Tiểu Luận: Phương pháp thử nghiệm động cơ

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC
--------

Tiểu Luận

MÔN:
PHƯƠNG PHÁP THỬ NGHIỆM ĐỘNG CƠ

Giảng viên hướng dẫn : TS. VÕ TẤN CHÂU
Lớp : DHOT18AVL – NHĨM 1
Nhóm : 1

TP.HCM, ngày ….. tháng ….. năm …..

1

TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP TPCHM CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập-tự do-hạnh phúc
Lớp: DHOT18AVL
NHÓM: 1

BẢNG ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ LÀM VIỆC NHĨM

1.Phân cơng cơng việc

STT Họ và tên MSSV Vai Công việc được phân công Đánh giá

trò

1 Trần Nguyễn 22630841 Nhóm -Tổng hợp và chỉnh sửa nội

Khánh Minh trưởng dung

-Trình bày thiết bị đo tiêu hao

nhiên liệu

-Xử lý số liệu và vẽ biểu đồ

phân tích

2 Nguyễn Đức 22631431 Nhóm -Trình bày bệ thử động cơ

Thuận phó -Trình bày bệ thử động cơ tại

xưởng thực hành

3 Phạm Thái Ân 22631781 Thành -Trình bày phương pháp đo tốc

viên độ động cơ

-Vẽ sơ đồ khối bệ thử Eddy

Current Dynamometer

4 Ngơ Hồi Bảo 22631791 Thành -Trình bày cảm biến đo gió

viên -Vẽ sơ đồ khối bệ thử

Generator Dynamometer

5 Phạm Anh Tỷ 22631471 Thành -Trình bày thiết bị đo khí thải

viên -Thu thập hình ảnh thực tế

2

Các thành viên đồng ý và chịu trách nhiệm với đánh giá trên:
Họ và tên chữ ký Nhóm trưởng
Họ và tên chữ ký Thư ký
Họ và tên chữ ký Thành viên
Họ và tên chữ ký Thành viên

3

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỆ THỬ ĐỘNG CƠ:....................................10
1.1 Định Nghĩa ...............................................................................................10
1.2 Các Loại Bệ Thử: .....................................................................................10
1.2.1 Hydraulic Dynamometer (Động Lực Kế Thủy Lực) .............................11
1.2.2. Prony Brake Dynamometer ...................................................................15
1.2.3 Eddy Current Dynamometer (Máy Đo Lực Dòng Điện Xoáy): ............18
1.2.4 Electric motor/ Generator Dynamometer ..............................................20
1.3 Bệ Thử Dynostar ESB 500 ( Eddy current Dynametter) ...............................25
1.3.1 Cấu Tạo: ..................................................................................................25
1.3.2 Nguyên Lý Hoạt Động............................................................................33
1.4 Bệ Thử Generator Dynometter ......................................................................35

1.4.1 Cấu tạo: ...................................................................................................35
1.4.2 Nguyên Lí Hoạt Động:............................................................................46
1.4.3 Phương pháp vận hành bệ thử: ...............................................................46
1.5 Cấu Tạo Và Nguyên Lý Đo Cảm Biến Lưu Lượng Khí Nạp MAP Và MAF..47
1.4.1 Cảm biến đo lưu lượng khí nạp. .............................................................47
1.4.2 Cảm biến đo áp suất. ...............................................................................48
1.4 Phương Pháp Đo Tốc Độ Động Cơ...............................................................49
1.4.1 Cảm biến tốc độ động cơ (Angle Encoder) ............................................49
1.4.1 Cảm Biến Tốc Độ Động Cơ Dạng Xung ................................................51
1.5 Thiết Bị Đo Suất Tiêu Hao Nhiên Liệu AVL(AVL Fuel Balance 733S).........52
1.5.1 Cấu tạo ....................................................................................................52
1.5.2. Nguyên Lý Đo........................................................................................52
1.6 Xây Dựng Đường Đặc Tính Ngồi Động Cơ ................................................54
1.6.1 Cơng thức tính cơng suất, moment xoắn ................................................54
1.6.2 Công Thức Suất Tiêu Hao Nhiên Liệu ...................................................55
1.6.3. Đồ Thị Đặc Tính ....................................................................................56

4

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LÝ ĐO KHÍ THẢI ........................................................57
2.1 Thành Phần Khí Thải.....................................................................................57
2.2 Các Cách đo thành phần khí thải...................................................................58
2.2.1 Khí CO và CO2 phân tích theo NDIR ( khơng hịa tan trong hồng
ngoại)................................................................................................................58
2.2.2 HC phân tích theo phương pháp (FID) ...................................................60
2.2.3 Chemiluminescence Analyzer (CLA): phương pháp phân tích phát
quang hóa học. .................................................................................................62
2.2.4 Smokemeter: ...........................................................................................64
2.2.5 Constant Volume Sampler (CVS) khối lượng mẫu không đổi:..............66
2.2.6 Particulate Emission Measurement ( đo lường hạt phát thải): ...............67

2.2 Thiết bị đo khí thải .........................................................................................71
2.2.1 Thiết bị đo khí thải cầm tay Heshbon HG-520 GASOLINE..................71
2.2.2 Thiết bị đo khí thải HD-410 SMOKE OPACIMETTER DIESEL.........73

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM ĐO ĐIỂM TẢI VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU .............4
3.1 Sồ đồ bệ thử Generator Dynometter................................................................4
3.2 Điều kiện thử nghiệm:......................................................................................5
3.2.1 Động cơ :...................................................................................................5
3.2.2 Cụm Tạo Tải .............................................................................................5
3.3 Điểm Đo Và Phương Pháp Đo ........................................................................6
3.4 Kết quả thử nghiệm ..........................................................................................7
3.4.1 Dữ liệu thu thập.........................................................................................7
3.4.2 Tính tốn moment động cơ tại các điểm đo: ............................................7
3.4.3 Tính tốn cơng suất động cơ tại các điểm đo ...........................................8
3.4.4 Tính tốn suất tiêu hao nhiên liệu tại các điểm đo .................................10

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN .....................................................................................12
TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................13

5

BẢNG ĐIỂM ĐÁNH GIÁ CHÉO MỨC ĐỘ HỒN THÀNH CƠNG VIỆC

Trần Nguyễn Phạm Ngô Phạm
Nguyễn Đức Thái Ân Hoài Bảo Anh Tỷ
Khánh Thuận
Họ và tên Minh

Trần Nguyễn X
Khánh Minh

100% 100% 100% 100%

Nguyễn Đức 100% X 100% 100% 100%
Thuận

Phạm Thái

Ân 90% 90% X 90% 90%

Ngơ Hồi 90% 90% 90% X 90%

Bảo

Phạm Anh Tỷ 75% 80% 75% 80% X

6

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.2. 1 F63 Standard Hydraulic Dynamometer ................................................11
Hình 1.2. 2 Sơ đồ cấu tạo Hydraulic dynamometer.................................................12
Hình 1.2. 3 Trục Rotor của dyno được kết nối với động cơ ....................................13
Hình 1.2. 4 4 Chuyển động xoắn của phân tử nước ................................................14
Hình 1.2. 5 Moment xoắn được tạo ra .....................................................................14
Hình 1.2. 6 Sơ đồ cấu tạo Prony Dynamometer ......................................................16
Hình 1.2. 7 Băng thử động cơ loại Eddy Current Dynamometer ............................18
Hình 1.2. 8 Cấu tạo Eddy Curent Dynamometer .....................................................19
Hình 1.2. 9 Sơ đồ đo moment xoắn Eddy Curent Dynamometter...........................20
Hình 1.2. 10 DC Dynometter ...................................................................................21
Hình 1.2. 11 Cấu tạo bên trong máy phát ................................................................22

Hình 1.3. 1 Bố trí của bệ thử Dynostar ESB 500.....................................................25
Hình 1.3. 2 Cụm Tạo Tải Dynostar..........................................................................27
Hình 1.3. 3 Cụm Kết Nối .........................................................................................28
Hình 1.3. 4 Cảm biến đo moment xoắn ...................................................................29
Hình 1.3. 5 Cụm Nhiên Liệu....................................................................................30
Hình 1.3. 6 Cụm Điều Khiển ...................................................................................30
Hình 1.3. 7 Bộ điều khiển độ mở bướm ga..............................................................31
Hình 1.3. 8 Cụm xử lí tính hiệu ...............................................................................31
Hình 1.3. 9 Cảm biến nước làm mát ........................................................................32
Hình 1.3. 10 Cảm biến áp suất nhớt.........................................................................33

Hình 1.4. 1 Bảng điều khiển bệ thử .........................................................................36

7

Hình 1.4. 2 Phẩn mêm điều khiển............................................................................37
Hình 1.4. 3 Bộ điều khiển độ mở bướm ga..............................................................37
Hình 1.4. 4 Máy phát điện đồng bộ AC một pha.....................................................38
Hình 1.4. 5 Sơ đồ cấu tạo của máy phát ..................................................................39
Hình 1.4. 6 Quạt làm mát .........................................................................................40
Hình 1.4. 7 Nhiệt điện trở ........................................................................................40
Hình 1.4. 8 Khớp kết nối..........................................................................................41
Hình 1.4. 9 Bộ đo tiêu hao nhiên liệu ......................................................................42
Hình 1.4. 10 Cảm biến đo moment xoắn .................................................................43
Hình 1.4. 11 Cảm biến đo tốc độ .............................................................................44

Hình 2. 1 Phương Pháp Đo NDIR ...........................................................................59
Hình 2. 2 Đo HC bằng phương pháp FID................................................................61
Hình 2. 3 Sơ đồ mạch điện và sơ đồ dịng phát quang của thiết bị .........................63

Hình 2. 4 Sơ đồ của một loại lấy mẫu ánh sáng Smokemeter. ................................64
Hình 2. 5 Hằng số lượng lấy mẫu (CVS), đơn vị sử dụng dòng venturi quan trọng
(CFV-CVS) để đo khối lượng của khí thải. .............................................................66
Hình 2. 6 Hệ Thống Dịng Chảy Một Phần .............................................................69
Hình 2. 7 Hệ Thống Dịng Chảy Tồn Phần Đo Phát Thải Dạng Hạt .....................70
Hình 2. 8 Máy đo khí thải HG-520 ..........................................................................71
Hình 2. 9 Sơ đồ cấu tạo HG-520..............................................................................73
Hình 2. 10 Máy Đo Độ Khối HD-410 .....................................................................74
Hình 2. 11 Sơ Đồ Cấu Tạo HD-410.........................................................................76

8

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1. 1 Kết quả tốc độ dòng khối lượng ( Mass Flow Rate ) đo được ........ Error!
Bookmark not defined.
Bảng 1. 2 Bảng kết quả BSFC sau khi tính tốn..... Error! Bookmark not defined.
Bảng 3. 1 Thông số động cơ thử nghiệm...................................................................5
Bảng 3. 2 Thông số máy phát ....................................................................................5
Bảng 3. 3 Điểm đo tải tiêu thụ ...................................................................................6
Bảng 3. 4 Bảng dữ liệu thu thập ................................................................................7
Bảng 3. 5 Bảng kết quả đo moment xoắn ..................................................................8
Bảng 3. 6 Bảng kết quả công suất động cơ................................................................9
Bảng 3. 7 Bảng kết quả lưu lượng xăng mf .............................................................10
Bảng 3. 8 Bảng kết quả đo suất tiêu hao nhiên liệu.................................................11

9

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ BỆ THỬ ĐỘNG CƠ:

1.1 Định Nghĩa

- Bệ thử động cơ (dynamometer) hay gọi tắt là "dyno" áp dụng lực cản đối với

chuyển động quay của động cơ và đo đồng thời mơ-men xoắn và tốc độ quay
(vịng/phút) của động cơ để có thể tính được cơng suất tức thời và thường được
hiển thị bởi chính dynamometer với đơn vị đo kW hoặc Hp. Chúng có thể bao
gồm các tính năng như giám sát nhiên liệu và khí thải cũng như cảm biến nhiệt độ
và độ rung động cơ.

- Ngồi việc được sử dụng để xác định mơ-men xoắn hoặc đặc tính cơng suất
của động cơ đang được thử nghiệm, dynamometer được sử dụng trong một số vai
trị khác. Trong các chu trình kiểm tra khí thải tiêu chuẩn, dynamometer được sử
dụng để cung cấp tải đường mô phỏng cho động cơ hoặc hệ thống truyền động
hồn tồn, và có thể được sử dụng như một phần của thử nghiệm cho nhiều hoạt
động phát triển động cơ, chẳng hạn như hiệu chỉnh bộ điều khiển động cơ ecu,
điều tra chi tiết về sự đốt cháy và ma sát của động cơ.
1.2 Các Loại Bệ Thử:
- Một bệ thử có thể đo mơ-men xoắn và công suất do bộ truyền lực của ô tô
cung cấp trực tiếp từ bánh dẫn động hoặc các bánh xe mà không cần tháo động cơ
ra khỏi khung của xe), được gọi là động lực kế khung gầm (chassis dyno). Máy đo
lực khung gầm , đôi khi được gọi là đường lăn, đo công suất được truyền tới bề
mặt của "con lăn dẫn động" bằng các bánh dẫn động . Xe thường được buộc chặt
vào một hoặc nhiều con lăn, sau đó bánh xe sẽ quay và đo đầu ra.

- Máy đo lực kế động cơ (engine dyno) đo công suất và mô-men xoắn trực tiếp
từ trục khuỷu (hoặc bánh đà ) của động cơ khi động cơ đã được tháo ra khỏi xe.

10

Những dyno này khơng tính đến tổn thất năng lượng trong hệ thống truyền động,
chẳng hạn như hộp số, và bộ vi sai.

- Bệ thử còn được phân thành 4 loại theo bộ phận tạo tải mà chúng sử dụng:
+ Hydraulic Dynamometer (Động Lực Kế Thủy Lực)
+ Prony Brake Dynamometer
+ Eddy Current Dymamometer (Động Lực Kế Dịng Điện Xốy):
+ Generator Dynamometer

1.2.1 Hydraulic Dynamometer (Động Lực Kế Thủy Lực)
Hydraulic Dynamometer được sử dụng để đo lực, mô-men xoắn và công

suất được tạo ra bởi các loại động cơ và cơng suất động cơ có thể được tính toán
bằng cách đo tốc độ quay. Nếu một lực kế đo sử dụng chất lỏng (chẳng hạn như
dầu hoặc nước) như một phương tiện truyền năng lượng thì khi đó lực kế được coi
là thủy lực. Hyraulic dynamometer được sử dụng trong các bệ thử động cơ thường
sử dụng loại chất lỏng là nước.

11

Hình 1.2. 1 F63 Standard Hydraulic Dynamometer

a) Cấu Tạo:
Hydraulic dynamometer có cấu tạo bao gồm một rotor là phần quay (dạng
tuabin hoặc cánh quạt) được gắn trong một vỏ (stator) chứa đầy nước. Trên stator
được lắp 2 đầu ống để cấp và thoát nước vào bên trong stator, một thiết đo tốc độ
quay của trục (RPM) cũng được gắn trên stator.
Các hệ thống yêu cầu đo mô-men xoắn của hệ thống được thử nghiệm
thường sử dụng máy đo biến dạng được lắp trên cánh tay đòn và được gắn vào vỏ
stator vng góc với trục đầu vào, đầu còn lại của trục được kết nối với động cơ
thử nghiệm. Vỏ stato được lắp trên ổ lăn và rôto được lắp trên ổ lăn bên trong stato
để nó có thể quay độc lập với rơto và khung.

12

Hình 1.2. 2 Sơ đồ cấu tạo Hydraulic dynamometer

b) Nguyên Lý Hoạt Động:
Khi động cơ cần thử nghiệm hoạt động, cánh tuabin được dẫn động quay
thông qua trục rotor.

13

Hình 1.2. 3 Trục Rotor của dyno được kết nối với động cơ

Một nguồn nước lạnh với áp suất được điều chỉnh thông qua van điều khiển
theo đường ống đầu vào được cấp vào các cánh tuabin. Khi tuabin hoặc cánh quạt
quay, năng lượng cơ học được truyền vào nước do nhiễu loạn và ma sát. Cú sốc
gây ra bởi gia tốc của nước khi nó truyền từ các khoang trong stato đến các khoang
trong rơto quay địi hỏi năng lượng. Năng lượng đó làm nóng nước do ma sát khi
nước di chuyển qua hydraulic dynamometer. Hầu như tồn bộ cơng suất của hệ
thống quay rôto đều được chuyển thành sự thay đổi nhiệt độ của nước.

14

Hình 1.2. 4 4 Chuyển động xoắn của phân tử nước

Các phân tử nước tác động hướng tâm lên thành của stator (cố định) tạo ra một lực
xoắn

Hình 1.2. 5 Moment xoắn được tạo ra
15

Lúc này tốc độ quay của động cơ bị giảm vì phải kéo theo khối lượng nước,
chính lực cản này tác động lại stator một lực và được xác định thông qua máy đo
biến dạng kết nối cánh tay đòn với cụm khung và giữ cho vỏ không bị quay khi vỏ
cố gắng quay cùng hướng với tuabin. (Định luật thứ ba của Newton). Lượng
momen xoắn có thể được hấp thụ được xác định bằng công thức:

T=kN2D5

Trong đó T = momen xoắn,
N = tốc độ quay (vòng/phút),
D = đường kính của rotor
k = hằng số phụ thuộc vào kích

thước, hình dạng và góc của khoang rotor
và stator.
Lực cản này có thể thay đổi bằng cách thay đổi lượng nước trong stator bất
cứ lúc nào. Điều này được thực hiện thông qua van nước điều khiển bằng tay hoặc
điện tử. Mực nước trong hydraulic dynamometer càng cao thì tải càng lớn.

1.2.2. Prony Brake Dynamometer

Prony Brake là một thiết bị đơn giản được Gaspard de Prony phát minh vào
năm 1821 để đo mô-men xoắn do động cơ tạo ra. Thuật ngữ " mã lực phanh " là
một phép đo công suất bắt nguồn từ phương pháp đo mô-men xoắn này.

a) Cấu Tạo:

Prony dynamometer là dạng lực kế kiểu hấp thụ đơn giản nhất. Loại lực kế
này gồm hai khối (thường làm bằng gỗ) được đặt xung quanh pulley và các khối

này được kẹp bằng hai đai ốc và bu lông. Một lò xo xoắn được đặt giữa đai ốc và

16

khối phía trên để điều chỉnh áp suất lên pulley nhằm điều khiển tốc độ. Một đòn
bẩy dài được gắn vào khối phía trên và nó mang một vật nặng “W” ở đầu ngoài.
Hai điểm dừng được đặt ở đầu mang vật nặng dùng để hạn chế chuyển động của
cần. Một đối trọng được đặt ở phía đối diện của cần để cân bằng.

Hình 1.2. 6 Sơ đồ cấu tạo Prony Dynamometer

b) Nguyên Lý Hoạt Động:
Áp lực được tạo ra tại 2 khối bằng cách nới lỏng hoặc siết chặt 2 đai ốc
xuống lị xo phía trên địn bẩy và trọng lượng đặt lên đòn bẩy “W”. Khi động cơ
hoạt động làm quay pulley đòn bẩy được đặt với tải giả sử 'W' và các đai ốc được
siết chặt cho đến khi trục chạy với tốc độ khơng đổi và địn bẩy ở vị trí nằm ngang.

17

Điều kiện trọng lượng 'W' này phải tạo ra sự cân bằng giữa các khối và ròng rọc.
Ta sử dụng một cảm biến tốc độ để đo tốc độ của trục quay.

Brake Power: 𝑩𝑷 = 𝟐𝝅.𝑵.𝑻 ( 𝑾)

𝟔𝟎

Chúng ta biết rằng mômen của lực cản ma sát hoặc mô men quay trên trục:
Torque:T = W.L = F.R (Nm)

Trong đó:

W = Trọng lượng ở đầu ngồi của địn bẩy tính bằng newton.
l = Khoảng cách ngang của vật nặng W tính từ tâm rịng rọc tính bằng mét.
F = Lực ma sát giữa các khối và rịng rọc, tính bằng newton,
R = Bán kính rịng rọc tính bằng mét,
N = Tốc độ của trục tính bằng vịng/giây

18

1.2.3 Eddy Current Dynamometer (Máy Đo Lực Dịng Điện Xốy):

Hình 1.2. 7 Băng thử động cơ loại Eddy Current Dynamometer

Trong thử nghiệm động cơ Eddy Current Dynamometer được dùng để tạo tải
cho động cơ, mô phỏng nhiều điều kiện làm việc khác nhau cho động cơ từ đó có
thể thu thập được các số liệu cần thiết ở các chế độ hoạt động khác nhau của động
cơ.

a) Cấu Tạo
Eddy current dynamometer bao gồm đĩa kim loại dẫn điện khơng từ tính
(rotor) được gắn lên trục có cơng suất cần đo (động cơ). Nó được quay giữa các
cuộn dây (coil), khi được cấp điện những cuộn dây này sẽ trở thành nam châm
điện. Khe hở giữa chúng rất nhỏ và nước được cung cấp vào trong các rãnh được

19

gắn trong vỏ dyno và liền kề với rôto quay (loss plate) để tản nhiệt sinh ra trong
quá trình hoạt động.

Hình 1.2. 8 Cấu tạo Eddy Curent Dynamometer

b) Nguyên Lý Hoạt Động:
Đầu tiên ta kết nối rôto với động cơ thông qua khớp kết nối, và để thiết bị
hoạt động thì một nguồn điện một chiều sẽ được cấp vào stator thơng qua dây dẫn
như hình . Khi động cơ hoạt động làm quay rôto, lúc này rôto chuyển động trong từ
trường do cuộn dây stator tạo ra và liên tục làm thay đổi mật độ từ thông tại tất cả
các điểm của stator dẫn đến hình thành dịng điện xốy ngược chiều quay gây cản
trở chuyển động của rơto. Chính sự cản trở này tác động ngược lại lên stator làm
stator dao động quay và thơng qua cánh tay địn tạo thành lực kéo lên lực kế.

20