Bệ thử động cơ (dynamometer) hay gọi tắt là dyno áp dụng lực cản đối với chuyển động quay của động cơ và đo đồng thời mômen xoắn và tốc độ quay (vòngphút) của động cơ để có thể tính được công suất tức thời và thường được hiển thị bởi chính dynamometer với đơn vị đo kW hoặc Hp. Chúng có thể bao gồm các tính năng như giám sát nhiên liệu và khí thải cũng như cảm biến nhiệt độ và độ rung động cơ
TỔNG QUAN VỀ BỆ THỬ ĐỘNG CƠ
Định Nghĩa
- Bệ thử động cơ (dynamometer) hay gọi tắt là "dyno" áp dụng lực cản đối với chuyển động quay của động cơ và đo đồng thời mô-men xoắn và tốc độ quay (vòng/phút) của động cơ để có thể tính được công suất tức thời và thường được hiển thị bởi chính dynamometer với đơn vị đo kW hoặc Hp Chúng có thể bao gồm các tính năng như giám sát nhiên liệu và khí thải cũng như cảm biến nhiệt độ và độ rung động cơ
- Ngoài việc được sử dụng để xác định mô-men xoắn hoặc đặc tính công suất của động cơ đang được thử nghiệm, dynamometer được sử dụng trong một số vai trò khác Trong các chu trình kiểm tra khí thải tiêu chuẩn, dynamometer được sử dụng để cung cấp tải đường mô phỏng cho động cơ hoặc hệ thống truyền động hoàn toàn, và có thể được sử dụng như một phần của thử nghiệm cho nhiều hoạt động phát triển động cơ, chẳng hạn như hiệu chỉnh bộ điều khiển động cơ ecu, điều tra chi tiết về sự đốt cháy và ma sát của động cơ.
Các Loại Bệ Thử
- Một bệ thử có thể đo mô-men xoắn và công suất do bộ truyền lực của ô tô cung cấp trực tiếp từ bánh dẫn động hoặc các bánh xe mà không cần tháo động cơ ra khỏi khung của xe), được gọi là động lực kế khung gầm (chassis dyno) Máy đo lực khung gầm , đôi khi được gọi là đường lăn, đo công suất được truyền tới bề mặt của "con lăn dẫn động" bằng các bánh dẫn động Xe thường được buộc chặt vào một hoặc nhiều con lăn, sau đó bánh xe sẽ quay và đo đầu ra
- Máy đo lực kế động cơ (engine dyno) đo công suất và mô-men xoắn trực tiếp từ trục khuỷu (hoặc bánh đà ) của động cơ khi động cơ đã được tháo ra khỏi xe
Những dyno này không tính đến tổn thất năng lượng trong hệ thống truyền động, chẳng hạn như hộp số, và bộ vi sai
- Bệ thử còn được phân thành 4 loại theo bộ phận tạo tải mà chúng sử dụng:
+ Hydraulic Dynamometer (Động Lực Kế Thủy Lực)
+ Eddy Current Dymamometer (Động Lực Kế Dòng Điện Xoáy):
1.2.1 Hydraulic Dynamometer (Động Lực Kế Thủy Lực)
Hydraulic Dynamometer được sử dụng để đo lực, mô-men xoắn và công suất được tạo ra bởi các loại động cơ và công suất động cơ có thể được tính toán bằng cách đo tốc độ quay Nếu một lực kế đo sử dụng chất lỏng (chẳng hạn như dầu hoặc nước) như một phương tiện truyền năng lượng thì khi đó lực kế được coi là thủy lực Hyraulic dynamometer được sử dụng trong các bệ thử động cơ thường sử dụng loại chất lỏng là nước
Hình 1.2 1 F63 Standard Hydraulic Dynamometer a) Cấu Tạo:
Hydraulic dynamometer có cấu tạo bao gồm một rotor là phần quay (dạng tuabin hoặc cánh quạt) được gắn trong một vỏ (stator) chứa đầy nước Trên stator được lắp 2 đầu ống để cấp và thoát nước vào bên trong stator, một thiết đo tốc độ quay của trục (RPM) cũng được gắn trên stator
Các hệ thống yêu cầu đo mô-men xoắn của hệ thống được thử nghiệm thường sử dụng máy đo biến dạng được lắp trên cánh tay đòn và được gắn vào vỏ stator vuông góc với trục đầu vào, đầu còn lại của trục được kết nối với động cơ thử nghiệm Vỏ stato được lắp trên ổ lăn và rôto được lắp trên ổ lăn bên trong stato để nó có thể quay độc lập với rôto và khung
Hình 1.2 2 Sơ đồ cấu tạo Hydraulic dynamometer b) Nguyên Lý Hoạt Động:
Khi động cơ cần thử nghiệm hoạt động, cánh tuabin được dẫn động quay thông qua trục rotor
Hình 1.2 3 Trục Rotor của dyno được kết nối với động cơ
Một nguồn nước lạnh với áp suất được điều chỉnh thông qua van điều khiển theo đường ống đầu vào được cấp vào các cánh tuabin Khi tuabin hoặc cánh quạt quay, năng lượng cơ học được truyền vào nước do nhiễu loạn và ma sát Cú sốc gây ra bởi gia tốc của nước khi nó truyền từ các khoang trong stato đến các khoang trong rôto quay đòi hỏi năng lượng Năng lượng đó làm nóng nước do ma sát khi nước di chuyển qua hydraulic dynamometer Hầu như toàn bộ công suất của hệ thống quay rôto đều được chuyển thành sự thay đổi nhiệt độ của nước
Hình 1.2 4 4 Chuyển động xoắn của phân tử nước
Các phân tử nước tác động hướng tâm lên thành của stator (cố định) tạo ra một lực xoắn
Hình 1.2 5 Moment xoắn được tạo ra
N = tốc độ quay (vòng/phút),
D = đường kính của rotor k = hằng số phụ thuộc vào kích thước, hình dạng và góc của khoang rotor và stator
Lúc này tốc độ quay của động cơ bị giảm vì phải kéo theo khối lượng nước, chính lực cản này tác động lại stator một lực và được xác định thông qua máy đo biến dạng kết nối cánh tay đòn với cụm khung và giữ cho vỏ không bị quay khi vỏ cố gắng quay cùng hướng với tuabin (Định luật thứ ba của Newton) Lượng momen xoắn có thể được hấp thụ được xác định bằng công thức:
Lực cản này có thể thay đổi bằng cách thay đổi lượng nước trong stator bất cứ lúc nào Điều này được thực hiện thông qua van nước điều khiển bằng tay hoặc điện tử Mực nước trong hydraulic dynamometer càng cao thì tải càng lớn
Prony Brake là một thiết bị đơn giản được Gaspard de Prony phát minh vào năm 1821 để đo mô-men xoắn do động cơ tạo ra Thuật ngữ " mã lực phanh " là một phép đo công suất bắt nguồn từ phương pháp đo mô-men xoắn này a) Cấu Tạo:
Prony dynamometer là dạng lực kế kiểu hấp thụ đơn giản nhất Loại lực kế này gồm hai khối (thường làm bằng gỗ) được đặt xung quanh pulley và các khối này được kẹp bằng hai đai ốc và bu lông Một lò xo xoắn được đặt giữa đai ốc và
17 khối phía trên để điều chỉnh áp suất lên pulley nhằm điều khiển tốc độ Một đòn bẩy dài được gắn vào khối phía trên và nó mang một vật nặng “W” ở đầu ngoài
Hai điểm dừng được đặt ở đầu mang vật nặng dùng để hạn chế chuyển động của cần Một đối trọng được đặt ở phía đối diện của cần để cân bằng
Hình 1.2 6 Sơ đồ cấu tạo Prony Dynamometer b) Nguyên Lý Hoạt Động: Áp lực được tạo ra tại 2 khối bằng cách nới lỏng hoặc siết chặt 2 đai ốc xuống lò xo phía trên đòn bẩy và trọng lượng đặt lên đòn bẩy “W” Khi động cơ hoạt động làm quay pulley đòn bẩy được đặt với tải giả sử 'W' và các đai ốc được siết chặt cho đến khi trục chạy với tốc độ không đổi và đòn bẩy ở vị trí nằm ngang
18 Điều kiện trọng lượng 'W' này phải tạo ra sự cân bằng giữa các khối và ròng rọc
Ta sử dụng một cảm biến tốc độ để đo tốc độ của trục quay
𝟔𝟎 ( 𝑾) Chúng ta biết rằng mômen của lực cản ma sát hoặc mô men quay trên trục:
W = Trọng lượng ở đầu ngoài của đòn bẩy tính bằng newton l = Khoảng cách ngang của vật nặng W tính từ tâm ròng rọc tính bằng mét
F = Lực ma sát giữa các khối và ròng rọc, tính bằng newton,
R = Bán kính ròng rọc tính bằng mét,
N = Tốc độ của trục tính bằng vòng/giây
1.2.3 Eddy Current Dynamometer (Máy Đo Lực Dòng Điện Xoáy):
Hình 1.2 7 Băng thử động cơ loại Eddy Current Dynamometer
Trong thử nghiệm động cơ Eddy Current Dynamometer được dùng để tạo tải cho động cơ, mô phỏng nhiều điều kiện làm việc khác nhau cho động cơ từ đó có thể thu thập được các số liệu cần thiết ở các chế độ hoạt động khác nhau của động cơ a) Cấu Tạo
Eddy current dynamometer bao gồm đĩa kim loại dẫn điện không từ tính
(rotor) được gắn lên trục có công suất cần đo (động cơ) Nó được quay giữa các cuộn dây (coil), khi được cấp điện những cuộn dây này sẽ trở thành nam châm điện Khe hở giữa chúng rất nhỏ và nước được cung cấp vào trong các rãnh được
20 gắn trong vỏ dyno và liền kề với rôto quay (loss plate) để tản nhiệt sinh ra trong quá trình hoạt động
Bệ Thử Dynostar ESB 500 ( Eddy current Dynametter)
Eddy Current Dynometer Engine Test
Hình 1.3 1 Bố trí của bệ thử Dynostar ESB 500
Sơ đồ khối Áp suất nhớt
Nhiệt độ nước làm mát
Thiết bị đo lưu lượng nhiên liệu
Bình nhiên liệu Điều khiển ga
Hình 1.3 2 Cụm Tạo Tải Dynostar
Băng thử động cơ hiện đang sử dụng thiết bị tạo tải loại Eddy current của hãng Dynostar
Thiết bị tạo tải cho động cơ, mô phỏng các điều kiện làm việc của động cơ theo nguyên lý phanh điện từ có thể kiểm soát tải một cách chính sác và nhanh chóng Tải có thể được điều chỉnh từ 0 đến 100% trong vài mili giây bằng cách thay đổi năng lượng cung cấp cho cuộn dây và việc điều chỉnh có thể rất chính xác
1.3.1.2 Cụm kết nối (Torque flange)
Cụm kết nối có nhiệm vụ kết nối động cơ thử nghiệm với cụm thiết bị tạo tải, có độ chính xác truyền động cao
Hai mặt bích kết nối với hai trục (trục động cơ và trục rotor), LOAD CELL được đặt ở giữa hai mặt bích để đo momen xoắn giữa hai trục Cụm kết nối được bao quanh bởi vỏ bọc để đảm bảo an toàn khi vận hành
Hình 1.3 4 Cảm biến đo moment xoắn
Loadcell là cảm biến có thể chuyển đổi một lực thành một tín hiệu điện Giá trị tác dụng tỉ lệ với sự thay đổi điện trở cảm ứng trong cầu điện trở, do đó trả về tín hiệu điện áp tỉ lệ Loadcell điện trở làm việc dựa vào nguyên lý áp lực – trở kháng Khi một tải trọng hay một lực tác động lên cảm biến sẽ làm trở kháng thay đổi Sự thay đổi trở kháng này dẫn đến dự thay đổi điện áp đầu ra khi điện áp đầu vào được cấp Tín hiệu từ loadcell được xử lý với công thức được đặt từ trước để tính momen động cơ sinh ra
Chứa các loại nhiên liệu dùng cho động cơ thử nghiệm và điều chỉnh, giám sát, đo đạc sự tiêu hao nhiên liệu trong quá trình vận hành động cơ thử nghiệm để
Hình 1.3 6 Cụm Điều Khiển có thể tính toán được suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ theo từng điều kiện làm việc
Băng thử động cơ và cả động cơ thử nghiệm đều có thể thực hiện điều khiển từ xa thông qua các thiết bị điều khiển được kết nối với hộp điều khiển thông qua hệ thống dây dẫn tín hiệu điều khiển
Hình 1.3 7 Bộ điều khiển độ mở bướm ga
Có thể điều khiển tốc độ động cơ bằng cách điều khiển độ mở của bướm ga thông qua bộ chấp hành, thiết bị có thể kéo dây ga thay cho việc đạp bàn đạp ga
1.3.1.5 Cụm xử lý tín hiệu:
Cụm xử lý sẽ nhận tín hiệu từ các cảm biến truyền về thông qua hộp kết nối và các cổng kết nối Các tín hiệu mà cụm xử lý thu thập để tiến hành phân tích tính toán
Hình 1.3 8 Cụm xử lí tính hiệu
1.3.1.6 Cảm Biến Tốc Độ Động Cơ (Encoder )
Chức năng : Đo tốc độ động cơ
Nguyên lý: Chuyển đổi từ cơ năng sang tín hiệu xung và gửi về bộ xử lí, phát hiện vị trí, hướng di chuyển tốc độ của động cơ bằng cách đếm số vòng quay của trục khuỷu, khi sử dụng cảm biến Encorder, chúng ta có thể biết chính xác góc quay trục khuỷu
1.3.1.7 Cảm Biến Nhiệt Độ Nước Làm Mát
Chức năng: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (nhiệt điện trở) được gắn với ống nước đo nhiệt độ của môi chất làm mát ra vào két nước từ đó so sánh đánh giá hiệu suất làm mát của hệ thống tản nhiệt
Nguyên lí: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát nằm trong khoang nước của động cơ,
Hình 1 1 Hình 1.3 9 Cảm biến nước làm mát
34 tiếp xúc trực tiếp với nước của động cơ Vì có hệ số nhiệt điện trở âm nên khi nhiệt độ nước làm mát thấp điện trở cảm biến sẽ cao và ngược lại khi nhiệt độ nước làm mát tăng lên điện trở của cảm biến sẽ giảm xuống Sự thay đổi điện trở của cảm biến sẽ làm thay đổi điện áp đặt ở chân cảm biến
1.3.1.8 Cảm Biến Áp Suất Nhớt
Chức năng: Cảm biến áp suất nhớt có nhiệm vụ xác định áp suất nhớt của động cơ và gửi tín hiệu về bệ thử
Nguyên lí: Cấu tạo của cảm biến suất áp suất nhớt bao gồm: màng ngăn và công tắc lò xo được đặt sát bên một khối động cơ và kết nối với mạch nhớt Khi áp suất nhớt vượt quá mức tiêu chuẩn trên màng ngăn, các tiếp điểm sẽ buộc phải tách ra và phát đèn cảnh báo Trong trường hợp ngược lại, công tắc sẽ đóng và tiến hành giải phóng áp suất từ các lò xo
Với bệ kiểm tra động cơ Dynostar Model ESB500, các chương trình kiểm tra có thể chạy trên động cơ một cách nhanh chóng và hiệu quả Động cơ được kết nối với trục chống mài mòn bằng cách sử dụng bộ giảm rung chất lượng cao Để tối ưu hóa kết quả và giảm thiểu việc bảo trì
Hình 1 2 Hình 1.3 10 Cảm biến áp suất nhớt
35 Động cơ thử nghiệm sẽ được đặt lên băng thử và kết nối với bộ tạo tải qua cụm kết nối khi động cơ hoạt động, thông qua cụm kết nối làm quay trục rotor của thiết bị tạo tải Để tạo tải cho động cơ thì một nguồn điện được cấp vào các cuộn dây tạo ra từ trường, vì kim loại chuyển động nên từ thông xuyên qua tấm kim loại thay đổi Theo định luật cảm ứng Faraday , từ trường này tạo ra một dòng điện xoáy Theo mô tả của định luật mạch điện Ampere , mỗi dòng điện tròn này tạo ra một từ trường ngược, theo định luật Lenz chống lại sự thay đổi của từ trường, gây ra lực kéo lên tấm là lực hãm chuyển động quay Ở cạnh trước của nam châm theo quy tắc bàn tay phải dòng điện ngược chiều kim đồng hồ tạo ra một từ trường hướng lên trên, ngược chiều với từ trường của nam châm, gây ra lực đẩy giữa tấm kim loại và cạnh trước của nam châm Ngược lại, ở cạnh sau, dòng điện chạy theo chiều kim đồng hồ gây ra một từ trường hướng xuống, cùng hướng với từ trường của nam châm, tạo ra lực hút giữa tấm kim loại và mép sau của nam châm Cả hai lực này đều cản trở chuyển động của tấm gây ra lực cản chuyển động quay và cảm biến loadcell sẽ bị xoắn bởi lực cản này từ đó đo được momen từ động cơ phát ra
Từ momen đo được có thể tính được công suất của động cơ
Bệ Thử Generator Dynometter
Thiết bị đo lưu lượng nhiên liệu
Bình nhiên liệu Điều khiển ga
1.4.1.1 Cụm Xử Lí Tín Hiệu
Bảng điều khiển gồm công tắc máy của động cơ thử nghiệm, đồng hồ báo thông số máy phát điện, đèn báo số đang gài, cổng kết nối thiết bị điều khiển Phục vụ cho việc điều khiển động cơ từ xa
Hình 1.4 1 Bảng điều khiển bệ thử
Thiết bị điều khiển (laptop)
Sử dụng phần mềm dành cho bệ thử của Đại học Công Nghiệp TP.HCM và phần mềm Redleo để cài đặt các chế độ điều khiển cho hộp điều khiển động cơ Các thông số như tốc độ động cơ, độ mở bướm ga, tỉ lệ hòa khí và momen được hiển thị trên giao diện của các phần mềm
Hình 1.4 2 Phẩn mêm điều khiển
1.4.1.2 Cụm Điều Khiển: Được điều khiển thông qua hệ thống điều khiển, dây ga sẽ được kéo bằng motor điện hay thế cho việc kéo dây ga bằng tay
Hình 1.4 3 Bộ điều khiển độ mở bướm ga
Hình 1.4 4 Máy phát điện đồng bộ AC một pha
1.4.1.3 Cụm Tạo Tải a) Thông số và cấu tạo
Máy phá điện đồng bộ AC một pha ST Series
Model ST-12 Điện áp định mức 230 V
Công suất định mức 12 KW
Bóng đèn điện trở nhiệt 0.5-1KW/bóng
Hình 1.4 5 Sơ đồ cấu tạo của máy phát
Cấu tạo chính của máy phát gồm 2 phần:
Phần đứng yên (hay phần ứng) gọi là stator, stator được quấn các cuộn dây cố định
Phần chuyển động gọi là rotor, rotor được quấn các cuộn dây và khi được cấp điện thông qua cổ góp và các chổi than thì các cuộn dây này có chức năng là nam châm điện
Bên cạnh 2 bộ phận chính nêu trên còn các bộ phận khác như ổ bi đỡ trục rotor và quạt tản nhiệt b) Nguyên lý hoạt động
Máy phát điện hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ Khi số đường sức từ của nam châm xuyên qua tiết diện của cuộn dây luân phiên tăng giảm (hay còn gọi là từ thông qua cuộn dây biến thiên) thì dòng điện cảm ứng xuất hiện trong cuộn dây cũng luân phiên đổi chiều Sự biến thiên từ thông được tạo ra trong máy phát do nam châm diện quay trong cuộn dây, chu trình này cứ tái diễn liên tục như vậy
Hình 1.4 6 Quạt làm mát thì sẽ hình thành nên dòng điện
1.4.1.4 Nhiệt Điện Trở Và Quạt
Dòng điện tạo ra được tiêu thụ bởi các điện trở nhiệt (tải) và được giải nhiệt bởi hệ thống quạt gió
1.4.1.5 Cụm Kết Nối: Động cơ thử nghiệm và máy phát được kết nối theo dạng đồng trục thông qua khớp kết nối Giữa 2 khớp kết nối được đệm một lớp cao su để giảm va đập và rung động giữa khớp nối của động cơ thử nghiệm và máy phát
Hệ thống nhiên liệu gồm một bình nhiên liệu có vạch đo nhiên liệu, nhiên liệu sẽ được bơm qua lọc nhiên liệu, thông qua đồng hồ đo áp suất nhiên liệu sau đó tới động cơ thử nghiệm
Hình 1.4 9 Bộ đo tiêu hao nhiên liệu
Chức năng: Đo moment xoắn của động cơ
Khi máy phát hoạt động sẽ có một lực từ trường tác dụng lên stator theo hướng ngược chiều quay rotor làm quay stator Tuy nhiên vỏ stator được gắn vào một cánh tay đòn và đâu còn lại của tay đòn được bắt vào load cell và load cell được cố định với khung sườn Momen được tính bằng lực tác dụng từ stator đo được bằng load cell thông qua tay đòn và từ đó ta tính được moment xoắn
Hình 1.4 10 Cảm biến đo moment xoắn
1.4.1.8 Cảm Biến Tốc Độ Encoder
Chức năng : Đo tốc độ động cơ
Nguyên lý: Chuyển đổi từ cơ năng sang tín hiệu xung và gửi về bộ xử lí, phát hiện vị trí, hướng di chuyển tốc độ của động cơ bằng cách đếm số vòng quay của trục khuỷu, khi sử dụng cảm biến Encorder, chúng ta có thể biết chính xác góc quay trục khuỷu
Hình 1.4 11 Cảm biến đo tốc độ
1.4.1.9 Cảm Biến Vị Trí Bướm Ga TPS
Chức năng : Có nhiệm vụ xác định góc mở bướm ga và chuyển đổi thành tín hiệu điện áp gửi về ECU giúp điều chỉnh lượng phun nhiên liệu theo góc mở của bướm ga, đồng thời cũng gửi tín hiệu về phần mềm điều khiển để tính toán công suất
Khi vặn tay ga, trục bướm ga kéo con trượt trượt trên bề mặt biến trở làm thay đổi điện trở và làm cho điện áp tăng dần ở chân điện áp ra
Khi nhả tay ga, điện áp gửi về ECU giảm dần Sau đó, điện áp này được gửi về ECU để xác định góc mở của bướm ga nhằm điều chỉnh lượng xăng phù hợp
1.4.1.10 Cảm Biến Áp Suất Đường Ống Nạp MAP (Manifold Absolute
Chức năng : Phát hiện ra sự thay đổi áp suất chân không bên trong cổ hút và gửi tín hiệu điện áp về ECU để tính toán lượng nhiên liệu cần thiết cho động cơ, và đồng thời cũng gửi về phầm mềm điều khiển
Nguyên lí hoạt động :Cảm biến áp suất đường ống nạp cảm nhận áp suất đường ống nạp bằng một IC lắp trong cảm biến và phát ra tín hiệu gửi về ECU
Màn silicon gắn liền với buồng chân không được duy trì độ chân không chuẩn Một phía của màn silicone tiếp xúc với áp suất đường ống nạp, phía còn lại tiếp xúc với độ chân không trong buồng chân không Áp suất đường ống nạp thay đổi hình dạng của màn silicon thay đổi và giá trị điện trở của nó cũng dao động theo mức độ biến dạng Giá trị điện trở được chuyển hóa thành giá trị điện áp và được gửi đến ECU
1.4.1.11 Cảm Biến Nhiệt Độ Khí Nạp IAT (Intake Air Temperature)
Chức năng : dùng để đo nhiệt độ khí nạp vào động cơ và gửi tín hiệu về ECU động cơ và phần mềm điều khiển
Nguyên lí hoạt động : Cảm biến nhiệt độ khí nạp phát hiện ra sự thay đổi nhiệt độ do sự thay đổi điện trở của điện trở nhiệt ECU cung cấp một dòng điện 5V đến một điện trở có giá trị không đổi đến cảm biến IAT
Khi giá trị điện trở trên cảm biến thay đổi thì điện áp ra cũng thay đổi theo
Cấu Tạo Và Nguyên Lý Đo Cảm Biến Lưu Lượng Khí Nạp MAP Và MAF
1.4.1 Cảm biến đo lưu lượng khí nạp a) Cấu Tạo Cảm Biến
Kết cấu: là loại cảm biến dây đốt có kết cấu như sau:
Các điện trở: R1,R2,R3,Ra,Rh mắc thành mạch cầu
Bộ khuếch đại hoạt động số 3
Nguồn và các thiết bị xử lí bằng điện tử
Dòng điện chạy qua dây sấy làm dây sấy nóng lên Khi không khí đi vào động cơ sẽ đi qua dây sấy và làm mát dây sấy Mức độ làm mát phụ thuộc vào khối
Hình 1 3 Sơ đồ đấu dây cảm biến dây sấy
49 lượng khí đi qua dây sấy Bằng cách điều khiển dòng điện đi qua dây sấy để giữ cho nhiệt độ dây sấy không đổi, ta có thể đo được lượng khí nạp bằng cách đo cường độ dòng điện Trong trường hợp này, dòng điện có thể chuyển thành tín hiệu điện áp gửi đến ECU động cơ Quá trình giữ cho nhiệt độ của dây sấy không đổi và lớn hơn nhiệt độ khí nạp một ít nhờ vào tính năng làm việc của cầu dây ở sơ đồ với nguyên tắc như sau:
- Khi (Ra+R3) R1 = Rh R2 thì điện thế tại A và B bằng nhau
- Khi Rh được làm mát bằng khí nạp dẫn đến điện trở của nó giảm làm cho chênh lệch tích điện trở nói trên và dẫn đến điện thế tại A,B không còn bằng nhau nữa Bộ khuyếch đại sẽ nhận biết và làm cho điện áp cấp đến mạch tăng tăng dòng điện qua Rh tăng nhiệt độ của Rh tăng điện trở của nó, cùng với Ra giữ cho nhiệt độ của Rh không đổi và lớn hơn nhiệt độ của khí nạp một lượng thích hợp
1.4.2 Cảm biến đo áp suất a) Cấu tạo
Các cảm biến đo áp suất làm việc cùng nguyên lý là cảm biến áp điện Kết cấu: Gồm có con chíp silicon 1 có một đầu gắn với buồng chân không chuẩn 2 và đầu còn lại tiếp xúc với áp suất khí nạp 3 Tấc cả được lắp trong vỏ cảm biến 4
Hình 1 4 Kết cấu của cảm biến áp suất dạng điện áp
- Khi động cơ hoạt động, độ chân không nằm ở sau bướm ga sẽ đưa đến mang silicon làm cho màng này biến dạng, đồng thời làm thay đổi điện trở của màng
- Sự thay đổi điện trở ở trên sẽ gửi về cho IC xuất ra một tín hiệu điện áp tương ứng trong thời điểm này, rồi gửi về ECU Hộp điều khiển dựa trên tín hiệu điện áp này để sử dụng làm thông tin nhận biết áp suất khí nạp là bao nhiêu và hiệu chỉnh lượng phun nhiên liệu.
Phương Pháp Đo Tốc Độ Động Cơ
1.4.1 Cảm biến tốc độ động cơ (Angle Encoder)
Phương pháp đo tốc độ tốt nhất là đếm số vòng quay trong một thời gian nhất định Điều này cho phép đo tốc độ chính xác Nhiều động cơ được trang bị bộ đếm vòng quay như vậy Máy đo tốc độ cơ học hoặc máy đo tốc độ điện cũng có thể được sử dụng để đo tốc độ Cả hai loại máy đo tốc độ cơ và điện đều bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi nhiệt độ và không chính xác lắm Để đo tốc độ chính xác và liên tục, có thể sử dụng bộ thu từ tính đặt gần bánh răng ghép với trục động cơ Bộ thu từ sẽ tạo ra xung cho mỗi vòng quay và bộ đếm xung sẽ đo chính xác tốc độ a)Phương Pháp Đo Tiếp Xúc: Đây là phương pháp củ nhất trong các phương pháp đo rpm Tốc độ vòng quay của vật cần đo sẽ được cảm biến chuyển đổi thành tín hiệu điện, tín hiệu này sẽ được thiết bị phân tích và hiển thị Phương pháp đo này vẫn được sử dụng thường xuyên nhưng chủ yếu dùng cho những vật có vận tốc quay thấp từ 20 rpm đến 20.000 rpm Sự bất lợi của phương pháp đo này là tốc độ quay của tải phụ thuộc rất nhiều vào lực tiếp xúc Ngoài ra, phương pháp đo này không thể đo cho những vật có kích thước nhỏ Nếu như tốc độ vòng quay quá lớn cảm biến sẽ bị trượt ra ngoài
51 b) Phương Pháp Đo Không Tiếp Xúc (Đo Rpm Bằng Phản Quang)
Tốc độ vòng quay sẽ được đo bằng cách đo thời gian của chùm tia phản xạ tại vật cần đo Thiết bị sẽ phát ra 1 chùm tia hồng ngoại, chùm tia ánh sáng này sẽ bị phản xạ lại tại vật cần đo bởi tấm phản quang được dán trên vật cần đo Chú ý rằng khoảng cách lớn nhất giữa tấm phản quang và thiết bị đo không vượt quá 350 mm) Phương pháp đo này sẽ cao cấp hơn phương pháp đo tiếp xúc Tuy nhiên, không phải lúc nào ta cũng có thể dán được tấm phản quang lên trên vật cần đo Dải đo: 20 rpm đến 100.000 Rpm
Hình 1 6 Đo tốc độ bằng quang Hình 1 5 Đo tốc độ tiếp xúc
1.4.1 Cảm Biến Tốc Độ Động Cơ Dạng Xung
Khi động cơ (hoặc các chi tiết quay cần đo) hoạt động thì mang theo đĩa tạo tín hiệu số 1 quay làm thay đổi khe hở không khí giữa các vấu lồi của đĩa và cuộn nhận tín hiệu số 2 Kết quả tạo ra một xung điện điện từ trong cuộc dây Các xung này chuyển đến ECU xử lý và cho biết tốc độ cũng như vị trí của trục khuỷu
Hình 1 7 Kết cấu cảm biến tốc độ dạng xung
Trên chi tiết quay ta gắn một vành có hình dạng như số 1 Cảm biến có kết cấu bao gồm cuộn dây số 2 quấn trên lõi thép từ số 3, cuộn dây được gắn vào hai chốt cắm số 4, tất cả được đặt trong vỏ số 5 Trên vỏ có đoạn ren số 6 để bắt vào chi tiết định vị
Thiết Bị Đo Suất Tiêu Hao Nhiên Liệu AVL(AVL Fuel Balance 733S)
Là thiết bị chuyên dụng để đo mức tiêu hao nhiên liệu động cơ trong điều kiện thử nghiệm với độ chính xác cao Nguyên lý đo phân tích trọng lượng cho phép đo trực tiếp khối lượng nhiên liệu tiêu thụ Do đó sẽ không có ảnh hưởng của nhiệt độ và tỷ trọng nhiên liệu tới phép đo
Hình 1 8 Sơ đồ nguyên lý hoặt động của hệ thống AVL 733
1 Nhiên liệu cấp vào thùng đo; 2 Nhiên liệu tới động cơ; 3.Nhiên liệu hồi từ động cơ; 4.Ống thông hơi; 5.Các ống nối mềm; 6 Thùng đo; 7 Thanh cân; 8.Lò xo lá; 9
Cân bì; 10 Cảm biến lưu lượng; 11.Thiết bị giảm chấn; 12.Van điện từ đường nạp
- Nguyên lý đo phân tích trọng lượng cho phép đo trực tiếp khối lượng nhiên liệu tiêu thụ Do đó sẽ không có ảnh hưởng của nhiệt độ và tỷ trọng nhiên liệu tới phép đo
- Giải pháp thông gió cho bình đo nhằm đảm bảo không xuất hiện bọt khí trong mạch đồng thời giải pháp này đảm bảo tính an toàn và độ ổn định cao
- Sai số của thiết bị là 0,1%
- Giải đo từ 0 đến 150kg/h Có thể cho phép tới 400kg/h
- Tổng khối lượng của bình đo 1800g Với khối lượng này cho phép đo liên tục áp dụng cho các loại xetừ xe máy tới ôtô khi áp dụng các tiêu chuẩn thử nghiệm như FTP75, ECE R40 Với thời gian điền đầy ngắn, cho phép sớm tiến hành phép đo tiếp theo
- Fuel Balance 733S dùng cảm biến đo lưu lượng nhiên liệu tiêu thụ cung cấp cho động cơ bằng cách cân lượng nhiên liệu trong bình chứa (đo theo kiểu khối lượng)
- Fuel Balance 733S dùng cảm biến đo lưu lượng đó xác định lượng tiêu thụ nhiên liệu Yêu cầu cảm biến phản ứng với tốc độ nhanh và độ nhạy và độ chính xác cao
- Bắt đầu quá trình đo nhiên liệu được cấp đầy vào thùng đo (6) thông qua đường cấp nhiên liệu (1) Khi lượng nhiên liệu đã đầy lúc này lực tỳ lên cảm biến lưu lượng là lớn nhất Van điện từ (12) đóng lại ngăn không cho dòng nhiên liệu vào thùng đo trong khi đường cấp vào động cơ vẫn mở, lượng nhiên liệu trên đường hồi của động cơ (khi sử dụng hệ thống phun xăng điện tử) áp suất trong bình được giữ ổn định nhờ ống thông hơi (4) Đồng thời với quá trình đó bộ phận đếm thời gian hoạt động Lượng nhiên liệu trong bình chứa được đo liên tục trong từng giây dựa vào lượng nhiên liệu còn trong bình ECU sẽ tính ra lượng nhiên liệu tiêu thụ của động cơ
Xây Dựng Đường Đặc Tính Ngoài Động Cơ
1.6.1 Công thức tính công suất, moment xoắn Đặc tính tốc độ của động cơ là đồ thị biểu diễn quan hệ mô men có ích 𝑀 𝑒 , công suất có ích 𝑁 𝑒 , suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge và các chỉ tiêu khác của động cơ theo tốc động của động cơ khi giữ tay điều khiển động cơ ở vị trí quy định ( ở 100% tải thì ta gọi là đặc tính tốc độ ngoài, các mức tải còn lại gọi là đặc tính bộ phận)
Phương pháp xây dựng như sau:
Giữ nguyên mức tải cho động cơ, thay đổi tốc độ n, đo mômen có ích 𝑀 𝑒 và suất tiêu hao nhiên liệu có ích, theo các giá trị tốc độ tương ứng Ghi kết quả đo lại và tiến hành tính Công suất có ích 𝑁 𝑒 theo công thức sau:
Tử các kết quả đo và tính được ta lập bảng giá trị như sau: n ( Vòng/Phút) 𝑀 𝑒 (𝑁 𝑚) 𝑁 𝑒 (𝑘𝑊) ge ( g/kW.h) n1 𝑀 𝑒 1 𝑁 𝑒 1 𝑔 𝑒 1 n2 𝑀 𝑒 2 𝑁 𝑒 2 𝑔 𝑒 2 n3 𝑀 𝑒 3 𝑁 𝑒 3 𝑔 𝑒 3 n4 𝑀 𝑒 4 𝑁 𝑒 4 𝑔 𝑒 4
Từ bảng giá trị ta chọn tỷ lệ xích thích hợp cho từng thông số và biểu diễn Me, Ne, ge theo tốc độ n trên cùng một đồ thị dạng như sau:
1.6.2 Công Thức Suất Tiêu Hao Nhiên Liệu
Suất tiêu hao nhiên liệu ge (BSFC) Brake-Specific Fuel Consumption là đặc tính kỹ thuật đánh giá hiệu năng tiêu hao nhiên liệu của động cơ được tính theo công thức:
𝑚 𝑓 [g/s] : tốc độ dòng khối lượng
𝑔 𝑒 [g/kWh]: suất tiêu hao nhiên liệu
Dàn dyno cho ta kết quả đo lưu lượng xăng (g/s ) m[f] theo bảng sau:
Từ những giá trị mf đo được kết hơp với công thức (6) để tính công suất ta xây dựng được đồ thị đặc tính suất tiêu hao nhiên liệu:
Nhìn vào biểu đồ lưới trên, ta nhận thấy:
• Tại dãy công suất 12-16 kW, giá trị BSFC là thấp nhất, tức động cơ hoạt động tại
Công suất động cơ (kW)
Suất tiêu hao nhiên liệu (g/kWh)
58 vùng này tiêu thụ nhiên liệu hiệu quả nhất.
NGUYÊN LÝ ĐO KHÍ THẢI
Thành Phần Khí Thải
Trong quá trình hoạt động, động cơ đốt trong thải ra các chất như CO, CO2, NOx, HC, Pb, CFC và các hợp chất của lưu huỳnh Hiện nay không chỉ ở nước ta mà trên thế giới đã cầm sử dụng các loại xăng có pha chì (Pb) – một chất phụ gia làm tăng chỉ số octan có tính độc tố cao Ngoài việc gây ô nhiễm trực tiếp, các chất thải này khi phát tán vào không khí sẽ bị phân tích hoặc tổng hợp tạo ra các hợp chất khác nhau có thể gây ung thư cho con người và làm thay đổi môi trường sinh thái, khí hậu
Các Cách đo thành phần khí thải
Các quy định khí thải chỉ định các loại khí, nguyên lý hoạt động sử dụng và nguyên tắc xây dựng chung của máy phân tích khí thải mà có thể được sử dụng để chứng nhận khí thải của xe và động cơ
Khí Thải Nguyên Lý Đo
CO NDIR (Nondispersive infrared sensor)
HC FID ( Flame Ionization detector)
Bảng 2 1 Nguyên tắc đo của các loại máy phân tích khí khải
2.2.1 Khí CO và CO 2 phân tích theo NDIR ( không hòa tan trong hồng ngoại) Định Luật Beer-Lambert được sử dụng cho các hoạt động của máy phân tích NDIR bằng cách đo mức độ hấp thu hồng ngoại (IR) bức xạ khi chúng đi qua một cột khí
I = Năng lượng bức xạ hấp thụ
I0 = Năng lượng bức xạ phát ra k = Hằng số hấp thụ đặc trưng cho khí, m 2 /gmol c = Nồng độ của khí, gmol/m 3 d = Chiều dài của cột khí, m
Phân tích theo NDIR phép đo chính xác của CO và CO2 trong khí thải được thể hiện bằng hình dưới:
Hình 2 1 Phương Pháp Đo NDIR
Do sự hấp thụ bức xạ hồng ngoại chỉ được đo trong một phạm vi hẹp của các bước sóng (không phải toàn bộ phạm vi bước sóng của bức xạ hồng ngoại) trong đó có cụ thể cho một độ hấp thụ cao của các khí cụ, kỹ thuật này được gọi là
‘không hòa tan trong hồng ngoại’ Ví dụ carbon monoxide có độ hấp thụ mạnh trong khoảng bước súng 4,5-5 àm
Sự khác biệt giữa các biện pháp phân tích trong sự hấp thụ năng lượng từ hai cột khí; (1) các khí được phân tích trong “ tế bào mẫu “ và (2) một chất khí có thành phần cố định như N2 chứa trong các tế bào nghiên cứu
Các tia hồng ngoại phát ra từ một nguồn duy nhất và thường được chia thành hai chùm có cùng cường độ, một cho các tế bào mẫu và 1 cho tế bào nghiên cứu Các máy dò được chia làm hai ngăn, cách nhau bằng một màng linh hoạt; một phần nhận truyền năng lượng hồng ngoại từ các tế bào mẫu và các cái khác từ các tế bào nghiên cứu Các máy dò được lấp đầy với các khí cần quan tâm, do đó năng
61 lượng được truyền đến máy dò được hấp thụ hoàn toàn
Với 1 cái kiến linh hoạt của máy dò cảm nhận được áp lực khác biệt giữa hai phần của máy dò gây ra bởi sự khác biệt về số truyền và hấp thụ IR Sự lệch trong kiến được sử dụng để tạo ra một tín hiệu điện để xác định nồng độ của các loài khí quan tâm
Sự ngắt luân phiên trong đường đi của chùm tia hồng ngoại được để tạo ra AC đầu ra tín hiệu có thể được khuếch đại
NDIR ít khi được sử dụng để đo lường các hydrocacbon trừ phân tích trong garage như độ hấp thụ IR để hydrocarbon khác nhau thay đổi đáng kể Độ nhạy và phản ứng của NDIR đến HC thải thường là chỉ một nửa giá trị thực có thể xảy ra
NO hấp thụ chỉ hàng tuần trong vùng hồng ngoại Hơn nữa, CO, CO2 và hơi nước can thiệp nghiêm trọng; do đó phân tích NDIR cũng không được sử dụng để đo lường NO
2.2.2 HC phân tích theo phương pháp (FID)
Ngọn lửa hydrogen-air tinh khiết thực tế là ion-free ( các ion tự do) nhưng trên thực tế thậm chí chỉ cần 1 ngọn lửa hydrogen-air nhỏ cũng gây ion hóa đáng kể và trở nên dẫn điện
Việc đo HC bởi FID được thể hiện bằng phần triệu của metan tức là ppmC, ppm của hydrocarbon có chứa tương đương với một nguyên tử carbon Nồng độ
HC thường được viết là ppmC Nồng độ HC đo bằng ppm propane (C3) được nhân với hệ số 3 để chuyển đổi nó để ppmC Hydrocacbon tức gồm parafin, olefin, chất thơm…
FID về cơ bản bao gồm 1 buồng đốt khí hydrogen-air và một ion thu, lắp ráp như hình 2.2 Khí mẫu được đưa vào với hydrogen trong lò đốt và hỗn hợp này được đốt cháy trong một ngọn lửa khuếch tán Tiềm năng điện được áp dụng giữa các tấm thu làm ion hóa các dòng chảy và tạo ra các tín hiệu tỷ lệ thuận với nồng độ HC trong khí mẫu Khuếch đại lên và chúng ta sẽ nhận được tín hiệu đầu ra
Một buồng đốt được thiết kế tốt sẽ tạo ra ion hóa hiện tại đó là tỷ lệ tuyến tính với nhiều hydrocarbon trên một phạm vi gần 1 tới 10 6 Các phân tích FID thương mại đã cho thấy phạm vi nhạy cảm nhất đặt ở khoảng 0-50 ppmC và phạm vi tối đa đạt 0-100,000 ppmC
Hydro được trộn lẫn với heli ở tỷ lệ 40:60 để làm giảm nhiệt độ ngọn lửa và làm tăng sự ổn định ngọn lửa Các phân tích FID được hiệu chuẩn với propan hoặc hỗn hợp metan trong nitơ Đối với các phép đo của các hydrocacbon trong khí thải động cơ diesel, dòng lấy mẫu và FID được đun nóng đến nhiệt độ 191 ± 11 ° C để giảm thiểu sự ngưng tụ của các hydrocacbon nặng có trong khí thải động cơ diesel trong hệ thống lấy mẫu
Hình 2 2 Đo HC bằng phương pháp FID
Hiện nay, tiêu chuẩn khí thải được quy định bằng Non-Methane Hydrocarbons
(NMHC) Phát thải HC được xác định theo một trong các phương pháp sau đây:
- Gas chromatographic (GC) method ( theo phép đo sắc phổ hay gọi la máy đo quang phổ ) hoặc Non-methane cutter (NMC) method ( phép cắt khí metan)
- Trong phương pháp GC, mẫu được đưa vào cột GC tách mẫu thành hai phần: CH4-air-CO, và NMHC–CO2–H2O
Một cột tách phân tử methane từ không khí và CO trước khi đi qua FID Như vậy methane được đo và được trừ vào tổng số thành phần hydrocarbon
Thiết bị đo khí thải
2.2.1 Thiết bị đo khí thải cầm tay Heshbon HG-520 GASOLINE
Máy phân tích khí xả động cơ xăng lấy khí thải thoát ra từ đường ống xả của động cơ và đưa vào buồng phân tích bên trong máy dựa theo tín hiệu điện áp cài đặt sẵn tiêu chuẩn so với mỗi loại khí mà thiết bị phân tích khí thải sẽ hiển thị giá trị trên màn hình điều khiển
Thành phần khí thải động cơ xăng đo được: có tổng cộng 5 khí đo được bao gồm khí CO2, CO, HC, NOX và O2
Hình 2 8 Máy đo khí thải HG-520
- Khoảng đo CO: 0-9.99% với độ phân giải 0.01%
- Khoảng đo HC : 0-9999 ppm với độ phân giải 1ppm
- Khoảng đo CO2: 0-20.0% với độ phân giải 0.01%
- Khoảng đo O2 : 0-25.00 % với độ phân giải 0.01%
- Khoảng LAMBDA: 0-2.000 với độ phân giải 0.01%
- Khoảng AFR : 0-99.0 với độ phân giải 0.1 %
- Nhiệt độ môi trường: 0 - 40 độ C
- Không tự động và vùng điều chỉnh
- Màn hình hiển thị kỹ thuật số có thể nhìn thấy trong bất kỳ ánh sáng
- Đèn báoLED chỉ thị cho tất cả các chức năng làm việc
- Giao diện PC - loại chuyển mạch
- Thời gian đáp ứng nhanh
- Phương thức kiểm định khí bằng phần mềm hỗ trợ
- Không có cảm biến lưu lượng
- Thời gian đáp ứng: 10 giây
- Thời gian chờ làm nóng : Khoảng 3-8min
- Nguồn cung cấp: AC 110/220/240V, 50/60Hz b)Nguyên Lý Đo
- Máy phân tích này được cấu hình để thực hiện phép đo bằng cách áp dụng phương pháp Hồng ngoại không phân tán (NDIR) để phân tích CO, HC và CO2 cũng như phương pháp điện hóa để phân tích O2 và NOx
- Trong phương pháp phân tích NDIR, một đoạn đường nhấp nháy phát ra tia hồng ngoại được gắn ở một đầu của tế bào mẫu và ở đầu kia là một cảm biến phát hiện được gắn để có thể phát hiện thành phần của khí và sau đó tính toán khí
2.2.2 Thiết bị đo khí thải HD-410 SMOKE OPACIMETTER DIESEL
Giảm lượng hạt vật chất thải ra từ động cơ diesel là một nhiệm vụ cấp bách Phương pháp chính hiện được sử dụng để kiểm tra PM dựa trên các yêu cầu quy định là phương pháp phản xạ, phương pháp đo khói Tuy nhiên, phương pháp này không cung cấp đủ độ nhạy và không thể sử dụng liên tục đo đạc HESBON hiện đã phát triển Máy đo độ khói HD-410, có khả năng đo liên tục và có độ nhạy cao đối với tất cả các loại khói, xanh lam, trắng cũng như đen
Hình 2 9 Sơ đồ cấu tạo HG-520
Hình 2 10 Máy Đo Độ Khối HD-410 a) Thông Số Kĩ Thuật
- Nguồn điện hoạt động : 220V AC 50/60Hz
- Kích thước /Trọng lượng : 400(w)x170(D)x200(H)mm
- Chiều dài ống hút: 760mm
- Máy đo khí thải động cơ diesel
- Màn hình hiển thị bằng đen led
- Đo vòng quay : 0-8000rpm ( sai số 10rpm )
- Phương pháp đo : chắn sáng (quang học)
- Nguồn sáng: LED xanh(565nm)
- Thời gian tác động thực tế : 0.4 giây
- Thời gian làm nóng: 6 phút
- Thơi gian tác động điện :0.05 sec
- Đo lặp lại tự động
- Thiết bị thu: diot quang
- Đầu ra : RS232 kết nối phần mềm hiểm thị kết quả trực tiếp đến máy tính và in kết quả kiểm tra
- Nhiệt độ môi trường làm việc :0-40 0C
- Độ ẩm cho phép trên 90%
- Thiết bị bao gồm : máy chính có màn hình hiển thị và cổng kêt nối RS232 Dây nguồn 220V kết nối máy tính ống lấy khói mẫu để phân tích b) Nguyên Lý Đo
Theo phương pháp quang học:
- Kỹ thuật đo dựa trên sự che phủ của mẫu khí thải trong phạm vi đo từ mức 0% đến mức 100% Mức 0% được nhận diện là không có khói trong buồng đo, mức 100% được nhận diện là bị che phủ hoàn toàn
- Nguồn phát là đèn LED ( Diode phát quang ) phát quang màu xanh với bước sóng 565nm, nguồn hấp thụ ánh sáng là con Diode nhận
Hình 2 11 Sơ Đồ Cấu Tạo HD-410
6: cảm biến ánh sáng(photodiot)
7: lỗ thu khí 8: mạch điều khiển nguồn sáng 9: đầu vào tín hiệu và phân tích
10 bộ chuyển đổi tín hiệu
- Sau khi vận hành máy ánh sáng từ diot phát phát ra (5) qua thấu kính hội tụ (4) để chùm sáng đến diot nhận(6).lúc này coi diot nhận với lượng sáng là 100%
- Lượng khí thải được đưa từ pô xe thông qua đường ống que dò đến lỗ thu khí (7) vào buồng lấy mẫu(2) sau khi đi qua buông đo độ đục , khí thải che khuất lượng
2 ánh sáng nhân từ diot phát làm diot nhận được cường độ sáng it đi,từ lượng ánh sáng nhận được của diot nhận dạng xung được đưa đầu vào tín hiệu phân tich(9) để phân tích những cướng độ sáng khác nhau sau đó đưa đến bộ tiếp nhận chuyển đổi tín hiệu (10) xung thánh tín hiệu số và được đưa đến màn hình hiển thị(11)
- Cánh quạt có chức năng hút khí bên ngoài vào để đẩy lượng khí thải ra ngoài sau khi đi qua buồng đo
Một số công thức tính toán:
• Độ khói Độ khói là đặc tính quang học liên quan đến sự cản trở ánh sáng (cản quang) của các hoạt nhỏ có trong thành phần khí thải Độ khói của một lượng khí thể hiện bằng tỉ lệ phần trăm trong đó 0% có nghĩa là toàn bộ ánh sáng truyền đi từ nguồn phát đều đến được cảm biến quang Độ khói 100% nghĩa là toàn bộ lượng ánh sáng truyền đi bị cản lại và không đến được cảm biến quang Ta có công thức tính độ khói:
N: Độ khói tính theo %HSU (nếu là độ khói đo bằng các máy đo sử dụng giấy lọc của Nhật Bản) τ: Lượng ánh sáng truyền được đến cảm biến quang theo tỉ lệ phần trăm : τ = I.100/𝐼 0
I: Là cường độ sáng đo được qua cảm biến quang
𝐼 0 : Là cường độ sáng tại nguồn phát
Hệ số hấp thụ ánh sáng k
Ngoài độ khói, các khí còn có đặc tính quang học nữa, đó là hệ số hấp thụ ánh sáng, đặc trưng cho khả năng hấp thụ ánh sáng của các hoạt vật chất có trong thành phần khí Do đó, hệ số này được định nghĩa là tích số giữa nồng độ hạt hấp thụ ánh sáng và diện tích mặt cắt ngang của từng hạt
Ta có công thức xác định hệ số hấp thụ ánh sáng của Beer- Lamber:
100 (𝒎 −1 ) k: hệ số hấp thụ ánh sáng
𝐿 𝐴 : chiều dài buồng đo (chiều dài chùm sáng hiệu dụng)
THỰC NGHIỆM ĐO ĐIỂM TẢI VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU
Sồ đồ bệ thử Generator Dynometter
Thiết bị đo lưu lượng nhiên liệu
Bình nhiên liệu Điều khiển ga
Điều kiện thử nghiệm
3.2.1 Động cơ : Động Cơ Honda Wave 110 FI Động cơ Máy xăng, 1 xylanh, 4 kì
Hệ thống cung cấp nhiên liệu Phun xăng điện tử
Hệ thống làm mát Không khí
Dung tích xy-lanh 110cc Đường kính piston 50mm
Công suất tối đa 6.46kW tại 7500 rpm
Moment xoắn cực đại 8.7 Nm tại 6000 rpm
Hệ thống khởi động Điện, cần đạp
Bảng 3 1 Thông số động cơ thử nghiệm
Máy phá điện đồng bộ AC một pha ST Series
Model ST-12 Điện áp định mức 230 V
Công suất định mức 12 KW
Bóng đèn điện trở nhiệt 0.5-1KW/bóng
Bảng 3 2 Thông số máy phát
Điểm Đo Và Phương Pháp Đo
Phương pháp đo: Thay Đổi Tải, Cố Định Tốc Độ Động Cơ 5500v/P
Tay số 3 Công suất tải tiêu thụ
Tốc độ động cơ đang cố định Độ mở bướm ga thay đổi để giữ cố định tốc độ động cơ (%)
Bảng 3 3 Điểm đo tải tiêu thụ
Kết quả thử nghiệm
Công suất tải tiêu thụ Momen xoắn máy phát
Tốc độ động cơ đangcố định Độ mở bướm ga thay đổi để giữ cố định tốc độ động cơ (%)
Tải tiêu thụ (kVA) momen loadcell (N.m)
KL nhiên liệu tiêu thụ (g) trong 120s
Average lần 1 lần 2 lần 3 AVG lần
Bảng 3 4 Bảng dữ liệu thu thập
3.4.2 Tính toán moment động cơ tại các điểm đo:
Moment của động cơ được đo bởi cảm biến moment xoắn loadcell ở máy phát, kết quả đo từ Loadcell phải trừ đi hiệu suất truyền của khớp nối và ổ bi
Sau khi tính toán ta thu được bảng kết quả sau:
Công suất tải tiêu thụ Momen xoắn máy phát
Tải tiêu thụ (kVA) Moment loadcell (N.m) Mô men động cơ (N.m)
Average lần 1 lần 2 lần 3 AVG lần 1 lần 2 lần 3 AVG
Bảng 3 5 Bảng kết quả đo moment xoắn
Từ bảng kết quả vừa tính được, chúng ta xây dựng được biểu đồ đặc tính moment của động cơ
3.4.3 Tính toán công suất động cơ tại các điểm đo
Từ kết quả tính toán moment xoắn vừa thu được kết hợp với công thức tính công suất động cơ:
𝑁 𝑒 : Công suất động cơ ( kW)
𝑀 𝑒 : Moment xoắn động cơ ( N.m) n : Số vòng quay của động cơ (v/p)
Biểu Đồ Đặc Tính Moment (N.m)
Sau khi tính toán ta thu được bảng kết quả sau: tốc độ động cơ đangcố định Độ mở bướm ga thay đổi để giữ cố định tốc độ động cơ (%)
Tải tiêu thụ (kVA) Mô men động cơ (NM) Công suất động cơ (kW)
Average lần 1 lần 2 lần 3 AVG lần 1 lần 2 lần 3 AVG
Bảng 3 6 Bảng kết quả công suất động cơ
Từ bảng kết quả vừa tính được, chúng ta xây dựng được biểu đồ đặc tính moment của động cơ
Biểu đồ đặc tính công suất động cơ ( kW)
3.4.4 Tính toán suất tiêu hao nhiên liệu tại các điểm đo
Từ bảng kết quả thử nghiệm ( 3.4.1) ta có thông số khối lượng tiêu thụ nhiên liệu (g) trong 120 giây, ta đem chia kết quả cho 120 để có được dữ liệu 𝑚 𝑓 [g/s] Độ mở bướm ga thay đổi để giữ cố định tốc độ động cơ (%)
KL nhiên liệu tiêu thụ (g) trong 120s Lưu lượng xăng (g/s)
3 AVG lần 1 lần 2 lần 3 AVG 15% 0.54 28.1 27.6 28.5 28.1 0.234 0.23 0.238 0.2339 18% 1.06 26.5 26.5 26.2 26.4 0.221 0.2208 0.218 0.22 22% 1.48 27.8 26.9 26.8 27.2 0.232 0.2242 0.223 0.2264 29% 1.99 28.3 29.8 27.9 28.7 0.236 0.2483 0.233 0.2389 40% 2.47 30.5 30.8 30.7 30.7 0.254 0.2567 0.256 0.2556 61% 2.82 36.7 36.2 35.6 36.2 0.306 0.3017 0.297 0.3014
Bảng 3 7 Bảng kết quả lưu lượng xăng mf
Từ kết quả tính toán moment xoắn và công suất động cơ đã đo được phía trên kết hợp với công thức tính suất tiêu hao nhiên liệu
𝑚 𝑓 [g/s] : tốc độ dòng khối lượng
𝑔 𝑒 [g/kWh]: suất tiêu hao nhiên liệu
Sau khi tính toán ta thu được bảng kết quả sau:
Tốc độ động cơ đangcố định Độ mở bướm ga thay đổi để giữ cố định tốc độ động cơ (%)
Tải tiêu thụ (kVA) Công suất động cơ (kW) Suất tiêu hao nhiên liệu
Average lần 1 lần 2 lần 3 AVG lần 1 lần 2 lần 3 AVG
Bảng 3 8 Bảng kết quả đo suất tiêu hao nhiên liệu
Từ bảng kết quả vừa tính được, chúng ta xây dựng được biểu đồ suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ
Công suất động cơ (kW)
Suất tiêu hao nhiên liệu (g/kWh) lan 1 lan 2 lan 3AVG