giáo trình thí nghiệp ô tô

Thí nghiệm ôtô chiếm vị trí quan trọng trong nền công nghiệp ôtô.mục đích của việc thí nghiệm là để đánh giá hoặc phát hiện các ưu nhược điểm của các chi tiết các cụm chi tiết va toàn bộ ôtô về các mặt như: Thông số kĩ thuật và tính năng làm việc cơ bản. Độ tin cậy làm việc Độ bền và tuổi thọ Vậy,nhờ có thí nghiệm chúng ta có thể đánh giá chất lượng của chi tiết,của cụm và toàn bộ ôtô một cách tổng thể và từ đó có cơ sở để cải tiến và hoàn thiện chúng nhằm đảm bảo sản xuất được những ôtô ngày càng có chất lượng cao.

MỤC LỤC

Chương 1 CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG ĐO LƯỜNG KỸ THUẬT 4

1.1 Mục đích thí nghiệm 4

1.2 Các dạng thí nghiệm ôtô 4

1.3 Yêu cầu đối với thiết bị đo 5

1.4 Sơ đồ hệ thống thiết bị thí nghiệm 5

Chương 2 CẢM BIẾN VÀ THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG 6

2.1 Định nghĩa và phân loại cảm biến 6

2.2 Cảm biến điện trở 6

2.2.1 Định nghĩa cấu tạo 6

2.2.1 Những số liệu đặc trưng của cảm biến điện trở tiếp xúc trượt 8

2.2.3 Cảm biến con trượt 10

2.2 Cảm biến kiểu điện cảm 12

2.3 Cảm biến kiểu điện dung 15

2.3.1 Nguyên lý hoạt động 15

2.4 Cảm biến kiểu cảm ứng 17

2.4.1 Nguyên lý hoạt động 17

2.4.2 Ứng dụng 17

2.5 Cảm biến kiểu điện Áp 19

2.5.1 Nguyên lý hoạt động 19

2.5.2 Ứng dụng 19

2.6 Cảm biến kiểu từ đàn hồi 21

2.7 Phương pháp mắc cảm biến vào sơ đồ đo 22

2.8 Mạch chuyển đổi, thiết bị chỉ thị và ghi 24

2.8.1 Mạch chuyển đổi 24

2.8.2 Thiết bị chỉ thị và ghi 26

2.9 Tổ hợp các cảm biến 28

Chương 3 THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ 30

3.1 Khái quát về thí nghiệm động cơ 30

3.1.2 Các phương pháp thí nghiệm động cơ ôtô 30

Các modul trong hệ thống thử nghiệm AVL 34

3.1.3 Xác định mục đích và lựa chọn phương pháp thí nghiệm 40

3.2 Thí nghiệm động cơ xăng 53

3.3 Thí nghiệm động cơ diezel 55

3.4 Thí nghiệm xây dựng đường đặc tính tải, đặc tính điều chỉnh động cơ bằng thực nghiệm .58

Chương 4 THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH HỆ SỐ TÁC ĐỘNG GIỮA Ô TÔ VÀ MÔI TRƯỜNG .61

4.1 Mục đích thí nghiệm 61

4.2 Xác định hệ số cản lăn 61

4.2.1 Thử nghiệm trên đường 61

4.2.2 Thử nghiệm trong phòng thí nghiệm 64

4.3 Xác định hệ số cản không khí 67

4.3.1 Thử nghiệm ở trên đường 67

4.3.2 Thí nghiệm ở trong phòng thí nghiệm 73

4.4 Xác định hệ số bám 76

4.4.1 Thử nghiệm trên đường 76

4.4.2 Thử nghiệm trong phòng thí nghiệm 78

Chương 5 THÍ NGHIỆM HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC 81

5.1 Mục đích thí nghiệm 81

5.2 Thí nghiệm hệ thống truyền lực trên bệ thử kiểu dòng công suất hở 81

5.3 Thí nghiệm hệ thống truyền lực trên bệ thử kiểu dòng công suất kín 83

5.3.1 Nguyên lý làm việc của bệ thử có dòng công suất kín 83

5.3.2 Các bệ thử làm việc theo nguyên lý dòng công suất kín và xác định hiệu suất truyền lực 84 5.4 Các dạng thí nghiệm khác về hệ thống truyền lực 87

Chương 6 THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA Ô TÔ 88

6.1 Mục đích thí nghiệm 88

6.2 Thí nghiệm xác định vận tốc lớn nhất của ô tô 88

6.2.1 Xác định tốc độ cực đại bằng cách đo trực quan 88

6.2.2 Xác định tốc độ cực đại của ô tô bằng cách ghi trên máy ghi sóng 89

6.3 Thí nghiệm xác định khả năng tăng tốc của ô tô 91

6.4 Thí nghiệm xác định đặc tính kéo của ô tô 95

6.4.1 Xác định đặc tính kéo trong phòng thí nghiệm 95

6.4.2 Xác định đặc tính kéo của ô tô ở trên đường 98

Chương 7 THÍ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG PHANH CỦA ÔTÔ 100

7.1 Mục đích thí nghiệm 100

7.2 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng phanh 100

7.3 Các thí nghiệm đánh giá chất lượng phanh của ôtô trên đường và trên băng thử 102

7.3.1 Thí nghiệm phanh ô tô trên đường 102

7.3.2 Thí nghiệm phanh trên bệ thử 109

Chương 8 THÍ NGHIỆM CÁC TÍNH NĂNG CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ 111

8.1 Mục đích thí nghiệm 111

8.2 Thí nghiệm đánh giá tính ổn định chuyển động của ô tô 111

8.2.1 Các chỉ tiêu đánh giá độ ổn định chuyển động của ô tô 111

8.2.2 Thí nghiệm đánh giá tính ổn định chuyển động của ô tô 111

8.3 Thí nghiệm đánh giá tính êm dịu chuyển động của ô tô 118

8.3.1 Các chỉ tiêu đánh giá tính êm dịu chuyển động của ô tô 118

8.3.2 Thí nghiệm đánh giá tính êm dịu chuyển động của ô tô 119

Chương 9 THÍ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ TÍNH KINH TẾ NHIÊN LIỆU CỦA Ô TÔ 123

9.1 Mục đích thí nghiệm 123

9.2 Tính kinh tế nhiên liệu của ô tô 123

9.3 Các thí nghiệm đánh giá tính kinh tế nhiên liệu của ô tô 123

9.3.1 Thí nghiệm đo tiêu hao nhiên liệu ở chế độ kiểm tra 123

9.3.2 Thí nghiệm đo tiêu hao nhiên liệu ở chế độ chuyển động ổn định 124

9.3.3 Thí nghiệm đo tiêu hao nhiên liệu trên đường của bãi thử chuyên dùng 125

9.3.4 Thí nghiệm đo tiêu hao nhiên liệu khi xe chuyển động theo chu trình 125

9.3.5 Thí nghiệm đo tiêu hao nhiên liệu trên đường giao thông chung 126

9.4 Dụng cụ đo lượng tiêu hao nhiên liệu 126

TÀI LIỆU THAM KHẢO 128

Chương 1 CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG ĐO LƯỜNG KỸ THUẬT

1.1 Mục đích thí nghiệm

Thí nghiệm ôtô chiếm vị trí rất quan trọng trong nền công nghiệp ôtô Mục đích của việc thí nghiệm là để đánh giá hoặc phát hiện các ưu nhược điểm của các chi tiết, các cụm chi tiết và toàn bộ ôtô về các mặt như:

Thông số kỹ thuật và tính năng làm việc cơ bản

Độ tin cậy làm việc

Độ bền và tuổi thọ

Tóm lại, nhờ có thí nghiệm chúng ta có thể đánh giá chất lượng của chi tiết, của cụm và toàn bộ ôtô một cách tổng thể và từ đó có cơ sở đề xuất cải tiến và hoàn thiện chúng nhằm đảm bảo sản xuất được những ôtô ngày càng có chất lượng cao Cần chú

ý rằng chữ thí nghiệm có thể được hiểu theo nghĩa hẹp, như thí nghiệm xác định độ cứng của lò xo ly hợp, nhưng cũng có thể nghĩa rất rộng như thí nghiệm đánh giá chất lượng làm việc của ôtô trong điều kiện sử dụng v.v…

Quy mô và độ phức tạp của thí nghiệm phụ thuộc vào mục đích đề ra ban đầu Tuỳ theo mục đích và tính chất của thí nghiệm mà đề ra chương trình thí nghiệm bao gồm:

Phương pháp tiến hành và thời gian thí nghiệm

Đối tượng dùng cho thí nghiệm

Trang thiết bị dùng cho thí nghiệm

Vị trí, chế độ và điều kiện thí nghiệm

Phương pháp xử lý số liệu thí nghiệm

Đối tượng thí nghiệm

Cường độ và thời gian thí nghiệm

Theo mục đích thí nghiệm ta có thí nghiệm kiểm tra kiểm tra ở nhà máy sản xuất, thí nghiệm trong điều kiện sử dụng, thí nghiệm trong nghiên cứu khoa học

Theo tính chất thí nghiệm ta có thí nghiệm để xác định tính chất kéo, tính nhiên liệu, tính chất phanh, tính ổn định và điều khiển, tính êm dịu chuyển động, tính cơ động, độ tin cậy làm việc, độ mòn, độ bền…của ôtô

Theo vị trí tiến hành thí nghiệm ta có thí nghiệm trên bệ thử (trong phòng thí nghiệm), thí nghiệm ở bãi thử, thí nghiệm trên đường Thí nghiệm trên bệ thử có thể tiến hành cho từng chi tiết, cho từng cụm hoặc cho cả ôtô một cách dễ dàng hơn so với khi thí nghiệm trên đường

Theo đối tượng thí nghiệm ta có thí nghiệm mẫu ôtô đơn chiếc, thí nghiệm mẫu ôtô của một đợt sản xuất nhỏ, thí nghiệm ôtô được sản xuất đại trà

Theo cường độ và thời gian thí nghiệm ta có thí nghiệm bình thường theo quy định và thí nghiệm tăng cường Ở thí nghiệm tăng cường thì thời gian thường được rút ngắn và chế độ tải trọng tăng

1.3 Yêu cầu đối với thiết bị đo

Thiết bị đo dùng cho thí nghiệm cần đảm bảo những yêu cầu chính sau đây: Đảm bảo độ chính xác cần thiết cho thí nghiệm

Không bị ảnh hưởng bởi rung động, điều này rất cần thiết đối với thí nghiệm trên đường

Đặc tính của thiết bị đo cần phải tuyến tính hoặc rất gần với tuyến tính trong suốt phạm vi đo

Trọng lượng và kích thước nhỏ để có thể đặt được ở trong ôtô Điều này rất quan trọng khi thí nghiệm trên đường

Không bị ảnh hưởng bởi khí hậu và thời tiết

1.4 Sơ đồ hệ thống thiết bị thí nghiệm

Hệ thống thiết bị thí nghiệm ô tô là rất đa dạng, nhiều chủng loại, tùy theo yêu cầu thực hiện mà ta có thể sử dụng một vài thiết bị, tuy nhiên có những thông số đo ta cần sử dụng nhiều thiết bị, cần nhiều hệ thống đo thí nghiệm để có được các thông số theo yêu cầu

12

Hình 1 1 Sơ đồ hệ thống thi nghiệm

1- Đối tượng cần đo thông số; 2- Cảm biến đo; 3 - Bộ xử lý; 4 - Thiết bị lưu trữ dữ

liệu

Câu hỏi ôn tập

Câu 1: Nêu mục đích của thí nghiệm ôtô?

Câu 2: Các dạng thí nghiệm ôtô?

Câu 3: Yêu cầu của thiết bị đo trong thí nghiệm ôtô?

Chương 2 CẢM BIẾN VÀ THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG

2.1 Định nghĩa và phân loại cảm biến

Cảm biến là bộ phận để nhận tín hiệu về trang thái của tín hiệu cần đo và biến đổi nó thành tín hiệu điện tương ứng

Trong thí nghiệm ôtô thường dùng cảm biến để đo các đại lượng: chuyển dịch, tốc độ, gia tốc, lực, áp suất và ứng suất Khi nghiên cứu động cơ đốt trong cũng như những cơ cấu khác của ôtô có thể dùng đến cảm biến loại nhiệt, loại quang và loại hoá, hall, áp suất …

Cảm biến còn phân loại theo nguyên lý biến đổi đại lượng không điện thành đại lượng điện theo hai nhóm lớn:

Nhóm phát điện (gênêratơ): ở nhóm này các đại lượng không điện từ đối tượng cần đo được biến đổi thành sức điện động hoặc cường độ dòng điện, chẳng hạn như cảm biến điện cảm, cảm biến thạch anh, cảm biến quang, cảm biến hall và những cảm biến khác không cần nguồn điện bởi vì chính các cảm biến ấy là nguồn phát điện

Nhóm thông số: ở nhóm này đại lượng không điện từ đối tượng cần đo sẽ biến đổi thành một hoặc vài thông số điện của cảm biến như điện trở tenxơ, cảm biến điện dung, cảm biến điện từ, cảm biến con trượt

2.2 Cảm biến điện trở

2.2.1 Định nghĩa cấu tạo

Cảm biến điện trở là những cảm biến điện, chúng chuyển đổi các đại lượng cần

đo bằng sự thay đổi điện trở Cảm biến điện trở có mặt hầu khắp các lĩnh vực khoa học

kỹ thuật nhất là trong lĩnh vực kỹ thuật điện, ta có thể bắt gặp chúng hàng ngày Cảm biến điện trở có nhiều loại, trong phần này, ta tìm hiểu về cảm biến điện trở loại tiếp

xúc trượt, tên gọi quen thuộc của cảm biến điện trở tiếp xúc trượt là chiết áp Nguyên

lý làm việc của nó được thể hiện trên sơ đồ khối hình 2.1 Đại lượng vào là độ dịch chuyển theo chiều dài hoặc góc, đại lượng ra là điện trở

Hình 2 1 Sơ đồ khối của cảm biến điện trở tiếp xúc trượt

Căn cứ vào nguyên lý cấu tạo của chiết áp ta có thể chia chúng ra ba dạng cơ bản Dạng dịch chuyển trên đoạn dây điện trở được sử dụng khi điện trở ra bé, thường không vượt quá 10 Ohm Lực gây nên độ dịch chuyển cần đo x sẽ làm trượt đầu tiếp xúc (được nối ra cọc C), cùng với các cọc nối ra từ hai đầu đoạn dây điện trở A - B ta

có thể đo được giữa A - C hoặc B - C những điện trở ra của chiết áp (xem hình 2.2 a) Đối với điện trở lớn (trong khoảng từ vài Ohm đến 10 Ohm) ta thường sử dụng dạng chiết áp hình trụ (dây điện trở được quấn quanh trụ cách điện) Nguyên tắc hoạt động giống như dạng trên (hình 2.2 b) Để có được dạng dịch chuyển góc, người ta uốn cong khép kín dạng chiết áp hình trụ, nói một cách khác, người ta tạo ra dạng chiết áp hình xuyến (hình 2.2 c) Khi đại lượng vào dịch chuyển một góc nào đó, ở các cọc ra

sẽ đo được các điện trở tương ứng Sau đây, ta có thể gọi ngắn gọn dịch chuyển thẳng

và dịch chuyển góc là trượt thẳng và trượt góc

Đặc tuyến tĩnh của những cảm biến điện trở tiếp xúc trượt đối với các dạng trượt thẳng và trượt góc là:

Trong đó, r là điện trở đo được giữa các cọc ra

Hình 2 2 Nguyên lý cấu tạo của các dạng cảm biến điện trở tiếp xúc trượt

R là điện trở cực đaị của chiết áp giữa các cọc ra;

L là đoạn trượt cực đại (ứng với R cực đại);

x là đoạn đoạn trượt tính từ điểm đầu (điện trở bằng không);

φ là góc trượt cực đại (ứng với R cực đại);

ϕ là góc trượt tính từ điểm đầu (điện trở bằng không)

Từ các đặc tuyến tĩnh trên ta có thể suy ra các độ nhạy Sx và Sϕ tương ứng với các dạng chiết áp trượt thẳng và trượt góc, ta có:

Các trị số R, L, φ, trong hầu hết các trường hợp giải quyết nhiệm vụ đo cụ thể đều đã được cho trước, vì vậy trong những trường hợp cụ thể đó ta coi như độ nhạy cũng đã được cho trước Để xác định đặc tuyến động của chiết áp trước hết ta cần nắm

rõ bản chất động học của loại phần tử này Để thực hiện được chuyển động trượt (thẳng hoặc góc), ngoại lực cần phải thắng quán tính ì của đầu tiếp xúc và lực ma sát giữa đầu tiếp xúc với dây điện trở Đầu tiếp xúc sẽ còn bất động chừng nào ngoại lực vẫn còn bé hơn lực ma sát Như vậy, phương trình vi phân đặc trưng cho tính động học của chiết áp dạng trượt thẳng sẽ là:

những số liệu đặc trưng của chiết áp (hãy luôn nhớ cái tên dài dòng của chúng là cảm

biến điện trở tiếp xúc trượt)

2.2.1 Những số liệu đặc trưng của cảm biến điện trở tiếp xúc trượt

(1) Khả năng phân giải (độ phân giải)

Loại trừ dạng cấu tạo chỉ có một đoạn dây điện trở (xem hình 2.2 a), ở mọi dạng khác, điện trở của chiết áp không thay đổi liên tục mà thay đổi theo từng bước khi đầu trượt chuyển dịch Hiện tượng này do những khoảng cách giữa các vòng quấn của dây điện trở gây nên

Khả năng phân giải của chiết áp được tính bằng công thức:

100

N



Trong đó, f là độ phân giải

N là số vòng quấn của dây điện trở ứng với góc trượt 3600 của chiết áp

Khả năng phân giải tốt khi giá trị của f = 0, 5 đến 0,05%

Đối với chiết áp trượt thẳng, khả năng phân giải được tính bằng công thức:

(2) Mô - men làm việc (mô men hoạt động)

Với các chiết áp thông thường, mô men làm việc nằm trong khoảng từ

50 ÷100.10-4 N.m; ở các chiết áp đặc biệt giá trị này nằm trong khoảng từ 1÷10.10-4

N.m, do đó, chiết áp đặc biệt có giá thành cao

Mô men hoạt động của chiết áp (mô men làm việc) thường chỉ bằng một nửa mô men khởi động nó

(3) Độ tuyến tính

Sai số tuyến tính được biểu hiện rõ trên hình 2.3, có hai đường đặc trưng cho sự hoạt động của chiết áp, đó là đường lý thuyết O - R (R là giá trị danh định của chiết áp) và đường thực tế A-B (đường mấp mô nối từ A đến B)

Căn cứ vào sự phân bố điểm của đường thực tế ta có thể kẻ được đường thẳng trung bình phù hợp nhất của đường mấp mô này (đường gạch rời) qua hai điểm A và B

ta sẽ có được đường thẳng đặc trưng cho đường thực tế qua các điểm đầu cuối Điện trở của chiết áp tại điểm x = 0 phải bằng một giá trị rA nào đó tại điểm A Tại vị trí x =

L, giá trị của chiết áp không phải bằng R mà bằng một giá trị tương ứng rB tại điểm B

Hình 2 3 Sai số tuyến tính của các cảm biến điện trở tiếp xúc trượt

Dựa vào ba đường thẳng đã nêu (đường thẳng trung bình, đường thẳng

lý thuyết và đường thẳng qua các điểm đầu, cuối) ta có thể ấn định được ba loại sai số tuyến tính theo các định nghĩa sau:

a) Sai số tuyến tính độc lập

Độ chênh lệch cực đại Δrtđ giữa đường thực tế và đường thẳng trung bình so với điện trở R (giá trị chính xác, chuẩn) tính theo giá trị % được gọi là sai số tuyến tính độc lập và được ký hiệu là std

td td

b) Sai số tuyến tính lý thuyết:

Độ lệch cực đại Δrtl giữa đường thực tế và đường thẳng lý thuyết so với điện trở

R (giá trị chính xác, chuẩn) tính theo giá trị % được gọi là sai số tuyến tính lý thuyết

và được ký hiệu là stl

tl tl

c) Sai số tuyến tính điểm cuối

Độ lệch cực đại Δrtc giữa đường thực tế và đường thẳng qua các điểm cuối (so với điện trở R - giá trị chính xác, chuẩn) tính theo giá trị % được gọi là sai số tuyến tính điểm cuối (còn được gọi là sai số tuyến tính cực đại stmax) và được ký hiệu là stc( hoặc stmax):

c tc

2.2.3 Cảm biến con trượt

a Nguyên lý hoạt động

Một tiếp điểm trượt theo 1 góc

xác định trên các rãnh điện trở Cảm

biến này được cấp điện áp chuẩn

thông qua một thanh tiếp xúc Thanh

tiếp xúc này có điện trở rất thấp và

cố định Khi con trượt di chuyển thì

giá trị điện trở tăng hoặc giảm từ

điểm đầu tới điểm cuối Đồng thời

việc sụt giảm điện áp qua những

thay đổi biến điện trở tương ứng

Hình 2 4 Nguyên lý làm việc của cảm

biến vị trí con trượt

1 Góc quay tối đa; B Góc đo hiện tại;

1 Rãnh biến điện trở; 2 Điện trở lớn nhất;

3 Rãnh tiếp xúc; 4 Con trượt tiếp xúc;

5 Điện trở nhỏ nhất

b Ứng dụng

Cảm biến hao mòn má phanh:

Cảm biến hao mòn má phanh

nằm trong điệm hãm phanh (chỉ cho

phanh đĩa)

Cảm biến hoa mòn má phanh

bao gồm một vòng dây nhỏ mà được

lồng vào trong của các má phanh

Ngay sau khi má phanh bị mòn

xuống đến mức độ dày quy định, điều

Hướng trượt được chia làm bảy

phân đoạn, theo đó mỗi phân đoạn

được kết nối qua điện trở ta có thể

quan sát trên hình vẽ Tại mỗi vị trí

thì điện trở thay đổi hoặc thay đổi

điện áp trên toàn bộ cảm biến

Hình 2 6 Cảm biến vị trí bàn đạp phanh

Hình 2 7 Cấu tạo cảm biến vị trí bàn

đạp phanh

1 Hướng trượt; 2 Con chạy; 3 Điện trở;

4 Giắc kết nối điện

Cảm biến vị tri bướn ga:

Cảm biến vị trí bướm ga được lắp

ở trên trục của bướm ga

Khi bướm ga được mở ra, một

vành trượt di chuyển bên trong rãnh

điện trở của cảm biến Điện trở của

cảm biến tăng lên tương ứng là vị trí

bướm ga (hình 2.28)

Hình 2 8 Cảm biến vị trí bướm ga

Tương ứng với khoảng 0,5V; B Tương ứng với khoảng 4,7V; Ct đóng bướm ga; PT

mở một phần bướn ga;

Cảm biến vị trí bàn đạp ga:

Cảm biến vị trí bàn đạp ga được

tích hợp vào bàn đạp ga

Cảm biến xác định vị trí hiện tại

của bàn đạp ga Khi ta đạp vào bàn

đạp ga, trục và vít trượt được di

chuyển vào vị trí của nó trên các rãnh

trượt, khi đó điện trở thay đổi tỷ lệ

với vị trí của bàn đạp ga

Hình 2 9 Cảm biến vị trí bàn đạp ga

1 Rãnh trượt; 2 Trục với

2.2 Cảm biến kiểu điện cảm

Cảm biến kiểu điện cảm hay còn gọi là cảm biến tiệm cận, Cảm biến tiệm cận (còn được gọi là “Công tắc tiệm cận” hoặc đơn giản là “PROX” tên tiếng anh là Proximity Sensors) phản ứng khi có vật ở gần cảm biến Trong hầu hết các trường hợp, khoảng cách này chỉ là vài mm Cảm biến tiệm cận thường phát hiện vị trí cuối của chi tiết máy và tín hiệu đầu ra của cảm biến khởi động một chức năng khác của máy Đặc biệt cảm biến này hoạt động tốt ngay cả trong những môi trường khắc nghiệt

Cảm biến tiệm cận chuyển đổi tín hiệu về sự chuyển động hoặc xuất hiện của vật thể thành tín hiệu điện Có 3 hệ thống phát hiện để thực hiện công việc chuyển đổi này: hệ thống sử dụng dòng điện xoáy được phát ra trong vật thể kim loại nhờ hiện

tượng cảm ứng điện từ, hệ thống sử dụng sự thay đổi điện dung khi đến gần vật thể cần phát hiện, hệ thống sử dụng nam châm và hệ thống chuyển mạch cộng từ

Đặc điểm

 Phát hiện vật thể không cần tiếp xúc, không tác động lên vật, khoảng cách xa nhất tới 30mm

 Hoạt động ổn định, chống rung động và chống shock tốt

 Tốc độ đáp ứng nhanh, tuổi thọ cao so với công tắc giới hạn (limit switch)

 Đầu sensor nhỏ có thể lắp ở nhiều nơi

 Có thể sử dụng trong môi trường khắc nghiệt

Cảm biến tiệm cận loại cảm ứng từ

 Cảm ứng từ loại có bảo vệ (Shielded): Từ trường được tập trung trước mặt sensor nên ít bị nhiễu bởi kim loại xung quanh, tuy nhiên khoảng cách đo ngắn đi

 Cảm ứng từ loại không có bảo vệ (Un-Shielded): Không có bảo vệ từ trường xung quanh mặt sensor nên khoảng cách đo dài hơn, tuy nhiên dễ bị nhiễu của kim loại xung quanh

Cảm biến tiệm cận loại cảm ứng điện dung

Cảm ứng này phát hiện theo nguyên tắc tĩnh điện (sự thay đổi điện dung giữa vật cảm biến và đầu sensor), có thể phát hiện tất cả vật thể

Ứng dụng

Cảm biến tiệm cận ứng dụng phổ biến trong công nghiệp nhà máy như gắn trên các dây truyền sản xuất, gắn trên các điện thoại cảm ứng, các loại xe ô tô,…

Một số lưu ý khi sử dụng

 Ta phải xác định mình đang đo cái gì?

 Tốc độ xử lý của cảm biến nhanh hay chậm; và độ chính xác khu vực đo có cần chính xác cao không?

 Kiểm tra sức ảnh hưởng của môi trường xung quanh khu vực đo xem có lượng

từ trường lớn như nam châm không; để tìm biện pháp xử lý vì đây là một trong những nguyên nhân gây sai số trong khi đo của cảm biến

 Khu vực đo rung hay không?

 Nhiệt độ môi trường cao không ?

 Khoảng cách cảm biến đo tới vật cần đo là bao nhiêu ?

 Tuy vào nhu cầu của các nhà máy khác nhau mà chúng ta nên kiểm tra kỹ và chọn mua những loại cảm biến thích hợp đáp ứng tốt nhu cầu cần đo

Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận điện cảm (Inductive Proximity Sensor)

Hình 2 10 Cấu tạo cảm biến tiệm cận điên cảm

* Cấu trúc của cảm biến tiệm cận điện cảm, gồm 4 phần chính:

– Cuộn dây và lõi ferit

– Mạch dao động

– Mạch phát hiện

– Mạch đầu ra

* Nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận điện cảm

Cảm biến tiệm cận điện cảm được thiết kế để tạo ra một vùng điện trường, khi một vật bằng kim loại tiến vào khu vực này, xuất hiện dòng điện xoáy (dòng điện cảm ứng) trong vật thể kim loại này Dòng điện xoáy gây nên sự tiêu hao năng lượng (do điện trở của kim loại) làm ảnh hưởng đến biên độ sóng dao động, đến một trị số nào đó tín hiệu này được ghi nhận Mạch phát hiện sẽ phát hiện sự thay đổi tín hiệu và tác động để mạch ra lên mức ON Khi đối tượng rời khỏi khu vực từ trường, sự dao động được tái lập, cảm biến trở lại trạng thái bình thường

Hình 2 11: Hình ảnh một số cảm biến tiệm cận

2.3 Cảm biến kiểu điện dung

2.3.1 Nguyên lý hoạt động

Cảm biến điện dung dựa trên các

nguyên tắc của một tụ điện Một trong

những tính chất vật lý của tụ điện là

sự phụ thuộc của điện dung, tức là khả

năng lưu trữ năng lượng, vào khoảng

cách giữa hai tấm kim loại Các tấm

có khoảng cách phù hợp

Nếu hai mảnh là tương đối xa

nhau, thì khả năng nạp giữa chúng là

tương đối thấp Nếu các tấm di chuyển

lại gần nhau hơn, thì khả năng nạp

Cảm biến đo gia tốc:

Cảm biến gia tốc được lắp trên

khung kết cấu sàn xe theo chiều dọc

và ngang trục

Cảm biến gia tốc đo gia tốc của

xe theo chiều dọc hoặc ngang, tùy

thuộc vào sử dụng

Cảm biến này được dùng để

điều khiển hoạt động của túi khí

Hình 2 14: Cấu tạo cảm biến gia tốc

Cảm biến áp suất phanh:

Cảm biến áp suất phanh có thể

được lắp bên ngoài của xi lanh phanh

chính hoặc có thể tích hợp vào HCU

Cảm biến áp suất phanh dùng

để đo áp suất trong hệ thống phanh

thủy lực

Cảm biến này tạo ra một tín

hiệu điện áp tỉ lệ thuận với áp suất

phanh tạo ra Và gửi tín hiệu này về

ECU

Khi áp suất phanh nhỏ thì

khoảng cách giữa đĩa dung (di động)

và đĩa dung (cố định) ở xa nhau do đó

làm thay đổi điện dung của mạch do

đó tạo ra tín hiệu điện áp tương ứng

Hình 2 15: Cảm biến áp suất phanh

Hình 2 16: Cấu tạo cảm biến áp suất

hướng, người ta đặt điện áp xoay

chiều vào phần rung, điện áp này làm

cho nó rung Sau đó, mức lệch hướng

được phát hiện từ phần phát hiện theo

Hình 2 17: Cấu tạo cảm biến độ lệch của xe

mức lệch và hướng lệch của miếng

Những cảm biến này làm việc

trên nguyên lý phát sinh sức điện động

trên mạch khi từ thông thay đổi

Nguyên lý làm việc của cảm

biến này được trình bày trên hình 2.3

Cảm biến cấu tạo bởi khung dây điện

quay trong trường nam châm vĩnh cửu

gây nên bởi hai cực bắc N và nam S

Khi khung dây điện quay như

vậy thì từ thông đi qua dây điện sẽ

thay đổi và sức điện động e (tín hiệu

ra) sinh ra ở hai đầu ra của khung dây

điện sẽ tỷ thuận với tốc độ thay đổi từ

thông đi qua khung dây điện

Hình 2 18: Sơ đồ nguyên lý làm việc của cảm biến cảm ứng từ

Sức điện động e được biểu diễn dưới công thức:

dt

d W

biến đo vận tốc góc bánh xe:

Cảm biến này bao gồm: một nam

châm được bao kín bằng một cuộn dây

và các vòng cảm biến

Nam châm và cuộn dây được đặt

cách các vòng cảm biến một khoảng xác

định

Khi răng của vòng cảm biến 4

không nằm đối diện cực từ, thì từ thông

đi qua cuộn dây cảm ứng sẽ có giá trị

thấp vì khe hở không khí lớn lên có từ

trở cao Khi một răng đến gần cực từ của

cuộn dây, khe hở không khí giảm dần

khiến từ thông tăng nhanh Như vậy, nhờ

sự biến thiên từ thông, trên cuộn dây sẽ

xuất hiện một sức điện động cảm ứng

Khi răng vòng cảm biến đối diện cuộn

dây từ thông đạt giá trị cực đại nhưng

điện áp ở hai đầu cuộn dây bằng không

Khi răng của vòng cảm biến di chuyển ra

khỏi cực từ, khe hở không khí tăng dần

làm từ thông giảm sinh ra một sức điện

động theo chiều ngược lại

Việc luân chuyển các bánh xe sẽ

thay đổi khe hở dẫn đến làm thay đổi từ

trường Những thay đổi của từ trường tạo

ra điện áp xoay chiều trong cuộn dây

Các tần số tín hiệu thay đổi như tốc độ

bánh xe tăng hoặc giảm

đặt trên vành đai puly cam hoặc có thể

tích hợp trong bộ chia điện

Bộ phận chính của cảm biến là

một cuộn cảm ứng, một nam châm vĩnh

cửu và một rotor dùng để khép mạch từ

có số răng như hình 2.5 Về cơ bản

nguyên lý tương tự như cảm biến tốc độ

Việc luân chuyển trục cam sẽ thay đổi

khe hở dẫn đến làm thay đổi từ trường

Sự biến thiên từ trường tạo ra điện áp

Hình 2 20: Cảm biến vị trí trục cam

1 Cảm biến vị trí trục cam;

2 Vòng cảm biến trục cam

xoay chiều trong cuộn dây Tần số này

thay đổi như hình 2.5 Cảm biến giúp

xác định góc chuẩn của trục cam, từ đó

xác định điểm chết trên và kỳ nén của

mỗi xi lanh để đánh lửa

2.5 Cảm biến kiểu điện Áp

2.5.1 Nguyên lý hoạt động

Cảm biến áp suất thường được

sử dụng để đo áp suất trong ôtô

Cấu tạo quan trọng nhất của cảm

biến áp suất là:

Chip silicon 5, trong chip silicon

có màng 1 và các điện trở được mắc với

nhau theo hình cầu Wheatstone

Khi áp suất cao, khi đó màng 5

tác dụng làm các điện trở biến Các điện

trở biến dạng được kết nối với nhau

theo hình cầu mạch Wheatstone Và khi

đó các điện trở thay đổi về giá trị điện

trở dẫn đến thay đổi điện áp trên các

điện trở đo Điện áp Um cũng thay đổi

phù hợp Sự thay đổi đó phù hợp với áp

hòa khí Cảm biến MAP được cung cấp

bởi một điện áp tham chiếu 5V Cảm

biến bao gồm một tấm chip silicon Mặt

ngoài của tấm silicon tiếp xúc với áp suất

đường ống nạp Hai mặt của tấm được

phủ thạch anh để tạo thành điện trở áp

điện Khi áp suất đường ống nạp thay

đổi, giá trị của điện trở áp điện sẽ thay

đổi Các điện trở áp điện được nối thành

cầu Wheastone

Hình 2 22: Cảm biến áp suất

đường ống nạp

Cảm biến áp suất nhiên liệu

Cảm biến được lắp đặt ống phân

phối của hệ thống cung cấp nhiên liệu

thay đổi điện trở, việc thay đổi điện trở

này tỷ lên với áp suất nhiên liệu và được

khuyếch đại trong IC khuyếch đại 2

Hình 2 23: Cảm biến áp suất

nhiên liệu

Hình 2 24: Cấu tạo cảm biến áp

suất nhiên liệu

1 Dây kết nối; 2 IC khuyếch đại;

3 Màng ngăn thép; 4 Áp suất nhiên liệu; 5 Vỏ

2.6 Cảm biến kiểu từ đàn hồi

hóa Nếu không có sự ảnh hưởng của

từ hóa bên ngoài, thì sự liên kết của

mỗi lớp từ hóa là ngẫu nhiên Nếu một

từ trường ngoài tác dụng vào vật liệu

sắt từ, thì các thành phần từ hóa sẽ

phù hợp với từ trường bên ngoài

Sự liên kết của các thành phần

từ hóa phụ thuộc trên độ mạnh của từ

trường bên ngoài:

Nếu từ trường yếu, sự liên kết

của thành phần từ hóa đến từ trường

bên ngoài là ngẫu nhiên và do đó

không đồng đều Các vật liệu sắt từ có

điện trở cao

Nếu từ trường đủ mạnh, sự liên

kết của thành phần từ hóa là thống

Hình 2 25: Cảm biến Manhêtô

nhất với tù trường ngoài Các vật liệu

trên các bánh xe trước và bánh sau

Cảm biến tốc độ đo tốc độ của

từng bánh xe Tạo ra các sóng vuông

với tần số liên tục và tương ứng với

tốc độ động cơ tăng lên

Cảm biến tốc độ bao gồm hai

magneto-resistive điện trở kết nối với

nhau theo dạng cầu Wheatstone Khi

vòng từ tính quay, từ thông biến thiên

qua các phần tử magneto này làm cho

điện thế tại các điểm giữa của hai

nhánh thay đổi Một bộ so sánh

khuyếch đại căn cứ vào sự chênh lệch

điện áp tại 2 điểm này sẽ tạo ra các

xung vuông Tần số các xung này

bằng số cực các nam châm gắn vào

vòng từ tính

Hình 2 26: Cảm biến tốc độ bánh xe

Hình 2 27: Nguyên lý hoạt động của

cảm biến tốc độ xe

2.7 Phương pháp mắc cảm biến vào sơ đồ đo

Hiện nay trên thị trường, cảm biến được sản xuất bởi nhiều công ty ở nhiều quốc gia khác nhau do đó chúng rất đa dạng về hình dáng và chủng loại vì vậy khi ta sử dụng một cảm biến cụ thể ta cần tìm hiểu kỹ cách đấu dây và khả năng ứng dụng của

nó để sử dụng cảm biến một cách an toàn và hiệu quả

Ngõ ra của cảm biến là loại transistor

Ngõ ra của cảm biến là loại transistor loại PNP

Hình 2 28: Sơ đồ cảm biến với ngõ ra loại PNP

Ngõ ra của cảm biến là loại transistor loại NPN

Hình 2 29: Sơ đồ cảm biến với ngõ ra loại NPN Ngõ ra của cảm biến là loại tiếp điểm

Loại 2 đầu dây

Hình 2 30: Sơ đồ cảm biến với loại 2 đầu đây Loại 3 đầu dây

Hình 2 31: Sơ đồ cảm biến với loại 3 đầu đây

Loại 4 đầu dây

Hình 2 32: Sơ đồ cảm biến với loại 4 đầu đây

2.8 Mạch chuyển đổi, thiết bị chỉ thị và ghi

2.8.1 Mạch chuyển đổi

Như chúng ta đều biết hầu hết tín hiệu mà chúng ta thường gặp trong khoa học

và kỹ thuật là tín hiệu tương tự Tức tín hiệu là các hàm của biến liên tục như thời gian

hoặc không gian và thường cho ta giá trị liên tục trên một khoảng

Chúng ta hoàn toàn có thể xử lý trực tiếp các tín hiệu này nhờ các hệ thống xử

lý tín hiệu tương tự như là bộ lọc hay bộ phân tích tần số tương tự Tuy nhiên có một

số điểm hạn chế khi xử lý với tín hiệu tương tự như: Tín hiệu tương tự khó trong việc

điều chỉnh, khó lưu trữ tín hiệu Tuy nhiên thì bộ xử lý tín hiệu số khắc phục được

điều này và vì vậy mà thông thường người ta sẽ chuyển một tín hiệu tương tự sang tín

hiệu số để xử lý

Hình 2 33: Mô phỏng nguyên lý của bộ chuyển đổi A/D và D/A

Công việc chuyển đổi xảy ra qua 3 quá trình:

Lấy mẫu tín hiệu

Lấy mẫu là quá trình chuyển từ một tín hiệu tương tự liên tục theo thời gian

sang tín hiệu rời rạc theo thời gian bằng cách "lấy mẫu" tức là lấy giá trị của tín hiệu

tại những thời điểm cho trước Lưu ý khoảng thời gian lấy giữa 2 lần lấy mẫu liên tiếp

là như nhau

Như vậy nếu ta có một tín hiệu tương tự liên tục theo thời gian x(t) ta cần lấy ra

các tín hiệu x(n) thỏa:

x(n)=x(nT)

Trong đó: T được gọi là khoảng lấy mẫu hoặc là chu kỳ lấy mẫu

Sau qua trình này ta thu được một mẫu x(n), Đối với tín hiệu tương tự VI thì tín hiệu

lấy mẫu VS sau quá trình lấy mẫu có thể khôi phục trở lại VI một cách trung thực nếu

Trong đó fS: tần số lấy mẫu flmax: là giới hạn trên của giải tần số tương tự

Hình 2 34: Lấy mẫu tín hiệu tương tự đầu vào

Nếu biểu thức (10) được thỏa mản thì ta có thể dùng bộ tụ lọc thông thấp để khôi phục VI từ VS

Vì mỗi lần chuyển đổi điện áp lấy mẫu thành tín hiệu số tương ứng đều cần có một thời gian nhất định nên phải nhớ mẫu trong một khoảng thời gian cần thiết sau mỗi lần lấy mẫu Điện áp tương tự đầu vào được thực hiện chuyển đổi A/D trên thực tế

là giá trị VI đại diện, giá trị này là kết quả của mỗi lần lấy mẫu

Lượng tử hóa và mã hóa:

Tín hiệu số không những rời rạc trong thời gian mà còn không liên tục trong biến đổi giá trị Một giá trị bất kỳ của tín hiệu số đều phải biểu thị bằng bội số nguyên lần giá trị đơn vị nào đó, giá trị này là nhỏ nhất được chọn Nghĩa là nếu dùng tín hiệu

số biểu thị điện áp lấy mẫu thì phải bắt điện áp lấy mẫu hóa thành bội số nguyên lần giá trị đơn vị Quá trình này gọi là lượng tử hóa Đơn vị được chọn theo qui định này gọi là đơn vị lượng tử, kí hiệu D Như vậy giá trị bit 1 của LSB tín hiệu số bằng D Việc dùng mã nhị phân biểu thị giá trị tín hiệu số là mã hóa Mã nhị phân có được sau quá trình trên chính là tín hiệu đầu ra của chuyên đổi A/D

Mạch lấy mẫu và nhớ mẫu:

Khi nối trực tiếp điện thế tương tự với đầu vào của ADC, tiến trình biến đổi có thể bị tác động ngược nếu điện thế tương tự thay đổi trong tiến trình biến đổi Ta có thể cải thiện tính ổn định của tiến trình chuyển đổi bằng cách sử dụng mạch lấy mẫu

và nhớ mẫu để ghi nhớ điện thế tương tự không đổi trong khi chu kỳ chuyển đổi diễn

vào tương tự Tiến trình biến đổi A/D thường phức tạp và mất nhiều thời gian hơn tiến trình chuyển đổi D/A Do đó có nhiều phương pháp khác nhau để chuyển đổi từ tương

tự sang số

Hình 2 35: Sơ đồ khối của một lớp ADC đơn giản

Hoạt động cơ bản của lớp ADC thuộc loại này như sau:

Xung lệnh START khởi động sự hoạt động của hệ thống

Xung Clock quyết định bộ điều khiển liên tục chỉnh sửa số nhị phân lưu trong thanh ghi

Số nhị phân trong thanh ghi được DAC chuyển đổi thành mức điện thế tương tự VAX

Bộ so sánh so sánh VAX với đầu vào trương tự VA Nếu VAX < VA đầu ra của

bộ so sánh lên mức cao Nếu VAX > VA ít nhất bằng một khoảng VT (điện thế ngưỡng), đầu dra của bộ so sánh sẽ xuống mức thấp và ngừng tiến trình biến đổi số nhị phân ở thanh ghi Tại thời điểm này VAX xấp xỉ VA, giá dtrị nhị phân ở thanh ghi là đại lượng số tương đương VAX và cũng là đại lượng số tương đương VA, trong giới hạn độ phân giải và độ chính xác của hệ thống

Logic điều khiển kích hoạt tín hiệu ECO khi chu kỳ chuyển đổi kết thúc Tiến trình này có thể có nhiều thay dổi đối với một số loại ADC khác, chủ yếu là sự khác nhau ở cách thức bộ điều khiển sửa đổi số nhị phân trong thanh ghi

Hình 2 36: Máy hiện sóng oscilloscope

Máy hiện sóngoscilloscope số bao gồm các hệ thống (hình 2.37):

Nguyên lý hoạt động của máy oscilloscope số:

Khi bạn nối đầu dò của máy oscilloscope số vào cảm biến: hệ thống dọc sẽ điều chỉnh biên độ của tín hiệu như trong máy oscilloscope tương tự Tiếp tới, bộ chuyển đổi tương tự/số trong hệ thống thu thập lấy mẫu tín hiệu ở các thời điểm rời rạc và chuyển đổi điện áp tín hiệu ở các điểm này thành giá trị số, gọi là các điểm lấy mẫu Xung lấy mẫu của hệ thống ngang quy định bộ ADC lấy mẫu bao nhiên lần Tốc độ

mà ở đó xung “ticks” được gọi là tốc độ lấy mẫu và được đo bằng số mẫu trên giây

Các điểm mẫu từ ADC được lưu trữ trong bộ nhớ như là các điểm dạng sóng

Có nhiều hơn một điểm mẫu có thể cấu thành nên một điểm dạng sóng

Cùng với nhau, các điểm dạng sóng cấu thành nên một bản ghi dạng sóng Số điểm sóng được dùng để tạo nên một bản ghi dạng sóng được gọi là độ dài bản ghi Hệ thống kích khởi quy định điểm bắt đầu và điểm kết thúc bản ghi Màn hình nhận các điểm bản ghi này sau khi chúng được lưu trữ trong bộ nhớ

Hình 2 37: Sơ đồ làm việc của máy hiện sóng oscilloscope

2.9 Tổ hợp các cảm biến

Hệ thống đo bao gồm các cảm biến, mạch thích ứng và các thiết bị đầu ra có thể

tổ hợp lại theo các sơ đồ khác nhau Hình (2.40) mô tả các khả năng tổ hợp của chúng Đường liền nét biểu thị khả năng tổ hợp chính, đường nét đứt biểu thị các khả năng tổ hợp khác Nhờ sử dụng các bộ chuyển mạch để chọn kênh đo, các bộ tính tổng, mô đun hoá, khuếch đại thuật toán, các bộ biến đổi số - tương tự và tương tự - số chúng ta

có thể mở rộng thêm các sơ đồ đo

Hình 2 38: Sơ đồ các thành phần cảm biến, mạch thích ứng và thiết bị chỉ thị, ghi

trong hệ thống đo

Trên hình (2.38), các cảm biến điện trở 1, điện cảm 2, điện dung 3 có tín hiệu ra dạng tương tự Các cảm biến 4, 5 là cảm biến phát điện kiểu cảm ứng và cảm biến kiểu

áp điện, tín hiệu ra của chúng là tín hiệu tương tự Phần tử 6 là cảm biến kiểu điện cảm

có tín hiệu ra kiểu số (ví dụ cảm biến có cảm kháng thay đổi nhờ các răng và rãnh của các bộ phận quay kiểu bánh xe răng) Phần tử 7 là cảm biến phát điện kiểu cảm ứng có tín hiệu ra là tín hiệu số Trong sơ đồ các cảm biến, góc trên bên trái ký hiệu vào cảm biến có bản chất vật lý không điện Còn góc dưới bên phải ký hiệu các đại lượng điện

ở đầu ra của cảm biến

Khi nối ghép các phần tử của mạch đo cần phải đảm bảo điều kiện thích ứng về

độ nhạy, về trị số của tín hiệu đo, dòng điện, công suất tiêu thụ, các điện trở đầu vào

và ra của mạch đo Các mạch thích ứng thường sử dụng như các tụ bù 8, các bộ khuếch đại tần số sóng mang (9) khuếch đại điện áp một chiều (10), khuếch đại điện tích (11), khuếch đại điện áp dòng một chiều (12) Các thiết bị hiển thị và ghi cần được chọn phù hợp với dạng tín hiệu và phối hợp đúng với các trở kháng vào ra của thiết bị Thiết bị chỉ thị 13 có thể làm việc với các dạng tín hiệu vào dạng tương tự và số Thiết

bị tự ghi 14 và16 kiểu từ điện dùng điện thế kế kiểu gương có thể làm việc với tín hiệu vào có trị số dòng lớn Thiết bị tự ghi 15 kiểu điện tử có trở kháng trong lớn Thiết bị hiển thị 17 là thiết bị chỉ thị kiểu số

Câu hỏi ôn tập:

Câu 1: Trình bày cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận điện cảm?

Câu 2: Trình bày nguyên lý hoạt động và ứng dụng của cảm biến điện áp?

Câu 3: Trình bày nguyên lý hoạt động và ứng dụng của cảm biến cảm ứng từ? Câu 4: Trình bày nguyên lý hoạt động và ứng dụng của cảm biến Manheto? Câu 5: Trình bày nguyên lý hoạt động và ứng dụng của cảm biến điện dung? Câu 6: Trình bày nguyên lý hoạt động và ứng dụng của cảm biến quang?

Câu 7: Trình bày nguyên lý hoạt động và ứng dụng của cảm biến con trượt?

Chương 3 THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ

3.1 Khái quát về thí nghiệm động cơ

3.1.1 Các dạng thí nghiệm động cơ ôtô

Nhằm đánh giá các tính năng kỹ thuật và xác định chất lượng chế tạo của động

cơ mới và động cơ sau khi sửa chữa, đại tu, hay động cơ sau một khoảng thời gian sử dụng Qua đó có thể có được một cách tương đối thời hạn sử dụng, thời gian giữa hai

kỳ sửa chữa lớn Ngoài ra còn có thể đánh giá chất lượng động cơ sau quá trình sửa chữa hay đại tu

Các thí nghiệm này thông thường kiểm tra các thông số kỹ thuật cơ bản của động cơ: momen, công suất động cơ, số vòng quay, suất tiêu hao nhiên liệu, lượng tiêu hao dầu bôi trơn, thành phần khí thải…

3.1.2 Các phương pháp thí nghiệm động cơ ôtô

3.1.2.1 Thí nghiệm đo công suất động cơ

Động cơ đốt trong là loại động cơ biến đổi năng lượng trong quá trình cháy của hỗn hợp nhiên liệu thành cơ năng Để đánh giá các chỉ số động lực và kinh tế của động

cơ ở các chế độ làm việc khác nhau (chế độ tốc độ và tải trọng), ta dựa vào các đường đặc tính xây dựng trên cơ sở các số liệu đo bằng thực nghiệm

Các đặc tính cơ bản của động cơ ôtô là:

Đường đặc tính tốc độ

Đường đặc tính tải

Đặc tính tốc độ động cơ là hàm số (đường cong) thể hiện sự biến thiên của một trong các chỉ số công tác chủ yếu của động cơ như: Momen quay (Me), công suất có ích (Ne), lượng tiêu hao nhiên liệu (Gnl) và suất tiêu thụ nhiên liệu (ge) theo số vòng quay (ne) khi giữ cơ cấu điều khiển động cơ (tay ga) cố định

a) b)

c)

Hình 3.1: Đặc tính tốc độ của động cơ

a Động cơ xăng không hạn chế số vòng quay;

b Động cơ xăng có hạn chế số vòng quay;

c Động cơ Diesel

Hình 3.2: Đặc tính tải của động cơ

a Động cơ diesel; b Động cơ xăng

3.1.2.2 Thí xây dựng đường đặc tính tải, đặc tính điều chỉnh động cơ bằng thực nghiệm

Đặc tính tải của động cơ là đồ thị biểu hiện mối quan hệ công có ích Ne, mômen

có ích Me và công suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge theo mức tải của động cơ ở một tốc

độ không đổi của động cơ

Giữ nguyên tốc độ động cơ, thay đổi mức tải Alpha, đo mô men có tích Me và công suất tiêu hao nhiên liệu có ích theo các giá trị Alpha tương ứng Ghi kết quả đo lại và tiến hành tính công suất có tích Ne theo công thức sau:

Ta biểu diễn Me, Ne, ge theo tốc độ n trên cùng một đồ thị dạng sau:

Hình 3.3: Dạng dặc tính tải của động cơ

Ta tiến hành thí nghiệm xác định đặc tính tải trên hệ thống thử nghiệm AVL

Sơ đồ khối hệ thống:

Hình 3.4: Sơ đồ bố trí thiết bị thí nghiệm

1 Thiết bị độ khói của động cơ (Opacimeter); 2 Động cơ mẫu (Động cơ MAZDA); 3 Băng thử (APA); 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 nước, 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; 15 Cảm biến đo độ lọt khí Cácte (nối thông nắp dàn cò với đường nạp); 16 Cảm biến đo áp suất phun (gắn ở máy số 4

và đường dầu cao áp); 17 Cảm biến đo áp suất của quá trình cháy (được gắn ở máy số 1); 18 Cảm biến đo nhiệt độ nước vào; 19 Cảm biến đo nhiệt độ nước ra; 20 Cảm biến đo tốc độ động cơ; 21 Cảm biến đo nhiệt độ dầu vào ở động cơ; 22 Cảm biến đo nhiệt độ nhiên liệu; 23 Cảm biến đo áp suất tuyệt đối của dầu bôi trơn; 24 Cảm biến

đo áp suất tuyệt đối của nhiên liệu; 25 Cảm biến đo độ rung của đông cơ; 26 Cảm biến độ nhấc kim phun của động cơ; 27 Cảm biến đo áp suất của khí xả; 28 Cảm biến

đo nhiệt độ khí xả; 29 Cảm biến đo nhiệt độ của dầu ra; 30 Thiết bị đo lưu lượng khí nạp; 31 Thiết bị điều chỉnh vị trí thanh răng (Động cơ bước); 32 Màn hình vi tính; 33 Bàn điều khiển; 34 Thiết bị đo tốc độ của động cơ và trục khuỷu; 35 Bình tiêu âm;

36 Thiết bị Visioscop quan sát buồng cháy

Các modul trong hệ thống thử nghiệm AVL

Phương pháp thí nghiệm Thiết bị thí nghiệm

Yêu cầu của hệ thống là phải

được chạy hâm nóng trước khi tiến

hành thí nghiệm để đạt được kết quả

chính xác Ta tiến hành như sau:

Ta khởi động chế độ thí

nghiệm bằng tay

Chú ý:

Chờ cho hệ thống kiểm tra các

lỗi rồi mới cho chương trình chạy

Sau khi hệ thống đã ổn định ta

RESET lại hệ thống

Cung cấp nhiên liệu cho động

cơ

Cho nổ động cơ và cho chạy ở

chế độ điều khiển không tải bằng tay

Ta được sự thay đổi của

monen có ích Me, công suất có ích Ne

và công suất tiêu hao nhiên liệu có

ích ge như sau :

Động cơ thí nghiệm: Mazda WL

Đặc điểm động cơ:

Động cơ 4 kì, 4 xylanh (1-3-4-2) Nemax = 85 (KW)

Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý băng thử

công suất APA

1: Rôto; 2: Stato; 3: Bộ phận làm mát;

4: Cảm biến

Ngoài ra, để đo các thông số trên đường nạp của động cơ thử, người ta lắp các cảm biến áp suất khí nạp tương đối 12, áp suất khí nạp tuyệt đối 13, cảm biến

Hình 3.6: Đặc tính tải của động cơ

Nhận xét :

Khi tăng tải thì mô men có ích

Me và công suất có ích Ne động cơ

tăng theo và sự tăng gần như tuyến

tính với vị trí thanh răng

Khi tăng tải từ 25 35% thì

suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge

giảm, sau đó lại tăng chậm từ mức tải

 25 40%, từ   40 45% lại

giảm chậm, từ  45 60% ge tăng

nhanh đạt giá trị lớn nhất tại 60%

và nhỏ nhất ở mức khoảng 37%

Đồ thị biểu diễn sự biến thiên

BH (tiêu hao nhiên liệu trong 1 giờ)

và lưu lượng khí nạp theo mức tải

động cơ:

Hình 3.7: Đồ thị biểu diễn sự thay

đổi của nhiệt độ khí nạp, nhiệt độ

nước làm mát, nhiệt độ dầu bôi trơn

theo tải của động cơ

Nhận xét

Khi tăng tải nhiệt độ khí nạp

không thay đổi bởi vì nhiệt độ khí

nạp chỉ phụ thuộc nhiệt độ môi

trường mà phòng thí nghiệm có hệ

thống khí nên nhiệt độ môi trường ít

Để điều khiển nhiên liệu cug cấp cho động cơ, người ta dùng thiết bị cung cấp và đo tiêu hao nhiên liệu 5 (733_Fuel balance) nối thông với động

cơ bằng 2 đường cấp và hồi Để điều khiển cung cấp nhiên liệu cho động cơ, người ta dung động cơ bước 32 (THA100) để điền vào thanh răng bơm cao áp (động cơ MAZDA dung bơm phân phối) và được kết nối trực tiếp với PUMA

Việc điều khiển nhiệt độ nước làm mát được thực hiện bởi thiết bị 4

System) Trên đường ống vào động cơ

có cảm biến nhiệt độ nước vào 19, trên đường ống vào động cơ có các cảm biến nhiệt độ nước vào 19, trên đường ống nước ra khỏi động cơ có các cảm biến nhiệt độ nước ra 20

Hình 3.8: Hệ thống làm mát nước AVL 553

Việc điều khiển nhiệt độ dầu bôi trơn được thực hiện bởi thiết bị 6 (AVL

554, Oil Conditioning System) Thiết bị AVL 554 được nối với động cơ qua 2 ống vào và ra trên đó có gắn hai cảm biến nhiệt độ dầu vào 22 và dầu ra khỏi động cơ Cảm biến áp suất dầu 24 được

thay đổi

Nhiệt độ nước làm mát ra

TWO ít thay đổi và hơi giảm, còn

nhiệt độ nước vào TWI tăng chậm từ

20÷30% tải sau đó giảm chậm theo

tải Theo lý thuyết thì khi tăng tải

trạng thái nhiệt của động cơ tăng làm

tăng nhiệt độ của nước làm mát ra vì

thế mà nhiệt độ của nước làm mát

vào cũng tăng nhưng theo kết quả thí

nghiệm thì ngược lại Vì ta có sử

dụng thiết bị điều chỉnh nhiệt nước

làm mát ở một giá trị ổn định để đảm

bảo khả năng làm mát cho động cơ

khi hoạt động

Nhiệt độ dầu bôi trơn T_OIL

thay đổi gần sấp xỉ với TWO Nhiệt

độ dầu bôi trơn tăng do nó phụ thuộc

nhiệt độ nước làm mát và trạng thái

nhiệt của động cơ và thực tế là trạng

thái nhiệt của động cơ tăng theo tải

nhưng kết quả thí nghiệm thì ngược

lại Vì ta có sử dụng thiết bị điều

chỉnh nhiệt độ dầu Khi nhiệt độ dầu

ổn định thì nó đảm bảo được chất

lượng của dầu

gắn ở thiết bị

Hình 3.9: Sơ đồ hệ thống điêù chỉnh

dầu bôi trơn AVL 554

3.1.2.3 Thiết bị gây tải để do công suât động cơ

Nhằm tạo ra các chế độ làm việc khác nhau cho động cơ, giúp thí nghiệm có kết quả chính xác nhất đó chính là các thiết bị gây tải cho động cơ thí nghiệm, các thiết bị gây tải cũng là thiết bị chính trong thí nghiệm động cơ

a Thiết bị gây tải thủy lực

Thiết bị gây tải bằng thủy lực Hình vẽ

Một trục mang rotor có bố trí các

cánh có chứa nước và được quay tròn

khi rotor quay Nước từ các cánh của

rotor sẽ được tát vào những cách được

bố trí trên stator Như hình 3.3.a Tác

động này sẽ làm cho stator quay theo

Một đồng hồ đo lực và cánh tay đòn

được bố trí trên stator Momen cản đo

được trên stator bằng mô men tác động

từ động cơ

Chẳng hạn ta xét thiết bị đo kiểu

“Bolt_on” Những thiết bị này được sử

dụng nhiều ở Mỹ, và được gá trên phần

sau vỏ ly hợp hoặc trên khung ôtô Việc

tạo tải loại này bằng cách phối hợp điều

chỉnh các vanvào và ra trên thiết bị

Hình 3.10: Thiết bị đo thủy lực

Hình 3.11: Thiết bị đo kiểu

“Bolt_on”

b Thiết bị dây tải bằng động cơ điện

Thiết bị gây tải bằng động cơ điện Hình vẽ

Đặc tính chung của loại này,

động cơ được tạo tải, được sử dụng là

động cơ điện (AC hay DC) có thể thay

đổi số vòng quay được Động cơ điện

(kể cả AC hay DC) trong thiết bị đo có

thể hoạt động được cả ở chế độ máy

phát để tạo tải (khi được động cơ thử

nghiệm dẫn động) hay ở chế độ động

cơ, để dẫn động động cơ thử nghiệm

Để thay đổi số vòng quay, ở động cơ

AC người ta thường sử dụng biện pháp

thay đổi tần số dòng điện Ở động cơ

DC người ta dừng biện pháp thay đổi vị

trí chổi than, thay đổi điện áp…

Nhược điểm của loại này là giá

thành cao vì kết cấu phức tạp

Thiết bị đo sử dụng động cơ DC:

Những thiết bị này được gắn

động cơ điện một chiều Điều khiển

hoàn toàn bằng thysistor dựa trên bộ

chuyển đổi AC/DC, để điều khiển, có

khả năng khởi động và tạo mô men cản

tốt Nhưng khuyết điểm của nó là hạn

chế tốc độ tối đa và có quán tính lớn, có

thể tạo ra sự dao động xoắn và đáp ứng

với sự thay đổi tốc độ chậm

Thiết bị đo sử dụng động cơ AC:

Sự phát triển của kỹ thuật, điều

khiển động cơ xoay chiều đã cho phép

sử dụng động cơ xoay chiều thay cho

động cơ DC cho các thiết bị đo Dụng

cụ này có các tính năng và hiệu suất

hơn hẳn động cơ DC Ưu điểm của loại

này là không sử dụng chổi than và lực

quán tính thấp Loại này có cấu tạo như

là động cơ cảm ứng, tốc độ được điều

Hình 3.12: Thiết bị đo sử dụng động cơ

Join; 14 Dòng nước ra

khiển từ sự thay đổi tần số của dòng

điện Khi hoạt động ở chế độ máy phát

nó tạo ra mô men cản

Thiết bị đo sử dụng dòng điện

Foucault:

Sử dụng nguyên tắc cảm ứng

điện từ tạo ra momen Rotor có răng ở

mép và được làm mát bằng nước Từ

trường song song với trục của máy

được sinh ra ở hai cuộn dây và sự

chuyển động của rotor làm phát sinh

những thay đổi từ thông trên các răng

của rotor và điều này làm phát sinh ra

dòng Foucault trong Rotor Dòng điện

này sẽ tạo ra từ trường có khuynh

hướng chống lại từ trường sinh ra nó

Hay nói cách khác nó sẽ tạo ra một mô

men cản Việc thay đổi công cản sẽ tạo

ra một cách nhanh chóng bởi việc thay

đổi cưỡng độ dòng điện qua các cuộn

dây Loại này có cấu tao dơn giản và có

hiệu quả cao Hệ thống điều khiển đơn

giản và nó có khả năng tăng momen

phanh ở tốc độ khá thấp

c Thiết bị gây tải kiểu ma sát

Thiết bị này có nguyên lý làm việc như

hệ thống phanh, bao gồm phanh nhiều

đĩa ma sát làm mát bằng nước Nó được

ứng dụng cho tốc độ thấp, ví dụ đo đạc

công suất từ ôtô ở bánh xe Ưu điểm

của loại máy này là có thể đo được

momen từ những số vòng quay rất nhỏ

Hình 3.13: Thiết bị đo kiểu ma sát

3.1.3 Xác định mục đích và lựa chọn phương pháp thí nghiệm

3.1.3.1 Đo tiêu hao nhiên liệu

Thử nghiệm xác định mức độ tiêu hao nhiên liệu của động cơ trong một đơn vị thời gian, nhằm xác định chi phí tiêu hao nhiên liệu giờ GT (Gnl) hay suất tiêu hao nhiên liệu ge và hệ số dư lượng không khí α

Để xác định mức tiêu hao nhiên liệu của động cơ người ta có thể dùng nhiều phương pháp khác nhau

cổ ( đã được hiệu chỉnh) hay bình có

vạch và được thực hiện như sau:

Vặn khóa ba ngả 4 cho nhiên

liệu chảy vào bình thóp cổ Cho động

cơ khởi động và làm việc ổn định ở một

chế độ nhất định Vặn khóa ba ngả 4

cho nhiên liệu từ các bình thóp cổ chảy

vào động cơ, đồng thời ta tiến hành

dùng đồng hồ đo thời gian để tính thời

gian tiêu hao nhiên liệu t Biết thời gian

t tính bằng giây mà động cơ đã tiêu thụ

hết lượng nhiên liệu đã qui định là V

Hình 3.14: Dụng cụ đo tiêu hao nhiên liệu

sử dụng bình thóp cổ

1, 2, 3 Dấu;4 Van ba ngả; 5 Dầu

diessel; 6 Xăng