Trang thiết bị thử nghiệm - Theo lượng nhiên liệu- 123docz.net

b. Theo lượng nhiên liệu chu trình

3.4. Trang thiết bị thử nghiệm

3.4.1 Băng thử Chassis Dynamometer 48”

Phòng thử ô tô bao gồm băng thử động lực học (Chassis Dynamometer 48”), hệ thống lấy mẫu và phân tích khí thải, các thiết bị phụ trợ.

Băng thử động học (Chassis Dynamometer 48”) do hãng AVL Zollner chế tạo có chức năng để thử và kiểm tra ô tô trong phòng thí nghiệm giúp cho quá trình nghiên cứu về ô tô nói chung và động cơ nói riêng được dễ dàng hơn, đồng thời có thể thực hiện một số chức năng khó hoặc không thể thực hiện trên đường được.

Thiết bị chính của băng thử là một động cơ điện xoay chiều đặt ở giữa hai con lăn. Với thiết kế này cho phép thu nhỏ kích thước của băng thử và cách bố trí các thiết bị liên quan từ trên xuống một cách dễ dàng, đồng thời nó cũng thuận lợi cho việc bảo dưỡng sau này.

Hình3.3 Phòng thử ô tô của PTN động cơ đốt trong- ĐHBK HN

Để tránh hiện tượng trễ do ma sát sinh ra ở ổ trục thì ổ trục này được quay với tốc độ chậm. Thông qua một động cơ điện xoay chiều. Hai ổ trục được điều khiển quay cùng chiều nhau để loại trừ tổn thất do ma sát. Việc lắp các ổ trục này không gây tổn thất cho băng thử (Chassis Dynamometer 48”).

Băng thử (Chassis Dynamometer 48”) có thể mô phỏng được khối lượng của xe trong phạm vi từ 454 kg đến 5448 kg. Quán tính cơ sở của các con lăn là 1678 kg.

Các thông số cơ bản của băng thử: - Tốc độ lớn nhất: 200km/h

- Phạm vi mô phỏng quán tính: 454 kg – 5448 kg

- Dung sai tốc độ đo: 0…2 km/h < 0,1%; 2…200 km/h < 0,01% - Dung sai của giá trị lực kéo đo: 0,1% giá trị lớn nhất của dải đo - Độ chính xác của phép đo khoảng cách: 1m

- Độ chính xác của phép đo thời gian: 10 ms

- Nhiệt độ môi trường trong buồng thử: 5…40 độ c

HÖ thèng lÊy mÉu Mµn h×nh hç trî ngêi l¸i « t« thö nghiÖm B¨ng thö 48” Qu¹t lµm m¸t

- Độ ẩm tương đối lớn nhất của không khí trong buồng thử < 75%

* Các chức năng chính Băng thử (Chassis Dynamometer 48”)

- Xác định tốc độ của xe

- Các định lực tại bề mặt con lăn - Xác định gia tốc và công xuất của xe

- Kiểm tra đồng hồ tốc độ và đồng hồ đo quãng đường chạy xe.

Ngoài các chức năng trên, băng thử (Chassis Dynamometer 48” ) cùng với hệ

thống lấy mẫu và phân tích thành phần khí xả tạo thành hệ thống thí nghiệm công nhận kiểu theo tiêu chuẩn EURO II.

3.4.2 Cơ sở lý thuyết các phép đo chính

*Phép đo tốc độ

Tốc độ của của băng thử được xác định thông qua bộ cảm biến tốc độ kiểu quang học. Bộ cảm biến được gắn ở đầu trục của con lăn, vì vậy nó có thể đo trực tiếp tốc độ của con lăn. Từ tốc độ của con lăn (n) đo được có thể tính được vận tốc của xe

Hình.3.4 Cấu tạo của cảm biến tốc độ

1. Đĩa mã hóa 2: nguồn sáng đèn LED 3: Tranzitor quang

Đĩa mã hóa 1 được gắn cứng với trục con lăn 4, vì vậy khi trục con lăn quay sẽ làm cho đĩa 1 quay cùng tốc độ với con lăn.

2 3

3 1

Khi đến vị trí đèn LED 2, lỗ tròn đĩa 1 và tranzitor quang 3 thẳng hàng khi đó tranzitor 3 nhận được ánh sáng do đèn LED 2 phát ra sẽ làm thông mạch điện, lúc đó điện áp cung cấp cho mạch điện là 5V.

Khi vị trí của đèn LED 2, lỗ tròn đĩa 1 và Tranzitor không thẳng hàng thì Tranzitor 3 không nhận được ánh sáng do LED 2 cung cấp, do đó Tranzitor quang 3 bị khóa nên điện áp cung cấp của mạch là 0 V.

Do đĩa 1 quay liên tục nên tín hiệu ở đầu ra có dạng xung chữ nhật.

Tín hiệu xung ở đầu ra được đưa đến máy đếm xung, đồng thời liên kết với cơ cấu đếm thời gian sẽ xác định được tốc độ của con lăn.

𝑛 = 𝑦

𝑡∗𝑥

Trong đó: n là tốc độ của con lăn

y là số xung đếm được ở máy đếm xung t là thời gian đo (s)

x là số rãnh trên đĩa mã hóa 1

* Phép đo lực

Đo lực trên bề mặt con lăn được dựa trên nguyên lý phanh điện xoay chiều

Hình 3.5 Nguyên lý đo lực

1: Con lăn 2: Gối trục 3: Động cơ điện 4: Bộ cân tải

1 2

Một động cơ điện xoay chiều được đặt trên hai gối trục sao cho Stato luôn tự do, do đó Stato có thể quay tương đối với Roto. Khi con lăn quay quanh trục kéo theo trục Roto quay theo. Nhờ tác dụng tương hỗ của từ trường giữa Roto và Stato sẽ làm Stato của động cơ điện quay theo. Khi Stato dịch chuyển thông cụm cân tải (Loadcell) sẽ xác định dược giá tri lực kéo.

Lực Fw được đo nhờ bộ cân tải dựa trên nguyên tắc đo lực nhờ hiện tượng áp điện. Từ lực tại bộ cân tải Fw có thể tính ra lực tại bề mặt con lăn F kéo, theo phương trình cân bằng

Hình vẽ 3.6 Cơ cấu xác định lực kéo Fw.r = F kÐo.R → F kÐo =𝐹𝑤𝑟

𝑅

Trong đó: F kéo: Lực kéo tại bề mặt con lăn Fw: Lực đo tại bộ cân tải

r: Chiều dài cánh tay đòn R: Bán kính con lăn

* Phép đo gia tốc và công suất

Công suất của xe xác định theo công thức sau: P = F kéo.v

Tốc độ của con lăn v (m/s) được xác định từ bộ cảm biến tốc độ và bán kính con lăn.

Lực kéo tại bề mặt con lăn F kéo xác định được nhờ bộ cân tải (Loadcell) Gia tốc của xe được xác định trên cơ sở định nghĩa:

𝑎 = 𝐴̈𝑣 𝐴̈𝑡 𝑚/𝑠

Căn cứ vào các điểm đo liên tiếp trong các lần đo ta có thể xác định được độ chênh lệch vận tốc Äv trong khoảng thời gian Ät

* Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu

Hình (3-7) thể hiện sơ đồ nguyên lý làm việc của cân nhiên liệu (Fuel balance 733S) sử dụng trong hệ thống thiết bị thử nghiệm. Thiết bị này được thực hiện theo nguyên lý đo kiểu khối lượng, có vai trò quan trọng quyết định đến độ chính xác lượng nhiên liệu tiêu thụ của động cơ

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

Cân nhiên liệu 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. Cân nhiên liệu 733S dùng cảm biến đo lưu lượng để xác định lượng tiêu thụ nhiên liệu. Yêu cầu cảm biến phản ứng với tốc độ nhanh, nhạy và độ chính xác cao.

Bắt đầu quá trình đo, nhiên liệu được cấp đầy vào thùng đo 6. Lúc này lực tỳ lên cảm biến nhiên liệu là lớn nhất. Van điện từ 12 đóng lại ngăn không cho dòng nhiên liệu vào thùng khi đường cấp vào động cơ vẫn mở. Đồng thời với quá trình đó bộ phận đếm thời gian hoạt động. Khi nhiên liệu trong thùng chảy hết đồng nghĩa với lực tỳ lên cảm biến lưu lượng bằng 0 tức là quá trình đo kết thúc. Dựa vào kết quả thu thập được ECU sẽ tính ra lượng nhiên liệu tiêu thụ của động cơ

3.5 Đánh giá kết quả thử nghiệm 3.5.1 Công suất 3.5.1 Công suất

Kết quả đo công suất xe Lanos tại tay số IV được đưa ra trong Bảng (3.5) và Hình 3.8

Bảng 3.5 Kết quả đo công suất xe Lanos tại tay số IV

Tốc độ (km/h)

Công suất (kw) Cải thiện công suất so với RON92 (%) RON 92 E10 45 12,702 12,989 2,26 50 14,329 14,560 1,61 55 15,806 16,185 2,40 65 18,917 19,267 1,85 75 23,504 23,779 1,17 Trung bình 1,86

Hình 3.8 Công suất xe Lanos tại tay số IV khi sử dụng RON92 và E10

Kết quả cho thấy, xét ở cùng tốc độ, xe chạy với nhiên liệu E10 cho công suất cao hơn với nhiên liệu RON92. Tính trung bình công suất động cơ tăng 1,86% khi sử dụng xăng E10. Mức tăng công suất lớn nhất đạt 2,4% ở tốc độ 55km/h của xe.

Tại tay số V cũng tương tự tay số IV, xét cùng một tốc độ công suất của xe khi sử dụng E10 lớn hơn RON 92

Bảng 3.6 Kết quả đo công suất xe Lanos tại tay số V

Tốc độ (km/h)

Công suất (kw) Cải thiện công suất so với RON92 (%) RON 92 E10 60 13,804 13,996 1,39 65 15,09 15,348 1,71 70 16,115 16,437 2,00 80 18,42 18,561 0,77 90 21,209 21,382 0,82 Trung bình 1,34 0 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 45 50 55 65 75 Cô n g su ất (k W) Tốc độ (km/h) RON 92 E10

Hình 3.9 Mức độ cải thiện công suất xe Lanos (%) tại tay số V so với RON92

3.5.2 Mức tiêu hao nhiên liệu

Kết quả tiêu hao nhiên liệu xe Lanos tại tay số IV được thể hiện trong Bảng 3.7.

Bảng 3.7 Tiêu hao nhiên liệu xe Lanos tại tay số IV

Tốc độ (km)

Tiêu thụ nhiên liệu (kg/h) Tiêu thụ nhiên liệu tăng so với E0 % RON 92 E10 45 4,413 4,493 2% 50 4,945 5,046 2% 55 5,387 5,495 2% 65 6,431 6,497 1% 75 7,657 7,767 1% 0 5 10 15 20 25 60 65 70 80 90 Cô n g su ất (k W) Tốc độ (km/h) Ron92 E10

Hình 3.10Mức tiêu thụ nhiên liệu ở tay số IV

Kết quả trong Bảng 3.7 cho thấy, lượng tiêu hao nhiên liệu tại tay số IV trong trường hợp sử dụng xăng RON92 và xăng sinh học E10 là xấp xỉ nhau.

Kết quả lượng tiêu thụ nhiên liệu ở tay số V được thể hiện trong Bảng (3.8).

Bảng 3.8. Tiêu thụ nhiên liệu xe Lanos tại tay số V

0 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000 9,000 45 50 55 65 75 M ức ti êu t h ụ n h iên li ệu (kg /h ) Tốcđộ(Km/h) RON 92 E10 Tốc độ (km/h)

Tiêu thụ nhiên liệu (kg/h) Tiêu thụ nhiên liệu tăng so với E0 % RON 92 E10 60 4,707 4,727 0% 65 5,058 5,128 1% 70 5,402 5,531 2% 80 6,021 6,135 2% 90 6,913 7,129 3%

Hình 3.11Mức tiêu thụ nhiên liệu ở tay số V

Kết quả trong Bảng 3.8 cho thấy, lượng tiêu hao nhiên liệu tại tay số V trong trường hợp sử dụng xăng RON92 và xăng sinh học E10 là xấp xỉ nhau.

Nhằm đánh giá rõ nét hơn tác động của tỷ lệ Ethanol trong hỗn hợp nhiên liệu đến tính năng kinh tế và hiệu quả của động cơ, chỉ tiêu suất tiêu thụ nhiên liệu được sử dụng. Bảng 3.7. và Bảng 3.8. thể hiện suất tiêu thụ nhiên liệu của động cơ xe Lanos khi vận hành theo tay số IV và V.

Kết quả cho thấy suất tiêu thụ nhiên liệu của động cơ xe Lanos sử dụng nhiên liệu E10 tương đương với trường hợp sử dụng xăng RON92.

3.5.3 Tăng tốc và khởi động

Khả năng tăng tốc được thể hiện thông qua thời gian tăng tốc từ 20km/h đến 80km/h tại tay số V với bướm ga mở 100%.

Gia tốc của xe Lanos khi chạy với 2 loại nhiên liệu RON 92, E10. Kết quả là: Xe chạy với nhiên liệu E10 có khả năng tăng tốc cao hơn nhiều so với nhiên liệu RON92 (Hình 3.12). 0 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000 60 65 70 80 90 M ứ c tiêu t h ụ n h iê n li ệ u (k g/ h ) Tốc độ (km/h) RON 92 E10

Hình 3.12 Thời gian tăng tốc 20 km/h đến 80 km/h đối với xe Lanos

Khả năng khởi động của ôtô không có nhiều thay đổi so với khi sử dụng nhiên liệu xăng RON92. Tuy nhiên, ở trạng thái khởi động lạnh, khi nhiệt độ môi trường thấp và tỷ lệ Ethanol trong hỗn hợp nhiên liệu xăng sinh học cao hơn 10%, thời gian khởi động có thể phải kéo dài hơn so với khi sử dụng xăng RON92.

3.5.4 Phát thải

Kết quả đo phát thải theo chu trình thử ECE 1505 của xe Lanos với các loại nhiên liệu được thể hiện trong Bảng 3.9

Bảng 3.9 Phát thải xe Lanos khi chạy với các loại nhiên liệu theo chu trình thử ECE1505

Thành phần

Phát thải Cải thiện so với trường hợp RON92 (%) RON 92 E10 CO (g/km) 73,071 68,245 6.6 CO2 (g/km) 180,767 187,999 -4.0 HC (g/km) 24,259 22,782 6.1 NOx (g/km) 1,565 1,707 -9.1 FC(l/100km) 16,100 15,969 0.8

Hình 3.13 Phát thải xe Lanos khi chạy với các loại nhiên liệu theo chu trình thử ECE1505

a) Phát thải CO

CO là sản phẩm cháy của Cacbon trong điều kiện thiếu oxy, CO ở dạng khí không màu, không mùi. Khi kết hợp với sắt có trong sắc tố của máu sẽ tạo thành hợp chất ngăn cản quá trình hấp thụ oxy của Hemoglobin trong máu, làm giảm khả năng cung cấp oxy cho cơ thể. CO rất độc, chỉ với một hàm lượng nhỏ trong không khí có thể gây cho con người tử vong. Như ta đã biết, khi động cơ ở chế độ toàn tải thì nồng độ CO lớn do λ < 1. Khi đó thì hỗn hợp thiếu O2, dẫn đến cacbon trong nhiên liệu không được phản ứng tiếp để chuyển CO thành CO2, vì vậy nồng độ của CO là rất cao.

Khi động cơ sử dụng hỗn hợp nhiên liệu xăng pha cồn thì do trong cồn Ethanol đã có nguyên tử oxy, vì vậy khả năng hình thành CO2 là cao hơn so với khi sử dụng xăng thuần tuý. Trong mô hình này lý do nêu trên dẫn tới CO giảm mạnh nhờ việc giữ nguyên lượng nhiên liệu cung cấp, khi đó hệ số dư lượng không khí λ sẽ tăng lên,

0.000 20.000 40.000 60.000 80.000 100.000 120.000 140.000 160.000 180.000 200.000 CO (g/km) CO2 (g/km) HC (g/km) NOx (g/km) FC(l/100km) RON92 E10

hỗn hợp nhạt đi, có nhiều oxy hơn, khả năng CO bị oxy hoá thành CO2 tốt hơn. Vì

vậy, khi tăng tỉ lệ Ethanol trong nhiên liệu thì nồng độ CO càng giảm, tuy nhiên nếu tỉ lệ Ethanol quá lớn cũng dẫn đến CO lại tăng lên do khả năng cháy kém đi.

b) Phát thải HC

HC là các loại Hydrocacbon có trong nhiên liệu hoặc dầu bôi trơn không cháy hết chứa trong khí thải. Hydrocacbon có rất nhiều loại, mỗi loại có mức độ độc hại khác nhau nên không thể đánh giá chung một cách trực tiếp. Các Hydrocacbon thơm thường rất độc, ví dụ như Hydrocacbon có nhân Benzen có thể gây ung thư. Hydrocacbon tồn tại trong khí quyển còn gây sương mù, gây tác hại cho mắt và niêm mạc đường hô hấp.

Nếu hỗn hợp quá nhạt hoặc quá đậm thì nhiên liệu cũng không thể cháy được, dẫn đến HC tăng. Theo [13] HC thấp nhất ở λ từ 1,2 đến 1,25, vì vậy khi bổ sung Ethanol vào trong nhiên liệu thì HC sẽ giảm khi ở chế độ toàn tải. Tuy nhiên nếu lượng Ethanol quá nhiều thì cũng dẫn đến λ nằm ngoài vùng trên, lúc đó HC lại tăng lên.

c) Phát thải NOx

Khi sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn thì hỗn hợp nhạt đi, với tỷ lệ Ethanol chiếm khoảng 20% thể tích thì ở nằm lân cận vùng 1,05 – 1,1. Vì vậy khi sử dụng E10 thì NOx rất cao. Qua đồ thị nhiệt độ trong xylanh theo góc quay của trục khuỷu thì ta thấy nhiệt độ trong xylanh khi sử dụng nhiên liệu E10 thấp hơn khi sử dụng E0 ở xung quanh điểm chết trên. Tuy nhiên do tình trạng cháy rớt của nhiên liệu xăng pha cồn nhiều hơn của xăng nên nhiệt độ đỉnh của động cơ sử dụng xăng pha cồn vẫn cao hơn, điều này khiến cho NOx khi sử dụng E10 cao hơn khi sử dụng xăng thông thường. NOx là sản phẩm của quá trình Oxy hoá Nitơ trong không khí trong điều kiện nhiệt độ cao. Do Nitơ có nhiều hoá trị nên Oxyt nitơ tồn tại ở nhiều dạng khác nhau, được gọi chung là NOx. Trong khí thải động cơ thì NOx tồn tại ở hai dạng chủ yếu

độ oxy của hỗn hợp) và nhiệt độ cháy, đạt giá trị cực đại ở 1,05-1,1 [13]. Tại đây, nhiệt độ quá trình cháy đủ lớn để tạo thành Oxy và Nitơ nguyên tử có tính năng hoạt