Báo cáo thực hành thí nghiệm động cơ Báo cáo thực hành thí nghiệm động cơ Báo cáo thực hành thí nghiệm động cơ Báo cáo thực hành thí nghiệm động cơ Báo cáo thực hành thí nghiệm động cơ Báo cáo thực hành thí nghiệm động cơ
GIỚI THIỆU CHUNG
Sơ đồ phòng thí nghiệm
Phòng thí nghiệm gồm hai phần chính:
- Phòng lắp đặt các thiết bị (Dyno).
8 – Thiết bị xác định tiêu hao nhiên liệu (AVL 733).
9 – Bộ cấp và điều hòa nhiệt độ nhiên liệu (AVL 753).
10 – Bộ đo lọt khí cacste ( AVL 442).
11 – Thiết bị đo khí nạp.
13 – Động cơ (A16-DMN do DAEWOO sản xuất).
14 – Thiết bị điều chỉnh nhiệt độ nước làm mát (AVL 553).
15 – Thiệt bị điều chỉnh nhiệt độ, áp suất dầu bôi trơn động cơ (AVL 554).
Nguyên lý làm việc tổng quát của mô hình
Khi bắt đầu quá trình, cần khai báo các thiết bị trong hệ thống và cài đặt các thông số đo lường cần thiết Sau khi khởi động động cơ, hệ thống sẽ tự động kiểm tra lỗi; nếu phát hiện sự cố, nó sẽ thông báo cho người điều khiển để kịp thời khắc phục Khi động cơ đã hoạt động ổn định, tiến hành cài đặt các thông số như T-553 và T-554 cho các thiết bị AVL.
Máy 553 và AVL 554 tự động điều chỉnh nhiệt độ nước làm mát và dầu bôi trơn dựa trên các giá trị đã được cài đặt Hệ thống sẽ tự động hiển thị các thông số liên quan lên màn hình.
- Torque (Nm): Mômen động cơ.
- P (KW): Công suất động cơ.
- P_Fuel (bar): Áp suất nhiên liệu.
- P_OIL (bar): Áp suất dầu.
- Speed (rpm): Tốc độ trục khuỷu động cơ.
- AIR_CON (Kg/h): Lưu lượng khí nạp.
- T_Oil ( 0 C): Nhiệt độ dầu bôi trơn.
- TWO ( 0 C): Nhiệt độ của nước làm mát ra
- TWI ( 0 C): Nhiệt độ của nước làm mát vào.
- T_EXH ( 0 C): Nhiệt độ khí xả.
- T_INTAKE ( 0 C): Nhiệt độ khí nạp.
- OPA_OPAC (%): Lượng bồ hóng.
- P_Oil (Bar):áp suất dầu bôi trơn.
- Blow_Val (l/p): Độ lọt khí Cacte.
- FUELCOSP (g/Kw.h): suất tiêu hao nhiên liệu.
- BH (Kg/h): Tiêu hao nhiên liệu trong 1 giờ.
Những thiết bị thử bao gồm: động cơ thử “DAEWOO A16-
Động cơ DMN được gắn chặt với sàn bằng bốn chân và được trang bị thiết bị giảm chấn Băng thử điện hoạt động như thiết bị khởi động và tạo tải cho động cơ, kết nối với động cơ thông qua khớp nối.
Để đo các thông số trên đường nạp của động cơ, người ta sử dụng các cảm biến như cảm biến áp suất khí nạp tương đối, cảm biến áp suất khí nạp tuyệt đối, cảm biến lưu lượng khí nạp và cảm biến nhiệt độ khí nạp Trên đường thải, ngoài hai cảm biến đo nhiệt độ và áp suất, còn có thiết bị tiêu âm và thiết bị đo độ đen của khói (OPUS 40).
Để điều khiển lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ, người ta sử dụng thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu (733_Fuel Balance) kết nối với động cơ qua hai đường cấp và hồi Việc cung cấp nhiên liệu được điều khiển bởi động cơ bước (THA100), giúp điều chỉnh vị trí bướm ga và được kết nối trực tiếp với phòng PUMA.
Hệ thống điều kiện nước làm mát AVL553 đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát nhiệt độ nước làm mát Cảm biến nhiệt độ nước vào được lắp đặt trên đường vào động cơ, trong khi cảm biến nhiệt độ nước ra được lắp trên đường ra, giúp theo dõi hiệu suất làm mát một cách hiệu quả.
Việc kiểm soát nhiệt độ dầu bôi trơn được thực hiện thông qua thiết bị AVL 554, hệ thống điều kiện dầu Thiết bị này kết nối với động cơ thông qua hai ống vào và ra, trên đó có hai cảm biến nhiệt độ để theo dõi nhiệt độ dầu vào và ra.
Ngoài cảm biến độ nâng kim phun và cảm biến áp suất phun nhiên liệu, động cơ còn trang bị nhiều loại cảm biến khác Để đo tốc độ động cơ, thiết bị đo tốc độ được gắn vào vị trí trục khuỷu trên buli đầu trục khuỷu Để đo lượng khí lọt cacte, người ta sử dụng thiết bị 442 Blow By Meter, kết nối với động cơ qua hai đường ống, một từ động cơ đến thiết bị.
442 và một từ 442 về đường nạp động cơ.
Tất cả tín hiệu từ cảm biến được chuyển đến trạm chuyển đổi, nơi chúng được khuếch đại và kết nối với PUMA Tại đây, các số liệu sẽ được đo đạc và xử lý một cách chính xác.
PUMA là một hệ thống tự động hóa thiết bị đo và bệ thử được phát triển bởi AVL LIST GMBH tại Áo Hệ thống này tích hợp các máy tính, thiết bị hỗ trợ, phần mềm và ứng dụng trên nền tảng Windows, cùng với các cơ sở dữ liệu để tối ưu hóa quy trình thử nghiệm.
Trong quá trình thực hiện thí nghiệm, việc chú ý cẩn thận là rất quan trọng Cần nắm vững quy trình và phương pháp thí nghiệm để tránh sai sót, vì thiết bị trong phòng thí nghiệm thường có giá trị cao Bất kỳ sai lầm nào cũng có thể dẫn đến thiệt hại lớn về tài sản và ảnh hưởng đến sức khỏe con người.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
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 (kW) hay mô men Me
(N.m) và tốc độ động cơ n (rpm).
Trong quá trình hoạt động của động cơ, tốc độ n biến đổi từ nmin, tương ứng với giới hạn ổn định, đến nmax, liên quan đến giới hạn ứng suất cơ, ứng suất nhiệt và sự phát triển bình thường của chu trình làm việc.
Đặc tính của động cơ được sử dụng để đánh giá hiệu suất kỹ thuật trong các điều kiện hoạt động khác nhau Những đặc tính này là các hàm thể hiện sự biến đổi của các chỉ tiêu công tác chính theo các yếu tố khác hoặc theo các chỉ tiêu công tác khác, từ đó ảnh hưởng đến chu trình làm việc của động cơ.
Các loại đặc tính được sử dụng nhiều trong động cơ bao gồm các loại đặc tính sau:
Các đặc tính của động cơ được xác định bằng thực nghiệm trên băng thử động cơ.
Đặc tính ngoài động cơ xăng
Đặc tính bên ngoài của động cơ xăng thể hiện qua các hàm Ne, Me và gnl theo số vòng quay n khi bướm ga được mở hoàn toàn, tức là ở 100% vị trí tay ga Khi bướm ga mở 100%, sự biến thiên của hàm Ne phụ thuộc vào n.
Me = f(n) phụ thuộc vào sự thay đổi của các yếu tố ηv, ηm, ηi/α, ρk theo số vòng quay n Biến thiên của động cơ theo ηv trong điều kiện chạy đặc tính ngoài liên quan đến tốc độ dòng khí qua xupap nạp, pha phân phối khí của các xupap và độ mở bướm ga Khi tốc độ dòng khí qua xupap nạp và xupap thải tăng, hệ số nạp sẽ giảm Hiện tượng này xảy ra ở cả động cơ không tăng áp và động cơ tăng áp Ở vùng tốc độ thấp, hệ số nạp cũng giảm theo mức giảm tốc độ n do pha phân phối thực tế không còn phù hợp với tốc độ động cơ.
Lực cản trên đường nạp của động cơ diesel thấp hơn so với động cơ xăng, dẫn đến đặc tính hiệu suất thể tích (ηv) của động cơ xăng có xu hướng dốc hơn so với ηv của động cơ diesel.
Trong động cơ tăng áp, tổn thất áp suất trên đường nạp giảm, dẫn đến hệ số nạp theo tốc độ động cơ (n) phẳng hơn so với động cơ không tăng áp Mối quan hệ giữa hệ số nạp tương đối và tốc độ tương đối thay đổi trong khoảng ±50% nm, với nm là tốc độ động cơ tại thời điểm đạt hiệu suất tối đa (ηv max).
Số lượng môi chất nạp vào xylanh không chỉ phụ thuộc vào hiệu suất thể tích ηv mà còn vào khối lượng riêng của không khí ρk Đối với động cơ không tăng áp, ρk bằng ρ0, trong khi ở 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 Khối lượng riêng tương đối của không khí vào động cơ thay đổi theo mức độ nén và các giá trị hiệu suất đoạn nhiệt ηkdm của máy, cùng với việc không có làm mát trung gian cho khí nén.
Khi áp suất tăng (πk) do nhiệt độ tăng (Tk), khối lượng riêng tương đối tăng chậm, dẫn đến giảm ảnh hưởng của áp suất đến lượng môi chất nạp vào động cơ, được thể hiện qua tích số ηv.ηk Việc làm mát trung gian cho không khí tăng áp không chỉ giảm hiệu suất nhiệt của động cơ mà còn tăng lượng môi chất nạp vào Nếu quá trình làm mát trung gian đảm bảo Tk = T0, thì lượng không khí nạp vào động cơ sẽ tỷ lệ thuận với mức độ tăng áp trong máy nén.
Khi động cơ tăng áp hoạt động ở chế độ ngoài, việc giảm số vòng quay (n) sẽ dẫn đến giảm áp suất tăng áp (πk) và mật độ không khí (ρk) Đặc biệt, trong trường hợp tăng áp bằng máy nén ly tâm được dẫn động bởi khí và tua bin khí thải, cả πk và hiệu suất (ηk) sẽ giảm nhanh chóng, dẫn đến lượng không khí nạp vào xy lanh (ηv.ρk) cũng giảm theo tỷ lệ giảm của n.
Giá trị ηi của động cơ xăng với ε = const phụ thuộc vào biến thiên của alpha theo n Tỷ số nén εk của động cơ xăng tăng áp phải nhỏ hơn ε0 của động cơ chưa tăng áp để tránh kích nổ, trong khi giữ không đổi chỉ số octan của nhiên liệu Nếu tỷ số nén giống như động cơ chưa tăng áp, cần sử dụng nhiên liệu có chỉ số octan cao hơn Thông thường, việc tăng số octan lên 6 – 8 lần cho phép tỷ số nén tăng lên 1 đơn vị.
Khi động cơ xăng hoạt động, hệ số dư lượng không khí alpha sẽ giảm khi tốc độ động cơ n giảm Đặc tính này của alpha vẫn được duy trì khi chuyển sang các đặc tính bộ phận Tuy nhiên, khi điều chỉnh bộ chế hòa khí gần mở hết bướm ga, người ta sẽ điều chỉnh để giảm hệ số alpha so với đặc tính ngoài nhằm tiết kiệm nhiên liệu xăng.
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
Nguyên lý động cơ cho thấy rằng giá trị cực đại của các thông số như ηv, ηm, ηi/α, ρk đạt được tại mỗi số vòng quay n, nhưng điều này chỉ được xác định qua thử nghiệm trên băng thử Trong thực tế, việc cho phép động cơ hoạt động ở mức tối đa này không khả thi để bảo vệ động cơ khỏi hư hỏng Hơn nữa, các điều kiện tối ưu về góc phun sớm và nhiệt độ môi chất làm mát ở đầu vào và đầu ra không được đảm bảo trong mọi vòng quay của động cơ, dẫn đến việc không thể duy trì giá trị cực đại.
Đặc tính giới hạn bơm cao áp cho phép điều khiển bơm đạt đến vị trí cung cấp nhiên liệu tối đa Trong thiết kế bơm cao áp, người ta thường dự trữ một phần thể tích nhiên liệu để đảm bảo cung cấp đủ cho xylanh, vượt quá nhu cầu của chu trình Do đó, cần sử dụng một chốt tỳ trên bơm để giới hạn lượng nhiên liệu tối đa cấp cho chu trình.
Đặc tính ngoài theo công suất thiết kế phản ánh tốc độ mà cơ cấu điều khiển duy trì ở mức công suất thiết kế Ne và số vòng quay thiết kế nn Đây là đặc tính pháp lý mà nhà chế tạo cam kết đảm bảo khi sản phẩm được xuất xưởng.
Đặc tính ngoài, hay còn gọi là đặc tính tốc độ, thể hiện mối quan hệ giữa công suất Ned và số vòng quay nd của động cơ Đặc tính này giúp xác định vị trí điều khiển phù hợp, từ đó lựa chọn động cơ thích hợp để phối hợp với máy công tác.
Đặc tính khói đen liên quan đến tốc độ, trong đó mỗi số vòng quay n, cơ cấu điều khiển bơm cao áp luôn ở vị trí khởi đầu phát thải khói đen trong khí xả.
Hiệu suất chỉ thị ηi của động cơ diezen 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 ρk, và tốc độ n của động cơ Mặc dù ảnh hưởng của tốc độ n và khối lượng riêng ρk đến ηi không lớn, nhưng chúng chủ yếu tác động đến alpha và λ Việc tăng alpha sẽ dẫn đến tăng ηi Đối với động cơ diezen không tăng áp, hệ số nạp ηv có sự thay đổi khi tốc độ n tăng hoặc giảm Lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình của bơm BOSCH tăng khi tốc độ n tăng và giảm khi n giảm, điều này kéo theo sự giảm pi và ảnh hưởng đến đặc tính tốc độ của động cơ.
Hình 3.1: 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 trong 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 của động cơ sẽ giảm khi tốc độ n tăng, do đó, hệ số C tăng trong khi η/α và λ giảm Đối với động cơ tăng áp, sự giảm ηm khi tăng n diễn ra chậm hơn so với động cơ không tăng áp, bởi vì ρk tăng lên Đặc biệt, ηm giảm chậm hơn khi n tăng nếu động cơ tăng áp có mức tăng cao hơn.
THỰC NGHIỆM
Giới thiệu các trang thiết bị phục vụ thí nghiệm (OPUS 40)
Thiết bị phân tích khí xả OPUS 40 được phát triển nhằm đáp ứng các đòi hỏi cao của việc phân tích khí hiện đại
Khi sử dụng máy, cần chú ý:
- Không để thiết bị nơi ẩm ướt và bụi bẩn để tránh cho nó khỏi bị hỏng
Để bảo vệ dây cáp của bộ lấy tín hiệu đo số vòng quay và cảm biến nhiệt, cần tránh xa các nguồn nhiệt và bộ phận phát nhiệt của động cơ Đồng thời, cần đảm bảo rằng chúng không được đặt gần các bộ phận chuyển động quay như dây đai truyền động và quạt.
Không được mở máy phân tích khí xả OPUS 40 nếu chưa nắm rõ các điều hướng dẫn Việc can thiệp vào thiết bị có thể dẫn đến hỏng hóc các linh kiện điện tử bên trong do sự phóng điện.
Máy phân tích được thiết kế để đo hàm lượng các hợp chất hóa học trong khí, cần đảm bảo không bị tắc nghẽn khi khí mẫu đi qua đầu rò.
Máy OPUS 40 có thể treo trên giá đỡ hoặc trên xe đẩy
Hình 4.1 – Máy OPUS 40 gắn trên xe đẩy.
Hình 4.2 – Máy OPUS 40 treo trên giá đỡ.
Nối dây cáp nguồn cung cấp với ổ máy, ổ cắm được lắp với cầu chì có thể thay được bên trong, T2.5A Một cầu chì dự phòng nằm trong ổ cắm
Sau đó nối dây cáp với nguồn điện, có tiếp đất 230V (AC) Máy phân tích có thể bật hoặc tắt công tắc “Power” ở mặt trước của máy.
Nếu máy không lắp với máy in bên trong, bất kỳ máy in song song tiêu chuẩn nào đều được nối với cổng ghi “Printer” sau máy.
Cổng này sẽ lắp cho máy khi máy phân tích không có máy in bên trong.
4.1.2.3 Nối với bộ đo số vòng quay
Kẹp cảm ứng được đi kèm với máy OPUS 40
Nối kẹp vào đầu nối “Gas RPM” trên mặt sau máy và kẹp nó vào một trong các dây đánh lửa
4.1.2.4 Nối cảm biến nhiệt độ
Cảm biến nhiệt độ dầu được kết nối với đầu nối “Gas oiltemp” ở mặt sau của máy Sau khi rút que thăm dầu, hãy đặt cảm biến vào lỗ thăm dầu để đảm bảo đo chính xác nhiệt độ.
Chú ý: Phải đảm bảo răng đã điều chỉnh chiều dài của cảm biến nhiệt độ dầu bằng với chiều dàu que thăm dầu để tránh hư hỏng.
4.1.2.5 Nối với các phụ kiện
Các đầu nối ghi “Accessories 1” được sử dụng để nối các phụ kiện sau:
- Bộ kiểm tra cảm biến lamda
- Bộ điều khiển từ xa LCD
- Bộ điều khiển từ xa có dây
Các phụ kiện phải được nối trước khi khởi động máy phân tích để liên kết hoàn hảo.
4.1.2.6 Nối đầu lấy khí xả
Nối đầu ống từ đầu lấy khí xả vào bộ tách nước và kết nối một đường ống khác vào “Gas/ Water outlet” ở mặt sau của máy để ngăn chặn khí xả vào xưởng Đầu nối khí xả nên được đặt xa đường ống xả của xe Hình dạng chữ S của đầu lấy khí giúp việc lắp ống khí nóng vào ống xả dễ dàng hơn Nếu sử dụng bộ hút khí nóng, cần đảm bảo lực hút không quá mạnh để tránh thổi khí ra xa ống hút.
4.1.3 Màn hình và các phím
Màn hình kiểu LED có độ phân giải cao Có 4 giá trị đọc: hiện
CO, HC, CO2, O2 (tùy chọn), Lamda/AFR (tùy chọn), RPM/Oiltemp/Nox (tùy chọn).
Hình 4.3 – Các phím trên màn hình
Công dụng của các phím:
1- Chuyển chức năng đo RPM, Oiltemp hoặc Nox; nếu máy có các chức năng này, các chức năng được lựa chọn sẽ được chỉ ra bởi các đèn LED trên máy Chức năng thát “ESC” là chức năng quay lại hăọc thoát khỏi chương trình Service.
2- Kích hoạt chế độ chương trình Đăng nhập, xác nhận một lệnh hoặc giá trị.
3- Bắt đầu in Tăng giá trị khi nhập các giá trị trong chương trình
4- Thực hiện điều chỉnh trở về 0 Giảm giá trị khi nhập các giá trị trong chương trình
5- Bắt đầu hoặc ngừng bơm Từng bước qua lại giá trị đó trong chương trình.
Màn hình RPM/Oiltemp có 3 đèn LED để chỉ máy đang hoạt động ở chế độ nào.
- RPM – LED: Chỉ ra các giá trị được hiển thị từ cảm biến RPM Để sử dụng cho các động ơ 4 kỳ có hệ thống đánh lửa thông thường
RPM – LED nhấp nháy hiển thị các giá trị từ cảm biến RPM, phù hợp cho động cơ 2 kỳ và 4 kỳ với 2 lần đánh lửa trong mỗi chu kỳ.
- OIL TEMP – LED: Chỉ ra giá trị nhiệt độ dầu.
- Nox – LED: Chỉ ra nồng độ Nox phát xạ
Các chế độ trên được chọn bằng cách nhấn phím RPM/Temp ở mặt trước của máy.
Máy OPUS 40 có thể lắp một máy in bên trong, nó sẽ in những giá trị đo được, và bắt đầu in khi nhấn phím “print”.
Để cuốn giấy vào máy in, bạn chỉ cần nhấn nút màu đỏ ở mặt trước Lưu ý rằng không nên kéo giấy bằng tay, vì điều này có thể làm hư hỏng các bộ phận bên trong máy in.
Cuộn giấy được thay theo hình vẽ bên dưới, đưa giấy vào máy in đồng thời nhấn nút kéo giấy màu đỏ.
Khi chữ in ra bị mờ, cần phải thay băng mực theo hình vẽ bên dưới Băng mực và giấy được coi là các phụ kiện kèm theo
Hình 4.4 – Cách cuộn giấy và đưa giấy vào máy in
Trên bản in, có thể hiển thị 4 dòng văn bản tùy chọn như tên phân xưởng, địa chỉ và số điện thoại Thông tin này được nhập thông qua bộ điều khiển từ xa LCD.
4.1.5 Các thủ tục kiểm tra
Máy OPUS 40 có thể được cài lại theo hai phần mềm khác nhau, Standard hoặc OIML1 Thường kèm theo máy là phần mềm
Máy phân tích được khởi động bằng công tắc "Power" ở mặt trước, theo hướng dẫn lắp đặt Quá trình tự kiểm tra sẽ kiểm tra toàn bộ chức năng của hệ thống, được thực hiện bởi OPUS 40.
Quá trình hâm nóng tự động bắt đầu sau khi thực hiện tự kiểm tra và hiển thị chữ “OPUS” trên màn hình HC Trong giai đoạn này, độ chính xác chưa đủ để đo điểm, do đó không thể cho khí cần đo vào Thời gian hâm nóng có thể kéo dài từ 1,5 đến 7 phút ở nhiệt độ 20 oC, tùy thuộc vào khoảng thời gian từ khi tắt đến khi khởi động lại.
4.1.5.3 Kiểm tra rò (Chỉ với OIML1)
Khi hâm nóng xong sẽ chuyển sang kiểm tra rò khí và HC bám trên đường ống dò khí nếu lần kiểm tra trước cách đó 20 giờ.
Sau khi kiểm tra rò và HC bám được thực hiện trong vòng ít nhất
20 giờ thì máy phân tích chuyển vào chế độ đo.
Để vào chế độ đo, nhấn “Pump” và màn hình sẽ hiển thị “P1” Tiếp theo, dùng ngón tay bịt các miệng đầu rò và nhấn “Enter” Màn hình sẽ chuyển sang “P1-1” và bơm sẽ bắt đầu hoạt động Khi hệ thống ống đạt chân không, bơm sẽ tự động ngừng và hiển thị “P1-2”.
Sau vài giây màn hình sẽ hiện “Good” nếu không có rò rỉ hoặc
“Err” nếu có rò Máy phân tích khí sẽ khóa chế độ đo, phải thực hiện kiểm tra rò và thực hiện lại chế độ kiểm tra rò.
4.1.5.4 Kiểm tra HC bám (chỉ với OIML1)
Sau khi kiểm tra rò thành công, máy chuyển sang hiệu chỉnh về
0 Bơm sẽ chạy và khí sẽ đi qua đầu rò và đường ống, chữ “HC” nhấp nháy trong màn hình HC Kiểm tra này để đảm bảo rằng không có xăng đọng trong ống và đầu rò khí, vì chúng có thể gây ra giá trị HC sai
Nếu kiểm tra tốt (HC dưới 20ppm) máy phân tích sẽ trở về chế độ đo chuẩn Nếu kết quả kiểm tra chỉ ra rằng còn một ít xăng,
“EHC” sẽ xuất hiện trên màn hình CO và lượng HC sẽ được chỉ ra trên màn hình HC
Đầu tiên, hãy làm sạch đầu rò và đường ống bằng cách sử dụng máy nén khí để thổi trực tiếp vào đầu rò Tiếp theo, thay phin lọc và cuối cùng kiểm tra lại bằng cách nhấn “Enter”.
(Giá trị HC phải dưới 20ppm trước khi máy phân tích trở về chế độ đo chuẩn)
Nếu kết quả kiểm tra vẫn sai cần phải thay phin lọc mới và làm sạch bộ lọc nước.
Trong quá trình kiểm tra đầu đo, cần đảm bảo hút không khí sạch và tránh để gần ống xả Lưu ý rằng không bao giờ được thổi khí nén vào bộ lọc nước.
Các thông số kỹ thuật của động cơ thực nghiệm
Động cơ thực nghiệm là động cơ “A16-DMN” có thông số kỹ thuật đặc trưng như sau:
Bảng 4.1 - Bảng thông số kỹ thuật động cơ thực nghiệm A16-DMN.
Nhiên liệu sử dụng Xăng Động cơ 4 xylanh thẳng hàng, thứ tự làm việc 1-3-4-2
Tỷ số nén 9,50 : 1 Đường kính piston 79 (mm)
Chiều dài hành trình piston 81,5(mm)
Momen cực đại/ứng với số vòng quay
Công suất cực đại/ứng với số vòng quay
Trong quá trình thí nghiệm với động cơ, việc nắm rõ các thông số cơ bản là rất quan trọng Điều này giúp đảm bảo động cơ không hoạt động vượt quá giới hạn cho phép, như tốc độ trục khuỷu không vượt quá mức quy định và tránh tình trạng động cơ bị quá tải.
Hình 4.5 - Hình ảnh động cơ thực nghiệm.
Quy trình thí nghiệm
Sau khi đã chuẩn bị đầy đủ các trang bị cho quá trình thí nghiệm ta tiến hành thí nghiệm:
- Bước 1: Chuẩn bị thí nghiệm.
Lắp đặt động cơ cần thực hiện thí nghiệm trên băng thử, bao gồm việc lắp đặt các thiết bị phụ trợ như cảm biến, hệ thống cung cấp nhiên liệu, nước, khí nén, quạt hút và thổi, hệ thống làm mát, cũng như hệ thống đo và kết nối các thiết bị, đồng thời khai báo lập trình để đảm bảo hiệu suất tối ưu.
- Bước 2: Xây dựng bài thí nghiệm.
Để đạt được kết quả chính xác, hệ thống cần được chạy hâm nóng trước khi tiến hành đo Quy trình hâm nóng hệ thống được thực hiện như sau:
+ Sau khi khởi động xong hệ thống ở trạng thái Monitor TrênPano bàn điều khiển nhấp vào phím “Manual” để chạy chương trình thí nghiệm bằng tay.
+ Các chương trình sẽ tự chạy và kiểm tra lỗi đồng thời sẽ thông báo các chương trình chạy.
Sau khi hệ thống ổn định, hãy thực hiện việc Reset liên tục bằng phím Reset trên bảng điều khiển Pano Khi đó, đèn vàng trên hệ thống 553 và 554 sẽ nhấp nháy rồi tắt, trong khi đèn xanh trên hệ thống 773 sẽ sáng liên tục, cho thấy hệ thống đã sẵn sàng hoạt động.
Khi hệ thống hoàn tất khởi động chế độ Manual, thanh công cụ sẽ không còn hiển thị dấu 3 chấm ở phần màn hình Manual Đồng thời, khi nhập lệnh Reset trên Pano, một dòng chữ sẽ xuất hiện.
Trước khi khởi động động cơ, cần nhấn phím “IGNITION ON/OFF” để cung cấp nhiên liệu Sau đó, nhấn phím “START” và giữ trong khoảng 5 giây để đảm bảo động cơ đã nổ trước khi thả tay ra.
Lúc này động cơ sẽ chạy ở chế độ “IDLE” nếu đèn ở phím
“IDLE” sáng thì ta phải chuyển sang chế độ “IDLE CONTROL ON”.
Vì ở chế độ này ta mới chuyển sang chế độ điều khiển bằng tay. Nhấn phím “S” trên Pano để chuyển sang chế độ điều khiển bằng tay.
Sử dụng hai núm xoay trên Pano để điều chỉnh tốc độ động cơ và Alpha, giúp động cơ hoạt động ổn định nhất với tốc độ 1250 vòng/phút và α = 50%.
Sau khi thực hiện xong chờ khi nhiệt độ dầu bôi trơn động cơ đạt 75 ÷ 80 0 C mới tiến hành các bước tiếp theo.
Để đo đặc tính tốc độ của động cơ, bước 4 yêu cầu cố định giá trị Anpha và điều chỉnh tốc độ từ 1000 đến 4000 vòng/phút với α = 50% Khoảng thay đổi tốc độ là 250 vòng/phút theo trình tự đã được xác định.
- Mở bảng Stationary Step Demand Values để làm các công việc sau:
+ Tìm chương trình để chạy thí nghiệm: chương trình được chọn: dòng 28, bước 11.
Chỉnh sửa các thông số kỹ thuật là rất quan trọng, bao gồm tốc độ (Speed), thời gian tăng tốc của băng thử (Ramptime Dyno) là 5 giây, thời gian tăng tốc của động cơ (Ramptime Engine) cũng là 5 giây, và thời gian đo (Steptime) là 8 giây.
Sau khi hoàn tất khai báo, hãy nhấn phím “Active Demvals F7” trong bảng Hệ thống sẽ tự động chạy và hiển thị đúng giá trị mà bạn đã cài đặt.
Mở bảng "Step: Measurement" và chọn lại các bước giống như lần trước, sau đó nhấn phím F8 để bắt đầu quá trình đo Để theo dõi quá trình thí nghiệm, hãy quan sát các bảng liên quan.
+ Bảng Extended: theo dõi hoạt động của động cơ gồm các đường momen, tốc độ và công suất động cơ.
Bảng Limits là bảng cảnh báo nguy hiểm liên quan đến động cơ Khi phát hiện các thông số vượt quá giới hạn quy định, cần ngay lập tức thông báo cho người quản lý để có biện pháp xử lý kịp thời.
- Bước 5: Ghi kết quả điểm đo đầu tiên.
Sau khi nhấn F8 chờ cho hệ thống chạy trong 8s ta sẽ có kết quả điểm đo đầu tiên và được máy tính lưu lại
- Bước 6: Ghi kết quả các điểm đo còn lại.
Sau khi đo một giá trị tốc độ, tiếp tục đo giá trị tốc độ khác bằng cách truy cập bảng Stationary Step: Demand Values để khai báo lại tốc độ đo và các thông số cần thiết Sau đó, thực hiện lại các bước 4 và 5 như trước.
Khi đã thực hiện đo cho các tốc độ cần đo ta mở bảng Message để nhận kết quả đo.
- Bước 7: Kết thúc quá trình đo.
Dừng động cơ theo quy trình như sau:
+ Đặt tốc độ n = 1000(vg/ph).
+ Thời gian giảm tốc cho cả động cơ và băng thử là 5s.
+ Chuyển sang chế độ không tải bằng cách nhấn nút Idle sau đó bấm Stop để dừng động cơ.
Để ngừng cung cấp nhiên liệu cho động cơ và dừng thí nghiệm, hãy nhấn phím “IGNITION ON/OFF” chuyển sang chế độ Off trước khi tắt động cơ.
Báo cáo, phân tích, đánh giá các nguồn dữ liệu
4.4.1 Báo cáo, phân tích, đánh giá kết quả đo các thông số động lực học
4.4.1.1 Kết quả đo các thông số động lực học
Sau khi xử lý bỏ đi một số nguồn dữ liệu đo không cần thiết ta thu được bảng dữ liệu dưới đây.
Bảng 4.2 – Bảng dữ liệu các thông số động lực học theo tốc độ động cơ
4.4.1.2 Vẽ đồ thị và lấy xấp xỉ hàm bậc 2 các thông số động lực học theo tốc độ động cơ
Khi thực hiện vẽ đồ thị và xử lý xấp xỉ hàm bậc 2 trên Excel, chúng ta có thể thu được đồ thị cùng với hàm xấp xỉ bậc 2 cho các thông số động lực học liên quan đến tốc độ động cơ.
140.00 f(x) = - 0x^2 + 0.1x - 18.53 R² = 1 Đồ thị đặc tính momen theo tốc động cơ
Tốc độ vòng quay n (vòng/phút)
Hình 4.6 – Đồ thị đặc tính momen theo tốc độ động cơ.
12.00 f(x) = - 0x^2 + 0x - 0.33 R² = 0.98 Đồ thị đặc tính lượng tiêu thụ nhiên liệu theo tốc độ động cơ
Tốc độ vòng quay n (vòng/phút)
L ượ ng ti êu th ụ nh iê n liệ u B H ( kg /h )
Hình 4.7 – Đồ thị đặc tính lượng tiêu thụ nhiên liệu theo tốc độ động cơ.
90 f(x) = - 0x^2 + 0.03x + 1.15 R² = 0.99 Độ thị đặc tính lượng không khí nạp theo tốc độ động cơ
Air_con Polynomial (Air_con) Tốc độ vòng quay n (vòng/phút)
L ượ ng k hô ng k hí n ạp A ir_ co n (k g/ h)
Hình 4.8 - Đồ thị đặc tính lượng không khí nạp theo tốc độ động cơ.
84.00 f(x) = 0x^2 + 0x + 68.62 R² = 1 Đồ thị đặc tính nhiệt độ nước làm mát theo tốc độ động cơ
Tốc độ vòng quay n (vòng/phút)
Nh iệ t đ ộ nư ớc là m m át (o C)
Hình 4.9 - Đồ thị đặc tính nhiệt độ nước làm mát theo tốc độ động cơ.
900 f(x) = - 0x^2 + 0.14x + 370.22 R² = 0.92 Đồ thị đặc tính nhiệt độ khí thải theo tốc độ động cơ
T-EXH Polynomial (T-EXH) Tốc độ vòng quay n(vòng/phút)
N hi ệt đ ộ kh í t hả i T _E X H ( oC )
Hình 4.10 - Đồ thị đặc tính nhiệt độ khí thải T exh theo tốc độ động cơ.
4.4.1.3 Lập bảng tính các giá trị theo hàm xấp xỉ
Sau khi xác định được hàm xấp xỉ bậc 2 ta tiến hành lập bảng tính các giá trị thông số động lực học theo tốc độ n của động cơ.
Các thông số sau được xác định theo các thông số đã có:
Suất tiêu hao nhiên liệu : ge = [g/kw.h]
Bảng 4.3 – Bảng dữ liệu các thông số động lực học tính theo hàm xấp xỉ
Ne [KW] ge [g/KW.h] Lambda
4.4.1.4 Tính giới hạn của các thông số động lực học
Sau khi thực hiện tính các giới hạn các thông số trên excel ta thu được kết quả:
Công suất lớn nhất N emax = 36,4 Kw ứng với tốc độ n =
Momen lớn nhất M emax = 115,22 N.m ứng với tốc độ n =
Suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất g emin = 249,21 g.kW/h ứng với tốc độ n = 2637 rpm.
4.4.1.5 Biểu diễn kết quả đo
Dựa vào dữ liệu được thể hiện trong bảng dữ liệu ta vẽ được đồ thị các thông số động lực học theo tốc độ động cơ.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 Đồ thị đặc tính momen-công suất theo tốc độ động cơ
Tốc độ vòng quay n (vòng/phút)
M om en M e (N m ) C ôn g su ất N e (k W )
Hình 4.11 – Đồ thị đặc tính momen – công suất theo tốc độ động cơ.
0.00 200.00 400.00 600.00 800.00 1000.00 1200.00 1400.00 Đồ thị lượng tiêu hao nhiên liệu - suất tiêu hao nhiên liệu theo tốc độ động cơ
Tốc độ vòng quay n (vòng/phút)
L ượ ng n hi ên li ệu ti êu th ụ B H ( kg /h ) Su ất ti êu h a nh iê n liệ u ge ( g/ K W h)
Hình 4.12 - Đồ thị đặc tính lượng nhiên liệu tiêu thụ và suất tiêu hao nhiên liệu theo tốc độ động cơ.
0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 100.00 Đồ thị lượng nhiên liệu tiêu thụ- lượng không khí nạp theo tốc độ động cơ
Tốc độ vòng quay n (vòng/phút)
L ượ ng n hi ên li ệu ti êu th ụ B H ( kg /h ) L ượ ng k hô ng k hí n ạp A ir- co n (k g/ h)
Hình 4.13 - Đồ thị đặc tính lượng tiêu hao nhiên liệu và lưu lượng khí nạp theo tốc độ động cơ.
0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 100.00 Đồ thị nhiệt độ khí thải - nhiệt độ nước làm mát theo tốc độ động cơ
Tốc độ vòng quay n (vòng/phút)
Nh iệ t đ ộ kh í x ả T_ EX H (o C) Nh iệ t đ ộ nư ớc là m m át T W O ( oC )
Hình 4.14 - Đồ thị đặc tính nhiệt độ khí thải và nước làm mát theo tốc độ động cơ.
4.4.2 Báo cáo, phân tích, đánh giá kết quả đo các thành phần phát thải ô nhiễm
4.4.2.1 Kết quả đo các thông các thành phần phát thải ô nhiễm
Ta có kết quả đo các thành phần phát thải ô nhiễm trong bảng sau:
Bảng dữ liệu các thành phần phát thải ô nhiễ m theo tốc độ động n
4.4.2.2 Xử lý kết quả đo
Sau khi thu được kết quả đo các thành phần phát thải ô nhiễm, ta thực hiện xử lý dữ liệu và thu được bảng giá trị bên dưới:
Bảng 4.5 – Giá trị các thành phần ô nhiễm theo tốc độ động cơ.
4.4.2.3 Biểu diễn và đánh giá kết quả đo
Dựa vào dữ liệu đo được, chúng tôi đã xây dựng đồ thị cột để biểu diễn các thành phần phát thải ô nhiễm theo tốc độ động cơ, từ đó xác định quy luật phát thải của chúng.
25.00 Đồ thị thành phần khí thải CO, CO2, O2, theo tốc độ động cơ
Tốc độ động cơ n (vòng/phút)
Hình 4.15 – Đồ thị thành phần khí thải CO, CO 2 , O 2 , theo tốc độ động cơ.
Theo như đồ thị hình 4.15 ta xác định được quy luật của CO,
CO2, O2 theo tốc độ động cơ:
Nồng độ CO trong khí thải động cơ có xu hướng giảm khi tốc độ động cơ tăng từ 1250 rpm lên 1500 rpm, nhưng lại tăng trở lại khi đạt 2500 rpm Sau đó, nồng độ CO lại giảm khi tốc độ lên 2750 rpm, và tiếp tục tăng khi động cơ đạt 4500 rpm, trước khi giảm mạnh khi tốc độ tăng lên 4750 rpm.
Nồng độ CO2 sẽ tăng khi động cơ tăng tốc từ 1250 rpm lên 2750 rpm, sau đó bắt đầu giảm khi đạt 4500 rpm và lại tăng khi tốc độ động cơ lên đến 4750 rpm.
Nồng độ O2 có sự biến đổi rõ rệt khi tốc độ quay thay đổi: giảm từ 1250 rpm đến 2250 rpm, sau đó tăng lên khi đạt 2500 rpm, rồi lại giảm khi tăng lên 4250 rpm Tiếp theo, nồng độ O2 lại tăng ở 4500 rpm và giảm khi đạt 4725 rpm.
0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 1.05 1.10 Đồ thị thành phần khí thải HC,NOx- Lambda theo tốc độ động cơ
Tốc độ vòng quay n (vòng/phút)
HC , N Ox (p pm ) La m bd a
Hình 4.16 – Đồ thị thành phần khí thải HC, NO x -Lambda theo tốc độ động cơ.
Theo như đồ thị hình 4.16 ta xác định được quy luật của HC, NOx theo tốc độ động cơ:
HC: Nồng độ HC giảm khi tăng tốc dộng cơ từ 1250 rpm lên
3000 rpm, sau đó tăng lên khi tốc độ lên 3500 rpm và giảm xuống khi tốc độ tăng đến 4750 rpm.
Nồng độ NOx trong động cơ có xu hướng tăng khi tốc độ quay từ 1250 rpm lên 2000 rpm, sau đó giảm khi đạt 2500 rpm Tiếp theo, nồng độ NOx lại tăng khi tốc độ lên đến 3000 rpm, rồi giảm khi đạt 4500 rpm, và cuối cùng tăng trở lại khi tốc độ đạt 4750 rpm.
Giới hạn các thông số động lực học ứng với chế độ vận hành động cơ 37% mức cung cấp nhiên liệu:
Công suất lớn nhất N emax = 36,4 kW ứng với tốc độ n =
Momen lớn nhất M emax = 115,22 N.m ứng với tốc độ n =
Suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất g emin = 249,21 g.kW/h ứng với tốc độ n = 2637 rpm.
Quy luật tăng giảm của các thành phần phát thải ô nhiễm:
Nồng độ CO trong khí thải giảm khi động cơ hoạt động từ 1250 rpm đến 1500 rpm, sau đó tăng lên khi tốc độ đạt 2500 rpm Tiếp theo, nồng độ CO lại giảm khi tốc độ lên đến 2750 rpm, rồi tăng trở lại khi động cơ đạt 4500 rpm, và cuối cùng giảm mạnh khi động cơ tăng tốc lên 4750 rpm.
CO2: Nồng độ CO2 sẽ tăng lên khi tăng tốc đông cơ từ 1250 rpm lên 2750 rpm và bắt đầu giảm xuống khi động cơ tăng tốc đến
4500 rpm và sẽ tăng lại tốc độ động cơ lên đến 4750 rpm.
Nồng độ O2 có sự biến động khi tăng tốc độ từ 1250 rpm lên 2250 rpm, sau đó tăng lên ở 2500 rpm, rồi giảm xuống ở 4250 rpm và lại tăng lên ở 4500 rpm trước khi giảm tiếp khi đạt 4725 rpm.
HC: Nồng độ HC giảm khi tăng tốc dộng cơ từ 1250 rpm lên
3000 rpm, sau đó tăng lên khi tốc độ lên 3500 rpm và giảm xuống khi tốc độ tăng đến 4725 rpm.
Nồng độ NOx trong động cơ có xu hướng tăng từ 1250 rpm đến 2000 rpm, sau đó giảm khi tốc độ đạt 2500 rpm Tiếp theo, nồng độ lại tăng khi tốc độ lên đến 3000 rpm, rồi giảm khi đạt 4500 rpm, và cuối cùng tăng trở lại khi tốc độ đạt 4750 rpm.
Khi động cơ hoạt động ở mức cung cấp nhiên liệu 37%, công suất lớn nhất đạt được là 36,4 kW, vượt trội hơn 37% so với công suất tối đa 28,12 kW khi động cơ làm việc ở mức 100% cung cấp nhiên liệu.
2.1 Sơ đồ phòng thí nghiệm 2
2.2 Nguyên lý làm việc tổng quát của mô hình 4
PHẦN 3:CƠ SỞ LÝ THUYẾT 7
3.1 Các loại đường đặc tính 7
3.2 Đặc tính ngoài động cơ xăng 7
3.3 Đặc tính ngoài động cơ Diesel 9
4.1 Giới thiệu các trang thiết bị phục vụ thí nghiệm (OPUS 40) 12
4.1.3 Màn hình và các phím 14
4.1.5 Các thủ tục kiểm tra 16
4.2 Các thông số kỹ thuật của động cơ thực nghiệm 31
4.4 Báo cáo, phân tích, đánh giá các nguồn dữ liệu 35
4.4.1 Báo cáo, phân tích, đánh giá kết quả đo các thông số động lực học 35
4.4.1.1 Kết quả đo các thông số động lực học 35
4.4.1.2 Vẽ đồ thị và lấy xấp xỉ hàm bậc 2 35
4.4.1.3 Lập bảng tính các giá trị theo hàm xấp xỉ 38
4.4.1.4 Tính giới hạn của các thông số động lực học 39
4.4.1.5 Biểu diễn kết quả đo 39
4.4.2 Báo cáo, phân tích, đánh giá kết quả đo các thành phần phát thải ô nhiễm 41
4.4.2.1 Kết quả đo các thông các thành phần phát thải ô nhiễm 41