Bai 2 Do cac thong so dong co

TRƯỜNG SĨ QUAN KỸ THUẬT QUÂN SỰ KHOA Ô TÔ PHÊ DUYỆT Ngày 10 tháng 11 năm 2015 CHỦ NHIỆM KHOA Tiến sĩ Nguyễn Ch Th nh BÀI GIẢNG Môn học : Thử nghiệm ô tô Bài : Thử nghiệm động ô tô Đối tƣợng : Đại học quân Năm học : 2015 - 2016 Tiến sĩ Nguyễn Mạnh Hùng TP.HỒ CHÍ MINH, THÁNG 11 NĂM 2015 MỞ ĐẦU Thử nghiệm động ô tô nhằm đánh giá chất lượng động sau sản xuất sau sửa chưa lơn ô tô Bài học nghiên cứu thông số đánh giá chất lượng động cơ; qui trình thí nghiệm đo đạc thơng số quan trọng động như: công suất, mô men, thành phần phát thải động ô tô NỘI DUNG THỬ NGHIỆM Ô TÔ ĐO CÔNG SUẤT VÀ ĐO HÀM LƢỢNG CÁC THÀNH PHẦN TRONG KHÍ THẢI CỦA ĐỘNG CƠ 2.1 Đo công suất 2.1.1 Khái niệm cơng suất thị mơ hình đo: Để đánh giá tính hiệu q trình biến đổi lượng diễn chu trình cơng tác, ta phải xác định tiêu đánh giá chu trình mặt lượng như: Công thị Li chu trình cơng suất thị Ni động (hay công thị động thời gian giây) Việc đo công suất thị Ni cơng thị Li chu trình nhiệm vụ để nghiên cứu, phát triển hồn thiện q trình biến đổi lượng đông Thiết bị để đo ghi lại qui luật biến thiên áp suất môi chất xy lanh có tên gọi thị kế Sơ đồ nguyên lý thị kế kiển điện-khí nén thị kế đo mạch đo điện tử trình bày khái quát tài liệu [1] Với tiến ngành điện tử công nghệ tin học có nhiều hãng thới chế tạo thiết bị đo công thị có độ xác cao Nhờ cảm biến có độ nhạy mạch đo có khả xử lý thơng tin nhanh q trình trao đổi áp suất nhiệt diễn ngắn buồng cháy, máy đo đại thị rõ quy luật biến thiên áp suất môi chất xy lanh dạng đồ thị công (pV) đồ thị cơng triển khai (P = f(α)) hình máy sóng máy tính Mơ hình khái qt mơ tả q trình đo áp suất thi Pi xy lanh dạng đồ thị công đồ thị cơng triển khai biểu thị hình 2-1 Hình 2-1 : Mơ tả khái qt việc đo áp suất thị Pi xy lanh Áp suất thị Pi môi chất xy lanh đại lượng biến thiên liên tục suốt thời gian diễn chu trình cơng tác Để đánh giá chu trình so sánh hiệu chu trình, người ta đưa khái niệm áp suất thị trung bình Pi Áp suất thị trung bình Pi áp suất giả thiết không đổi tác dụng lên pít tơng hành trình sinh lượng cơng cơng thị Li chu trình Với định nghĩa ta viết: Li = Fpt.Pi.S = Vh.Pi (2-1) Trong đó: Fpt – diện tích đỉnh Pít tơng Vh- thể tích cơng tác Pi – áp suất thị trung bình S – Hành trình Pít tơng Từ biểu thức (2-1) ta có: Pi  Li Vh (2-2) Như áp suất thị trung bình cơng thị ứng với đơn vị thể tích cơng tác xy lanh đặc trưng cho tính hiệu chu trình cơng tác Khi thu đồ thị cơng chu trình cơng tác thị kế ghi lại hiển thị màng hình máy sóng diện tích (+) nằm bên đường cong biến thiên áp suất xy lanh biểu thị cho cơng thị Li, Phần diện tích (-) nằm đường nạp-thải công tổn hao cho q trình trao đổi khí tính tổn hao khí tồn động Độ lớn áp suất thị trung bình biểu thị qua chiều cao hình chử nhật có diện tích diện tích nằm bên đường cong áp suất + + Hình 2-2 : Đồ thị cơng thị Li (phần (+)) độ lớn áp suất thị trung bình Pi (chiều cao hình chữ nhật) 2.1.2 Đo cơng suất có ch Cơng suất có ích Ne phần lượng có ích lấy đuôi trục khuỷu để dẫn động thiết bị khác Đây phần lượng cịn lại cơng thị xy lanh sau tổn hao phần để thắng công ma sát khớp động để dẫn động cấu phụ, để thực trình trao đổi khí ( hay cịn gọi tổn hao “Bơm” ) dẫn động máy nén khí ( Trong động kỳ ) Như ta viết: Le = Li – Lm Ne = Ni – Nm Pe = Pi – Pm Trong đó: Lm – Cơng tổn hao khí chu trình Nm – Cơng suất tổn hao khí động Pi – áp suất tổn hao khí trung bình chu trình ( 2-2) Cơng suất có ích Ne thông số quan trọng mặt lượng động ghi rõ giá trị ( Cơng suất có ích ứng với chế độ vòng quay định mức ) lý lịch máy gửi kèm theo động xuất xưởng xác định cơng suất có ích Ne thiết bị đo công suất Nguyên tắc chung để xác định cơng suất có Ne phải xác định mơ men xốn Me phanh thử động đồng thời đo tốc độ quay ω (Ral ) trục khuỷu động tương ứng với giá trị mo men xốn Me đo Khi cơng suất có ích động xác định theo công thức: N e  M e    n 30 Me (W) (2-4) Trong đó: M e - mơ men xốn có ích ( Nm) n – tốc độ góc trục khuỷu ( Vịng/phút)  - tốc độ quay trục khuỷu ( Rad s 1 ) Để tạo mô men cản tác dụng lên trục khuỷu động người ta chế tạo số loại phanh đo cơng suất Ngun tắc bố trí phương thức xác định mô men cản để đo công suất động trình bày cụ thể mục 2.1.3 ĐO CƠNG SUẤT CĨ ÍCH TRÊN CÁC BỆ THỬ NỐI TRỰC TIẾP ĐỘNG CƠ VỚI PHANH CÔNG SUẤT Trong nhà máy chế tạo động nhà máy đại tu động người ta lắp trực tiếp động chế tạo Hình 2-2: Sơ đồ nối động với phanh đo công suất 1- Động cần thử; 2- Khớp nối; 3- Trục trung gian; 4- Phanh đo công suất Hoặc động qua sữa chửa lớn lên bệ thử để đo cơng suất có ích Ne trước cho động suất xưởng Đây bệ thử sử dụng nghiên cứu động phịng thí nghiệm động Sơ đồ khối việc nối ghép động cần đo công suất với phanh đo công suất biểu thị hình 2-2 Để tạo mơ men cản M c người ta thường dùng loại phanh thử động như: Phanh khí, phanh điện, phanh thủy lực ….bất kỳ loại phanh thử đặc trưng giá trị lớn cơng suất có ích N e , mô men phanh M c tốc độ quay cho phép ndm Mơ hình khái qt để đo cơng suất có ích động loại phanh biểu thị hình (2-4) Khi cơng suất có ích N e xác định theo công thức: Ne  M e n 9550 (kW) (2-5) Ne  F l.n 9550 (kW) Hay (2-6) Trong đó: M e - mơ men xoắn có ích (Nm) N – tốc độ quay trục khuỷu ( Vòng/phút) F – lực phanh ( N) L – tay đòn cấu đo (m) Nếu M e  89 Nm ; n = 2000 vịng/phút Ví dụ: Khi đó: Ne  89.2000  18, 64kW 9550 2.1.4 ĐO CƠNG SUẤT CĨ ÍCH TRÊN BỆ THỬ KIỂU CON LĂN Khi ta cần đo cơng suất có ích N e động lắp xe giới kiểu bánh ta tháo riêng động để đo ( Vì xe vận hành xe chế tạo hoạc qua sữa chữa lớn cần phải xuất xưởng ) Khi người ta áp dụng bệ thử kiểu lăn để đo công suất động bánh xe chủ động tính ngược trở lại phía bánh đà ( Nghĩa tính ngược lại hướng truyền dòng lực từ động bánh chủ động) thông qua hiệu suất tổn hao truyền động từ động tới phanh Ở phương án thiết bị tạo cản bệ thử kiểu lăn Xe cần thử nghiệm nồ máy đứng chổ, mơ men xốn từ động truyền qua hệ thống truyền lực, quay bánh xe chủ động tựa hai lăn Người ta bố trí phanh đo moy65 lăn để thay đổi lực cản thay đổi tải tác dụng lên động xe Mơ hình khái qt để… Đo cơng suất động xe giới nhờ hệ thống đo phanh thử lăn biểu thị hình – Trong trường hợp vùng hệ thử lăn kết đo công suất hệ thử thấp giá trị cơng suất có ích trục khuỷu khoảng 25 ÷ 20% cơng có ích bị tổn haoqua hệ thong truyền động xe gồm ly hợp, hộp số, cầu sau tiêu hao cho ma sát lốp xe với bề mặt tựa lăn Các thành phần tổn hao nói nằm giới hạn sau: - Hiệu suất hệ thống truyền động: 0,92 ÷ 0,96 - Hiệu suất ma sát lăn: 0,81 ÷ 0,85 - Hiệu suất tồn η: 0,75 ÷ 0,82 Cơng suất có ích động đo bệ thử lăn xác định theo biểu thức: Ne = N e  FA V (kW ) 3600   Trong đó: FA: Lực kéo xe xác định qua cấu đo (N) V: Vận tốc xe chế độ cần đo (km/h) η: Hiệu suất tổng bệ thử Ví dụ: Giả sử đo bệ thử lăn ta đo số liệu là: - Lực phanh FA = 650 N - Tốc độ xe V = 120 km/h - η: chọn = 0,82 Khi đó: Ne  650 120  26, 4(kW ) 3600  0,82 2.2 ĐO HÀM LƢỢNG CÁC THÀNH PHẦN ĐỘC HẠI TRONG KHI THẢI 2.2.1 Các chất thành phần kh thải động Khi phương tiện giao thông hoạt động, sản vật cháy thải động số tác nhân chủ yếu gây nhiểm bầu khí trái đất Trong trường hợp cháy vào động đốt cháy hồn tồn sơ đồ tạo thành sản vật cháy từ phản ứng hóa học đốt cháy bua hyđirôcủa nhiên liệu biểu thị sau: Cn Hm + khơng khí (O2 + N2) → CO2 + H2O + N2 + O2 (thừa) (2-8) Như sản vật cháy q trình cháy hồn tồn nhiên liệu gồm thành phần chủ yếu khí điơxýt bon (hay khí bon ních) (CO2); nước (O2) (vì hỗn hợp cháy dư khơng khí so với lượng khơng khí lý thuyết cần thiết) Tuy nhiên điều kiện làm việc thực tế động cơ, phản ứng cháy khơng thể diễn hồn toàn củng xuất sản phẩm phụ q trình cháy nhiên liệu tính khơng hồn thiện tính chất phức tạp q trình cháy Trong trường hợp q trình cháy khơng hồn tồn (khi hệ số dư lượng khí α < nghĩa hỗn hợp thiếu khơng khí so với lượng khơng khí cần thiết lý thuyết) sản vật cháy khí thải bao gồm: - Các bua hyđrơ (CH) chưa cháy chưa cháy hồn tồn, - Ơ xýt bon (CO) - Muội than (C) - Hơi nước (H2O) - Ni tơ (N2) Các sản phẩm phụ q trình cháy bao gồm: - Ơ xýt nitơ (NOX) - Ô xýt lưu huỳnh (SO2) - Các hợp chất chì Như hai trường hợp, cháy hồn tồn khơng hồn tồn thành phần khí thải gây độc hại người môi sinh là: Đi ô xýt bon ( CO 2); Ơ xýt bon (CO); bua hyđrơ chưa cháy (CH); Các loại ô xýt ni tơ (N0X);Các hợp chất chì; Muội than Đồ biểu thị quy luật biến thiên thành phần độc hại theo thành phần hỗn hợp cháy động xăng biểu thị hình 2.6 Đồ thị so sánh quy luật thay đổi hàm lượng độc hại khí thải theo thành phần hỗn hợp động xăng Diêden biểu thị hình 2.7 tỷ lệ chất thành phần khí thải động nói chung cháy khơng hồn tồn (tính theo %) biểu thị độ thị 2.8 2.2.2 Ảnh hƣởng củ thành phần độc hại kh thải tới sức khỏe ngƣời môi sinh Ảnh hưởng chất gây nhiễm khơng khí khí thải động đốt gây chưa nghiên cứu đầy đủ Các ảnh hưởng rõ rệt mà kết nghiên cứu xác định biểu thị điểm khái quát bảng liệt kê đây: Điôxýtcác bon (CO2): Điôxýtcác bon tác nhân gây nên hiệu ứng nhà kính (hay tình trạng nóng dần bầu khí trái đất) khoảng từ 10 ÷ 15% hàm lượng CO2 khơng khí khí thải động phương tiện giao thong gây Ô xýt bon (CO): Ô xýt bon loại khí khơng màu, khơng mùi, khơng vị Khơng khí có nồng độ khí CO khoảng 0,2% gây chết người thời gian 20 phút Khoảng 60- 70% lượng khí CO khơng khí khí thải phương tiện giao thơng gây Các bua hyđrô chưa cháy (CH): Các thành phần bua hyđrơ chưa cháy có tác dụng kích thích chất nhầy niêm mạc phổi gây nên chứng bệnh hen xuyễn số tác nhân gây bệnh ung thư Cùng với thành phần ôxýt Nitơ (NOX), hợp chất bua hyđrô chưa cháy tác nhân gây lớp sương mù dầy đặc (Smog) Đây tượng thường gặp nước Anh Nhìn chung, thành phần CH gây nhiều bệnh đường hô hấp Khoảng 20- 40% lượng CH khơng khí khí thải động phương tiện xe giới gây * Ôxýt Nitơ (NOX): Các loại ôxýt Nitơ (NOX) bao gồm Điơxýt Nitơ (NO2) Ơxýt Nitơ (NO) Các chất khí có mùi khó chịu tác nhân gây kích thích tiết chất nhầy niêm mạc phổi gây bệnh hen xuyễn Đây chất có tác hại tới phát triển loài thảo mộc Khoảng 40- 60% lượng NOX khơng khí phương tiện giao thông gây * Hợp chất chì: Các hợp chất chì chất độc hại sức khỏe người động vật Hiện nhiều nước chuyển sang sử dụng xăng khơng pha chì để giảm ảnh hưởng độc hại chì sức khỏe người môi sinh Muội than: Đây lượng cácbon chưa cháy thải môi trường dạng khói đen (Chủ yếu động điezel) tác nhân gây chứng bệnh đường hô hấp gây ung thư 2.2.3 HỆ THỐNG ĐO HÀM LƢỢNG CÁC CHẤT THÀNH PHẦN TRONG KHÍ THẢI VÀ CHU TRÌNH ĐO 2.2.3.1 BỐ TRÍ HỆ THỐNG ĐO Để đo hàm lượng chất thành phần khí thải động tơ (Chủ yếu đo thành phần gây độc hại) ta phải đưa xe vào phòng thử nghiệm chuyên dụng, có bố trí hệ thống phanh đo kiểu lăn, thiết bị phân tích khí thải thiết bị đo tham số khơng khí phịng thử như: Áp kế; nhiệt kế; ẩm kế Xe cần thử cho vận hành chỗ bệ thử lăn để mô chế độ vận hành đặc trưng xe theo chu trình đo định Tùy theo thực trạng môi trường quy mô sử dụng phương tiện giao thông, nưới quy định riêng chu trình đo hàm lượng khí thải theo pháp luật bảo vệ môi trường họ đưa Trên giới có loại chu trình chạy xe để đo hàm lượng chất động hại nhiều nước thường áp dụng chu trình thử là: Chu trình thử Mỹ chu trình thử Nhật Bản Sơ đồ bố trí hệ thống đo hàm lượng thành phần khí thải phịng thí nghiệm chun dụng biểu thị hình 2.9 Tiến trình đo tiến hành sau: Ta đưa xe lên bệ thử lăn cho bánh xe cầu chủ động tựa lăn bệ thử Tiếp ta nối ống xả xe với ống thu khí xả nối đầu đo cần thiết vào vị trí tương ứng thiết bị đo phòng thử xe Nổ máy cho xe vận hành theo chế độ tốc độ phụ tải quy định chu trình chạy xe bệ chọn Khí thải khỏi ống xả xe đượng bơm trục vít hút tới bình hịa trộn (Misch punkt) Sau hịa trộn với khơng khí, khí thải pha lỗng qua lọc kiểu xoáy lốc (Cyklon) để loại bỏ tạp chất tiếp tới trao đổi nhiệt (Wảpme- tauscher) Sau qua trao đổi nhiệt khí thải đạt nhiệt độ thích hợp cho việc lấy mẫu khí nhánh ống lấy mẫu khí thải tới túi chứa khí (Beurtel fur abgas) để máy phân tích khí xả xử lý mẫu đo Đồng thời với q trình lấy mẫu khí thải phân tích mẫu, đầu cảm biến đo tham số vận hành động tiếp nhận tín hiệu đưa trung tâm thu tín hiệu đo (Mebaufnehmer) Chuyển tín hiệu qua chuyển đổi tín hiệu (Mebumbermer) đưa tới khâu ghi thị kết (Datener bassung and veruchsstêurung) Hàm lượng thành phần độc hại đo ứng với tham số vận hành khác cho phép xây dựng quy luật biến thiên.của hàm lượng chất độc hại theo tốc độ quay phụ tải, thành phần hỗn hợp (Hệ số dư lượng khơng khí  ) Ưu điểm hệ thống hàm lượng chất độc hại khơng khí thải là: *Tránh ngưng đọng nước khí thải giảm lượng tổn hao thành phần khí NOx tránh tượng chất hòa tan vào lượng nước ngưng đọng *Giảm đáng kể tượng tái tiếp diễn phản ứng hóa học thành phần khí thải (Trước hết thành phần CH chưa cháy) 2.2.3.2 Các chu trình vận hành xe Khi hàm lượng chất độc hại khí thải Thực chu trình vận hành xe hệ thử lăn hàm lượng chất độc hại khí thải thực chất mô chế độ vận hành điển hình thường gặp trình sử dụng xe Sự thay đổi hàm lượng chất độc hại phụ thuộc vào phụ tải, tốc độ tham số điều chỉnh vận hành như: Thành phần hỗn hợp ( ) , góc phun sớm nhiên liệu góc đánh lửa sớm  Trên bệ thử đại phép đo, tham số vận hành phân tích mẫu khí thải phối hợp đồng thời nhờ vi xử lý máy tính quy luật biến thiên hàm lượng thành phần khí thải theo tham số vận hành thị hình máy tính dạng bảng đồ thị Khi xây dựng chu trình vận hành xe người ta quy định thời gian tích hợp cho chế độ vận hành điển hình như: Tăng tốc, phanh xe, chế độ chuyển tiếp sang số, chế độ chạy khơng tải vv Sơ đồ chu trình vận hành xe nước cộng đồng kinh tế châu âu (ECE) biểu thị hình 2.10 Chu trình vận hành xe Mỹ biểu thị hình 2.11 nhật hình 2.12 Hình 2.10 Chu trình vận hành xe đo hàm lượng thành phần khí thải nước ECE (cộng đồng kinh tế châu âu) Hình 2.11 Chu trình vận hành xe Mỹ Hình 2.12 Chu trình vận hành xe Nhật Bản Kết đo hàm lượng thành phần độc hại khí thải động thu từ chu trình chạy xe biểu thị đơn vị gam/1Km đường chạy Chu trình chạy xe thử nghiệm nước ECE (Economic commission for Europe) 11 Km.; Tốc độ chạy trung bình tất chế độ chạy 22,5 Km/h; Tốc độ cực đại 120 km/h Tốc độ xe thử m  2500 kg xe tải m  2500 kg Giá trị giới hạn cho phép thành phần độc hại khí thải xe nước ECE liệt kê bảng 2.1 Bảng 2.1: Các giá trị giới hạn cho phép thành phần độc hại khí thải xe xe tải (gam/km) Tp HCM, ngày … tháng … năm 2015 NGƢỜI BIÊN SOẠN Tiến sĩ Nguyễn Mạnh Hùng ... + khơng khí (O2 + N2) → CO2 + H2O + N2 + O2 (thừa) (2- 8) Như sản vật cháy q trình cháy hồn tồn nhiên liệu gồm thành phần chủ yếu khí điơxýt bon (hay khí bon ních) (CO2 ); nước (O2) (vì hỗn hợp... phanh FA = 650 N - Tốc độ xe V = 120 km/h - η: chọn = 0, 82 Khi đó: Ne  650  120  26 , 4(kW ) 3600  0, 82 2 .2 ĐO HÀM LƢỢNG CÁC THÀNH PHẦN ĐỘC HẠI TRONG KHI THẢI 2. 2.1 Các chất thành phần kh thải... biểu thị hình 2. 10 Chu trình vận hành xe Mỹ biểu thị hình 2. 11 nhật hình 2. 12 Hình 2. 10 Chu trình vận hành xe đo hàm lượng thành phần khí thải nước ECE (cộng đồng kinh tế châu âu) Hình 2. 11 Chu trình