báo cáo thực hành thí nghiệm động cơ

Ngoài ra để đo các thông số trên đường nạp của động cơ người ta lắpcác cảm biến áp suất khí nạp tương đối, cảm biến áp suất khí nạp tuyệt đối,cảm biến đo lưu lượng khí nạp, cảm biến đo n

I LỜI NÓI ĐẦU

Thế giới ngày nay đang phát triển rất mạnh về khoa học kỹ thuật, việc ápdụng khoa học công nghệ vào thực tế là điều tất yếu Ngành công nghiệp sảnxuất ô tô, động cơ cũng vậy, đã có những bước phát triển vượt bậc, bằngchứng là sự ra đời của hàng trăm công nghệ mới trên xe như hệ thống phunxăng điều khiển điện tử, hệ thống common rail, hệ thống điều khiển ABS điềukhiển điện tử, công nghệ đèn pha Viba… Để có được những thành công vượtbậc như vậy tất nhiên phải trải qua quá trình nghiên cứu, thực nghiệm, thựchành lâu dài nhằm kiểm chứng lại lý thuyết, việc này đòi hỏi nhiều thời gian vàcông sức Trong khuôn khổ chương trình học, chúng ta được học môn “ThíNghiệm Động Cơ”, môn học củng cố cho chúng ta những kiến thức về lí thuyết

đã được học, biết cách nghiên cứu và tìm hiểu vấn đề kỹ thuật bằng thựcnghiệm, sử dụng được các dụng cụ thiết bị đo hiện đại, Cùng với đó là họcphần “ Thực Hành Thí Nghiệm Động Cơ” giúp cho chúng ta có thể:

+ Tiếp xúc với thực tế một thí nghiệm cụ thể

+ Làm quen và hiểu qua về các trang thiết bị thí nghiệm hiện đại

+ Kiểm chứng lại lí thuyết đã học từ đó có cái nhìn tổng quan giữa lí thuyết vàthực tế

+ Nắm rỏ được trình tự và cách tiến hành một thí nghiệm hoàn chĩnh trên cơ sởnhững trang thiết bị hiện đại

+ Xây dựng các đường đặc tính động cơ ( tải, tốc độ) từ kết quả đo được từthực nghiệm

Được sự hướng dẫn tận tình của thầy HUỲNH BÁ VANG và sự cốgắng của cả nhóm 17B1, chúng em đã hoàn thành bài thí nghiệm của nhómmình Tuy vậy do bước đầu tiếp cận các trang thiết bị hiên đại nên không tránhkhỏi sai sót, nhầm lẩn Do đó, mong thầy thông cảm và chỉ bảo cho chúng em.Cuối cùng nhóm 17B1 xin chân thành cảm ơn thầy!

Đà Nẵng, ngày 23 tháng 4 năm 2013

II GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HOẠT ĐỘNG PHÒNG THÍ NGHỆM.

Phòng thí nghiệm động cơ AVL là một trong những phòng thí nghiệmhiện đại nhất Việt Nam Được đầu tư xây dựng từ năm 2000 và hoàn thành đưavào sử dụng năm 2003, phòng thí nghiệm đã là nới thực hiện nhiều thí nghiệm,thực nghiệm quan trong phục vụ cho công tác giảng dạy và học tập và nghiêncứu sinh của giảng viên và sinh viên khoa Cơ Khí Giao Thông

2.1 Hệ thống trang thiết bị phòng thí nghiệm động cơ:

Hình 1: Sơ đồ chung khu vực thí nghiệm 2.2 Sơ đồ bố trí thiết bị tại phòng thí nghiệm

Nguyên lý và hoạt động của phòng thí nghiệm được mô tã chung như sau:

- Phòng thí nghiệm gồm hai phần:

+ Phòng lăp đặt các thiết bị ( Dyno)

+ Phòng điều khiển ( Puma)

Hình 2: Sơ đồ phòng thí nghiệm

- Thiết bị phòng thí nghiệm bao gồm:

1: Thiết bị đo độ khói của động cơ ( opacimeter)

2: Động cơ mẩu Daewoo 1.6

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, 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 ( bộ xử lí )

16: Thiết bị đo lọt khí cacte

9,10: Đường ống nạp, thải của động cơ

11: Khớp nối trục động cơ với 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 đó nhiệt độ khí nạp

15: Cảm biến đo độ ẩm của môi trường khong khí trong phòng thínghiệm

17: Cảm biến đo áp suất phun

18: Cảm biến áp suất của quá trình cháy

19: Cảm biến đo nhiệt độ nước vào

20: Cảm biến đo nhiệt độ nước ra

21: Cảm biến đo tốc độ động cơ

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

23: Cảm biến đo nhiệt độ nhiên liệu

24: Cảm biến đo áp suất tuyệ đối của dầu bôi trơn

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

26: Cảm biến đo độ rung của động cơ

27: Cảm biến đo độ nhấc kim phun động cơ

28: Cảm biến đo áp suất khí xả

29: Cảm biến đo nhiệt độ khí xả

30: Cảm biến đo nhiệt độ của dầu ra

31: Thiết bị đo lưu lượng khí nạp

32: Thiết bị xác định, điều chỉnh vị trí thanh răng

33: Màn hình vi tính

34: Bảng điều khiển

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

36: Bình tiêu âm

37: Thiết bị Visioscop quan sát buồng cháy

Những thiết bị thử bao gồm: động cơ thử ( ở đây chúng ta dung động cơDaewoo A16DMS, 4 xylanh Động cơ này được bắt chặt với sàn băng bốnchân và có thiết bị giảm chấn Băng thử điện là thiết bi chủ yếu gây tải chođộng cơ và được nối với động cơ thông qua khớp nối

Ngoài ra để đo các thông số trên đường nạp của động cơ người ta lắpcác cảm biến áp suất khí nạp tương đối, cảm biến áp suất khí nạp tuyệt đối,cảm biến đo lưu lượng khí nạp, cảm biến đo nhiệt độ khí nạp Trên đường thảingoài hai cảm biến đo nhiệt độ và áp suất thì còn có thiết bị tiêu âm và thiết bị

đo độ đen khói (415_Opacmeter)

Để điều khiển lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ người ta dùngthiết bị cung cấp và đo tiêu hao nhiên liệu (733_ Fuel balance) nối thông vớiđộng cơ bằng hai đường cấp và hồi Để điều khiển cung cấp nhiên liệu chođộng cơ người ta dùng động cơ bướcc (THA100) để điều khiển thanh răng bơmcao áp và được nối trực tiếp vơi phòng PUMA

Việc điều khiển nhiệt độ nước làm mát được thực hiên bằng thiết bị(AVL553 Coolant Conditioning System) Trên đường vào động cơ có cảm biếnnhiệt độ nước làm mát, trên đường ra có cảm biến nhiệt độ nước ra

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

554 ,Oil Conditioning System ) Thiết bị này được nối với động cơ bằng haiống vào và ra trên đó có gắn hai cảm biến nhiệt độ dầu vào và ra

Ngoài ra ở động cơ còn có các loại cảm biến khác như: cảm biến nhấckim phun, cảm biến áp suất phun nhiên liệu, thiết bị quan sát buồng cháy

Để đo ốc độ động cơ người ta gắn thiết bị đo tốc độ vào vị trí trục khuỷutrên buli đầu trục khuỷu

Để đo lọt khí cacte người ta dùng thiết bị (442 Blow By Meter), thiết bịnày nối với động cơ qua hai đường ống, một từ động cơ đến 442 và một từ 442

về đường nạp động cơ

Tất cả các tín hiệu từ cảm biến được đưa vào trạm chuyển đổi, đượckhuếch đại rồi nối với PUMA Tại đó các số liệu được đo đạc và xử lí

PUMA là hệ thống tự động hóa thiết bị đo và bệ thử do hảng AVL LISTGmbH ( Áo ) phát triển Hệ thống này bao gồm các hệ thống máy tính, thiết bị

hổ trợ, phần mềm, các ứng dụng trên nền Window, các cơ sở dử liệu…

Trong quá trình vận hành thí nghiệm cần chú ý cẩn thận Khi tiến hànhthí nghiệm phải nắm rỏ quy trình và phương pháp để tránh xảy ra sai sót Vìcác thiết bị trong phòng thí nghiệm rất đắt do đó bất kỳ sai sót nào củng có thểgây thiệt hại lớn về mặt vật chất và người

III CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

3.1.Các loại đặc tính.

Chế độ làm việc của động cơ được thể hiện bằng tổ hợp các thông sốlàm việc của nó như công suất Ne hay mô men Me và tốc độ vòng quay n.Trong miền làm việc của động cơ, tốc độ n thay đổi từ nmin ứng với giới hạn ổnđịnh của động cơ đến nmax ứng với giới hạn ứng suất cơ, ứng suất nhiệt và diễnbiến bình thường của chu trình công tác

Người ta dùng đặc tính để đánh giá chỉ tiêu kỹ thuật của động cơ, hoạtđộng trong các điều kiện khác nhau của động cơ Đặc tính của động cơ là cáchàm thể hiện sự thay đổi các chỉ tiêu công tác chính theo chỉ tiêu công tác kháchoặc theo nhân tố nào đó ảnh hưởng đến chu trình công tác

Các loại đặc tính được sử dụng nhiều trong động cơ bào gồm các loạiđặc tính sau:

3.2 Đặc tính ngoài động cơ xăng.

Đặc tính ngoài của động cơ xăng là các hàm của Ne, Me, Gnl…theo sốvòng quay n khi ta mở hoàn toàn bướm ga, tức là 100% ví trí tay ga

Ở vị trí mở 100% bướm ga, sụ biến thiên của các hàm Ne =f(n), Me =f(n)… phụ thuộc vào sự thay đổi của vmik theo số vòng quay n Biếnthiên của động cơ theo v khi động cơ chạy đặc tính ngoài phụ thuộc vào sựthay đổi của tốc độ dòng khí qua xupap nạp, pha phấn khí của các xupap và độ

mở bướm ga Càng tăng tốc độ dòng khí qua xupap nạp và xupap thải thì hệ sốnạp càng thấp Điều này đúng với động cơ không tăng áp cũng như động cơtăng áp Trong vùng tốc độ thấp cũng diển ra hiện tượng giảm của hệ số nạptheo mức giảm tốc độ n vì lúc đó pha phân phối thực tế không còn phù hợp vớitốc độ động cơ lúc đó

Lưc cản trên đường nạp của động cơ diezen nhỏ hơn so với động xăng,

vì vậy đặc tính ngoài về v của động cơ xăng hơi dốc so với v của động cơdiezen

Trong các động cơ tăng áp, do có giảm tổn thất tương đối về tổn thất áp suấttrên đường nạp nên khi tăng n thì đường hệ số nạp theo n của động cơ tăng ápphẳng hơn so với động có không tăng áp Mối quan hệ giũa hệ số nạp tươngđối và tốc độ tương đối thay đổi trong phạm vi +- 50%nm ( nm là tốc độ động

cơ tại thời điểm có v max )

Số lượng môi chất nạp vào xylanh chẳng những phụ thuộc vào v màcòn phụ thuộc vào khối lượng riêng của không khí k Động cơ không tăng áp

có k = o Trông động cơ tăng áp k phụ thuộc vào mức độ tăng áp hiệu suấtđoạn nhiệt của máy nén và mức độ làm mát trung gian cho khí nén trước khivào động cơ Mức độ tăng khối lượng riêng tương đối của không khí đi vàođộng cơ theo mức độ nén khác nhau, với các giá trị của hiệu suât đoạn nhiệt

kdm của máy và không làm mát trung gian cho khí nén

Tăng do Tk tăng theo nên làm cho khối lượng riêng tương đối tăng chậm, vìvậy đã làm giảm ảnh hưởng tăng áp tới mức độ tăng khối lượng môi chất nạpvào động cơ, thể hiện qua tích số vk Vì vậy làm mát trung gian cho khôngkhí tăng áp chẳng những làm giảm hiệu suất nhiệt của động cơ mà còn làm tăng

lượng môi chất nạp vào động cơ Nếu làm mát trung gian bảm đảm cho Tk = T0thì lượng không khí nạp vào động cơ tỷ lệ với mức độ tăng áp trong máy nén.

Khi động cơ tăng áp hoạt động theo đặc tính ngoài nếu giảm số vòngquay n sẻ làm giảm và do đó làm giảm k Trong trường hợp tăng áp bằngmáy nén ly tâm dẫn động cơ khí và dẫn động bằng tua bin khí thải thì vàk

sẻ giảm nhanh làm cho lượng không khí nạp vào xy lanh vk giảm theo mứcgiảm của n

Giá trị i củng động cơ xăng với = const, trên đặc tính ngoài sẻ phụ thuộcbiến thiên của alpha theo n Tỷ số nén của động cơ xăng tăng áp, trong điềukện giữ không đổi chỉ số octan của nhiên liệu phải nhỏ hơn của động cơchưa tăng áp để tránh kích nỗ Nếu vẩn giữ nguyên như tĩ số nén của động cơchưa tăng áp thì cần dùng nhiên liệu có số octan cao hơn Thông thường tăng

số octan lên 6 – 8 lần thì tĩ số nén có thể tăng lên 1 đơn vị

Khi động cơ xăng hoạt động theo đặc tính ngoài thì hệ số dư lượngkhông khí alpha sẽ giảm khi giảm n Đặc tính trên của alpha vẩn tiêp tục duy trìkhi chuyển sang các đặc tính bộ phận Tuy nhiên khi điều chỉnh bộ chế hòa khí

ở vị trí gần mở hết bướm ga người ta sẽ điều chỉnh để hẹ số alpha nhỏ hơn đặctính ngoài để tiết kiệm nhiên liệu xăng

3.3 Đặc tính ngoài động cơ Diesel.

Đặc tính ngoài của độngc ơ diezen bao gồm các loại sau:

Đặc tính ngoài tuyệt đối – là các đặc tính mà thông số bên phải của cácbiểu thức xác định Me, Ne ( công thức 11-8 và 11-10 trang 410 Nguyên lýđộng cơ – Nguyễn Tất Tiến ) đều đạt giá trị cực đại tại mổi số vòng quay n Đóchỉ là đặc tính được xác đinh khi khảo nghiệm động cơ trên băng thử Trongthực tế sử dụng động cơ không cho phép động cơ hoạt động tói mức này, nhằmbảo vệ không để máy bị hư hỏng Mặt khác củng không đảm bảo mọi điều kiệntối ưu về gốc phun sớm, về nhiệt độ môi chất làm mát động cơ ở đầu vào củngnhư đầu ra trong mọi vòng quay của động cơ qua đó đảm bảo giá trị cực đạicủa vmik…

Đặc tính giới hạn bơm cao áp là đặc tính ngoài mà ta điều khiển bơmcao áp được kéo tới vị trí giới hạn lớn nhất Khi thiết kế bơm cao áp người ta

để một phần dự trử về thể tích nhiên liệu để đảm bảo cho nó có thể cung cấpcho xylanh lượng nhiên liệu lớn hơn so với nhu cầu của chu trình Vì vậy khi

sử dụng phải đặt trên bơm một chốt tỳ nhằm hạn chế lượng nhiên liệu cực đạicấp cho chu trình

Đặc tính ngoài theo công suất thiết kế là đặc tính tốc độ trong đó cơ cấuđiều khiển được giử ở vị trí đạt công suất thiết kế Nen tại số vòng quay thiết kế

nn Đặc tính ngoài theo công suất thiết kế là đặc tính mang tính chất pháp lýđược nhà chế tạo đảm bảo khi xuất xưởng

Đặc tính ngoài sử dụng( gọi tắt là đặc tính ngoài) là đặc tính tốc độ trong

đó cơ cấu điều khiển được giử ở vị trí tương ứng với công suất Ned tại số vòngquay sử dụng nd Người ta sử dụng Nd để lựa chọn động cơ phối hợp với máycông tác

Đặc tính khói đen là đặc tính tốc độ trong đó với mổi số vòng quay n, cơ cấuđiều khiển bơm cao áp đều nằm ở vị trí bắt đầu nhã khí đen trong khí xả

Hiệu suất chỉ thị I của động cơ diezen khi chạy theo đặc tính ngoài phụthuộc vào hệ số dư lượng không khí alpha, tỹ số tăng áp suất khi cháy khốilượng riêng của không khí nạp vào động cơ k và tốc độ n của động cơ Ảnhhưởng của bản thân tốc độ n và khối lượng riêng của không khí k đến Ithường không nhiều mà chủ yếu ảnh hưởng đến alpha và Ở trên đã thấytăng alpha sẽ làm tăng i

Động cơ diezen không tăng áp, hệ số nạp v khi tăng giảm tốc độ n.Lượng nhiên liệu cấp cho chu trình của bơm BOSCH lại hơi tăng khi tăng tốc

độ n Lượng nhiên liệu cấp cho chu trình gct bị giảm khi giảm n sẻ kéo theogiảm pi, gây ảnh hưởng tới đặc tính tốc độ

Động cơ diezen tăng áp, sự thay đổi của khối lượng không khí nạp vàođộng cơ phụ thuộc vào khối lượng riêng không khí k khi giả tốc độ n, giá trịcủa k sẻ giảm càng nhanh nếu k ở chế độ định mưc càng lớn Vì vậy động cơdiezen tăng áp sẽ làm cho tăng alpha khi tăng n Còn tỹ số tăng áp suất khicháysẽ tăng khi giảm n vì khi đó sẽ làm tăng thời gian cháy trễ Thựcnghiệm chỉ ra rằng ap suất k càng giảm mạnh khi giảm n sẽ làm chotăng

càng nhiều Ảnh hưởng tổng hượp của alpha và khi động cơ diezen chạytheo đặc tính ngoài như sau: I sẽ tăng khi tăng nhưng tỹ số i./sẽ giảm.

Hiệu suất cơ khí m khi độngco chạy ở đặc tính ngoài sẽ giảm khi tăng n

vì lúc đó Cm tăng còn i/ và v lại giảm Đối với động cơ tăng áp, khi tăng nthì m sẽ giảm chậm hơn so với động cơ không tăng áp vì lúc ấy ksẽ tăng, mgiảm càng chậm khi tăng n nếu động cơ tăng áp càng cao

Trên đồ thị của đặc tính tải, hoành độ đặt một trong các thông số tải củađộng cơ, còn tung độ là chỉ tiêu công tác của động cơ Người ta có thể dung chỉtiêu công suất Ne, momen có ích Me, hoặc áp suất có ích trung bình pe làm cácthông số đặc trung cho tải Thường dung giá trị tương đối của các thông số sovới giá trị tương ứng ở chế độ định mức thay cho giá trị tuyệt đối của thông sốđó

Thông số chính đánh giá tính kinh tế chế đọ hoạt động của động cơ làsuất tiêu hao nhiên liệu ge Trên đồ thị còn có các thông số bổ sung như suấttiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi, hiệu suất có ích  , hiệu suất có khíh, lưu lượngnhiên liệu giờ Gnl Đối với động cơ tăng áp còn có them thông số, suât tiêu haokhông khí, hiệu suất tua bin, máy nén và bộ tua bin máy nén… Nếu đặc tínhkhông được xác định trong điều kiện đẻm bảo n = const, mổi điểm đo ở tốc độ

do bộ điều tốc điều khiển thì đò thị có thêm mối quan hệ tốc độ và tải

Khi động cơ chạy theo đặc tính tải, nhân tố tác động từ bên ngoài tới chutrình công tác là số lượng nhiên liệu hoặc hòa khí cấp cho xylanh trong mổi chutrình

3.4 Đặc tính tải động cơ xăng.

Đối với động cơ xăng khi chạy theo đặc tính tải cần tăng hoạc giảmlượng hòa khí nạp vào động cơ Khi động cơ đống nhỏ bướm ga sẽ làm tăng hệ

số khí sót và do đó làm thay đổi điều kiện thực hiện quá trình công tác, côngsuất và tính kinh tế của động cơ Suất tiêu hao nhiên liệu ge thay đổi theo Ởchế độ không tải Ne = 0 và m = 0 nên ge = vô cùng Tăng tải khi giữ n = const

sẽ làm tăng m dó đó mà ge giảm dần Tuy vậy so với động cơ diezen thì ge củađộng cơ xăng giảm nhanh hơn do i và m của động cơ xăng đều tăng

Suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất gemin xuất hiện ở vị trí tải tương ứng vớigiá trị cực đại của e = im Trong động cơ xăng nếu hòa khí được điều chỉnhtheo thành phần tiết kiệm thì I sẽ tăng khi tải tăng vì lúc ấy làm tăng chấtlượng cháy tốt hơn Vì vậy gemin sẽ xuất hiện ở vị trí toàn tải Nếu trong bộchế hà khí có hệ thống làm đậm thì khi mở gần hết bướm ga sẽ làm cho hòa khíđậm lên Kết quả sẽ làm tăng công suất nhanh chống nhưng lại làm tăng suấttiêu hao nhiên liệu ge

3.5 Đặc tính tải động cơ Diesel

Tăng tải trong động cơ diezen được thực hiện bằng cách tăng gct qua đólàm giảm alpha Do đó khi tăng tải, i được tăng lên chút ít ở khu vực tải nhỏ,

vì áp suất và chất lượng phun tăng dần, sau đó I sẽ giảm khi tiến gần đến chế

độ toàn tải Vì vậy suất tiêu hao nhiên liệu ge sau khi đạt giá trị cực tiểu, tạiphụ tải tương ứng với giá trị cực đại của e = im Trong thực tế sử dụng động

cơ thì nghiêm cấm không đê động cơ chạy tới mức giới hạn lớn nhất của côngsuất tai tốc độ thử

Đặc tính tải của động cơ diezen tăng áp củng tương tự như động cơdiezen không tăng áp, chỉ khác ở chổ alpha của động cơ tăng áp phj thuộc vàogct theo quy luật phức tạp hơn

Với động cơ diezen không tăng áp khi chạy theo đặc tính tải có thể coi

v = const và=(gctn* n)/gct, biểu thức này có thể dung cho động cơ tăng ápdẫn động cơ khí

Động cơ diezen tăng áp cao khi chạy theo đặc tính tải v có thể thay đổi

từ 10 – 20 % hoặc lớn hơn, không cần quan tâm tới ảnh hưởng của alphatới i / imax vì giá trị alpha rất lớn, thông thường alpha >= 1,7 – 1,9.Biến thiên của phụ thuộc gct

3.6 Tính toán và xây dựng đặc tính ngoài động cơ Daewoo A16DMS (tính theo các thông số kỹ thuật cho trước bằng phần mềm matlab, Excell…)

IV THỰC NGHIỆM ĐO ĐẠC CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG LỰC HỌC ĐỘNG CƠ

4.1 Giới thiệu trang thiết bị thí nghiệm.

4.1.1 Băng thử công suất động cơ APA

APA 204 /E/0943:

*Công suất cực đại Ne(max) : 220 (Kw)

*Mômen quay cực đại Me(max) : 934 (Nm)

*Số vòng quay cực đại ne(max) : 8000 (v/p)

APA có thể làm việc ở hai chế độ

* Máy phát: khi tạo tải cho động cơ thí nghiệm

* Động cơ : khi kéo động cơ hay khởi động động cơ

Hình 4.1: Băng thử công suất APA Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của băng thử:

 Cấu tạo gồm:

-Roto (1) làm bằng lá thép mổng cách điện, roto quay theo trục động cơ

-Stato (2) có các cuộn dây cảm ứng, stato gắn một thanh đòn, đầu thanh đòngắn cảm biến đo lực

Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý băng thử công suất APA

1- Roto; 2-Stato; 3- Bộ phận làm mát; 4- Cảm biến-Từ băng thử công suất dung để gây tải cho động cơ, nó được nối với động cơqua khớp nối

 Nguyên lý đo momen và công suất của băng thử:

Hình 4.3: Nguyên lý xuất hiện dòng Fuco -Khi đĩa quay trong từ trường xuất hiện dòng Fuco chống lại chiều quay của

MTT: Momen của lực từ

-Hệ thống đo tiêu hao nhiên liệu AVL Fuel Balance 733 chủ yếu được dùng

để đo trọng lực với độ chính xác cao theo yêu cầu Việc xây dựng các thiết bịhiệu chuẩn cho phép hiều chuẩn các hệ thống trong thực tế theo những điềukiện sàn

-Hệ thống đo tiêu hao nhiên liệu AVL Fuel Balance 733 cho phép đo lượngtiêu thụ nhiên liệu với độ chính xác cao ngay ở mức tiêu thụ thấp,thời gian đongắn

-Việc giảm tiêu thu nhiên liệu của động cơ,làm cho yêu cầu đo ngày càng nhỏ

về sự khác biệt trong dòng chảy của nhiên liệu Hệ thống đo tiêu hao nhiên liệuAVL Fuel Balance 733 cho phép đo những khác biệt nhỏ đó với độ tin cậy lớnnhất

Hình 4.4: Thiết bị cấp và đo tiêu hao nhiên liệu 733

*Tính năng và phạm vi sử dụng:

-Áp suất nhiên liệu cung cấp có thể đạt đến 0.8 bar

- Phạm vi ứng dụng cho phép : 0…80( Kg/h)

- Phạm vi hiệu chỉnh nhiệt độ nhiên liệu : -10… 700C

-Có thể sử dụng cho loại nhiên liệu xăng pha Methanol và Ethanol 20% hoặc

sử dụng 100% là Methanol và Ethanol

- Mức cấp nhiên liệu nhỏ nhất : +25 (kg/h)

- Mức cấp nhiên liệu bình thường : 150 (kg/h)

- Mức cấp nhiên liệu lớn nhất có thể : 400 (kg/h)

- Độ sai lệch cho phép của kết quả đo : 0.1%

- Dòng điện điều khiển : 24 ±0.5 V DC ( 1.6A)

a Bộ phận cấp và đo tiêu hao nhiên liệu (Avl Fuel Balance)

- Thiết bị 733 làm việc theo nguyên lý cân trọng lượng nhiên liệu, theonguyên lý này nhiên liệu cung cấp cho động cơ từ một bình đo lường ( cốc đo)

và đo liên tục nếu chọn chế độ đo là Stand by

- Đầu tiên nhiên liệu từ bồn chứa được rót vào cốc đo, được cấp theođường số 1 và khi đã đầy cốc thì van điền đầy sẽ đóng nhiên liệu lại Từ cốc đonhiên liệu sẽ được cung cấp cho động cơ qua đường số 2

- Phần nhiên liệu hồi từ động cơ sẽ theo đường số3 trở về cốc đo Hệthống cốc đo được đặt trên một cân, có quả cân là đối trọng trong hình vẽ dưới.Trong thiết bị 733 sử dụng quả cân có trọng lượng là 900g

- Khi động cơ hoạt động, nhiên liệu trong cốc đo sẽ giảm xuống làm chocán cân nghiên dần về đối trọng Nhờ cảm biến điện dung, sẽ ghi nhận được sựdịch chuyển cơ học của cán cân, sự dịch chuyển này làm thay đổi giá trị điện

dung của cảm biến Tín hiệu được đưa về bộ xử lý để tính toán lượng nhiên liệu

đã tiêu thụ cho động cơ

Trong quá trình cung cấp nhiên liệu cho động cơ, hệ thống cốc đo và đốitrọng bị giao động liên lục Do vậy nhờ bộ phận giảm chấn sẽ làm triệt tiêu daođộng này và tăng độ chính xác của phép đo

Do nguyên lý đo lưu lượng bằng phương pháp cân không nhạy cảm với

sự thay đổi của nhiệt độ

Hình 4.5- Bộ cấp và đo nhiên liệu của AVL-733

1- Đường cấp nhiên liệu cho bộ đo; 2- Đường cấp nhiên liệu cho động cơ; 3-Đường nhiên liệu hồi về hệ thống từ động cơ ; 4- Đường thông với khí

trời.

* Yêu cầu đối với hệ thống:

+ Mạch nhiên liệu phải được hoàn toàn rút khí(không có bọt khí)

+ Nhiệt độ trong mạch đo phải không thay đổi

+ Thể tích mạch đo không thay đổi

Trong điều kiện bình thường thì thiết bị 733 có thể làm việc với mức lưulượng là 0 150 (kg/h) Trong những trường hợp đặc biệt có thể cấp tới mức 400

(kg/h) Thiểt bị này có thể dùng để cấp nhiên liệu và đo đạc cho hầu hết các ôtôchạy theo chu trình của quốc tế như FTP75, ECE…

b Bộ phận điều hòa nhiệt độ nhiên liệu (AVL Fuel Temprature Control):

- Ở sơ đồ (hình 4.6), nhiên liệu từ bộ đo qua bộ điều hòa nhiệt độ theođường A vào bộ điều khiển nhiệt độ Tại đây, bộ phận trao đổi nhiệt dùng mạchnước làm mát được cấp bên ngoài ở khoảng 100C, qua hệ thống đường ống E

và F vào trong bộ trao đổi nhiệt Nhờ cảm biến nhiệt độ được gắn bên trong nên

ta có thể biết được nhiệt độ nhiên liệu Qua đó để cài đặt giá trị cho hợp lý.Nhiên liệu sau khi làm mát xong được cấp cho động cơ qua đường D

12

7

10 11

9

8 G

J

P 5

C D E

F I 4

Hình 4.6- Sơ đồ nguyên lý và bố trí chung giữa AVL 753 và AVL 733S

1, 4, 8, 11- Van; 2- áp kế đo áp suất nước làm mát ra; 3- áp kế đo áp suất nước làm mát vào; 5- áp kế đo áp suất nhiên liệu hồi; 6- AVL Fuel

Temperature Control 753; 7- AVL Fuel Balance 733S; 9- Bầu lọc thô; 10- Bầu lọc tinh; 12- Thùng chưa nhiên liệu; 13- Lọc nhiên liệu; 14- Động cơ thử; A-

Nhiên liệu đến AVL 753; B- Nhiên liệu hồi về AVL 733S; C- Nhiên liệu hồi từ động cơ; D- Nhiên liệu đến động cơ; E- Nước làm mát vào; F- Nước làm mát ra; G- Đường cấp nhiên liệu từ thùng chứa; H, J- Nhiên liệu thừa; a- Nhiên liệu hồi từ động cơ; b- Nhiên liệu đến động cơ; c- ống thông hơi; d- Đường

nhiên liệu cấp đến AVL733S; e- Nhiên liệu thừa.

- Đường nhiên liệu trở về từ động cơ có nhiệt độ khá lớn, do vậy hệ thống

sẽ tự kiểm soát nhiệt độ để đảm bảo không thay đổi

Như vậy, việc cấp và đo tiêu hao nhiên liệu động cơ thí nghiệm bằngthiết bị 733 cho phép ta xác định giá trị tiêu hao chính xác nhất Đồng thời chophép ta khống chế và hiệu chỉnh nhiệt độ nhiên liệu cung cấp cho động cơ vớinhiều chế độ khác nhau Điều này rất quan trọng trong các bài thí nghiệm xétảnh hưởng của nhiệt độ nhiên liệu đối với động cơ thí nghiệm Hệ thống điềukhiển từ Puma cho phép ta tìm lổi của thiết bị trong quá trình vận hành và xử lýkịp thời Các tín hiệu và giá trị đo được đều hiển thị trên máy tính, nhờ các sốliệu này mà ta có thể xây dựng được các đường đặc tính tiêu hao nhiên liệu chođộng cơ thí nghiệm

- Như trình bày ở trên, để đảm bảo chính xác cho phép đo của thiết bị thìnhiệt độ trong mạch nhiên liệu phải không đổi Do vậy, trước khi cấp nhiên liệucho động cơ, nhiên liệu được đưa qua bộ phận điều khiển nhiệt độ, nhằm ổnđịnh nhiệt độ nhiên liệu

4.1.3 Thiết bị đo tốc độ động cơ và vị trí trục khuỷu ( AVL 364C và 364X encoder).

Nhiệm vụ: Dùng để đo tốc độ động cơ và vị trí trục khuỷu dựa trên nguyên lý

biến đổi góc quay của trục khuỷu thành tín hiệu số sau đó đưa về PUMA xử lý Thiết bị đo tốc độ và vị trí trục khuỷu của động cơ gồm:

+Cảm biến xác định vị trí trục khuỷu và số vòng quay

+Bộ AVL 364C và 364X Angel encoder

Thiết bị đo tốc độ nói trên kết hợp thiết bị ghi nhận tín hiệu chuyên dụng AVLIndiset 620

AVL Indiset 620: Là thiết bị được thiết kế chuyên dụng để ghi nhận dữ liệu

khi đo một thông số có tần số biến đổi nhanh theo góc quay trục khuỷu như: ápsuất trong xilanh, áp suất trên đường ống cao áp của hệ thống nhiên liệu, độnhấc kim phun

Hình 4.7: Sơ đồ bố trí Indiset 620, cảm biến QL61D và Encoder 364X

- Bộ AVL 364C Angel Encoder

Nhiệm vụ: Angel Encoder 364C là thiết bị chuyển tín hiệu góc quay thành tín

hiệu số, tín hiệu này được PUMA xử lý và xác định chính xác số vòng quaytrục khuỷu

Hình 4.8: Sơ bộ mã hóa góc AVL 364C lên động cơ.

1-Ống cáp truyền thông tin; 2- Dụng cụ kẹp; 3,4- Bulong; 5- Đai ốc siết;

6- Mặt bích; 7- Trục khuỷu

-Đặc điểm cấu tạo và sơ đồ khối của Encoder 364C: Encoder 364C là sự kết

hợp giữa Cơ học- Quang học- Điện tử

Hình 4.9: Sơ đồ khối đo vận tốc động cơ của AVL 364C

Gồm có:

1 Bộ chuyển đổi xung

2 Đĩa trung tâm được khoan lỗ đều đặn

3 Cơ cấu mang đĩa, mặt bích để bắt đĩa

4 Cánh tay trợ giúp giữ bộ phận quang học

Hình 4.10: Kết cấu và sơ dồ nguyên lý của Encoder 364C

-Nguyên lý hoạt động: Dựa vào hình 4.9, khi động cơ hoạt động thì đĩa (2) lắp

trên Buli trục khuỷu quay theo Lỗ khoan trên đĩa mỗi lần đi qua được thiết bị

phát ánh sang lắp trên (6) chiếu qua, khi đó kim quang học của cảm biến quanghọc (8) nhận sự thay đổi tần số ánh sáng và truyền tới ống đèn điện tử (10).Ống đèn điện tử nhận sự thay đổi và thực hiện phóng ánh sáng và đưa tín hiệuđến bộ chuyển đổi xung (1), bộ chuyển đổi sẽ chuyển đổi xung quang thànhxung điện Tại nơi bộ chuyển đổi xung có gắn cáp (7) và chính nhờ cáp nàyđưa xung điện về PUMA của phòng AVL.

-Thông số kỹ thuật AVL 364C:

+ Phạm vi vận tốc: 10-15000 [rpm]

+ Lực chịu rung: Max 100x9,81 (m/s2) 100 (g) cho 10mio.Rev

Max 200g cho bảng tóm tắt từng giai đoạn

+ Nhiệt độ cho phép xung quanh: -30 – 700C

+ Cho phép nhiệt độ tại bề mặt tăng lên: -30 – 1000C

+ Tuổi thọ vận hành dưới giới hạn phụ tải: Với ít nhất 10 triệu vòng quay ở đócho phép dao động lớn nhất

+ Khối lượng phụ tải trên khuỷu: 530 -630g phụ thuộc vào vị trí bệ máy củaEncoder

- Ống đèn điện tử: Phạm vi sử dụng : -30 – 600C

Hình 4.11: Kết cấu của ống đèn điện tử -Đĩa khoan lỗ: được bắt lên mặt bích trục khuỷu, đĩa được khoan lỗ đều nhau.

Bộ AVL 364X Angel Encoder

-Nhiệm vụ: Encoder 364X là thiết bị chuyển tín hiệu góc quay dạng tương tựthành tín hiệu số Sau khi tín hiệu qua bộ đếm, mạch vi xử lý và thiết bị xử lý

số liệu sẽ giúp xác định được chính xác vị trí và số vòng quay trục khuỷu

Hình 4.12: Sơ đồ lắp đặt bộ mã hóa góc AVL 364X -Đặc điểm cấu tạo và sơ đò khối của Encoder 364X: dựa trên nguyên lý hiện

tượng quang dẫn

1 Đĩa chuẩn khắc dấu

2 Ống đèn điện tử

3 Cáp nối từ đèn điện tử đến bộ chuyển đổi xung

4 Cáp nối với bộ phận AVL

5 Bộ chuyển đổi xung

6 Bộ quang học DDAATSSIC364G03 ( cũng chính là cảm biến quang)

-Nguyên lý hoạt động: Chỉ khác với bộ AVL 364C là đĩa khoan lỗ bây giờ là

đĩa khắc giấu Khi trục khuỷu quay thì đĩa khắc dấu (1) quay theo Ánh sángphản chiếu từ đĩa (1) được thiết bị thu nhận ánh sáng (6) thu nhận Sự thay đổitần số ánh sáng phản chiếu từ đĩa (1) ứng với mỗi dấu cho ra xung ánh sángthay đổi Sự kết hợp giữa nguồn sáng từ ống đèn (2) và bộ quang học (6) ứng

với mỗi dấu cho ta một tín hiệu quang, sau đóvtín hiệu này được đưa đến bộchuyển đổi xung (5) Như vậy, từ tín hiệu góc quay biến thành tín hiệu quangrồi biến thành xung điện Thông qua cáp kết nối (4) đưa xung điện đến PUMAcủa phòng điều khiển AVL.

Hình 4.13: Sơ đồ khối đo tốc độ động cơ của bộ mã hóa góc AVL 364X Thiết bị quang học ĐATSSIC364G03:

Nguyên lý làm việc của ĐATSSIC364G03: Thực chất là một tế bào quang dẫn.ĐATSSIC364G03 thu tín hiệu quang từ ống đèn điện tử (2) Sự ngắt quãng củaxung ánh sáng từ đèn điện tử phát tới khi chiếu qua các lỗ khoan trên đĩa (1) sẽđược phản ánh trung thực qua xung điện của bộ chuyển đổi xung (5)

Đĩa quang vạch dấu:

+ Đĩa quang vạch dấu 364G72: đĩa được gắn liền với một đầu của trục khuỷu

và cùng quay theo trục khuỷu

Đĩa được vạch dấu đều nhau, như vậy sẽ được cảm biến quang nhận biết và kếthợp với các bộ phận của Encoder364X mã hóa tín hiệu quay trục khủy thànhtín hiệu số

Hình 4.14: kích thước quang học ĐATSIC 364G03

Dữ liệu kỹ thuật 364G72:

- Đường kính lớn nhất của mặt bích cố định 186mm

- Vật liệu: thép có độ bền cao, dày 0,08mm

- Goc sai lêch < ±0,015 độ

- Vận tốc tối đa: 15000 [rpm]

Hình 4.15: Kết cấu đĩa quang vạch dấu 364G72X 4.1.4 Thiết bị làm mát dầu bôi trơn AVL 554

Hình 4.16: Thiết bị điều hòa nhiệt đọ dầu bôi trơn động cơ.

Thiết bị này có tác dụng giải nhiệt cho dầu bôi trơn và định nhiệt độ dầu trongkhoảng 70 – 1400 C

Thông số AVL 554:

Hệ thống nước làm mát:

- Môi chất làm việc: nước

- Công suất: 200 [kW]

- Lưu lượng làm việc: 2,5 [m³/h]

- Nhiệt độ dòng nước: 5 ÷ 30 [0C]

- Nhiệt độ lớn nhất của nước:70 [0C]

- Áp suất của dòng nước: 2 [bar]

- Áp suất lớn nhất của hệ thống:[6 bar]

Hệ thống cấp dầu bôi trơn:

- Môi chất làm việc: dầu bôi trơn

- Giới hạn nhiệt độ làm việc:20÷150 [0C]

- Giới hạn nhiệt độ cài đặt: 70 ÷ 140 [0C]

- Lưu lượng làm việc: 15 ÷ 20 [lit/min]

- Công suất gia nhiệt: 6 [kW]

- Điện áp vào: 3 x 400 [VAC] 50/60 [Hz]

- Áp suất khí nén van: 3,5 ÷ 10 [bar]

Sơ đồ lắp đặt thiết bị:

Hình 4.17 Sơ đồ hệ thống điều chỉnh dầu bôi trơn AVL 554.

Dầu bôi trơn sau khi bôi trơn động cơ sẽ trở về thiết bị theo đường B và đượcđiều chỉnh rồi đưa vào động cơ theo đường A Đường nước làm mát dầu trongthiết bị đi vào thiết bị theo đường C và ra ở đường D

4.1.5 Thiết bị làm mát nước AVL 553

Thông số thiết bị:

- Môi chất làm việc: nước

- Công suất làm việc : 200 [kW]

- Lưu lượng làm việc : 15 [m3/h]

- Nhiệt độ dòng nước vào : 5 ÷ 30[0C]

- Nhiệt độ làm việc : 5 ÷ 85[0C]

- Áp suất làm việc cực đại: 6 [bar]

- Công suất gia nhiệt : 18 [kW]

- Nhiệt độ dung dịch làm mát :0 ÷ 20[0C]

- Lưu lượng làm việc: 1,5 ÷ 2[m3/h]

- Điện áp vào : 2 x 400 [VAC],100[A]

Sơ đồ lắp đặt AVL 553:

Chất lỏng làm mát sau khi đi làm mát cho động cơ được đưa về AVL 553 quađường B từ AVL 553 đến làm mát động cơ theo đường B Còn đường làm mátcủa thiết bị để làm mát chất lỏng làm mát theo đường C vào và ra ở đường D

Hình 4.18: Thiết bị điều hòa nhiệt độ nước làm mát

4.1.6: Các cảm biến sử dụng

1 Cảm biến lưu lượng khí nạp

Hình 4.19: Kết cấu cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây nóng.

1:nhiệt điện trở; 2:dây sấy platin

Nguyên lý hoạt động.

Dòng điện chạy vào dây sấy làm 30hon ó nóng lên Khi không khí chạyqua, dây sấy được làm nguội tương ứng với khối lượng không khí nạp, bằng

cách điều chỉnh dòng điện chạy vào dây sấy này để giữ cho nhiệt độ dây sấykhông đổi, dòng điện đó sẽ tỉ lệ thuận với lượng không khí nạp bằng cách pháthiện dòng điện đó ta xác định được lượng không khí nạp Trong trường hợpnày, dòng điện có thể chuyển thành điện áp và gửi đến ECU động cơ.

2 Cảm biến đo áp suất.

a Cấu tạo:

Hình 4.20: Cấu tạo cảm biến áp suất

Cảm biến này bao gồm:

Cảm biến áp suất được bố trí trên ống góp nạp hoặc được nối đến

ống góp nạp bởi một ống chân không

b Hoạt động:

Tấm silicon (hay còn gọi là màng ngăn) dày ở hai mép ngoài và mỏng hơn ở

giữa Một mặt của tấm silicon tiếp xúc với buồng chân không, mặt còn lại nối với

đường ống nạp Bằng cách so sánh áp suất trong buồng chân không và áp suất trong đường ống nạp, chip silic sẽ thay đổi điện trở của nó khi áp suất trong đường ống nạp thay đổi Sự dao động của tín hiệu điện trở này được chuyển hóathành một tín hiệu điện áp gửi đến ECM động cơ ở cực PIM

3.Cảm biến đo nhiệt độ khí nạp:

Kết cấu và nguyên lý hoạt động.

Cảm biến nhiệt độ khí nạp lắp bên trong cảm biến lưu lượng khí nạp vàtheo dõi nhiệt độ khí nạp Cảm biến nhiệt độ khí nạp sử dụng một nhiệt điện trở

- điện trở của nó thay đổi theo nhiệt độ khí nạp, có đặc điểm là điện trở của nógiảm khi nhiệt độ khí nạp tăng Sự thay đổi của điện trở được thông tin gửi đếnECU dưới sự thay đổi của điện áp Từ điện áp này ta xác định nhiệt độ

Hình 4.21: Cảm biến đo nhiệt độ.

1:Điện trở; 2:Thân cảm biến; 3:Lớp cách điện; 4:Giắc cắm dây

4.Cảm biến xác định vị trí trục khuỷu và số vòng quay:

-Đặc điểm cấu tạo:

Trên trục khuỷu gắn một vành có dạng như chi tiết số 1 Cảm biến gồm cuộndây số 2 quấn trên loic thép từ số 3, cuộn dây được gắn vào 2 chốt cắm số 4