Chương 2 : NGHIấN CỨU THỬ NGHIỆM
2.3. Trang thiết bị thử nghiệm
2.3.2. Băng thử cụng suất và thiết bị
2.3.2.1. Băng thử tớnh năng động lực học cao (ETB)
Băng thử động lực cao động cơ (High Dynamic Engine Testbed) (Hỡnh 2.1)
với mục đớch thực hiện cỏc thử nghiệm phục vụ cụng tỏc nghiờn cứu và phỏt triển động cơ được trang bị nhiều thiết bị hiện đại và đồng bộ như:
- Phanh điện APA 100.
- Thiết bị làm mỏt dầu bụi trơn AVL 554.
- Thiết bị làm mỏt nước làm mỏt AVL 553.
- Thiết bị đo tiờu hao nhiờn liệu AVL 733S.
- Bộ ổn định nhiệt độ nhiờn liệu AVL 753.
- Bộ điều khiển tay ga THA 100.
Cỏc thiết bị phụ trợ khỏc như: DiGas 4000, DiSmoke 4000, Opacimeter 439, Smokemeter 415S dựng cho việc nghiờn cứu độ phỏt thải của động cơ (thành phần khớ thải, độ mờ khúi, độ đen khớ thải, mật độ thành phần dạng hạt).
40
2.3.2.2. Phanh điện APA 100
Hỡnh 2.2. Phanh điện APA 100
Phanh điện APA 100 cú thể hoạt động được ở chế độ phanh điện và động cơ điện. Tỏc dụng tương hỗ giữa lực từ của stato và rotor sẽ tạo ra tải trọng cho động
cơ hoặc kộo động cơ đốt trong quay. Vỏ stato do được đặt trờn hai gối đỡ nờn cũng
cú xu hướng quay theo. Một cảm biến lực (loadcell) giữ vỏ stato ở vị trớ cõn bằng và xỏc định giỏ trị lực tương hỗ này. Thay đổi giỏ trị của lực này bằng cỏch thay đổi
cường độ dũng điện vào băng thử. Tốc độ quay của băng thử được xỏc định bằng
cảm biến tốc độ kiểu đĩa quang. Cụng suất lớn nhất của băng thử ở chế độ động cơ điện là 200kW, ở chế độ phanh điện là 220kW trong dải tốc độ từ 2250 đến 4500 vũng/phỳt, tốc độ cực đại 8000 vũng/phỳt. Băng thử được trang bị cỏc hệ thống điều khiển, xử lý số liệu tự động và hiển thị kết quả, mụ hỡnh hoỏ như PUMA, EMCON 300, Concerto và ISAC 300, giỳp cho quỏ trỡnh điều khiển được dễ dàng và bảo đảm kết quả thử nghiệm chớnh xỏc.
Từ trường tương hỗ giữa rotor và stator tạo ra mụ men cản với rotor và cõn băng với momen 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
41
tăng hoặc giảm mụ men cản trờn trục dẫn động từ động cơ. Khả năng thay đổi mụ
men phanh thớch hợp cho việc điều khiển tự động ở cỏc chế độ thử của động cơ. Cụm phanh cú chức năng làm việc ở chế độ mỏy phỏt (phanh đối với động cơ) và chế độ động cơ (kộo động cơ quay) nờn cú thể dựng để chạy rà nguội và thớ nghiệm động cơ trờn cựng một băng thử. Hỡnh 2.3 giới thiệu đặc tớnh phanh ở chế độ mỏy phỏt, và hỡnh 2.4 chế độ động cơ.
Ngoài ra cụng suất động cơ được hấp thụ và biến đổi thành năng lượng điện trong thiết bị (phanh). Dũng điện này qua bộ biến tần và được đưa ra ngoài.
Phanh APA 100 cũn cú chức năng mụ tả cỏc sức cản lờn động cơ như động cơ
đang lắp trờn ụtụ chạy trờn đường bằng phần mềm ISAC.
42
Hỡnh 2.4. Đặc tớnh phanh chế độ động cơ điện
2.3.2.3. Thiết bị làm mỏt dầu bụi trơn AVL 554
Hỡnh 2.5. Sơ đồ khối thiết bị làm mỏt dầu bụi trơn AVL 554
Theo tiờu chuẩn thử nghiệm về động cơ cũng như về khớ thải đều cú yờu cầu
về nhiệt độ dầu bụi trơn phải nằm trong giới hạn cho phộp. Cụm làm mỏt dầu cú
43
Khi động cơ làm việc một phần nhiệt sẽ truyền cho dầu bụi trơn, sẽ làm núng
dầu bụi trơn, do đú ảnh hưởng đến chất lượng bụi trơn (tớnh năng lý hoỏ của dầu bụi
trơn) nờn cần làm mỏt dầu bụi trơn. Và khi động cơ bắt đầu làm việc ở mụi trường cú nhiệt độ thấp, lỳc này nhiệt độ động cơ thấp (độ nhớt của dầu cao) ảnh hưởng đến chất lượng bụi trơn (tớnh lý hoỏ của dầu bụi trơn) cũng như làm tăng thời gian
hõm núng động cơ (cú thể động cơ khụng thể làm việc được) do vậy cần làm núng
dầu bụi trơn.
Hỡnh 2.6. Sơ đồ nguyờn lý thiết bị làm mỏt dầu bụi trơn AVL 554
1. Đầu nối nhanh; 2. Lọc dầu; 3. Bơm dầu; 4. Bộ trao đổi nhiệt với nước làm mỏt bờn ngoài; 5. Bộ sấy dầu; 6. Van điều chỉnh nhiệt; 7. Van 3 ngả; 8. Cảm biến nhiệt; 9. Cảm biến ỏp suất.
Hỡnh 2.6 giới thiệu sơ đồ nguyờn lý hệ thống làm mỏt dầu bụi trơn, dầu từ cỏc te được bơm 3 hỳt qua đầu nối nhanh 1 và lọc dầu 2. Dầu sau khi qua bơm được đưa tới bộ làm mỏt dầu 4 và bộ sấy 5. Tựy theo nhiệt độ dầu mà van 3 ngả sẽ cho dầu đi qua bộ làm mỏt hay đi qua bộ sấy. Dầu từ van 3 ngả đi qua đầu nối nhanh để
44
trở về cỏc te dầu. Van 6 sử dụng trong trường hợp dầu bụi trơn được lấy đằng sau bơm dầu của động cơ và khụng cú bộ sấy dầu, trong trường hợp này nếu nhiệt độ chưa đạt van 6 sẽ mở ra để dầu khụng qua hệ thống làm mỏt mà trực tiếp đi bụi trơn.
2.3.2.4. Thiết bị làm mỏt nước AVL 553
Theo cỏc tiờu chuẩn thử nghiệm về động cơ cũng như về khớ thải đều cú yờu cầu về nhiệt độ nước làm mỏt. Cụm làm mỏt nước cú chức năng giữ ổn định nhiệt độ nước làm mỏt động cơ.
Hỡnh 2.7. Sơ đồ khối cụm làm mỏt nước làm mỏt AVL 553
Khi động cơ làm việc một phần nhiệt được truyền cho cỏc chi tiết động cơ, do đú gõy ra cỏc ứng suất nhiệt cho cỏc chi tiết nờn cần phải làm mỏt động cơ. Khi động cơ bắt đầu làm việc, nhiệt độ động cơ cũn thấp, do đú rất khú khởi động nờn
làm núng nước vũngngoài để hõm núng động cơ, khi động cơ đó làm việc nhiệt độ
động cơ tăng khi đú cụm AVL 553 hỡnh 2.7sẽ điều chỉnh nhiệt độ nước vũng ngoài
phự hợp để làm mỏt nhiệt độ nước làm mỏt động cơ.
Hỡnh 2.8 giới thiệu sơ đồ nguyờn lý làm việc của thiết bị làm mỏt nước AVL 553. Đường nước ra từ động cơ được nối vào đầu B, nước đi qua bộ trao đổi nhiệt 3 nhiều hay ớt phụ thuộc vào độ mở của van 2, độ mở van 2 được điều khiển từ tủ 7 tựy theo nhệt độ nước quay về động cơ cửa A. Nước vũng ngoài được bơm đẩy qua
45
đầu nối nhanh 5, qua lọc 4 đi vào bộ trao đổi nhiệt với nước vũng trong, sau đú nước đi ra theo đường đầu nối nhanh 6.
Hỡnh 2.8. Sơ đồ nguyờn lý thiết bị làm mỏt nước AVL 553
1. Van xả; 2. Van điều khiển nhiệt độ; 3. Bộ trao đổi nhiệt; 4. Lọc nước vũng
ngoài; 5,6. Đầu nối nhanh; 7. Tủ điều khiển.
2.3.2.5. Thiết bị đo tiờu hao nhiờn liệu AVL Fuel Balance 733S
Hỡnh 2.9. Hệ thống đo tiờu thụ nhiờn liệu AVL 733S
Giải phỏp thụng giú cho bỡnh đo nhằm đảm bảo khụng xuất hiện bọt khớ trong
46
Nguyờn lý đo phõn tớch trọng lượng cho phộp đo trực tiếp khối lượng nhiờn liệu tiờu thụ. Do đú sẽ khụng cú ảnh hưởng của nhiệt độ và tỉ trọng nhiờn liệu tới phộp đo. Sai số của thiết bị là 0,1%.
Giải đo từ 0 đến150 kg/h. Cú thể cho phộp tới 400 kg/h.
Tổng khối lượng của bỡnh đo 1800g. Với khối lượng này cho phộp đo liờn tục ỏp dụng cho cỏc loại xe từ xe mỏy tới ụtụ khi ỏp dụng cỏc tiờu chuẩn thử nghiệm như FTP75, ECE R40... Với thời gian điền đầy ngắn, cho phộp sớm tiến hành phộp đo tiếp theo.
Hỡnh 2.10. Sơ đồ nguyờn lý hoặt động của hệ thống AVL 733S
1. Nhiờn liệu cấp vào thựng đo; 2. Nhiờn liệu tới động cơ; 3. Nhiờn liệu hồi
từ động cơ; 4. Ống thụng hơi; 5. Cỏc ống nối mềm; 6. Thựng đo; 7. Thanh cõn; 8.
Lũ xo lỏ; 9. Cõn bỡ; 10. Cảm biến lưu lượng; 11. Thiết bị giảm chấn; 12. Van điện từ đường nạp.
Fuel Balance 733S dựng cảm biến đo lưu lượng nhiờn liệu tiờu thụ cung cấp cho động cơ bằng cỏch cõn lượng nhiờn liệu trong bỡnh chứa (đo theo kiểu khối lượng).
Fuel Balance 733S dựng cảm biến đo lưu lượng đú xỏc định lượng tiờu thụ nhiờn liệu. Yờu cầu cảm biến phản ứng với tốc độ nhanh và độ nhạy và độ chớnh xỏc cao.
47
Bắt đầu quỏ trỡnh đo nhiờn liệu được cấp đầy vào thựng đo 6 thụng qua đường cấp nhiờn liệu 1. Khi lượng nhiờn liệu đó đầy lỳc này lực tỳ lờn cảm biến lưu lượng là lớn nhất. Van điện từ 12 đúng lại ngăn khụng cho dũng nhiờn liệu vào thựng đo trong khi đường cấp vào động cơ vẫn mở, lượng nhiờn liệu trờn đường hồi của động cơ (khi sử dụng hệ thống phun xăng điện tử) ỏp suất trong bỡnh được giữ ổn định nhờ ống thụng hơi 4. Đồng thời với quỏ trỡnh đú bộ phận đếm thời gian hoạt động. Lượng nhiờn liệu trong bỡnh chứa được đo liờn tục trong từng giõy dựa vào lượng nhiờn liệu cũn trong bỡnh ECU sẽ tớnh ra lượng nhiờn liệu tiờu thụ của động cơ.
2.3.2.5. Bộ ổn định nhiệt độ nhiờn liệu AVL 753
Hỡnh 2.11. Hệ thống ổn định nhiệt độ nhiờn liệu AVL 753
Nhiệt độ nhiờn liệu trong hệ thống khụng giống như nhiệt độ nhiờn liệu trờn đường cung cấp do cú đường nhiờn liệu hồi mang nhiệt từ động cơ. Do đú mật độ
nhiờn liệu thay đổi làm sailệch kết quả đo. AVL 753 (Hỡnh 2.11) cú nhiệm vụ điều
hoà nhiệt độ nhiờn liệu đồng thời đảm bảo lưu lượng nhiờn liệu cung cấp cho động cơ.
AVL 753 dựng nước vũng ngoài làm mỏt lượng nhiờn liệu đó được định sẵn từ cõn nhiờn liệu. Lưu lượng nhiờn liệu được đảm bảo bằng một bơm trờn đường nhiờn liệu cung cấp cho động cơ.
48
Hỡnh 2.12. Sơ đồ nguyờn lý hệ thống làm mỏt nhiờn liệu
1. Lọc nhiờn liệu chớnh, 2. Van chớnh, 3. Bơm nhiờn liệu, 4. Cụng tắc đo dũng
chảy, 5. Cảm biến nhiệt độ nhiờn liệu vào, 6. Bộ trao đổi nhiệt, 7. Cảm biến nhiệt độ
nhiờn liệu cấp, 8. Bộ dũ bọt khớ, 9. Lọc đường thoỏt bọt khớ, 10. Van xả bọt khớ,
11,12. Van xả, 20. Lọc cặn, 21. Cảm biến nhiệt độ nước vào, 22. Bơm nước, 23.
Cụng tắc đo dũng chảy, 24. Bộ sấy, 25. Đầu xả khớ, 26. Lọc nước đầu ra, 27. Van
quỏ dũng, 28. Van nhiệt
A: Đường cấp nhiờn liệu E: Đường cấp nước làm mỏt
B: Đường hồi bọt khớ F: Đường nước ra
C: Đường hồi nhiờn liệu H: Đường xả nhiờn liệu trong hệ thống
49
Hỡnh 2.12 giới thiệu sơ đồ nguyờn lý làm việc của hệ thống ổn định nhiệt độ nhiờn liệu. Nhiờn liệu được cấp vào đường A, đi qua bơm 3, bộ trao đổi nhiệt với
nước làm mỏt rồi cấp ra động cơ qua đường D. Nhiờn liệu hồi từ động cơ đi qua
đường C vào lọc nhiờn liệu 1. Trờn bầu lọc cú đặt 1 hệ thống xả khớ trong trường hợp khụng khớ lọt vào hệ thống nhiờn liệu. Van 11, 12 được mở bằng tay khi muốn thay đổi nhiờn liệu. Khi mở van này toàn bộ nhiờn liệu trong hệ thống sẽ được xả ra qua đường H. Đường nước làm mỏt nhiờn liệu được cấp vào đường E, đi qua lọc cặn 20 vào bơm 22. Từ bơm 22 nước được đẩy qua bộ sấy 24 đi vào bộ trao đổi
nhiệt với nhiờn liệu 6, trờn đường ống giữa bộ sấy và bộ trao đổi nhiệt lắp van xả
khớ 25 trong trường hợp khớ lọt vào hệ thống làm mỏt. Nước từ bộ trao đổi nhiệt được đẩy qua lọc nước 26 van nhiệt 28 đi ra ngoài qua đường F. Trong trường hợp
nhiệt độ nước cũn thấp, van nhiệt 28 mở nhỏ đẩy nước quay lại bơm 22 qua van 27.
2.3.2.7. Bộ điều khiển tay ga THA 100
Hỡnh 2.13. Hệ thống điều khiển tay ga THA-100
Bộ điều khiển tay ga THA 100 cú chức năng thay đổi vị trớ cung cấp nhiờn
liệu: kộo thanh răng đối với động cơ Diesel, đúng mở bướm ga đối với động cơ xăng.
THA 100 là động cơ biến bước, thay đổi chiều dài của đoạn dõy kộo ga để thay đổi vị trớ cung cấp nhiờn liệu tuỳ theo từng chế độ thử và được điều khiển từ mỏy tớnh.
50
Chiều dài dịch chuyển của cơ cấu THA 100 là từ 0 đến 110mm tương đương với điện ỏp điều chỉnh 0 đến 10V và vị trớ ga từ 0 đến 100%. Khi lắp trờn băng thử
ta phải xỏc định cài điểm bắt đầu và điểm kết thỳc của THA 100 để việcđiều chỉnh
vị trớ ga được chớnh xỏc.