THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ VĂN THỊ BÔNG NGUYỄN ĐÌNH HÙNG

Thí nghiệm động đốt LỜI NÓI ĐẦU Động đốt thiết bị động lực phát triển không ngừng trăm năm qua song song với thành tựu phát triển ngành khoa học khác Các nghiên cứu ngành tập trung vào hai vấn đề nâng cao hiệu suất chống ô nhiễm môi trường Với phát triển nhảy vọt thiết bị điện tử kèm vi xử lý tốc độ cao cho phép kiểm chứng kết nghiên cứu mô hình toán học thực nghiệm phòng thí nghiệm động đại trang bị công cụ đo có độ xác cao cách nhanh chóng hiệu Tài liệu cung cấp tới sinh viên kiến thức liên quan đến phòng thí nghiệm Động Cơ Đốt Trong phương pháp đo phòng thí nghiệm, nhằm hướng dẫn cho sinh viên củng cố phần lý thuyết, chuẩn bị trước thực thí nghiệm Động Cơ Đốt Trong xưởng phòng thí nghiệm AVL thuộc môn Ôtô – Máy động lực, khoa Kỹ Thuật Giao Thông Các hướng dẫn thí nghiệm báo cáo thí nghiệm Mỗi thí nghiệm thực 03 tiết học môn học thí nghiệm Động Cơ Đốt Trong Nhóm tác giả mong tài liệu đáp ứng phần chờ đợi bạn đọc, đón nhận góp ý bạn đọc để sửa chữa hòan thiện Nhóm tác giả Văn Thị Bông – Nguyễn Đình Hùng Thí nghiệm động đốt Bài I : GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ 1.1 MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ  Thí nghiệm phục vụ cho đào tạo (trong trường đại học): • Giúp sinh viên nắm vững hệ thống hóa kiến thức lý thuyết trang bị môn học chuyên môn: Kết cấu động đốt Nguyên lý động đốt Tính toán thiết kế động đốt • Giúp sinh viên làm quen với thiết bị , băng thử thí nghiệm, dụng cụ đo hệ thống thiết bị phụ trợ thí nghiệm động đốt • Tạo điều kiện cho sinh viên tiếp cận với kỹ thuật đo thiết bị đo tiên tiến thí nghiệm động đốt  Thí nghiệm nghiên cứu (trong trường , viện nhà máy): + Thí nghiệm chuyên sâu: thí nghiệm theo đề tài nghiên cứu khoa học chuyên sâu liên quan đến động đốt như: Nghiên cứu buồng cháy, đường nạp, đường thải ản h hưởng lên nhiệt động lực - hóa học trình cháy Nghiên cứu tối ưu lọai nhiên liệu dầu mỡ bôi trơn sử dụng động Kết nghiên cứu áp dụng nhằm nâng cao chất lượng thiết kế chế tạo động cơ, hiệu suất kinh tế, tính hiệu quả, giảm ô nhiễm môi trường khí thải tiếng ồn động gây Các thí nghiệm thực băng thử động tổng thành phận riêng biệt Mở rộng hơn, thí nghiệm động bao gồm nghiên cứu liên quan tiến hành bên động mô hình hóa hệ thống động nạp thải, hệ thống nhiên liệu, hệ thống điện … + Thí nghiệm nghiên cứu cải tiến : nhằm tìm giải pháp hoàn thiện động cơ, cải tiến chi tiết hay hệ thống động Thí nghiệm kiểm định động cơ: nhằm đánh giá tính kỹ thuật xác định chất lượng chế tạo động động sau sửa chữa đại tu  Các thí nghiệm cho phép xác định thông số kỹ thuật động cơ: mô men công suất động cơ, số vòng quay, tiêu thụ nhiên liệu, tiêu thụ dầu nhờn , lưư lượng khí nạp… Thí nghiệm động đốt 1.2 CÁC DẠNG BÀI THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Khảo sát kết cấu nguyên lý họat động động hệ thống động (sử dụng mô hình cắt mô hình sống động xăng Diesel) Khảo sát, lập sơ đồ hệ thống động ( hệ thống nhiên liệu, hệ thống điện, hệ thống làm mát, hệ thống bôi trơn…) Xác định đặc tính phun nhiên liệu đo lưu lượng nhiên liệu cung cấp lọai động khác Xác định đường đặc tính động xăng Diesel (đặc tính tốc độ, đặc tính tải…) Các thí nghiệm: Bài 1: Giới thiệu tổng quát thí nghiệm động Bài 2: Xác định đường đặc tính tốc độ động Diesel Bài 3: Xác định đường đặc tính tốc độ động Cháy cưỡng Bài 4: Thí nghiệm Kim phun Bơm cao áp Băng thử Bài 5: Đo áp suất xilanh trình làm việc động chế độ 50%, 75% tải Bài 6: Đánh giá ảnh hưởng thời điểm đánh lửa sớm đến công suất động Bài 7: Xác định suất tiêu thụ nhiên liệu động thực tế Thí nghiệm động đốt 1.3 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 1.3.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống đo thí nghiệm Hầu hết thí nghiệm sử dụng thiết bị đo gồm khâu sau: Nhận tín hiệu đo Phân tích , xử lý tín hiệu đo Xuất kết đo Tín hiệu điều khiển Đại lượng vật lý cần đo Bộ điều khiển Cảm biến đầu dò Phân tích xử lý tín hiệu Ngoại Nguồn tín hiệu định chuẩn Giai đoạn nhận tín hiệu đo Giai đoạn phân tích, xử lý tín hiệu đo Bộ thị Bộ ghi Giai đoạn xuất kết đo Hình 1.1 – Sơ đồ hệ thống thí nghiệm tiêu biểu Giai đoạn nhận tín hiệu đo: Trong giai đoạn thông số đo (dạng vật lý , nhiệt … ) nhận chuyển tín hiệu cách chuyển đổi học điện nhờ cảm biến hay đầu dò Bộ nhận chuyển đổi thiết bị dùng để chuyển tác động vật lý thành dạng khác Trong phần lớn trường hợp, đại lượng vật lý chuyển đổi sang tín hiệu điện để dễ dàng đo Giai đoạn trung gian (Giai đoạn phân tích, xử lý tín hiệu đo): Giai đoạn nhận tín hiệu xử lý tín hiệu cách sửa đổi tín hiệu nhận trực tiếp nhờ giao tiếp, khuyếch đại, mạch tinh lọc, mạch chỉnh lưu, mạch sửa dạng tín hiệu, mạch biến đổi tín hiệu A/D thiết bị khác tương thích với xuất tín hiệu Giai đoạn kết thúc (Giai đoạn xuất kết đo): Giai đoạn kết đo , ghi lại kết đo hai hình thức kim thị số kiểm tra lại kết vừa đo 1.3.2.Sự phát triển dụng cụ đo thí nghiệm động cơ: Thí nghiệm động đốt  Sử dụng hầu hết kỹ thuật đo vật lý (đo lực, áp suất, nhiệt độ, vận tốc, lưu lượng…) Sự phát triển kỹ thuật có ảnh hưởng lớn đến bố trí thí nnghiệm chất lượng trình đo  Dụng cụ đo kiểu khí dần thay kỹ thuật đo điện tử tin học: - Chỉ thị đại lượng đo kim thay dần thị số - Sử dụng máy vi tính điều khiển đo quản lý toàn trình đo (đây kỹ thuật ứng dụng rộng rãi hầu hết phòng thí nghiệm động đại)  Ứng dụng kỹ thuật chuyển đại lượng đo không điện thành điện (sử dụng cảm biến) Có 02 cách biến đổi đại lượng vật lý không điện thành điện: - Biến đổi trực tiếp: đại lượng vật lý biến đổi trực tiếp thành đại lượng điện Ví dụ: Cặp ngẫu nhiệt (nhiệt độ → điện áp) Cảm biến áp lực ( áp lực → điện lượng) Pin quang điện (thông lượng xạ → điện áp) Máy phát cảm ứng (tốc độ → sức điện động E) Các đại lượng điện như: điện áp, dòng điện, công suất đại lượng mang lượng điện gọi đại lượng điện tác động (active), đo chúng cung cấp lượng cho mạch đo Trong trường hợp lượng lớn giảm bớt cho phù hợp với mạch đo Ngưọc lại lượng nhỏ phải khuyếch đại đủ lớn cho mạch đo hoạt động - Biến đổi gián tiếp: thông qua biến đổi trung gian (cảm biến chuyển vị, cảm biến áp suất … ) Biến thiên đại lượng vật lý cần đo thể biến thiên thông số mạch đo tương ứng như: điện trở, điện cảm, điện dung…, gọi đại lượng điện thụ động (passive), chúng không mang lượng điện phải cung cấp điện áp dòng điện cho đại lượng đưa vào mạch đo Cảm biến: phận cảm nhận biến thiên đại lượng vật lý chuyển thông tin nhận đến thiết bị sử lý tín hiệu Hai cách biến đổi tương ứng với hai loại cảm biến: cảm biến không cần lượng bên (thông qua đại lượng điện tác động) cảm biến cầ n phải cung cấp lượng từ bên (đại lượng điện thụ động) Thí nghiệm động đốt Bảng 1.1 Cảm biến không cần lượng bên Đại lượng đo Cảm biến Quan hệ p lực (F) Tinh thể Piezoelectrique q = K F Nhiệt độ (t C) Cặp ngẫu nhiệt V = f(t) Thông lượng xạ (R) Pin quang điện V= f (R) Tốc độ dx/ dt Máy phát cảm ứng E = f (dθ/ dt) E =K (dx/ dt) Ký hiệu q toc R V X Bảng 1.2 Cảm biến cần lượng bên Đại lượng trung gian R C L Biến thiên điện trở Thay đổi điện dung Thay đổi tự cảm Các thông số biến đổi R = f (ρ, l, S) ρ: hệ số điện trở l: chiều dài S: tiết diện dây C = f (S, e,  ) S: diện tích cực e: khoảng cách hai cực  : hệ số điện môi L = f (l, S,  , n) l: chiếu dài s: diện tích vòng dây  : từ thẩm n: số vòng dây ĐẠI LƯNG ĐO Lưu lượng khí Mực chất lỏng Mômen p lực Biến dạng (chuyển vị) p lực Chuyển vị p lực  Khoa học xử lý tín hiệu phát triển cho phép đạt kết đo với độ tin cậy cao nhất: Thí nghiệm động đốt Tín hiệu đầu cảm biến (áp suất, nhiệt độ … ) dạng đại lượng điện, sau qua card biến đổi A/D (analogue/ digital), giá trị đại lượng chuyển qua dạng nhị phân chuyển vào nhớ máy vi tính Việc sử lý tín hiệu tiến hành CPU cho kết đầu Như giá trị đo giá trị đọc mặt chia độ đồng hồ thị kim số thiết bị hiển thị số mà kết thống kê đầy đủ gồm giá trị trung bình độ lệch hiển thị hình, máy in máy vẽ Xem thêm sử lý tín hiệu tài liệu : “Kỹ thuật đo Nguyễn Ngọc Tân” gồm: khử nhiễu (đặc tính động), phân tích tín hiệu biểu diễn kết đo (phân tích thống kê đo lường: trị trung bình, độ lệch sai số – đường phân bố Gauss) Màn hình Bộ khuếch đại Cảm biến áp suất Carte A/ D CPU Máy in Máy vẽ Card biến đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số Bộ điều khiển trung tâm (máy tính) Độäng Hình 1.3 - Sơ đồ thiết bị đo với hỗ trợ máy vi tính 1.4 CHẤT LƯNG CỦA CÁC PHÉP ĐO TRONG THÍ NGHIỆM Công việc đo lường kết nối thiết bị đo vào hệ thốn g đo khảo sát kết đo đại lượng cần thiết thể thiết bị đo Đo lường so sánh đại lượng chưa biết (đại lượng đo) với đại lượng chuẩn hóa (đại lượng mẫu đại lượng chuẩn) Các thông số đo trạng thái tónh trạng thái động: • Trạng thái tónh: đại lượng đo giá trị không đổi trình đo (nói cách khác điều kiện đo không thay đổi), thường dùng phương pháp đo định chuẩn • Trạng thái động: đại lượng đo thay đổi, thiết bị đo không đáp ứng tức thời với Thiết bị đo thường đáp ứng chậm quán tính g thời gian trễ thiết bị đo Chất lượng đo (kết đo xác ) phụ thuộc vào: Thí nghiệm động đốt  Việc chọn lựa thiết bị đo thích hợp với đặc tính yêu cầu đại lượng đo  Độ xác thiết bị đo hệ thống đo  Kỹ người vận hành: có thiết bị đo tốt, xác cho kết qủa sai thiếu xác người sử dụng cách đo đo không quy định Sai số đo gồm:  Sai số chủ quan lỗi người sử dụng thiết bị đo (đọc sai số kết quả, ghi sai, thao tác không quy trình đo)  Sai số hệ thống (systematic error): sai số phụ thuộc vaò thiết bị đo điều kiện môi trường ảnh hưởng lên thiết bị đo  Sai số ngẫu nhiên (random error): diện sai số chủ quan cách thức đo sai số hệ thống lại sai số ngẫu nhiên Sai số thường phân tích phương pháp thống kê Tóm lại nguyên nhân gây sai số chủ yếu:  Không nắm vững đặc tính thông số đo  Giới hạn thiết kế hệ thống đo: điều kiện thiết kế không nắm vững, thiết kế nhiều khuyết điểm  Thiết bị đo không đáp ứng: phạm vi đo không phù hợp, hoạt động không ổn định  Hệ thống đo không bảo trì tốt  Người vận hành đo không quy phạm 1.5 Hệ thống thiết bị phòng thử động (engine test cell) Phòng thí nghiệm động đốt Khoa Kỹ Thuật Giao Thông, Bộ môn Ôtô Máy động lực, phòng thí nghiệm đại bao gồm 04 phòng thử : Phòng thử động nhiều xi lanh, phòng thử động xi lanh, phòng thử ôtô, phòng thử phanh Trong tài liệu hướng dẫn nói đến Phòng thử động nhiều xi lanh, phục vụ cho môn học thí nghiệm động đốt Thí nghiệm động đốt Hình 1.4 – Băng thử động nhiều xy lanh Phòng thử động nhiều xi lanh (hình 1.4) bao gồm 05 cụm chính: I Cụm thiết bị thí nghiệm chính: Cụm có nhiệm vụ điều khiển động thí nghiệm họat động theo yêu cầu thí nghiệm đặt Cụm thiết bị gồm phận sau: Thí nghiệm động đốt 1/ Thiết bị phanh (Dynometer): có nhiệm vụ tạo lực cản (gây tải) cho động thí nghiệm để xác định mômemt, công suất, số vòng quay , để từ xây dựng đường đặc tính động 2/ Động thử: đối tượng thí nghiệm, dùng động xăng dieselcó phạm vi công suất miền đo phanh Trên động thử gia công thêm để tạo chỗ lắp đặt loại cảm biến, dụng cụ đo cấu điều khiển II Cụm thu thập truyền số liệu: 2.1 Các cảm biến thu nhận tín hiệu đo: - Cảm biến đo áp suất - Cảm biến đo nhiệt độ - Cảm biến đo góc quay trục khuỷu - Cảm biến xác định điểm chết - Cảm biến đo môment xoắn… 2.2 Các đo đặc biệt: - Đo p suất khí xy lanh theo góc quay trục khuỷu - Thiết bị nội soi chụp ảnh buồng cháy, Engine VideoScope … - Cân nhiên liệu: dùng để xác định lượng tiêu thụ nhiên liệu trình thí nghiệm động đốt trong, gồm hai thiết bị Fuel Balance 733S kết nối với PUMA thông qua connection box 10 .. .Thí nghiệm động đốt Bài I : GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ 1.1 MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ  Thí nghiệm phục vụ cho đào tạo (trong trường... khiển động thí nghiệm họat động theo yêu cầu thí nghiệm đặt Cụm thiết bị gồm phận sau: Thí nghiệm động đốt 1/ Thiết bị phanh (Dynometer): có nhiệm vụ tạo lực cản (gây tải) cho động thí nghiệm. .. lưư lượng khí nạp… Thí nghiệm động đốt 1.2 CÁC DẠNG BÀI THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Khảo sát kết cấu nguyên lý họat động động hệ thống động (sử dụng mô hình cắt mô hình sống động xăng Diesel)