,5%: mỗi đơn vị điện tử có thể được sử dụngvới bất kỳ lỗ nào

2) Mô hình tuyến tính hóa với độ chính xác 1%: mỗi đơn vị điện tử được phân bổcho một lỗ cụ thể lỗi được sửa chữa phù hợp với tiêu chuẩn đo lường được bao gồmtrong phần mềm

3) Ống PU với thép xoắn ốc nhúng và miếng PVC kết dính với vòng đệm O-ring4) Bộ chuyển đổi để chuyển tiếp sang các đường kính khác nhau, ví dụ: ống giữa

lỗ đo ống 600 <=> van điều tiết 1200

5) Lên đến 300 l/min: Một hoặc hai bộ giảm chấn được lắp thẳng đứng trên cùngvới điện tử đơn vị; toàn bộ thiết bị có thể được gắn trên giá đỡ, trên tường hoặc treotrên động cơ

6) Lên đến 1200 l/min: Một hoặc hai bộ giảm chấn được lắp trên đế I hoặc II và

bộ phận điện tử có lắp trên van điều tiết (s) (nếu hai bộ giảm chấn được trang bị, cómột tấm kết nối thêm ở trên)

7) Lên đến 2400 l/min: Mô hình van điều tiết hình tàu, với màng ngăn cao su ởmột đầu; đơn vị điện tử là trang bị cho van điều tiết bằng phương tiện của tấm lắp