ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Ngành công nghiệp ô tô đang phát triển mạnh mẽ, với sự chú trọng đến tính kinh tế nhiên liệu, tác động môi trường, cũng như độ bền và độ tin cậy của động cơ đốt trong Để đánh giá động cơ, các thông số như công suất, mô men xoắn, suất tiêu hao nhiên liệu và lượng khí xả cần được xem xét, giúp xác định sức mạnh, mức tiêu thụ nhiên liệu và khả năng đạt tiêu chuẩn khí thải Mặc dù phần mềm mô phỏng thường được sử dụng để tính toán, nhưng phương pháp thử nghiệm động cơ mang lại kết quả chính xác hơn Tuy nhiên, ở Việt Nam, phòng thử nghiệm động cơ chỉ có ở một số học viện và nhà máy sửa chữa ô tô, cùng với tài liệu nghiên cứu còn hạn chế và phụ thuộc vào nguồn tài liệu nước ngoài Điều này gây khó khăn cho sinh viên trong việc tìm kiếm tài liệu tiếng Anh phục vụ cho học tập Để giải quyết vấn đề này, sinh viên đã chọn thực hiện đề tài “CHUYÊN ĐỀ THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ Ô TÔ”.
Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu của đề tài là cung cấp cái nhìn tổng quan về một phòng thử nghiệm, bao gồm các hệ thống phụ trợ, quy trình vận hành thiết bị và băng thử, cũng như hướng dẫn thực hiện một thử nghiệm hiệu quả.
Giúp sinh viên nắm vững và hệ thống hóa kiến thức lý thuyết đã được học trong các môn học chuyên môn.
Đối tượng và giới hạn đề tài
Tìm hiểu các hệ thống hỗ trợ và thiết bị trong phòng thử nghiệm động cơ
Nguyên lí hoạt động, cấu tạo, cách vận hành các thiết bị đo công suất, lượng khí thải, suất tiêu hao nhiên liệu, lượng khí nạp
Đề tài nghiên cứu được thực hiện trong 5 tháng, tập trung vào việc tìm hiểu các thành phần của phòng thử nghiệm và cấu tạo, nguyên lý, chức năng của thiết bị đo công suất, khí thải, tiêu hao nhiên liệu và khí nạp Nghiên cứu cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của việc thử nghiệm động cơ trong ngành công nghiệp ô tô và thực tiễn.
Phương pháp nghiên cứu
Tìm hiểu thu thập thông tin trong và ngoài nước
Phân loại dữ liệu cần thiết phục vụ cho đề tài
Tổng hợp dữ liệu, nội dung liên quan đến từng phần trong đề tài.
Nội dung nghiên cứu
Đồ án được chia làm 6 chương với nội dung như sau:
Chương 2: Tổng quan về thử nghiệm động cơ
Giới thiệu về phòng thử nghiệm động cơ
Giới thiệu một số hệ thống phụ trợ, thiết bị đo kiểm
Chương 3: Đo công suất động cơ
Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lí hoạt động, đặc tính băng thử đo công suất
Cách vận hành thiết bị đo kiểm
Chương 4: Đo lượng khí thải
Tìm hiểu những tiêu chuẩn, quy trình đo khí thải trên thế giới
Tìm hiểu một số thiết bị đo khí thải
Chương 5: Đo tiêu hao nhiên liệu và khí nạp
Tìm hiểu các phương pháp đo tiêu hao nhiên liệu và khí nạp
Chương 6: Kết luận và kiến nghị
TỔNG QUAN VỀ THỬ NGHIỆM ĐỘNG CƠ
Giới thiệu về phòng thử nghiệm động cơ
Phòng thử nghiệm động cơ là một tổ hợp máy móc và thiết bị đo kiểm cần thiết cho việc thử nghiệm hiệu quả Để đảm bảo hoạt động chính xác, các bộ phận trong phòng thử nghiệm phải liên kết chặt chẽ, đáp ứng yêu cầu người sử dụng và tuân thủ quy định kỹ thuật Một phòng thử nghiệm hiện đại cần phụ thuộc vào các công cụ và thiết bị tiên tiến, mặc dù chúng có thể phức tạp, nhưng lại cung cấp thông tin thiết yếu cho người kiểm tra.
Hình 2.1: Tổng quan phòng thử nghiệm
Mục đích của việc thử nghiệm động cơ
Quá trình thử nghiệm động cơ là một nhiệm vụ phức tạp, bao gồm nhiều giai đoạn khác nhau để đảm bảo đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của nhà sản xuất Thử nghiệm không chỉ giúp phát hiện những điểm cần điều chỉnh mà còn khắc phục những thiếu sót trong quá trình thiết kế.
Quy trình thiết kế một động cơ
Thực hiện việc thử nghiệm để chứng minh độ cải tiến của động cơ so với ban đầu
Thử nghiệm để kiểm tra quá trình sửa chữa có hoàn thiện hay không và định ra khoảng thời gian hoạt động của động cơ
Nhằm phát triển các sản phẩm khác trên động cơ như dầu bôi trơn, nhiên liệu, xem xét hiệu quả của sản phẩm
Nhờ việc thử nghiệm động cơ ta có thể:
Mô tả sơ lược sản phẩm
Thiết kế ý tưởng sản phẩm Thiết kế chi tiết Sản phẩm mẫu Phát triển động cơ
Mô phỏng và phân tích động cơ
Phân tích thiết kế cơ bản
Phân tích các thông số giới hạn
-Sự tăng tốc động cơ
-Yêu cầu đầu ra của động cơ
-Động lực học bộ truyền động xupap
-Động lực học trục khuỷu
Mô phỏng đặc tính ô tô
Phân tích động lực học
Phân tích hiệu suất: nạp, cháy, cơ khí
Xác định thông số bộ phận:
Cung cấp dữ liệu cho kĩ sư: Nhiệt độ và áp suất xi lanh
Kích thước, ứng suất, sự biến dạng, độ bền của các chi tiết:
Sự truyền nhiệt, ứng suất, sự dao động của các chi tiết:
Phát hiện điểm mạnh, điểm yếu, sai sót trong quá trình thiết kế
Giúp hoàn thiện ra sản phẩm mới một cách hoàn hảo
Nhằm đánh giá các tính năng có đạt chất lượng hay không thông qua những số liệu đã được đưa ra.
Các hệ thống phụ trợ trong phòng thử nghiệm
Một phòng thử nghiệm hiện đại được trang bị đầy đủ các hệ thống phụ trợ như hệ thống thông gió, điều hòa không khí, nước làm mát, và cung cấp nhiên liệu, dầu bôi trơn Ngoài ra, phòng thử còn có các hệ thống quan trọng khác như xử lý khí thải, thu thập thông tin, điều khiển, chiếu sáng và báo động, đảm bảo quá trình thử nghiệm động cơ diễn ra thuận lợi Tùy thuộc vào hoạt động của nhà sản xuất, phòng thử nghiệm cũng có các khu vực tiện ích cho việc điều hành, thảo luận và vệ sinh, thể hiện sự chuyên nghiệp cần thiết của một phòng thử.
Hình 2.2:Sơ đồ khối một phòng thử nghiệm điển hình Trong đó:
1 : Bệ thử (băng thử) 2 : Thiết bị được kiểm tra
3: Hệ thống thông gió 4: Hệ thống xả
5: Buồng điều khiển 6: Buồng chứa thiết bị kiểm tra
Buồng thử là không gian kín được trang bị nhiều thiết bị máy móc hiện đại, nơi diễn ra quá trình thử nghiệm động cơ Trong buồng thử, động cơ được gắn chặt với sàn thông qua các gối có thiết bị giảm chấn, giúp đảm bảo độ ổn định trong quá trình thử nghiệm Băng thử là thiết bị chính dùng để tạo tải cho động cơ trong quá trình thử nghiệm.
Buồng thử nghiệm động cơ được kết nối với động cơ thông qua khớp nối, và bao gồm nhiều hệ thống phụ trợ như thông gió, xử lý khí thải, cùng các đường dây tín hiệu hỗ trợ cho người điều khiển trong quá trình thử nghiệm.
Hình 2.3:Buồng thử đối với động cơ
Buồng thử xe được thiết kế với cấu trúc khác nhau tùy thuộc vào từng điều kiện thử nghiệm, điều này giúp người kiểm tra dễ dàng di chuyển thiết bị vào và ra khỏi phòng.
Hệ thống khí thải được lắp đặt trên sàn nhà với khoảng trống lớn, phù hợp cho động cơ có ống xả bên phải và bên trái, đồng thời kết hợp với hệ thống thông gió dưới sàn.
Hình 2.5: Hệ thống khí thải nằm trên sàn
Hệ thống khí thải được thiết kế đặc biệt kết hợp với sàn nhà, cùng với hệ thống pha loãng không khí và hệ thống thông gió ở mức thấp, nhằm tối ưu hóa hiệu suất và đảm bảo không khí trong lành.
Hình 2.6: Hệ thống khí thải nằm dưới sàn kết hợp hệ thống thông gió
Hệ thống khí thải động cơ trong phòng thử nghiệm có chức năng quan trọng là loại bỏ các sản phẩm dễ cháy, nhiên liệu tồn đọng và hơi nước Áp lực khí xả sẽ thay đổi tùy thuộc vào tốc độ và tải trọng của động cơ.
Khi hoạt động, ống khí thải và bộ giảm thanh thường nóng lên, vì vậy cần được trang bị cách nhiệt và thông gió để đảm bảo nhiệt độ phòng luôn ổn định.
Hình 2.7: Ống khí thải động cơ
2.2.3.Hệ thống thông gió và điều hòa không khí
Hình 2.8:Hệ thống thông gió trong phòng thử
Khi động cơ hoạt động, một phần nhiên liệu được tiêu thụ sẽ chuyển hóa thành nhiệt, làm tăng nhiệt độ không khí xung quanh và nhiệt độ môi trường trong phòng thử nghiệm do bức xạ nhiệt từ ống thải Nhiệt độ cao có thể ảnh hưởng đến hiệu suất và bảo trì của động cơ, vì vậy việc lắp đặt hệ thống thông gió trong phòng thử là cần thiết để duy trì điều kiện làm việc tối ưu.
Để cung cấp một môi trường cho phép máy móc và thiết bị hoạt động đúng với hiệu suất và tuổi thọ
Quạt thông gió trong phòng thử nghiệm giúp pha loãng khí thải từ động cơ, loại bỏ các khí nặng và dễ cháy, từ đó giảm thiểu nguy cơ cháy nổ.
Hình 2.9: Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu
Nhiên liệu cho phòng thử được cung cấp từ bể chứa dưới mặt đất, sau đó bơm lên bình chứa phụ Bình chứa phụ được trang bị các van an toàn, đồng hồ đo mức dầu, và van chống tràn, với độ cao tối thiểu 4.5m so với đường ống nhiên liệu vào động cơ để duy trì áp suất đầu vào từ 0.5-0.8 bar Để bảo vệ bình chứa khỏi ánh sáng trực tiếp từ mặt trời, cần thiết phải che chắn chúng khi tiếp xúc với điều kiện thời tiết xung quanh.
Hình 2.10: Bình chứa nhiên liệu
Khi sử dụng hệ thống bơm, cần lưu ý rằng nhu cầu nhiên liệu từ phòng thử thường nằm dưới định mức của bơm, miễn là không xảy ra tình trạng xâm thực và quá nhiệt Đường ống nhiên liệu cần có khả năng chống rò rỉ và không được có sự thay đổi tiết diện đột ngột trong mặt cắt ngang.
Trong tình huống xảy ra cháy nổ, van solenoid sẽ tự động đóng lại để ngừng cung cấp nhiên liệu cho phòng thử nghiệm, trong khi đó van an toàn ở bình phụ sẽ mở ra, cho phép nhiên liệu chảy trở lại bể chứa.
Hình 2.11:Đường ống cung cấp nhiên liệu
Kích thước và các yêu cầu chi tiết của toàn bộ phòng thử nghiệm
Khi lắp đặt thiết bị mới, điều quan trọng đầu tiên cần lưu ý là không gian của phòng thử nghiệm Phòng thử nghiệm cần được thiết kế với các khu vực riêng biệt để sắp xếp các thành phần khác nhau một cách hợp lý.
Thiết bị thử nghiệm động cơ hay thiết bị truyền tải
Các thiết bị hỗ trợ trong việc thử nghiệm
Nhà kho chứa các thiết bị cần dùng trong quá trình thử nghiệm
Không gian phòng thử nghiệm cần đủ rộng để thuận tiện cho việc di chuyển thiết bị mà không gây nguy hiểm Thể tích nhỏ sẽ khó kiểm soát hệ thống thông gió dưới các điều kiện tải khác nhau Lối đi xung quanh động cơ thử nghiệm nên rộng khoảng 1m, và chiều cao cần được xác định dựa trên một số yếu tố, bao gồm chiều cao dự phòng của cần trục trong cấu trúc thiết bị Thực tế cho thấy, các thiết bị máy móc tự động hiện đại thường có chiều cao từ 4 đến 4,5m.
Bảng 2.1: Một số kích thước của phòng thử nghiệm động cơ ở Anh
Kích thước (dài × rộng × cao) Loại động cơ và băng thử
6m × 4m × 4m Động cơ diesel loại nhỏ thích hợp với băng thử chạy bằng dòng điện foucault
7.8m × 6m × 4.5m Động cơ có công suất đạt tới 250Kw, phòng thử có các loại giá đỡ hay hệ thống khí thải
6.7m × 6.4m × 4.7m Động cơ xăng với băng thử sử dụng động cơ
AC, với hệ thống điều hòa và làm mát 9m × 6m ×4.2m Phòng thử động cơ và hộp số với 2 băng thử, buồng điều khiển chạy dọc theo vách ngăn 9m
Khi thử nghiệm động cơ xe, cần có một không gian rộng rãi để thích ứng với khí thải thoát ra Phòng thử nghiệm cũng cần có buồng điều khiển, phụ thuộc vào hoạt động quản lý của nhóm điều hành, với một số khu vực dùng cho làm việc, phòng họp và nơi để giá động cơ.
2.3.2.Cách thiết kế buồng điều khiển
Các nhà điều hành sẽ dành phần lớn thời gian trong buồng điều khiển, vì vậy việc bố trí thiết bị cần phải đảm bảo sự thoải mái tối đa Nên thiết kế một văn phòng làm việc bên ngoài trạm kiểm soát để thuận tiện cho các cuộc thảo luận Mặc dù bàn phím là thiết bị cần thiết, nhưng không phải lúc nào cũng sử dụng, do đó cần có một ngăn kéo để cất giữ khi không cần thiết.
Việc sử dụng quá nhiều máy tính trong phòng thí nghiệm có thể gây ra sự xáo trộn dây dẫn chuột và bàn phím, dẫn đến nhầm lẫn trong thao tác vận hành Nhiều thiết bị như máy đo khí thải tiêu thụ điện năng lớn, do đó cần tính toán hợp lý trong hệ thống thông gió để đảm bảo đáp ứng tiêu chuẩn văn phòng.
Hình 2.13:Buồng điều khiển hiện đại
Nhiều hệ thống hiện đại được tích hợp vào không gian làm việc để hiển thị bài kiểm tra và cơ sở dữ liệu khi cần Kích thước và vị trí của các cửa sổ quan sát ảnh hưởng lớn đến bố trí phòng điều khiển; cửa sổ quá lớn chiếm diện tích cho các thành phần khác, trong khi cửa sổ quá nhỏ gây khó khăn trong việc quan sát.
Bàn làm việc của các nhà điều hành cần được thiết kế với một vị trí an toàn cho nước để tránh nguy cơ tràn vào thiết bị, gây hư hỏng nghiêm trọng Phòng điều khiển cũng cần có hai lối thoát hiểm khẩn cấp, trong khi các bề mặt nên được trang bị tính năng chống trượt và chống tĩnh điện để đảm bảo an toàn cho người sử dụng.
2.3.3.Một số lưu ý của phòng thử a) Môi trường trong phòng thử
Trong quá trình thử nghiệm động cơ, nhiệt độ môi trường trong phòng thử có thể thay đổi, ảnh hưởng đến hiệu suất Việc quản lý nguồn bức xạ nhiệt và thông gió là rất quan trọng để duy trì nhiệt độ lý tưởng, đặc biệt là trong buồng điều khiển Khi thử nghiệm động cơ diesel, các hạt nhỏ có thể hình thành và bám vào các khe hở, kính quan sát và lỗ thông hơi, gây cản trở cho việc kiểm soát và giám sát trong phòng thử.
Hình 2.14: Động cơ nóng lên trong phòng thử b) Khu vực thử nghiệm động cơ lớn với tốc độ cao và trung bình
Khi kích thước động cơ tăng, việc di chuyển, thay đổi thiết bị và phục hồi động cơ trở nên quan trọng hơn Vì vậy, khu vực này nên được bố trí ở vị trí cuối cùng trong phòng thử nghiệm.
Việc thử nghiệm động cơ lớn thường kéo dài ngoài giờ làm việc thông thường, dẫn đến việc thử nghiệm vào ban đêm hoặc cuối tuần, gây ra phản ứng từ cộng đồng xung quanh Để giảm thiểu tác động tiêu cực, mỗi phòng thử nghiệm cần được trang bị hệ thống khí thải riêng biệt cho từng động cơ, với một số hệ thống hiện đại có khả năng pha loãng khói Điều này giúp ngăn ngừa hiện tượng ngưng tụ gây mưa axit, bảo vệ khu vực thử nghiệm và sức khỏe của người dân gần đó.
Hình 2.15: Động cơ có kích thước lớn c) Quan sát và lắng nghe động cơ
Hình 2.16: Quan sát động cơ từ buồng điều khiển
Trong phòng thử nghiệm, không gian điều khiển và phòng thử thường được tách biệt, ngoại trừ một số trường hợp đặc biệt như tạo giá đỡ hay di chuyển động cơ diesel lớn Mỗi phòng thử đều có một phòng điều khiển để người quan sát có thể theo dõi quá trình vận hành của động cơ Nhờ vào thiết bị hiện đại và camera quan sát, cửa sổ giữa buồng điều khiển và phòng thử hiếm khi được sử dụng.
Khi quan sát động cơ, thường người ta đứng từ phía sau, gần cửa ra vào phòng thử, nhưng cách này gây khó khăn do tầm nhìn hạn chế.
Các nhà điều hành dày dạn kinh nghiệm thường chú trọng vào hướng dẫn từ các công cụ hiển thị trên màn hình, dẫn đến việc bỏ qua những thay đổi nhỏ trong phòng thử Để khắc phục điều này, có thể treo các nhãn hoặc tín hiệu có khả năng rung động nhờ vào luồng không khí trong phòng thử.
Hình 2.17: Lắng nghe động cơ từ buồng điều khiển
Lắng nghe là một kỹ năng thiết yếu của các kỹ sư thử nghiệm động cơ, giúp họ nhanh chóng phát hiện lỗi trước khi màn hình hiển thị Trong các phòng thử nghiệm hiện đại, với khả năng cách âm tốt, kỹ sư thường sử dụng microphone để thu âm thanh và phát ra qua loa hoặc tai nghe, nhằm nắm bắt tình trạng hoạt động của động cơ một cách hiệu quả.
Vách phòng thử cần đáp ứng các yêu cầu đặc biệt khác biệt so với vách ở các tòa nhà công nghiệp, với cấu trúc chắc chắn để chịu tải từ cần trục và hỗ trợ thiết bị gắn trên tường Ngoài ra, vách còn phải có khả năng cách âm và ngăn ngừa cháy nổ hiệu quả.
Một số thiết bị và thông số đo trong phòng thử nghiệm động cơ
Hình 2.21: Sơ đồ bố trí thiết bị trong phòng thử nghiệm động cơ
2.4.1.Cảm biến đo số vòng quay động cơ a) Đặc điểm cấu tạo:
- Một đĩa có khắc vạch, trục đĩa được gắn quay đồng tốc với tốc độ động cơ
- Bộ thu phát hồng ngoại gồm một diot quang (LED) và một photphotransito (mắt thu)
Hình 2.22: Cảm biến quang b) Nguyên lí hoạt động
Khi đĩa quay quanh trục, ánh sáng từ đèn LED chiếu qua các rãnh trên đĩa, trong khi một mắt thu đặt ở phía đối diện nhận tín hiệu ánh sáng Tín hiệu này tương ứng với mức 1 khi có ánh sáng và mức 0 khi không có Số xung được đếm và tăng lên dựa trên số lần ánh sáng đi qua các lỗ mà phototransistor thu nhận.
Cảm biến quang phát ra tín hiệu xung vuông, với tần số đầu ra phụ thuộc vào tốc độ quay của đĩa encoder Tín hiệu này được bộ phận thu nhận dữ liệu tiếp nhận, giúp xác định số vòng quay của động cơ.
Hình 2.23: Cảm biến quang trên động cơ
Cảm biến số vòng quay không chỉ đo tốc độ động cơ mà còn xác định vị trí của pit tông Khi ô trống lớn nhất trên đĩa quay nằm ở vị trí tiếp nhận quang của cảm biến, pit tông của máy thứ nhất sẽ ở TDC (điểm chết trên).
Cảm biến đo áp suất dùng để đo áp suất bên trong xi lanh động cơ, đều làm việc theo nguyên lí là cảm biến áp điện
Cấu tạo : Gồm cáp cảm biến và phần tử áp điện ( Quartz, ceramic, )
Hình 2.24: Vị trí cảm biến áp suất
Khi động cơ hoạt động, áp suất trong xi lanh thay đổi, dẫn đến biến dạng của phần tử áp điện và thay đổi giá trị điện trở của chúng Sự dao động này được chuyển đổi thành tín hiệu điện áp qua IC trên cảm biến và được gửi đến bộ thu thập dữ liệu, giúp xác định giá trị áp suất trong xi lanh.
Cảm biến áp suất có nhiều hình dạng và kích thước khác nhau, và sự khác biệt giữa cảm biến áp suất trên động cơ xăng và động cơ diesel phụ thuộc vào cấu tạo của từng loại động cơ Cảm biến áp suất động cơ xăng có những đặc điểm riêng biệt, phù hợp với yêu cầu vận hành của động cơ này.
Hình 2.25: Cảm biến áp suất động cơ xăng
Cảm biến áp suất tích hợp trong bugi đánh lửa cho phép đo áp suất trong xi lanh mà không cần khoang lỗ riêng, hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ cao Việc lắp đặt cảm biến đảm bảo tần số âm tự nhiên của động cơ, giúp nó phù hợp cho việc đo áp suất ở tốc độ động cơ cao và trong trường hợp có hiện tượng kích nổ.
Hiện nay, cảm biến áp suất động cơ xăng được sử dụng trong phòng thử nghiệm rất đa dạng Một ví dụ điển hình là cảm biến đo áp suất xi lanh loại 6113C, với các thông số kỹ thuật nổi bật.
Phạm vi áp suất: 0-200 bar
Tần số tự nhiên: >120kHz
Tần số tự nhiên (âm thanh): ≈65kHz
Phạm vi nhiệt độ hoạt động cảm biến: -20…350℃
Phạm vi nhiệt độ hoạt động cáp tín hiệu: -20…350℃
Điện trở cách điện của bugi (ở 23℃) giữa điện cực trung tâm và thân bugi ở 1000V: >100MΩ b) Cảm biến áp suất động cơ diesel
Cảm biến suất động cơ diesel được chia làm 2 loại:
Cảm biến áp suất được làm mát
Cảm biến áp suất không được làm mát
Hình 2.26: Cảm biến áp suất được làm mát
Ưu và nhược điểm của loại cảm biến áp suất được làm mát
Không dao động đường ống
Bằng phẳng khi lắp đặt
Cần có hệ thống cung cấp làm mát
Hình 2.27: Cảm biến áp suất không được làm mát
Ưu và nhược điểm của loại cảm biến không được làm mát
Vì được tích hợp trong bugi xông nên có kích thước nhỏ gọn
Đường ống bị dao động
Kết hợp hai giá trị thu được của cảm biến áp suất và số vòng quay động cơ giúp xác định được đồ thị công P-V và P-
2.4.3.Bộ điều khiển bướm ga
Mỗi loại xe sử dụng cảm biến vị trí riêng biệt, khiến cho bộ thu thập dữ liệu trong phòng thử nghiệm không thể hiểu giá trị cảm biến truyền về, từ đó không xác định chính xác vị trí của bướm.
26 ga Vì vậy khi thử nghiệm, động cơ sẽ được gắn tích hợp bộ điều khiển bướm ga bằng motor bước
Hình 2.30: Vị trí bộ điểu khiển bướm ga
Khi người điều khiển điều chỉnh phần trăm mở bướm ga, tín hiệu sẽ được gửi đến bộ xử lý, nơi tiếp nhận và xuất tín hiệu điện để điều khiển bộ chấp hành (motor bước) Cảm biến vị trí trên motor cung cấp tín hiệu hồi tiếp về bộ thu thập dữ liệu, giúp xác định chính xác vị trí của bướm ga và tải.
2.4.4.Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu
Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu được sử dụng để xác định lượng nhiên liệu tiêu thụ trong một giờ dưới các điều kiện hoạt động cụ thể như số vòng quay và tải động cơ.
Lượng tiêu hao nhiên liệu giờ được tính:
- : lượng tiêu ha nhiên liệu giờ (kg/h)
- : Thể tích động cơ tiêu thụ trong thời gian đ (
- : Khối lượng riêng nhiên liệu (g/ )
Suất tiêu hao nhiên liệu có ích (ge) của động cơ được tính trên cơ sở lượng tiêu hao nhiên liệu giờ, theo công thức:
- : Suất tiêu ha nhiên liệu có ích (g/Hp.h);(g/kWh)
- : Công suất có ích ( à động cơ phát ra tại chế độ tải không đổi tốc độ thay đổi) (kW)
Các loại thiết bị dùng để đo suất tiêu hao nhiên liệu
Thiết bị đo AVL Fuel Balance
Băng thử là thiết bị chuyên dụng để đo mô men xoắn của động cơ trong môi trường thử nghiệm Giá trị mô men được thu thập từ các cảm biến như load cell hoặc force transducer, hoặc từ đồng hồ đo gắn trên băng thử Ngoài ra, băng thử còn có khả năng xác định công suất động cơ dựa trên giá trị mô men thông qua các công thức tính toán phù hợp.
Các loại băng thử phổ biến hiện nay
Hình 2.33: Băng thử thủy lực đặt trên giá nổi
Băng thử dùng motor điện
Hình 2.34: Băng thử điện đặt trên giá chìm
Băng thử sử dụng dòng Foucault
Đường đặc tính tốc độ của động cơ thể hiện mối quan hệ giữa công suất, mô men xoắn, và tiêu hao nhiên liệu theo số vòng quay n Để xác định đường đặc tính này, cần thu thập các thông số như công suất, mô men xoắn, suất tiêu hao nhiên liệu, và tốc độ động cơ từ băng thử, cùng với thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu và cảm biến số vòng quay.
Hình 2.36: Đồ thị đặc tính tốc độ
Đường đặc tính của động cơ là yếu tố quan trọng để đánh giá công suất tối đa và tiết kiệm nhiên liệu tối thiểu Thông qua đường đặc tính này, người ta có thể xác định sức kéo và đặc tính mô men của động cơ, cũng như vùng làm việc ổn định Đặc tính tải của động cơ được xác định bằng cách thay đổi tải thông qua cảm biến vị trí bướm ga, trong khi tốc độ động cơ được giữ cố định bằng cách điều chỉnh tải trên băng thử Các đặc tính tải thể hiện sự phụ thuộc của tốc độ dòng nhiên liệu và mức tiêu thụ nhiên liệu (bsfc) dưới dạng công suất, mô men và BMEP.
Hình 2.37: Đồ thị đặc tính tải
Nhờ vào đặc tính phụ tải, chúng ta có thể xác định giá trị tiêu hao nhiên liệu tuyệt đối theo giờ ở các chế độ vòng quay và phụ tải khác nhau, đồng thời cũng có thể tìm ra chế độ làm việc kinh tế tối ưu của động cơ.
2.4.6.Thiết bị đo khí thải Ô nhiễm không khí là sự thay đổi lớn trong thành phần của không khí, chủ yếu do khói, bụi, hơi hoặc các khí lạ được đưa vào không khí, có sự tỏa mùi, làm giảm tầm nhìn xa, gây biến đổi khí hậu, gây bệnh cho con người và cũng có thể gây hại cho các sinh vật khác như động vật và cây lương thực, và có thể làm hỏng môi trường tự nhiên hoặc xây dựng Cùng với sự tăng trưởng nhanh của thế giới, nền công nghiệp ô tô ngày càng lớn mạnh, khí thải độc hại từ động cơ là nguyên nhân chủ yếu tác động đến bầu không khí, đặc biệt là ở các thành phố có mật độ xe cơ giới cao, mối nguy hiểm này càng lớn Vì thế, vấn đề tiêu chuẩn khí thải của ô tô ngày càng được chú trọng và nâng cao
ĐO CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ
Nguyên lí đo công suất
Công suất và mô men xoắn là hai thông số quan trọng nhất trong động cơ đốt trong, thể hiện sức mạnh và hiệu quả của xe Hai thông số này có mối quan hệ chặt chẽ, mỗi thông số phản ánh một đặc tính riêng và ảnh hưởng đến tính năng của xe trong các điều kiện vận hành khác nhau Trong động cơ đốt trong, công suất đại diện cho khả năng đạt tốc độ cao hay thấp, tức là tốc độ sinh công của động cơ.
William Froude, một kỹ sư người Anh và nhà động lực học, đã đặt nền tảng cho việc đo công suất động cơ tàu thủy Năm 1877, ông được Đô đốc giao nhiệm vụ phát triển một cỗ máy có khả năng đo sức mạnh của động cơ tàu lớn Ông đã chế tạo máy đo lực phanh bằng nước đầu tiên trên thế giới, thường được gọi là băng thử thủy lực Công suất động cơ được đo khi tàu cố định, với máy đo lắp ở phía sau chân vịt Khi chân vịt quay, lực đẩy tác dụng lên máy đo khiến cánh quạt và vỏ máy quay theo, từ đó các thiết bị đo lực trên vỏ máy xác định mô men và tính toán công suất động cơ.
: Mô men xoắn của động cơ (Nm) ω : Tốc độ góc (rad/s) n : Số vòng quay
Khi khảo sát và nghiên cứu động cơ, việc chỉ dựa vào tính toán không đủ để hình dung rõ ràng quá trình làm việc của động cơ Do đó, cần xây dựng các đường đặc tính thông qua tính toán và thử nghiệm để đánh giá đầy đủ hơn Đường đặc tính thể hiện công suất và mô men xoắn có ích theo các đại lượng như số vòng quay và tải động cơ Khi động cơ hoạt động, các chế độ khác nhau (số vòng quay, tải) và các yếu tố như góc đánh lửa, góc phun dầu, hay tỉ lệ hòa khí sẽ ảnh hưởng đến công suất và mô men xoắn Do đó, động cơ đốt trong có các đường đặc tính chính cần được xác định.
- Đường đặc tính tốc độ
- Đường đặc tính điều chỉnh
- Đường đặc tính không tải
3.1.1.Các phương pháp thử nghiệm động cơ
Thông qua thử nghiệm, chúng ta có thể xác định sự ảnh hưởng của lượng tiêu hao nhiên liệu, số vòng quay và tỉ số nén đến các thông số như công suất, mô men và tốc độ của động cơ, từ đó xây dựng các đường đặc tính tương ứng Hiện nay, trong ngành công nghiệp ô tô, các thử nghiệm thường được phân chia thành hai loại chính: thử nghiệm động cơ và thử nghiệm hệ thống truyền động Mục tiêu của những thử nghiệm này là tối ưu hóa mô men xoắn và công suất cực đại dựa trên từng tốc độ động cơ khác nhau.
Hình 3.2: Thử nghiệm động cơ trong phòng thử
Trong quá trình thử nghiệm, động cơ được gắn trực tiếp với thiết bị đo để thực hiện các chế độ tốc độ cao, trung bình và thấp, cùng với các mức tải lớn, trung bình và nhỏ Các chế độ thử nghiệm không được chuyển tiếp liên tục, và sau mỗi lần thay đổi chế độ, tín hiệu mô men và công suất được lưu lại để phân tích và đánh giá.
Hình 3.3: Thử nghiệm hệ thống truyền động xe
Hệ thống truyền động được thử nghiệm bằng cách sử dụng một chiếc xe hoàn chỉnh, với thiết bị đo tải được lắp đặt trên mỗi bánh xe trong quá trình xe hoạt động trên bệ thử.
Thử nghiệm hiệu suất xe là một trong 36 loại thử nghiệm quan trọng, giúp xác định công suất và mô men xoắn thực tế của xe sau khi loại bỏ các tổn thất Mục tiêu chính của thử nghiệm này là đánh giá khả năng hoạt động của xe trên đường thông qua các chu trình lái khác nhau, bao gồm đô thị, ngoại ô, cao tốc và kết hợp.
Tất cả thông tin trong quá trình thử nghiệm được giám sát bởi các thiết bị hiện đại và chuyển về thiết bị phân tích Hệ thống thu thập dữ liệu do máy tính điều khiển lưu trữ những thông tin này, giúp nhà sản xuất so sánh với các chỉ số ban đầu của xe, từ đó xác định xem xe có đạt tiêu chuẩn vận hành hay không.
3.1.2.Nguyên lí chung về cách đo mô men xoắn của các loại băng thử
Trước khi có các thiết bị đo hiện đại, mô men xoắn thường được xác định thông qua phương pháp cân bằng lực, trong đó sử dụng các quả tạ để tạo ra lực cản ngược với chiều quay của động cơ Từ đó, người ta có thể tính toán mô men xoắn mà động cơ tạo ra Tuy nhiên, hiện nay, hầu hết các băng thử đã chuyển sang sử dụng các thiết bị đo tiên tiến như load cell hoặc cảm biến lực trên trục xoay.
Hình 3.4: Đo mô men xoắn ( )
Rotor được kết nối với stator thông qua điện từ, thủy lực hoặc ma sát cơ khí Mô men xoắn tác động lên stator từ sự quay của rotor được xác định dựa trên sự cân bằng của stator với các yếu tố như khối lượng, lò xo, khí nén hoặc đồng hồ đo Hiện nay, load cell thường được sử dụng để đạt được giá trị đo chính xác hơn.
Hình 3.5: Đo mô men xoắn bằng load cell
Cấu tạo và hoạt động của load cell
Load cell là thiết bị chứa bộ đĩa thạch anh nhạy cảm, được sắp xếp để tạo ra điện tích tỷ lệ với mô men xoắn tác động quanh trục băng thử Điện tích này được sinh ra nhờ hiệu ứng áp điện, có tính thuận nghịch Khi áp điện áp lên hai mặt thạch anh, nó sẽ bị biến dạng, và ngược lại, khi chịu sức ép, thạch anh phát ra điện áp Giá trị điện áp này giúp xác định lực ép của băng thử và từ đó tính toán mô men xoắn.
Hình 3.6: Vị trí load cell trên băng thử
38 b) Phương pháp đo trên trục xoay
Để đo mô men xoắn, trục phải được kết nối với cơ cấu truyền mô men và cơ cấu hãm thông qua mặt bích ở hai đầu Khi mô men xoắn từ trục động cơ được truyền qua trục xoắn đến cơ cấu hãm, trục đo sẽ bị biến dạng, dẫn đến các thiết bị đo ứng suất (strain gauge) gắn trên trục cũng bị biến dạng theo Mức độ biến dạng này tỷ lệ thuận với mô men, do đó, việc xác định biến dạng của trục đo cũng đồng nghĩa với việc xác định mô men của động cơ.
Hình 3.8: Cảm biến đo mô men xoắn (Force transducer)
Cấu tạo và hoạt động của force transducer
Force transducer được cấu tạo từ các thiết bị đo ứng suất gắn lên trục thiết bị Thiết bị đo ứng suất là một điện trở nhỏ, có điện trở thay đổi khi bị tác động như xoắn, nén hay kéo dãn Cụ thể, khi bị nén, điện trở giảm, còn khi kéo dãn, điện trở tăng Sự thay đổi điện trở tỷ lệ với lực tác dụng, do đó, thiết bị đo ứng suất được kết nối với các điện trở khác để tạo thành một mạch cầu, từ đó đầu ra của transducer là một điện áp khi trục bị xoắn.
Hình 3.10: Mạch cầu strain gauge
Thiết bị đo công suất động cơ
Kể từ khi ô tô ra đời, lĩnh vực kiểm tra xe đã trải qua những thay đổi mạnh mẽ nhờ vào sự phát triển của công nghệ và thiết bị, đảm bảo tiêu chuẩn cao nhất về chất lượng, độ tin cậy, độ bền và an toàn Trước áp lực gia tăng từ nhu cầu sản xuất, như việc tăng cường sức mạnh động cơ và tiết kiệm nhiên liệu, băng thử đã được phát minh để phục vụ cho việc kiểm tra công suất và lượng nhiên liệu tiêu thụ của động cơ ô tô.
Một trong những thách thức lớn nhất đối với các kỹ sư thiết kế cơ sở thử nghiệm là lựa chọn loại băng thử phù hợp cho từng loại động cơ Mỗi loại băng thử đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, và chúng được phân loại dựa trên điều kiện thử nghiệm của từng loại xe cũng như cấu trúc của phòng thử Hiện nay, ba loại băng thử phổ biến nhất trong lĩnh vực nghiên cứu bao gồm băng thử thủy lực, băng thử sử dụng motor điện, và băng thử chạy bằng dòng Foucault.
3.2.1.Băng thử thủy lực a) Cấu tạo của hệ thống băng thử thuỷ lực
Hình 3.11: Cấu tạo băng thử thủy lực
Một băng thử thủy lực đơn giản gồm các thành phần như:
• Cụm thiết bị tạo tải
• Hệ thống ống nước và van điều khiển
• Thiết bị đo lực hoặc mô men: đồng hồ đo lực kế hoặc cảm biến tải trọng
• Giá đỡ thiết bị tạo tải b) Nguyên lý hoạt động
Băng thử thủy lực là một thiết bị bơm năng lượng thông qua việc bơm chất lỏng, với công suất được kết nối với trục rotor Khi rotor quay, nước từ cánh quạt rotor va chạm vào cánh quạt trên stator, khiến stator quay theo Đồng hồ đo lực và cánh tay đòn gắn trên stator giúp đo mô men cản, tương đương với mô men tác động từ động cơ.
Việc thay đổi mô men cản bằng điều chỉnh số lượng nước giữa rotor và stator Điều này thực hiện bằng van ở đường nước ra
Hình 3.12: Thiết bị đo thủy lực
Băng thử thủy lực có những ưu điểm và nhược điểm riêng, tùy thuộc vào tính chất của từng thử nghiệm Các nhà thiết kế cần nắm rõ những yếu tố này để tối ưu hóa hiệu quả sử dụng và đảm bảo độ chính xác trong quá trình thử nghiệm.
Đo được công suất của động cơ có công suất lớn có thể đạt được 35000kW cho động cơ có số vòng quay nhỏ như tàu thủy
Phạm vi làm việc rất rộng từ 10 đến 2000kW
Sửa chữa các chi tiết đơn giản, rẻ tiền
Có khả năng chịu tải lớn
Băng thử thủy lực có cấu trúc kết cấu cồng kềnh
Đường kính của phanh bị hạn chế bởi sức bền của vật liệu chế tạo
Việc thay đổi mô men cản rất phức tạp
Nguồn nước cung cấp phải ổn định d) Đặc tính băng thử thủy lực:
Hình 3.13: Đặc tính của băng thử thủy lực
(a) Lượng nước tối đa Mô men xoắn tăng tỉ lệ thuận theo bình phương tốc độ
(b) Hiệu suất bị giới hạn theo mô men xoắn tối đa của thiết bị đo
Hiệu suất của thiết bị đo bị giới hạn bởi công suất tối đa, phụ thuộc vào chức năng của nước làm mát và mức nhiệt độ tăng cho phép của nước.
(d) Tốc độ cho phép tối đa
(e) Mô men xoắn tối thiểu tương ứng với lượng nước tối thiểu cho phép
3.2.2.Băng thử sử dụng động cơ điện
Hiện nay, băng thử sử dụng động cơ điện trong công nghiệp ô tô thường sử dụng hai loại động cơ chính:
Động cơ AC có khả năng biến đổi năng lượng thành điện năng, và hai loại băng thử đều thực hiện chức năng này Năng lượng tổn thất từ băng thử sẽ được chuyển hóa thành nhiệt, sau đó truyền qua môi trường xung quanh.
Băng thử động cơ DC/AC thường tạo ra nhiệt và tiếng ồn lớn, do đó cần có các tủ lớn để chứa thiết bị điện áp cao và điện tử phức tạp Những thiết bị này phải được đặt trong điều kiện thích hợp với không khí sạch, không ngưng tụ và đủ không gian để dễ dàng tiếp cận và làm mát Động cơ điện DC/AC trong thiết bị đo có khả năng hoạt động ở cả chế độ máy phát và tạo tải khi được động cơ thử nghiệm dẫn động, hoặc ở chế độ động cơ để dẫn động động cơ thử nghiệm.
Cấu tạo : Gồm 4 bộ phận chính
1 cảm biến đo mô men (load cell)
1 cảm biến đo tốc độ động cơ
Hình 3.14: Cấu tạo băng thử sử dụng động cơ DC
Stator của motor trên băng thử điện được trang bị ổ lăn, cho phép stator quay ở góc cố định Cảm biến tốc độ gắn ở trục rotor giúp xác định số vòng quay của băng thử Ngoài ra, cánh tay đòn lắp với load cell để đo mô men của stator Khi động cơ thử nghiệm hoạt động, trục động cơ nối với trục rotor, khiến rotor băng thử quay theo và làm thay đổi từ trường của stator.
Khi rotor xuất hiện suất điện động cảm ứng với từ trường trái dấu so với stator, chuyển động quay của cả hai bị hãm lại, dẫn đến việc load cell cảm nhận mô men xoắn Trên băng thử động cơ DC, một phụ tải (biến trở) được lắp đặt để điều chỉnh dòng điện, từ đó thay đổi tải của băng thử.
Hình 3.15: Băng thử dùng động cơ DC
Ưu và nhược điểm của băng thử sử dụng động cơ DC
Vì sử dụng động cơ điện một chiều nên dễ điều khiển, có khả năng khởi động và tạo mô men cản tốt
Có thể tận dụng lại năng lượng khi băng thử hoạt động ở chế độ máy phát
Khi hoạt động cổ góp có thể cháy, gây khó khăn trong việc bảo trì
Giá thành cao a) Băng thử sử dụng động cơ AC :
Cấu tạo : Gồm 5 phần chính
1 máy phát điện xoay chiều
1 cảm biến đo mô men
1 cảm biến đo tốc độ
Giá đỡ thiết bị đo
Hình 3.16: Băng thử sử dụng động cơ AC
Động cơ AC hoạt động bằng cách lắp đặt trên giá và kết nối với các thiết bị như DC Khi thử nghiệm, rotor quay tạo ra từ thông biến đổi qua các cuộn dây trên stator, dẫn đến sự xuất hiện của suất điện động cảm ứng ba pha trên stator Lúc này, stator quay ngược chiều với rotor, tạo ra mô men tác dụng lên cảm biến tải trọng Để điều chỉnh tải của băng thử, thường sử dụng bộ biến tần cho động cơ AC.
Ưu nhược điểm của băng thử sử dụng động cơ AC
Quán tính thấp hơn động cơ DC
Độ ổn định và khả năng thay đổi theo các chế độ kiểm tra linh hoạt và hiệu quả hơn băng thử DC
Cần không gian lớn để đặt thiết bị b) Đặc tính của băng thử sử dụng động cơ DC/AC
Hình 3.17: Đặc tính băng thử sử dụng động cơ DC/AC
Mô men tối đa là một hằng số không đổi trong một khoảng số vòng quay nhất định của động cơ, và nó phụ thuộc vào dòng điện kích thích tối đa.
(b) Hiệu suất bị giới hạn bởi công suất tối đa cho phép của thiết bị
(c) Tốc độ tối đa cho phép
3.2.3.Băng thử dùng dòng điện Foucault a) Cấu tạo của băng thử :
Hình 3.18: Cấu tạo băng thử dùng dòng Foucault Trong đó:
1 – Rotor 8 – Khoảng cách không khí
2 – Trục Rotor 9 – Cảm biến tốc độ
5 – Cuốn dây kích từ 12 – Đường nước và
7 – Buồng là át 14 - Ống nước b) Nguyên lí hoạt động
Băng thử sử dụng dòng điện Foucault hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ để tạo ra mô men xoắn Từ trường được sinh ra nhờ hai cuộn dây song song với trục thiết bị, trong khi rotor chuyển động làm thay đổi từ thông, dẫn đến việc sinh ra dòng điện Foucault trong rotor Dòng điện này luôn phản kháng lại nguyên nhân sinh ra nó, tạo ra mô men cản làm giảm tốc độ quay của rotor.
Công suất cản được điều khiển bằng cách thay đổi dòng điện được cung cấp cho các cuộn dây kích thích giúp thay đổi tải nhanh
Hình 3.19: Băng thử dùng dòng Foucault c) Ưu nhược điểm của băng thử công suất sử dụng dòng Foucault :
Đơn giản, công suất lớn và quán tính nhỏ
Có thể thay đổi tải nhanh
Thao tác vận hành dễ dàng
Khi hoạt động ít bị dao động
Thiết bị dễ bị hư hỏng nếu không làm mát tốt d) Đặc tính băng thử sử dụng dòng Foucault
Hình 3.20: Đặc tính băng thử sử dụng dòng Foucault
(a) Ở tốc độ thấp mô men xoắn phụ thuộc vào cường độ dòng kích thích
(b) Hiệu suất bị giới hạn theo mô men xoắn tối đa của thiết bị đo
Hiệu suất của thiết bị đo bị giới hạn bởi công suất tối đa, điều này phụ thuộc vào chức năng của nước làm mát và nhiệt độ tăng tối đa cho phép của nước.
(d) Tốc độ tối đa cho phép
(e) Mô men xoắn tối thiểu phụ thuộc vào sự từ hóa, khe hở, ma sát
Khi lựa chọn băng thử đo công suất động cơ, cần xem xét nhiều yếu tố như giá thành thiết bị, mục đích thử nghiệm và các hệ thống phụ trợ Quan trọng là các đặc tính của băng thử, bao gồm mô men – số vòng quay và công suất – số vòng quay Đường cong đặc tính tốc độ của động cơ phải nằm trong diện tích giới hạn của đặc tính băng thử; nếu không, băng thử sẽ không thể thực hiện đo lường chính xác.
Băng thử thủy lực không đạt yêu cầu do không đo được mô men ở dải tốc độ thấp và các giá trị mô men nhỏ Trong khi đó, băng thử sử dụng động cơ điện cho kết quả tốt hơn, với khả năng đo nhiều giá trị mô men ở các dải tốc độ khác nhau và đạt mô men xoắn cực đại ở tốc độ thấp Tuy nhiên, thiết bị đo điện dễ hư hỏng chổi than và có thể bị quá nhiệt khi hoạt động quá tải Băng thử sử dụng dòng điện Foucault không hiệu quả bằng băng thử điện, vẫn gặp khó khăn trong việc đo các giá trị mô men nhỏ và mô men ở tốc độ thấp, nhưng tình trạng này ít nghiêm trọng hơn so với băng thử thủy lực.
50 thủy lực Băng thử sử dụng dòng điện Foucault ít hư hỏng, vận hành đơn giản nên được sử dụng khá phổ biến ở các phòng thử nghiệm động cơ.
Phương pháp chung vận hành băng thử
Các bước kiểm tra động cơ với băng thử trong phòng thí nghiệm
Bước 1: Kiểm tra băng thử
Hình 3.21: Kiểm tra băng thử
Sử dụng hướng dẫn chung và kiểm soát quy tắc trong danh mục cùng với thông số kỹ thuật của nhà cung cấp thiết bị để xác định các yêu cầu công việc, bao gồm thiết kế chất lượng và vật liệu.
Để đảm bảo an toàn và sức khỏe nghề nghiệp, cần tuân thủ các quy định liên quan đến cách ly thiết bị và hệ thống, quản lý nguy cơ cháy nổ, lưu trữ nhiên liệu đúng cách, kiểm soát tiếng ồn, tuân thủ các quy định về môi trường và đảm bảo nhu cầu bảo vệ cá nhân trong quá trình làm việc.
Kiểm tra hiệu chỉnh băng thử trước khi hoạt động
Kết nối động cơ với băng thử yêu cầu tích hợp các hệ thống phụ trợ, giám sát và điều khiển Quá trình này bao gồm việc kiểm tra mức dầu và nước, đồng thời xác nhận các điều chỉnh liên quan đến tình trạng của động cơ.
Hình 3.22: Kiểm tra kết nối hệ thống điện
Bước 2: Chạy phần mềm đo
Mở chương trình “ME410” trên máy tính
Hình 3.23: Màn hình mở File
Chọn bảng thu thập dữ liệu: PCI-1716 BoardID=0 I/O0H
Hình 3.24: Màn hình chọn bảng dữ liệu
Chọn kiểu test: “ME 410 Test”
Hình 3.25: Màn hình chọn kiểu test
Hình 3.26: Màn hình tạo file mới
Nhập tên file: “Thử nghiệm động cơ_Ngày_Tháng_Năm”
Hình 3.27: Màn hình nhập tên file
Điền thông tin thử nghiệm từ bàn hướng dẫn, nhấn enter trên bàn phím và click vào “Yeni deneye başla” để bắt đầu thử nghiệm mới trên giao diện người dùng.
Hình 3.28: Màn hình bắt đầu thử nghiệm
Đọc các giá trị áp suất, độ ẩm từ http://meteo.physics.metu.edu.tr/tug/ và nhập các giá trị vào ô , Φ trên giao diện người dùng Sau đó, nhấn “Bắt đầu” để tiến hành thử nghiệm
Hình 3.29: Màn hình nhập giá trị áp suất và độ ẩm
Bước 3: Thông báo cho kĩ thuật viên việc thiết lập đã được chuẩn bị để khởi động động cơ
Bước 4: Sau khi động cơ khởi động, điều chỉnh tốc độ băng thử đến 2000 vòng/phút Bước 5: Tăng ga đến mức được chỉ định bởi trợ lý
Bước 6: Đặt lại tốc độ băng thử 2000 vòng/phút một lần nữa
Bước 7: Đợi cho đến nút “VERİLERİ TOPLA_(Thu thập dữ liệu)” được bật lên Bước 8: Nhấn nút “VERİLERİ TOPLA”
Bước 9: Tăng tốc độ băng thử thêm 250 vòng/phút
Bước 10: Nhấn nỳt “Deney Verilerini Gửster_(Hiển thị dữ liệu)” từ màn hỡnh chớnh và lấy những dữ liệu cần thiết
Bước 11: Lặp lại bước 8 đến 10 cho tới khi băng thử đạt tốc độ 6000 vòng/phút Bước 12: Xuất dữ liệu và đồ thị
Hình 3.30: Màn hình xuất đồ thị
Bước 13: Thực hiện quy trình tắt băng thử theo yêu cầu của nhà sản xuất
Bước 14: Ngắt kết nối động cơ khỏi băng thử
Bước 15: Làm sạch băng thử và các thiết bị đi kèm.
Phương pháp xác định các đường đặc tính
3.4.1 Phương pháp xác định các đường đặc tính tốc độ động cơ Đặc tính tốc độ của động cơ là đồ thị biểu diễn quan hệ mô men có ích , công suất có ích , suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge, và các chỉ tiêu khác của theo tốc độ của động cơ (ở 100% độ mở bướm ga thì ta gọi đó là đặc tính tốc độ ngoài, còn đường đặc tính cục bộ dựng với từng phần độ mở bướm ga dưới 100% ví dụ 25%, 30%, 70% )
Phương pháp xác định đặc tính tốc độ ngoài cho các thiết bị đo công suất động cơ thường có các quy trình đo khác nhau Tuy nhiên, có thể tổng quát quy trình này thành các bước cơ bản như sau:
Khởi động và hâm nóng động cơ
Điều chỉnh băng thử cho động cơ có tải trọng, và bướm ga mở hoàn toàn ở động cơ xăng (phun nhiên liệu cực đại ở động cơ diesel)
Hình 3.32: Bướm ga mở hoàn toàn
Tăng tải trên băng thử làm giảm số vòng quay động cơ cho tới một trị số mà động cơ làm việc không vững vàng
Hình 3.33: Điều chỉnh tải băng thử
Để đảm bảo động cơ hoạt động ổn định, cần ghi lại kết quả đo mô men có ích, suất tiêu hao nhiên liệu có ích và số vòng quay.
Giảm tải của băng thử để tăng số vòng quay thêm 200-300 vòng/phút, để động cơ hoạt động ổn định, ta lại tiến hành ghi kết quả đo
Tiếp tục như thế cho đến khi có được điểm uốn của đường cong công suất Công suất được tính theo công thức sau:
Từ kết quả đo và tính ta được bảng sau: n
Từ bảng giá trị ta chọn tỷ lệ xích thích hợp cho từng thông số, và biểu diễn , theo tốc độ n trên cùng một đồ thị dạng như sau:
Hình 3.35: Đồ thị đặc tính ngoài
3.4.2 Phương pháp xác định các đường đặc tính tải động cơ
Các đường cong thể hiện mối quan hệ giữa mức tiêu hao nhiên liệu (Gnl) và suất tiêu hao nhiên liệu riêng (bsfc) tại số vòng quay (n) không đổi với công suất hữu ích được gọi là đường đặc tính phụ tải của động cơ.
Phương pháp xây dựng đường đặc tính tải
Khởi động và hâm nóng động cơ
Tại số vòng quay định trước (n = const), điều chỉnh tải ở giá trị nhỏ nhất
Tăng dần độ mở bướm ga (tăng dần phụ tải) ở 20%, 40%,…, 100%
Tại mỗi độ mở bướm ga ta tiến hành đo các thông số cần thiết (bsfc, , )
Hình 3.36: Điều chỉnh bướm ga
Tiếp tục ghi lại các giữ liệu như trên, ta được bảng sau
STT Độ mở bướm ga (%) (Nm) (kW) (kg/h) BSFC (g/kW.h)
Chú ý điểm đầu ứng với công suất cực tiểu và điểm đo cuối ứng với công suất cực đại
Hình 3.37: Đặc tính tải của động cơ
Công suất ma sát và phương pháp xác định
Công suất ma sát bao gồm tổn thất ma sát và tổn thất bơm Tổn thất bơm là năng lượng cần thiết để pit tông di chuyển chống lại áp suất khí trong quá trình hút và xả khí Trong khi đó, tổn thất ma sát phát sinh do năng lượng bị tiêu hao từ sự ma sát giữa pit tông, vòng xéc măng và thành xi lanh, cũng như giữa trục khuỷu với trục cam và ổ trục Thêm vào đó, các tổn thất cũng xảy ra khi dẫn động các phụ kiện thiết yếu như bơm dầu và bơm nước.
Công xuất ma sát của động cơ được xác định trong bằng thực nghiệm Thường dùng nhất là phương pháp Willan's line, Morse và motoring
Phương pháp ngoại suy tốc độ nhiên liệu, hay còn gọi là phương pháp ngoại suy, liên quan đến việc vẽ đồ thị tiêu thụ nhiên liệu (trục tung) so với công suất phanh (trục hoành) Đồ thị này được sử dụng để ngoại suy dữ liệu trên trục âm của công suất phanh.
Hình 3.38: Đồ thị phương pháp Willan’s line
Trong hầu hết các mức công suất, mối quan hệ giữa tiêu thụ nhiên liệu và công suất phanh là tuyến tính khi tốc độ động cơ được giữ cố định, cho phép thực hiện việc ngoại suy.
Điểm ngoại suy cắt phần âm của trục hoành thể hiện công suất tổn thất do ma sát và bơm, được gọi là tổn thất ma sát của động cơ.
Khi động cơ không tạo ra công suất, tức là công suất hữu ích bằng 0, nó vẫn tiêu thụ một lượng nhiên liệu nhất định để vượt qua ma sát Tuy nhiên, điểm hạn chế lớn của phương pháp này là khoảng cách dài chỉ được ngoại suy từ dữ liệu trong khoảng tải từ 5 đến 40% về phía đường 0 của đầu vào nhiên liệu.
Biên độ sai số khá rộng do đồ thị không chính xác tuyến tính
Phương pháp đo công suất ma sát này chỉ tốt với một tốc độ cụ thể và được áp dụng chủ yếu cho động cơ diesel
3.5.2.Phương pháp Motoring (dẫn động bằng động cơ điện)
Đầu tiên, khởi động động cơ để đạt nhiệt độ làm việc bình thường của nước làm mát và dầu nhờn Sau đó, ngắt nhiên liệu (đối với động cơ diesel) hoặc ngắt tia lửa điện (đối với động cơ xăng) Tiếp theo, kích hoạt phanh điện ở chế độ động cơ điện để quay động cơ thử nghiệm, từ đó xác định các giá trị công suất của động cơ điện dựa trên số vòng quay, giúp xác định công suất ma sát của động cơ ở các số vòng quay khác nhau.
Hình 3.39: Băng thử điện ở chế độ động cơ
3.5.3.Phương pháp Morse (ngắt từng xi lanh)
Phương pháp này áp dụng cho động cơ nhiều xi lanh bằng cách ngắt phun nhiên liệu hoặc tia lửa điện từng xi lanh, từ đó đo công suất chỉ thị của từng xi lanh Sau khi có số liệu, công suất ma sát cơ giới của động cơ sẽ được tính toán Công thức chỉ thị cho từng xi lanh được thể hiện qua các thông số cụ thể.
,…công suất chỉ thị và công suất có ích thì:
Khi tiến hành thử nghiệm động cơ, đầu tiên cần cho động cơ hoạt động bình thường và đo công suất có ích Sau đó, từng xi lanh sẽ được ngừng hoạt động bằng cách cắt nhiên liệu hoặc tia lửa điện, ví dụ như xi lanh 1 Điều chỉnh băng thử để động cơ khôi phục lại số vòng quay ban đầu và đo lại công suất có ích Do một xi lanh không hoạt động, công suất có ích đo lần thứ hai sẽ thấp hơn lần đầu Hiệu số giữa hai công suất này chính là công suất chỉ thị của xi lanh thứ nhất.
= - Tiếp tục làm như trên đối với các xi lanh khác, sẽ đó được công suất có ích ,
,…cuối cùng tìm ra công suất chỉ thị của từng xi lanh tương ứng
Dựa vào các giá trị công suất chỉ thị của từng xi lanh ta tính được công suất chỉ thị của động cơ
Từ đó ta tính được công suất ma sát: