4.2.2.1. Phanh điện APA 404/6 PA
Phanh điện APA 404/6 PA (hình 4-3) có thể hoạt động được ở chế độ phanh điện và động cơ điện. Tác dụng tương hỗ giữa lực từ của stato và rotor sẽ tạo ra tải trọng cho động cơ hoặc kéo động cơ đốt trong quay. Vỏ stato được đặt trên hai gối đỡ nên cũng có xu hướng quay theo. Một cảm biến lực (loadcell) giữ vỏ stato ở vị trí cân bằng và xác định giá trị lực tương hỗ này. Thay đổi giá trị của lực này bằng cách thay đổi cường độ dòng điện vào băng
thử. Tốc độ quay của băng thử được xác định bằng cảm biến tốc độ kiểu đếm xung. Băng thử được trang bị các hệ thống, phần mềm điều khiển, xử lý số liệu tự động và hiển thị kết quả như PUMA, EMCON P400, Concerto và GEM 301H, giúp cho quá trình điều khiển được dễ dàng và bảo đảm kết quả
Hình 4.3. Sơ đồ cụm phanh điện PA 404/6 PA 1. Mặt trên; 2. Stator; 3. Rotor;
4. Nắp; 5. Quạt thông gió; 6. Giảm chấn; 7. Mặt bích để lắp thiết bị calib; 8.Đế.
91
thử nghiệm chính xác.
Từ trường tương hỗ giữa rotor và stator tạo ra mô men cản với rotor và cân bằng với mômen dẫn động từ rotor (rotor là cụm phanh được nối với trục dẫn động từ động cơ). Cường độ từ trường tương hỗ giữa rotor và stator được điều chỉnh để tăng hoặc giảm mômen cản trên trục dẫn động từ động cơ. Khả năng thay đổi mômen phanh thích hợp cho việc điều khiển tự động ở các chế độ thử của động cơ.
Cụm phanh có chức năng làm việc ở chế độ máy phát (phanh đối với động cơ) và chế độ động cơ (kéo động cơ quay) nên có thể dùng để chạy rà nguội và thí nghiệm động cơ trên cùng một băng thử. Ngoài ra công suất động cơ được hấp thụ và biến đổi thành năng lượng điện trong thiết bị (phanh). Dòng điện này qua bộ biến tần và được đưa ra ngoài.
4.2.2.2. Thiết bị làm mátnước AVL 553
Sơ đồ nguyên lý làm việc của thiết bị làm mát AVL 553 được trình bày trong phần phụ lục. Theo các tiêu chuẩn thử nghiệm về động cơ cũng như về khí thải đều có yêu cầu về nhiệt độ nước làm mát. Thiết bị này có chức năng giữ ổn định nhiệt độ nước làm mát động cơ. Khi động cơ làm việc một phần nhiệt được truyền cho các chi tiết động cơ, sau đó truyền qua nước làm mát làm ổn định nhiệt độ động cơ. Ngược lại, khi động cơ bắt đầu làm việc, nhiệt độ động cơ còn thấp, khó khởi động, nước nóng sẽ truyền qua các chi tiết để hâm nóng động cơ.
Trong hệ thống làm mát nước có các van được điều khiển bằng điện và khí nén sẽ đóng mở để cho nước làm mát đi qua nhiều hay ít tùy thuộc vào nhiệt độ của động cơ, do đó đảm bảo nhiệt độ nước làm mát luôn ổn định theo đúng yêu cầu.
4.2.2.3. Thiết bị làm mát dầu AVL 554
Theo tiêu chuẩn thử nghiệm về động cơ cũng như về khí thải đều có yêu cầu về nhiệt độ dầu bôi trơn phải nằm trong giới hạn cho phép. Cụm làm
mát dầu có chức năng giữ ổn định nhiệt độ dầu bôi trơn động cơ trong quá trình thử nghiệm. Sơ đồ bố trí thiết bị làm mát dầu được trình bày trong phần phụ lục. Khi động cơ làm việc, một phần nhiệt sẽ truyền cho dầu bôi trơn, làm nhiệt độ dầu bôi trơn tăng lên, do đó ảnh hưởng đến chất lượng bôi trơn nên cần làm mát dầu bôi trơn.
Ngược lại, khi động cơ bắt đầu làm việc ở môi trường có nhiệt độ thấp, nhiệt độ của dầu bôi trơn thấp, làm tăng khả năng đông đặc, ảnh hưởng đến chất lượng bôi trơn và tăng lực cản các chi tiết chuyển động trong động cơ. Mặt khác, nhiệt độ của dầu bôi trơn thấp còn làm tăng thời gian hâm nóng động cơ (có thể động cơ không thể làm việc được) do vậy cần làm nóng dầu bôi trơn.
Tương tự như thiết bị làm mát nước, trong thiết bị làm mát dầu cũng có các van được điều khiển bằng điện và khí nén đóng mở để điều chỉnh lượng nước hâm nóng đi qua nhiều hay ít, đảm bảo nhiệt độ dầu ổn định theo yêu cầu.
4.2.2.4. Bộ điều khiển tay ga THA 100
Bộ điều khiển tay ga THA 100 được trình bày trong phần phụ lục. Bộ điều khiển này có chức năng thay đổi vị trí cung cấp nhiên liệu, kéo thanh răng bơm cao áp đối với động cơ diesel, đóng mở bướm ga đối với động cơ xăng để thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ. Thiết bị chính của bộ THA 100 là động cơ điện dẫn động thanh răng dịch chuyển, làm dịch chuyển đoạn dây kéo ga để thay đổi vị trí cung cấp nhiên liệu tuỳ theo từng chế độ thử. Hoạt động của động cơ dẫn động tay ga được điều khiển từ máy tính.
4.2.2.5. Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu AVL Fuel Mas Flow Meter
Sơ đồ nguyên lý làm việc của thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu sử dụng trong hệ thống thiết bị thử nghiệm được trình bày trên hình 4.4. Thiết bị này thực hiện theo nguyên lý đo kiểu lưu lượng, có vai trò quan trọng quyết định
93
đến độ chính xác lượng nhiên liệu tiêu thụ của động cơ. Thiết bị AVL 735S dùng nước vòng ngoài làm mát lượng nhiên liệu đã được định sẵn từ thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu. Lưu lượng nhiên liệu được đảm bảo bằng một bơm trên đường nhiên liệu cung cấp cho động cơ.
Hình 4.4. Sơ đồ nguyên lý của thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu AVL 735S 1. Cảm biến báo mức nhiên liệu; 11. Cảm biến áp suất hút vào;
2. Van nạp đầy; 12. Áp kế đo áp suất cửa vào.
3. Van tràn; A. Nhiên liệu vào;
4. Bơm nhiên liệu; B. Nhiên liệu tới động cơ; 5. Van dừng; C. Đường hồi nhiên liệu; 6. Bộ điều chỉnh áp suất; D. Thông hơi;
7. Cảm biến lưu lượng; E. Thùng chứa xả;
8. Van thông khí; F. Van khóa;
9. Van xả; G. Van thông gió;
10. Cảm biến áp suất cửa ra; H. Bộ lấy chuẩn.
Thiết bị này dùng cảm biến lưu lượng khối lượng Coriolis để đo lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ, cảm biến này có thể cho phép thực hiện phép đo một cách liên tục. Cảm biến lưu lượng khối lượng Coriolis sử dụng ống có đường kính rất nhỏ nên đạt độ chính xác và độ nhạy tương đối cao, bơm nhiên
liệu được lắp đặt phía trước cảm biến có tác dụng duy trì áp suất theo yêu cầu. Bộ điều chỉnh áp suất phía trước cảm biến sẽ duy trì áp suất ổn định đối với lượng tiêu thụ nhiên liệu tương ứng. Nhiệt độ nhiên liệu trong hệ thống không giống như nhiệt độ nhiên liệu trên đường cung cấp do có đường nhiên liệu hồi mang nhiệt từ động cơ. Do đó mật độ nhiên liệu có thể thay đổi làm sai lệch kết quả đo. Thiết bị AVL 753C có nhiệm vụ điều hoà nhiệt độ nhiên liệu đồng thời đảm bảo cung cấp ổn định lưu lượng nhiên liệu cho động cơ.
4.2.2.6. Hệ thống đo phát thải khí * Bộ phân tích khí CO
Khí xả sau khi xử lý sẽ được đưa vào tủ phân tích AMA i60, sơ đồ cấu tạo của bộ phân tích CO được trình bày trên hình 4.5. Thành phần phát thải CO hấp thụ tia hồng ngoại ở bước sóng khoảng 4,7µm. Khi cần đo lượng CO có trong khí mẫu, khí mẫu được đưa vào buồng 4.
Hình 4.5. Sơ đồ cấu tạo của bộ phân tích CO
1.Buồng phát tia hồng ngoại; 2.Màn chắn; 3.Đĩa khoét các rãnh; 4.Buồng chứa khí mẫu; 5.Buồng chứa khí CO được ngăn bằng một màng chắn cao su; 6.Thiết bị đo độ võng của màng; 7.Buồng chứa khí CO được ngăn bằng một tấm màng cao su; 8.Buồng chứa khí mẫu
Tia hồng ngoại tạo ra bởi đèn 1 đi qua buồng 4 và buồng 8. Do buồng 4 có CO nên một phần tia hồng ngoại bị hấp thụ, còn buồng 8 chỉ có chứa N2 vì
1 2 3 4 8 7 5 6 CON N 2 2
95
vậy tia hồng ngoại đi qua hoàn toàn.
Để lượng hồng ngoại đi qua hai buồng là như nhau, đĩa 3 được điều khiển quay, trên đĩa 3 có xẻ các rãnh sao cho thời gian các tia hồng ngoại qua rãnh trong và rãnh ngoài là bằng nhau. Sau khi đi qua hai buồng 4 và 8, tia hồng ngoại tới buồng 5 và buồng 7. Trong hai buồng này có chứa CO, tia hồng ngoại sẽ bị hấp thụ hoàn toàn bởi khí này và làm tăng nhiệt độ của khối khí trong buồng 5 và buồng 7, tương ứng với sự tăng nhiệt độ là sự tăng áp suất.
Hai buồng 5 và 7 được ngăn cách với nhau bằng một màng cao su. Trong hai chùm tia hồng ngoại thì chùm tia hồng ngoại đi qua buồng 4 đã bị hấp thụ một phần tại đó vì vậy sự hấp thụ tia hồng ngoại tại buồng 5 ít hơn buồng 7 do đó có sự chênh lệch áp suất giữa hai buồng. Sự chênh lệch áp suất này làm cho màng cao su bị cong, tiến hành đo độ cong có thể tính được độ chênh lệch áp suất. Qua tính toán chênh áp suất sẽ biết được lượng CO đã hấp thụ tia hồng ngoại. Lượng CO đó chính là lượng CO có trong mẫu khí thải.
Khi đo CO trong khí thải bằng phương pháp hồng ngoại phải tính đến các điều kiện gây sai số, đặc biệt là sự hấp thụ của hơi nước. Vì vậy phải có biện pháp hiệu chỉnh giá trị đo. Thông thường hiệu chỉnh giá trị đo bằng cách lọc hết nước hoặc quy định giá trị ảnh hưởng của nước trong các khoảng đo.
* Bộ phân tích NO và NOx
Thiết bị hoạt động dựa vào hiện tượng quang hóa để xác định hàm lượng NO và NOx (hình 4.6). Thực chất phương pháp này là đo cường độ ánh sáng do các phần tử NO2 hoạt tính sinh ra. NO2 hoạt tính được tạo ra trong buồng phản ứng qua phản ứng sau:
NO + O3 = NO2* + O2
Không khí được đưa vào một đường và được cho qua bộ tạo ôzôn, trong bộ này O2 trong không khí được tạo thành O3 nhờ tia lửa điện và được
đưa đến buồng phản ứng.
Khi đo lượng NO, khí thải được đưa trực tiếp vào buồng phản ứng. Trong buồng phản ứng có O3 vì vậy một phần NO có trong khí thải mẫu sẽ phản ứng với O3 và tạo ra NO2 hoạt tính (NO2*), NO2 hoạt tính tồn tại không lâu trong điều kiện bình thường vì vậy nó sẽ tự động chuyển về NO2 không hoạt tính bằng cách phóng đi một phần năng lượng dưới dạng tia sáng. Đo cường độ tia sáng thu được và dựa vào đó để xác định lượng NO phản ứng. Từ lượng NO phản ứng có thể tính ra lượng NO có trong khí thải mẫu.
Hình 4.6. Sơ đồ cấu tạo của bộ phân tích NO và NOx
1.Bộ phận tạo khí ôzôn; 2.Bộ phận chuyển đổi NO2 thành NO; 3.Buồng phản ứng đo NOx có các đường dẫn khí ôzôn và khí mẫu; 4. Buồng phản ứng đo NO có các đường dẫn khí ôzôn và khí mẫu; 5. Bộ phận hủy ôzôn trước khi đưa ra ngoài môi trường; 6. Bộ phận đo cường độ sáng.
Để đo lượng NOx, mẫu khí thải được dẫn đi qua một bộ chuyển đổi từ NO2 thành NO. Quá trình đo được thực hiện như đối với thành phần NO, kết quả đo thu được là lượng NOX có trong khí thải.
* Hệ thống đo CnHm
Khí mẫu cần đo được đưa vào hệ thống có áp suất 580mbar và lưu
Sample Air 1 2 3 6 4 5 Pump Printer Display PG NOx NO Khí mẫu Khí ôzôn
97
lượng 1500 l/h. Khí mẫu và khí cháy (hỗn hợp H2/He có áp suất 1050mbar và lưu lượng 30 l/h) được hòa trộn với nhau và đưa vào buồng cháy với áp suất là 680mbar.
Trong buồng phản ứng, hỗn hợp khí (20% O2, 80% N2) được bơm vào làm môi trường cháy. Khi khí mẫu và khí cháy được đưa vào, bộ đánh lửa bật tia lửa đốt cháy. Trong điều kiện như vậy khí HC không cháy mà bị bẻ gãy liên kết tạo thành các ion. Các ion sinh ra trong môi trường có từ trường của cặp điện cực, sẽ bị hút về hai bản cực và tạo thành dòng điện trong mạch. Dòng điện được khuếch đại khi đi qua bộ khuếch đại và được đưa tới bộ đo điện áp.
Khí cháy được hút ra nhờ độ chân không ở đầu ra. Độ chân không này được sinh ra do luồng khí nén thổi qua tại miệng hút. Dựa vào cường độ dòng điện sinh ra có thể đánh giá được lượng HC có trong khí mẫu.
4.2.2.7. Thiết bị đo phát thải dạng hạt (Particulate Sampler System - PSS i60)
Sơ đồ hệ thống thiết bị đo phát thải dạng hạt PM bằng hệ thống PSS thể hiện trên hình 4.7. Thiết bị này do hãng AVL nghiên cứu và phát triển dựa trên nguyên lý lấy mẫu một phần lưu lượng (Partial Flow). Thiết bị này dùng để đo chỉ số PM trong khí thải động cơ hạng nặng theo tiêu chuẩn Châu Âu.
Hình 4.7. Sơ đồ nguyên lý hệ thống PSS i60
Động cơ thử nghiệm
Ống pha loãng (Tunnel)
Bộ lọc (Filter holder) Bộ điều tiết (MFCC) Van từ (VU) Bơm (Pump) PSS cabinet Khí pha loãng Buồng cân (Weighing Chamber)
Khí thải của động cơ thử nghiệm được thu gom và pha loãng trong ống pha loãng (Tunnel). Bơm hút (Pump) tạo lực hút để trích một phần mẫu khí thải từ ống pha loãng qua bộ lọc hạt. Bên trong bộ lọc hạt này được lắp 2 tấm giấy lọc để có thể giữ lại được các phát thải dạng hạt có trong khí thải của động cơ thử nghiệm. Sau khi đi qua bộ lọc, khí mẫu lại được trả về ống pha loãng để thực hiện tiếp quá trình đo phát thải khí. Lưu lượng trích mẫu khí thải được kiểm soát bởi bộ kiểm soát lưu lượng (MFC). Việc điều khiển dòng khí thải được thực hiện qua hệ thống van điện từ.
Giấy lọc hạt sau khi kết thúc quá trình thử nghiệm được đưa vào buồng cân (Weighing Chamber) để xác định khối lượng.
4.2.2.8. Thiết bị đo độ khói AVL 439
Ngoài thiết bị đo phát thải hạt, tại phòng thử nghiệm khí thải này còn có thiết bị đo độ khói, thiết bị này hoạt động theo nguyên lý hấp thụ ánh sáng (đơn vị đo % HSU hoặc m-1
).
Hình 4.8. Sơ đồ nguyên lý buồng đo khói
Khí thải từ điểm lấy mẫu được duy trì nhiệt độ và dẫn vào trong buồng đo tiêu chuẩn theo nguyên lý hấp thụ ánh sáng và được trả về hệ thống lấy mẫu khí thải thử nghiệm. Buồng đo hoạt động theo nguyên lý bức xạ ánh sáng giảm dần theo chiều dài truyền sáng và bị hấp thụ bởi các hạt bụi có trong khí thải chứa trong buồng đo (hình 4.8).
Theo nguyên lý Beer-Lambert sự hấp thụ ánh sáng được tính theo công thức: I=Io*e-kL; Đầu đo Bụi hạt Đèn L l0 l
99
Io: Cường độ ánh sáng khi chưa có sự hấp thụ của khí thải; I: Cường độ ánh sáng khi có sự hấp thụ của khí thải;
L: Chiều dài ống đo tiêu chuẩn (L=0,43m); k: Hệ số hấp thụ cần đo có đơn vị là 1/m.
Dựa trên công thức này và các giá trị đo được của hệ thống cảm biến có thể tính được hệ số hấp thụ k (m-1)