TÌM HIỂU NHỮNG VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN THỬ NGHIỆM ĐỘNG CƠ

PHẦN I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀICHƯƠNG VII: ĐO LƯỢNG KHÍ NẠP VÀO ĐỘNG CƠ CHƯƠNG VIII: ĐO LƯỜNG CHẤT LƯỢNG KHÍ THẢI CHƯƠNG IX: ĐO ÁP SUẤT CHƯƠNG X: ĐO NHIỆT ĐỘ CHƯƠNG XI: HIỆU SUẤT NHIỆT TRÊN ĐỘ

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh

PHẦN I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

PHẦN I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

CHƯƠNG VII: ĐO LƯỢNG KHÍ NẠP VÀO ĐỘNG CƠ CHƯƠNG VIII: ĐO LƯỜNG CHẤT LƯỢNG KHÍ THẢI CHƯƠNG IX: ĐO ÁP SUẤT

CHƯƠNG X: ĐO NHIỆT ĐỘ

CHƯƠNG XI: HIỆU SUẤT NHIỆT TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG CHƯƠNG XII: XÁC ĐỊNH CÁC TÍNH CHẤT CỦA NHIÊN LIỆUCHƯƠNG XIII: THU THẬP VÀ XỬ LÝ DỮ LIỆU

PHẦN II: NỘI DUNG CHÍNH

PHẦN I

PHẦN II

Giới thiệu về cách bố trí và các hệ thống trong

phòng thử

Các phép đo cần thiết trong thử nghiệm

Hiệu suất và tổn thất cơ học trong động cơ

Thu thập và xử lý dữ liệu

PHẦN IV

PHẦN III

Hiệu suất, tổn thất cơ học trong động cơ

Chu trình lý tưởng: ảnh hưởng của tỉ số nén

Cân bằng năng lượng của động cơ đốt trong, động

Chu trình khí lý tưởng là chu trình khép kín, xây dựng trên các giả thuyết:

• Lưu chất: chất khí (lý tưởng)

• 1-2: quá trình nén; 3-4: giãn nỡ

• Quá trình 2-3 được gia nhiệt, V = const

• Quá trình xả được làm lạnh đẳng đến t0

• Hiệu suất chu trình lý tưởng:

Chu trình lý tưởng: ảnh hưởng của tỉ số

nén

Quá trình cháy trong động cơ diesel không diễn ra lúc đẳng tích mà tại một phần đẳng áp.

Hiệu suất của chu trình đẳng áp:

• Sự thay đổi hiệu suất nhiệt khí lý tưởng so với tỉ số nén:

Cân bằng năng lượng của động cơ đốt

trong, động cơ tăng áp

• Phương trình cân bằng năng lượng trình bày mối quan hệ giữa các thông số:

• H1 = Ps + (H2 – H3) + Q1 + Q2 (3)

• H1 (năng lượng của nhiên liệu đốt cháy) =

• Ps (công suất động cơ phát ra)

• H2 (hệ số enthalpy của khí thải) =

• H3 (hệ số enthalpy của khí nạp) = CpTa

• Q1 (nhiệt lượng nước làm mát) = Cw(T2w – T1w)

• Q2 (đối lưu và bức xạ nhiệt) =

e p a

Cân bằng năng lượng động cơ tăng áp:

 Khí thải vào tuabin từ xi-lanh động cơ

 Không khí nạp vào máy nén

 Nước làm mát vào làm mát không khí

 Khí thải thoát khỏi tuabin

 Không khí thoát khỏi bộ làm mát

 Nước làm mát thoát khỏi bộ làm mát

Tổn thất cơ học của động cơ

• Diện tích có ích A1, đại diện kì nén

và kì giãn nở

• Diện tích không có ích A2 đại diện

cho tổn thất bơm, hiệu suất làm việc

của piston trong quá trình thải khí

và nạp tiếp khí mới vào trong xi

lanh

• Mối quan hệ giữa i.m.e.p (áp suất hiệu quả trung bình) và công suất tính toán của động cơ được cho bởi biểu thức sau:

• Công suất có ích đầu ra của động cơ bằng áp suất phanh hiệu quả:

•  

Sơ đồ cấu tạo của bình nhiệt

lượng kế áp suất:

1- bình áp suất; 2- bình trao đổi

nhiệt; 3- nước; 4- cơ cấu khuấy; 5-

dây dẫn điện; 6- nhiệt kế; 7- kính

lúp; 8- nắp; 9- bình giữ nhiệt điền

đầy nước

Xác định nhiệt trị, octan, xetan

• Công thức xác định nhiệt trị:

• Nhiệt trị thấp Hu ta có: Hu = H0 – r.

r – nhiệt bay hơi hay ngưng tụ của nước r = 600 kcal/kg;

 - lượng nước ngưng tụ theo trong bình áp suất

Đồ thị xác định trị số octan

ONB =

• ONB – số octan của nhiên liệu cần đo;

• ONV – số octan của hỗn hợp iso-octan và n-heptan;

• Bmax – giá trị kích nổ cực đại của nhiên liệu cần đo

• Vmax – giá trị kích nổ cực đại của hỗn hợp iso-octan và n-heptan

•  

Công thức xác định trị số xetan:

CN D – trị số xetan của nhiên liệu cần đo

CN v – trị số xetan của hỗn hợp mẫu

P d – áp suất thiếu của nhiên liệu cần đo

pu – áp suất thiếu của hỗn hợp mẫu

 

Thu thập và xử lý dữ liệu

Phương pháp thu thập dữ liệu truyền thống

Ghi dữ liệu trong thử nghiệm

Thu thập và xử lý dữ liệu trong biểu đồ động cơ và

hiệu chỉnh

Thu thập và xử lý dữ liệu trong biểu đồ động cơ và

hiệu chỉnh

Xử lý dữ liệu trong thử nghiệm gián tiếp

Nguyên tắc quản lý và bảo vệ dữ liệu

Phương pháp thu thập dữ liệu truyền

thống

Động Cơ Thử Nghiệm

Động Cơ Thử Nghiệm

Bảng Kết Quả TN

Bảng Kết Quả TN

Hồ Sơ Thông Tin Động Cơ

• Mô-men xoắn, tốc độ và mức tiêu hao nhiên liệu;

• Nhiệt độ và áp suất lưu chất;

• Một vài chất khí quan trọng và nhiệt độ từng loại

Thiết bị là một bộ đếm chương trình (PC)_ dựa trên gói thu thập

dữ liệu với 16 kênh áp lực, 16 kênh nhiệt độ, bốn kênh tiếp nhận tín hiệu dạng xung cộng với bộ chuyển đổi tín hiệu mô-men xoắn và bộ

xử lý tín hiệu truyền đến từ một đồng hồ đo tiêu thụ nhiên liệu

Ghi dữ liệu trong thử nghiệm

“Hiệu chỉnh" được sử dụng để mô tả các quá trình mà các đặc điểm hoạt động của động cơ đã bị thay đổi, việc điều khiển được cơ khí hóa cho phù hợp các yếu tố địa lý / xe/ người điều khiển trong giới hạn quy định

Mục tiêu cuối cùng của hiệu chuẩn là thiết lập biên dạng hoạt động của các động cơ thử nghiệm  thiết lập trình tự vận hành

Thu thập và xử lý dữ liệu trong biểu đồ

động cơ và hiệu chỉnh

• Nhờ có các cảm biến và quá trình xử lý dữ liệu tốc độ cao, ta

có thể nghiên cứu các độ rung được tạo ra từ các thành phần động cơ

• Một yếu tố quan trọng của thử nghiệm gián tiếp là sự phát triển và duy trì một lượng lớn các dữ liệu liên quan đến các đặc tính rung động

Xử lý dữ liệu trong thử nghiệm gián tiếp

• Phải thống nhất tên gọi các chương trình thử nghiệm và các ký hiệu

• Xử lý các thông tin trong quá trình kiểm tra, chọn lọc và trình bày các kết quả.

• Xây dựng và quản lý quy trình khắc phục sự cố và kế hoạch dự phòng.

Nguyên tắc quản lý và bảo vệ dữ liệu

• Nhà điều hành: Mức độ kiểm tra được vận hành khi nhập vào các thông tin như: số máy, tên nhà điều hành và các thông tin quan trọng.

• Người Giám sát: Sự đăng nhập của cấp độ mật khẩu cho

phép thay đổi mức báo động và lịch trình thử nghiệm, kích

hoạt các dãy hiệu chuẩn, tìm kiếm các lỗi thường gặp

• Kỹ sư: Được phép truy cập để gỡ lỗi thông thường và chỉnh sửa cấp độ ngôn ngữ

Bảo vệ dữ liệu

CHƯƠNG II: SƠ ĐỒ BỐ TRÍ CHUNG

PHÒNG THỬ NGHIỆM ĐỘNG CƠ

II.1 Cách bố trí phòng thử nghiệm động cơ II.2 Các yêu cầu chi tiết đối với một phòng thử nghiệm động cơ

II.3 Thiết kế của một số phòng thí nghiệm điển hình

II.4 Các lưu ý về cấu trúc II.5 Kiểm soát cháy nổ II.6 Buồng điều khiển

II.1 Cách bố trí phòng thử nghiệm động cơ

II.3 Thiết kế của một số phòng thí

nghiệm điển hình

Kiểu thiết kế cơ bản Phòng thử nghiệm động cơ có công suất từ 50 – 450 kW Phòng thử đặc biệt dùng trong nghiên cứu và phát triển

Băng thử có trục nghiêng Phòng thử nghiệm dùng trong sản xuất

Phòng thử nghiệm động cơ có công suất từ

50 – 450 kW

• Động cơ vào phòng thử qua

cửa lớn ở phía sau, người

vận hành đi vào bằng cửa

khác gần bàn điều khiển

• Cửa quan sát phía trước bàn

điều khiển

• Khói thải từ động cơ có thể

dẫn lên phía trên hoặc dẫn

xuống phía dưới nền nhà

CHƯƠNG III: MỘT SỐ HỆ THỐNG CỦA PHÒNG THỬ NGHIỆM ĐỘNG CƠ

III.1 Hệ thống thông gió và đều hòa không khí

III.2 Hệ thống cung cấp nước làm mát

III.3 Hệ thống khí xả

III.4 Hệ thống lưu trữ, cung cấp và xử lý nhiên liệu

III.4 Hệ thống lưu trữ, cung cấp và xử lý

• Ống dẫn

• Đường dẫn

• Bơm

• Các van

an toàn, solenoid

Các hệ thống kiểm soát

• Áp suất nhiên liệu

nhiên liệu

nhớt động cơ

Các hệ thống kiểm soát

• Làm mát nhớt động cơ

CHƯƠNG IV: PHƯƠNG PHÁP VẬN

HÀNH PHÒNG THỬ

IV.1 Kiểm tra trước khi vận hành

IV.2 Kiểm tra ngay sau khi vận hành

IV.3 Kiểm tra khi kết thúc vận hành

IV.4 Hệ thống an toàn

IV.1 Kiểm tra trước khi vận hành

• Tất cả các hệ thống liên quan đều ở chế độ dừng

• Động cơ và băng thử đã được lắp thẳng hàng và các bu lông liên kết các trục phải được xiết đúng lực

• Những thiết bị bảo vệ trục đặt đúng nơi qui định, tránh va chạm với các thiết bị khác như: ống dẫn nhiên liệu, khí thải…

• Tất cả dụng cụ, bulong phải được lấy ra khỏi phòng thử

• Các thiết bị gá đặt động cơ phải được xiết chặt xuống nền

• Hệ thống nhiên liệu phải được kết nối và bảo đảm không có rò rỉ nhiên liệu

• Dầu bôi trơn động cơ được

đổ đúng mức và hệ thống cảnh báo áp suất dầu phải được kết nối

• Bộ phận cung cấp nước làm mát thì phải hoạt động tốt

• Hệ thống chữa cháy phải được chuẩn bị kỹ lưỡng

• Kiểm tra các cửa vào phòng thử từ bàn điều khiển

• Hệ thống thông gió tốt và sẵn sàng hoạt động

IV.2 Kiểm tra ngay sau khi vận hành

tiến hành kiểm tra nhanh

Kiểm tra khả năng dừng của băng

thử và động cơTất cả an toàn thì tiến hành thử

nghiệm

IV.3 Kiểm tra khi kết thúc vận hành

Hệ thống làm mát và thông khí vẫn tiếp tục

hoạt động

Ngắt hệ thống cung cấp nhiên liệuGhi, lưu các thông tin

dữ liệu trong kiểm tra

IV.4 Hệ thống an toàn

Hệ thống dừng khẩn cấp EM:

 Nằm riêng biệt với hệ thống giám sát cảnh báo, được đưa vào chung

hệ thống điều khiển phòng thử

 Hệ thống tắt chủ động bằng tay

 Hoạt động như một công tắc tổng

CHƯƠNG V: ĐO CÔNG SUẤT

ĐỘNG CƠ

V.2 Giới thiệu về các thiết bị đo công suất động cơ

V.3 Vấn đề chọn thiết bị đo công suất động cơ

V.4 Phương pháp đo công suất động cơ

V.1 Các vấn đề chung về đo công suất động cơ

V.2 Giới thiệu về các thiết bị đo công suất

động cơ

Thiết bị đo sử dụng động cơ điện

Thiết bị đo kiểu ma sát

Thiết bị đo kiểu phanh khí Thiết bị đo thủy lực

Thiết bị đo sử dụng động cơ điện

Thiết bị đo sử dụng động cơ DC

Thiết bị đo sử dụng động cơ AC

Thiết bị đo sử dụng dòng Foucault

Thiết bị đo sử dụng động cơ DC

Cấu tạo:

• 1 máy điện 1 chiều

• 1 cảm biến đo moment

• 1 cảm biến đo tốc độ động cơ

• Giá đỡ thiết bị đo

Cánh tay đòn Load cell

Giá đỡ thiết bị đo Cảm biến tốc độ

Nguyên lý: động cơ hoạt động → rotor

quay → từ trường stator thay đổi → rotor

xuất hiện suất điện động cảm ứng, xuất

hiện từ trường trái dấu stator → chuyển

động quay của rotor và stator bị hãm.

Cảm biến đo moment cảm nhận việc này

Cảm biến tốc độ được gắn ở trục rotor

Thiết bị đo sử dụng động cơ DC

CHƯƠNG VI: ĐO TIÊU HAO

VI.5 Dụng cụ đo lượng nhiên liệu lỏng

tiêu hao

Đo lưu lượng tích lũy

Dụng cụ đo khối lượng lưu thông hoặc tỉ lệ

tiêu thụ nhiên liệu

Đo lượng nhiên liệu tiêu thụ: các loại nhiên

liệu khí

Dụng cụ đo khối lượng lưu thông hoặc tỉ

lệ tiêu thụ nhiên liệu

• Chịu mài mòn và chịu bụi bẩn

• Hiển thị tín hiệu analog hoặc

xung đếm được

• Phù hợp khi sử dụng trên

xe/tĩnh tại

CHƯƠNG VII: ĐO LƯỢNG KHÍ NẠP

nguyên lý làm việc

VII.1 Các vấn đề chung khi đo lưu

• Mục tiêu: hiệu suất làm việc của động cơ

Mục tiêu chính: Nâng cao hiệu suất làm việc

của động cơ

Thành phần của các loại khí trong không khí được nạp vào động cơ

Khí (%) Theo khối lượng Theo thể tích

Ni tơ(N2), khí hiếm (Ar), CO2,

VII.2 Thiết bị đo lưu lượng khí nạp và

nguyên lý làm việcNguyên lý của thiết bị đo gió sử dụng hộp không khí (Airbox):

• Phép đo này được sử dụng nếu độ giảm áp không vượt quá 125 mmH2O (1200Pa)

Đến động cơ

Èp kế Họng đo

Hộp gió

• Vận tốc U của không khí khi đi qua họng đo gió: U2/ 2=p

U=

ρ : mật độ không khí (kg/m3)

p : chênh lệch áp suất ở họng nạp Pa, mm H2O

• Lưu lượng khí nạp = hệ số nạp x diện tích mặt cắt của lỗ nạp x vận tốc của dòng khí

9 2

d

a

a d

p

hT d

C

Q 0.1864 2

• Khối lượng của dòng khí:

Q

m 

m

VII.2.1 Thiết bị đo lưu lượng khí nạp

Thiết bị đo lưu lượng không khí Lucas – Dawe:

Ưu điểm: phản ứng nhanh

với sự thay đổi về tốc độ lưu lượng trong 1 ms Điều đó thích hợp cho việc đo lưu lượng nhất thời

Nhược điểm: rất nhạy

cảm với nhiệt độ và độ ẩm của không khí

CHƯƠNG VIII: ĐO LƯỜNG CHẤT

LƯỢNG KHÍ THẢI

VIII.1 Vấn đề độc hại của khí thải

VIII.2 Các chỉ tiêu đánh giá và quy trình đo chất lượng khí thải

VIII.3 Phương pháp phân tích thành phần khí thải

VIII.4 Giới thiệu các thiết bị đo khí thải và nguyên lý làm việc

VIII.1 Vấn đề độc hại của khí thải

Mối quan hệ giữa lượng khí thải và tỷ lệ không khí/nhiên liệu 

cho động cơ xăng

CO DPM HC NO x SO 2

5 – 1000

(vppm)

0.1 – 0.25 (g/m3)

20 – 400 (vppm)

50 - 2500 (vppm)

10 – 150 (vppm)Danh sách hàm lượng các loại khí độc hại cơ bản có trong khí thải

động cơ diesel

VIII.3 Phương pháp phân tích thành phần

khí thảiPHƯƠNG PHÁP PHÂN

• Điện phân

• Hấp thụ nhiệt

• Chỉ thị màu

• Điện hóa

Phân tích theo phương pháp hập thụ ánh

sáng

• Nguyên lý: dựa vào tính chất các chất khí không phải là một thành

phần tức là các chất khí mà các phần tử của nó bao gồm các thành phần riêng biệt (các hợp chất) thì hấp thụ ánh sáng tia hồng ngoại trong một phạm vi nhất định Phạm vi này bao gồm nhiều bước song nhất định có một khoảng độ dài nhất định nên gọi là một dải

VIII.4 Giới thiệu các thiết bị đo khí thải và

nguyên lý làm việc

Loại khí Kỹ thuật đo

CO Tia hồng ngoại không tán sắc (NDIR)

NO X Chemiluminescence

HC Flame ionization detector(FID)

Thiết bị đo khí xả động cơ xăng:

• Thiết bị đo nồng độ CO và CO2 (NDIR):

Thiết bị đo khí xả động cơ xăng:

Thiết bị đo nồng độ HC (Máy phân tích ngọn lửa ion hóa):

Thiết bị đo khí xả động cơ xăng:

Thiết bị đo nồng độ NOx

NO + O3  NO + O2  NO + O2 + photon

Thiết bị đo khí xả động cơ diesel:

Thiết bị đo khói Hartridge:

Thiết bị đo khí xả động cơ diesel:

• N = 100.(1 – e-kL)

• Trong đó: N – giá trị độ đục (%);

• L - chiều dài đo (m);

• k – hệ số hấp thụ (m-1), k =

• Ở đây: I0 – cường độ sáng của nguồn sáng;

I – cường độ sáng ghi nhận được tại bộ thu;

•  

CHƯƠNG IX: ĐO ÁP SUẤT

IX.1 Khái niệm cơ bản

IX.2 Thiết bị đo áp suất

IX.3 Lắp đặt thiết bị đo áp suất

IX.2 Thiết bị đo áp suất

Áp kế đàn hồi lò xo hình ống

• Đo áp suất trong khoảng 0 – 10000 at

• Nhạy cảm với rung động và va đập

• Nửa ống phía trong có xu

hướng bóp ống lò xo lại.

• Nửa ống phía ngoài có xu

hướng làm giãn ống ra.

CHƯƠNG X: ĐO NHIỆT ĐỘ

X.1 Khái niệm cơ bản

X.2 Thiết bị đo nhiệt độ

X.3 Lắp đặt thiết bị đo nhiệt độ

X.4 Đo nhiệt độ trong động cơ đốt trong

X.2 Thiết bị đo nhiệt độ

Nhiệt kế thủy tinh chất lỏng

Cặp nhiệt ngẫu

Phương pháp âm học

Nhiệt kế đàn hồi chất lỏng

• Chất lỏng được sử dụng phổ

biến là thủy ngân.

• Nhiệt độ đầu cảm tăng làm

ống đàn hồi dịch chuyển,

làm kim dịch chuyển.

• Có quán tính tương đối nhỏ.

CHƯƠNG XI: HIỆU SUẤT NHIỆT

XI.1 Giới thiệu XI.2 Những nguyên tắc cơ bản XI.3 Nhiên liệu dạng khí XI.4 Sự cân bằng năng lượng của động cơ đốt trong

XI.5 Cân bằng năng lượng động cơ tăng áp

XI.6 Tóm tắt

XI 7 Đo tổn thất cơ học của động cơ

XI.2 Những nguyên tắc cơ bản

• Nhiệt trị bằng tổng lượng nhiệt tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn một lượng nhiên liệu trong một nhiệt lượng kế.

• Năng suất tỏa nhiệt thấp (năng suất tỏa nhiệt thực hay nhiệt trị thực) là

số đơn vị nhiệt sinh ra từ sự cháy khi đã trừ đi nhiệt ẩn ra khỏi nhiệt trị cao.

• Năng suất tỏa nhiệt cao (năng suất tỏa nhiệt tổng thể hay năng lượng tổng thể hay nhiệt trị cao) là số đơn vị nhiệt được giải phóng ra khi một đơn vị trọng lượng của nhiên liệu (hay một đơn vị thể tích nếu nhiên liệu là khí) bị đốt cháy (bao gồm cả giá trị nhiệt ẩn).

XI.3 Nhiên liệu dạng khí

• Chu trình khí lý tưởng: ảnh hưởng của tỉ số nén:

• Lưu chất: chất khí (khí lý tưởng)

• Quá trình nén 1-2 và quá trình giãn 

nở 3-4 được xem như không có ma sát và đoạn nhiệt

• Trong quá trình 2-3 nhiệt được thêm vào quá trình cháy của chu trình nhờ việc gia nhiệt từ nguồn nhiệt bên ngoài, thể tích không đổi

• Quá trình xả thì được thay bởi việc làm lạnh đẳng tích đến nhiệt độ ban đầu

XI.3 Nhiên liệu dạng khí

Quá trình cháy, đặc biệt trong động cơ diesel không diễn ra lúc đẳng tích, mà diễn ra một phần lúc đẳng áp

XI.3 Nhiên liệu dạng khí

Hiệu suất của chu trình đẳng

áp (dùng cho động cơ diesel):

 = 1 - (2)Trong đó:

khi  = 1 biểu thức trở về biểu thức (1)

XI.3 Nhiên liệu dạng khí

XI.4 Sự cân bằng năng lượng của động cơ

đốt trong

• Phương trình cân bằng năng lượng trình bày mối quan hệ giữa các thông số:

•H1 = Ps + (H2 – H3) + Q1 + Q2 (3)

• H1 = năng lượng của nhiên liệu đốt cháy =

• Ps = công suất động cơ phát ra

• H2 = hệ số enthalpy của khí thải =

• H3 = hệ số enthalpy của khí nạp = CpTa

• Q1 = nhiệt lượng nước làm mát+ = Cw(T2w – T1w)

• Q2 = đối lưu và bức xạ nhiệt

e p a

( .  .