THÍ NGHIỆM Ô TÔ, THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

ThÝ nghiÖm « t«

NguyÔn Thµnh C«ng-§H Giao th«ng

CHƯƠNG 6
THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
6.1. Nội dung và các thiết bị thí nghiệm
6.1.1. Nội dung thí nghiệm
Các tiêu chuẩn của một số nước công nghiệp tiên tiến có quy định nhiều loại thí
nghiệm động cơ với những mục đích khác nhau, nhưng nội dung cơ bản thường có:
- Xác định các số liệu về điều chỉnh bằng cách xây dựng thực nghiệm những đặc
tính điều chỉnh theo thành phần hỗn hợp cháy, theo góc cháy sớm (động cơ
xăng) hay góc phun sớm (động cơ diezel)
- Xác định các chỉ tiêu công tác như momen , công suất, xuất tiêu hao nhiên liệu
bằng các xây dựng những đặc tính tốc độ ngoài và đặc tính tải.
- Xác định công chỉ thị của động cơ bằng cách xây dựng đồ thị của động cơ.
- Xác định chất lượng chế tạo động cơ hoặc sau sửa chữa chúng.
- Xác định tính tin cậy và độ bền lâu của các chi tiết và của động cơ.
- Xác định các thông số khác của động cơ.
6.1.2. Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm
Băng thí nghiệm động cơ thường được bố trí đồng bộ trong một gian riêng, có
thông gió cưỡng bức. Các bộ phận thiết bị và dụng cụ của băng thí nghiệm thường
gồm:
- Bộ chân máy dùng để gá lắp động cơ và giữ chặt chúng trong suốt quá trình thí
nghiệm. Bộ chân máy thường có kết cấu vạn năng để có thể lắp được các loại
động cơ khác nhau, đồng thời đảm bảo dập tắt các dao động do động cơ gây ra.
- Thiết bị phanh.
- Thiết bị đo momen xoắn của động cơ.
- Thiết bị hoặc dụng cụ đo lượng tiêu hao nhiên liệu.
- Thiết bị đo lượng tiêu hao không khí.
- Thiết bị đo góc chảy sớm.

- Dụng cụ đo nhiệt độ nứoc làm mát, nhiệt đô khí xả, môi truờng xung quanh…
105


ThÝ nghiÖm « t«

NguyÔn Thµnh C«ng-§H Giao th«ng

- Thiết bị hoặc dụng cụ đo áp suất dầu nhờn, áp suất cuối kỳ nén trong buồng
cháy, độ giảm áp ống nạp,…
- Dụng cụ xác định công chỉ thị của động cơ.
- Các thiết bị hoặc dụng cụ phụ trợ như bơm hút khí xả, đồng hồ bấm giây, tỷ
trọng kế dẫn nước,..
6.2. Thiết bị phanh
6.2.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu
a) Công dụng: dùng để hấp thụ công suất của động cơ thí nghiệm
b) Phân loại:
- Phanh cơ học
- Phanh thuỷ lực
- Phanh điện
c) Yêu cầu:
- Có khả năng hấp thụ công suất hữu ích của động cơ trong một phạm vi quy
định của các chế độ tốc độ và chế độ tải.
- Có khả năng tự điều chỉnh momen phanh.
- Giữ được momen phanh không đổi trong một khoảng thời gian quy định.
- Có khả năng đo đạc có độ chính xác cao.
6.2.2. Phanh cơ học
Hoạt động theo nguyên tắc công ma sát của phanh hấp thụ cơ năng của động cơ
và biến thành nhiệt, phanh cơ học có các loại phanh đĩa, phanh dải, phanh guốc.
Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, nhưng đường đặc tính của chúng không đạt yêu

cầu, kém khả năng tự điều chỉnh vì momen phanh gần như không phụ thuộc số vòng
quay.
6.2.3. Phanh thuỷ lực
Phanh thuỷ lực biến cơ năng của động cơ thành nhiệt năng và động năng của nước.
Cấu tạo: Trục 8 có lắp đĩa 5 nối với trục khuỷu động cơ, vỏ phanh 4 có thể xoay trên
ổ bi 2.
106


ThÝ nghiÖm « t«

NguyÔn Thµnh C«ng-§H Giao th«ng

Hình 6.1 Sơ đồ phanh thuỷ lực
1- Chân máy; 2- Ổ bi ngoài; 3- Ổ bi trong; 4- Vỏ phanh; 5- Đĩa; 6- Các lỗ; 7-Đồng hồ đo
momen; 8- Trục roto

Nguyên lý: Khi quay đĩa, nước tung ra phần ngoài của đĩa, đập vào thành của
vỏ phanh, sau chuyển về tâm đĩa thành chuyển động xoáy. Nước trong vỏ phanh cuốn
thành hình vành khuyên có chuyển động quay. Ma sát sinh ra giữa các phần tử nước
với đĩa và với phanh, đĩa có các lỗ và mặt trong vỏ phanh có các cánh để làm tăng lực
ma sát này, so lực ma sát của nước chuyển động quay, vỏ phanh bị xoay đi. Đại lượng
momen do phanh sinh ra phụ thuộc vào khổi lượng của lớp nước hình vành khuyên
trong vỏ phanh.
6.2.4. Phanh điện
Phanh điện là loại máy có thể làm việc ở chế độ động cơ và máy phát:
- Ở chế độ động cơ có thể chạy rà nguội và khởi động cho động cơ đốt trong.
- Ở chế độ máy phát, có thể cấp điện cho lưới điện.
a, Phanh điện một chiều
Phanh điện một chiều điều chỉnh chế độ tốc độ bằng các thay đổi sòng kích thích

phanh điện tạo ra momen phanh điện từ, cân bằng với momen xoắn của động cơ đốt
trong.
107


ThÝ nghiÖm « t«

NguyÔn Thµnh C«ng-§H Giao th«ng

Hình 6.2 Sơ đồ phanh điện một chiều

Trục khuỷu động cơ thí nghiệm được nối với phanh điện kiểu cân bằng 1. Thiế bị
nguồn và thu hồi điện năng là một tổ hợp gồm có động cơ không đồng bộ 2, bệ kích
thích 3 và máy máy một chiều 4.
- Khi động cơ khởi động, động cơ điện 2 quay máy phát 4 cấp điện cho máy phát
1, máy phát làm việc ở chế độ động cơ và quay động cơ đốt trong. Trường hợp
này có thế điện động máy phát 4 lớn hơn thế điện động máy phát 1 (Emp > Epd).
- Ở chế độ phanh, Epp4 thành động cơ điện làm quay động cơ 2 trở thành máy phát cung cấp điện cho
lưới điện.
b, Phanh điện xoay chiều:
Dùng động cơ không đồng bộ có roto dây cuốn.Việc điều chỉnh tải của phanh điện
được thực hiện nhờ việc điều chỉnh dòng điện.
Cơ cấu điều chỉnh: Dùng biến trở chất lỏng, khi phanh điện làm việc ở chế độ
động cơ, nó dùng để chạy rà nguội.
6.2.5. Cơ cấu đo momen xoắn
Để đo mô men xoắn của động cơ trên băng thí nghiệm, người ta đo lực trên
cánh tay đòn ở vỏ phanh, thông thường các thiết bị phanh có lắp cơ cấu đo kiểu con
lắc. Lực P của vỏ phanh đặt vào tay đòn r, còn trọng vật G treo vào tay đòn b. Do tác
dụng của lực P, con lắc 1 có trọng vật G lệch đi một góc α và giữ nguyên ở vị trí đó.

108


ThÝ nghiÖm « t«

NguyÔn Thµnh C«ng-§H Giao th«ng

Hình 6.3 Sơ đồ đo lực kiểu con lắc
1- trọng vật; 2- thước đo; 3- trục quay

Điều kiện cân bằng theo phương trình:

P.rcosα = G.bsinα

b
P = G tgα = Ctgα [N,kG]
r

Hay:
trong đó: C = G

b
r

Như vậy, lực P trên vỏ phanh tỷ lệ thuận với tang góc nghiêng tay đòn b con lắc
và được chia theo thang đo ở thước 2.
Mô men phanh ở vỏ phanh cân bằng mô men xoắn ở động cơ được tính như
sau:

Me =

P.L
(Nm;kGm)
η

trong đó: L - khoảng cách từ tâm lõi phanh đến tâm chốt cơ cấu cân lực (m).

ηm - hiệu suất hộp giảm tốc giữa động cơ và thiết bị phanh.
Nếu không có hộp số thì ηm = 1 và:
Công suất động cơ: N e =

Me = P.L

M e .n
P.2.n
(kw)
=
716,2.1,36 716,2.1,36

trong đó: n -số vòng quay vỏ phanh (vòng/phút)
109


ThÝ nghiÖm « t«

NguyÔn Thµnh C«ng-§H Giao th«ng

Thay giá trị P trong công thức ta có:
b

L.n
N e = P tgα
r
716,2.1,36

Đặt K = Q

b L
r 716,2

Vậy: N e = K.n

tgα
1,36

Trong thiết kế thiết bị phanh chọn L = 0,716 (m), nếu K = 0,001, công suất
được tính:

hoặc:

Ne =

P.n
(kw)
1,36.10 −3

Ne =

P.n
(ml)

1000

6.2.6. Đường đặc tính của thiết bị phanh
6.3. Thiết bị đo không khí
6.4. Đặc tính tốc độ và đặc tính tải của động cơ
Để đánh giá và phân tích chất lượng, hoạt động của động cơ theo các tính năng
kinh tế và công suất cần phải biết các chỉ tiêu công tác chính như vòng quay momen,
công suất, chi phí nhiên liệu và quan hệ giữa chúng với nhau, là các đặc tính của động
cơ.
6.4.1. Đặc tính tốc độ ngoài của động cơ
Đặc tính tốc độ của động cơ là tương quan giữa công suất (Ne) và momen xoắn
(Me), lượng tiêu hao nhiêu liệu giờ (GT) và suất tiêu hao nhiên liệu (ge) với vòng quay
trục khuỷu (n):

Ne, Me, GT, ge= f(n)

Nhóm đặc tính tốc độ của động cơ bao gồ đặc tính hành trình không tải, đặc
tính tố độ bộ phận, đặc tính tố độ ngoài (khi bướm ga mở hoàn toàn ở động cơ xăng
hoặc khi thanh răng dịch chuyển hết ở động cơ diezel).
110


ThÝ nghiÖm « t«

NguyÔn Thµnh C«ng-§H Giao th«ng

Hình 6.4 Dạng đồ thị đường đặc tính tốc độ ngoài động cơ xăng và điezen

Trình tự xây dựng đặc tính tốc độ ngoài:
- Khởi động và hâm nóng động cơ

- Từ từ tăng ga đến mức toàn tải, đồng thời tăng lực phanh, giữ vòng quay trục
khuỷu ở mức độ ổn định nhỏ nhất (600-800 vòng/phút). Ghi các giá trị lực P
trên đồng hồ phanh, số vòng quay trục khuỷu (n) lượng nhiên liệu ΔG theo cân,
thời gian tiến hành đo T, ..Ta thu được các số liệu điểm đầu tiên của các đường
đặc tính.
- Các điểm tiếp theo được đo bằng cách giảm tải phanh để tăng số vòng quay
trục khuỷu với độ dãn cách 150 – 200 vòng/phút cho đến khi xuất hiện điểm
uốn của đường công suất.
- Sau đó các thí nghiệm tiến hành theo thứ tự ngược lại bằng cách giảm đều số
vòng quay
Các số liệu được ghi gia công theo thứ tự sau:
a) Mô men:

Me = P.L (kGm) hay:

Me= 9,087
111

P.L
(N.m)
i.η


ThÝ nghiÖm « t«

NguyÔn Thµnh C«ng-§H Giao th«ng

Trong đó: P- lực trên đồng hồ phanh (kg, N)
L- Chiều dài đòn (m)
i- Tỷ số truyền hộp số

η- Hiệu suất truyền lực
b) Công suất:

N e = 9,087

π
PLn
x10 −3 λ
η
30

Trong đó: n-Số vòng quay trục khuỷu
c) Công suất tiêu hao năng lượng giờ:
Đo theo thể tích: G T = A

Διγ
[Kg/h]
T

Đo theo trọng lượng: G T = A

ΔG
[KG/h]
T

Trong đó: A- Hệ số=3,6 nếu đo T bằng giây,hệ số =0,006 nếu đo T bằng phút
ΔV- Thể tích bình đo (cm3)
γ- Tỷ trọng nhiên liệu
ΔG- Trọng lượng phần nhiên liệu tiêu thụ (g)
T- Thời gian đo (s)

d) Suất tiêu hao nhiên liệu riêng:

ge =

ge =

GT
x10 −3 (g / ml.h)
Ne

10 −3 G T
(mg / kj)
3,6.1,36N e
112


ThÝ nghiÖm « t«

NguyÔn Thµnh C«ng-§H Giao th«ng

6.4.2. Đặc tính tải của động cơ
Trong quá trình sử dụng động cơ ô tô thường làm việc ở chế độ tải bộ phận.
Các đường cong biểu thị quan hệ giữa suất tiêu hao nhiên liệu giờ GT, suất tiêu hao
năng lượng riêng ge khi số vòng quay không đổi với công suất hữu ích Ne được gọi là
đặc tính tải của động cơ:

GT, ge (n= const)=f(Ne)

Trình tự xây dựng đặc tính tải như sau:
- Động cơ khởi động và làm nóng

- Điều chỉnh phanh sao cho tải ở mức thấp nhất phù hợp với số vòng quay định
trước. Khi trạng thái nhiệt của động cơ ổn định tiến hành ghi các số liệu: lực
phanh, lượng nhiên liệu vào động cơ ΔG, số vòng quay (n), gọc cháy sớm,
nhiệt độ nước, nhiệt độ dầu, chênh áp trong ống nạp, .. đó là số liệu của điểm
đầu tiên.
- Sau đó tăng ga và tăng lực phanh để giữ cho vòng quay không đổi, giữ ít phút
để động cơ ổn định trạng thái nhiệt, tiếp tục ghi các số liệu như trên.
- Tiến hành khoảng 7-8 điểm cho đến khi bướm ga mở hoàn toàn. Điểm đầu trên
ứng với công suất cực tiểu và điểm kết thúc ứng với công suất cực đại.

113


ThÝ nghiÖm « t«

NguyÔn Thµnh C«ng-§H Giao th«ng
Hình 6.5 Đặc tính tải của động cơ xăng và điezen

Thí nghiệm được lặp lại với các chế độ vòng quay khác nhau của trục khuỷu.
6.5. Các đặc tính điều chỉnh
Chất lượng của quá trình cháy phụ thuộc vào hàng loạt các thông số mà giá trị
tối ưu của chúng xác định bằng cách thí nghiệm.
- Trong động cơ xăng: là thành phần hỗn hợp cháy và góc đánh lửa sớm
- Trong động cơ diezel: là vị trí của thanh răng và góc phun sớm
Đường đặc tính xác định các giá trị tối ưu đó gọi là đặc tính điều chỉnh.
6.5.1. Đặc tính điều chỉnh theo thành phần hỗn hợp
Đặc tính điều chỉnh theo thành phần hỗn hợp là đồ thị quan hệ của công suất
hiệu dụng Ne, suất tiêu hao nhiên liệu riêng ge với suất tiêu hao nhiên liệu giờ GT
Ne, ge=f(GT)
Với các điều kiện sau:

- Bướm ga không đổi
- Ne=const
- Góc đánh lửa sớm ở vị trí tối ưu λ
Dạng đồ thị:

114


ThÝ nghiÖm « t«

NguyÔn Thµnh C«ng-§H Giao th«ng

Hình 6.6 Đặc tính điều chỉnh theo thành phần hỗn hợp

Cách xác định:
- Khởi động và hâm nóng động cơ
- Mở bướm ga, chất tải động cơ bằng thiết bị phanh, điều chỉnh khả năng thông
qua của gic lơ chính (bằng kim điều chỉnh) sao cho hỗn hợp nghèo đến mức
động cơ làm việc không ổn định (có hiện tượng ngắt quãng), sau đó điều chỉnh
kim cho hỗn hợp giàu lên một chút để động cơ làm việc ổn định, đồng thời chất
tải phanh để đạt được chế độ vòng quay quy định, khi chế độ nhiệt của động cơ
ổn định tiến hành đo tải phanh, số vòng quay trục khuỷu n, góc đánh lửa sớm
θ, lượng nhiên liệu và không khí tiêu thụ, nhiệt độ, áp suất, dầu nhờn,.. đó là
điểm đầu tiên của đồ thị.
- Sau đó điều chỉnh chế hoà khí cho hỗn hợp giàu thêm, chọn góc cháy sớm hợp
lý và số quay trục khuỷu theo quy định, khi động cơ ổn định tiến hành đo các
thông số của điểm thứ 2 của đường đặc tính.
- Các thí nghiệm tiếp tục cho đến khi đạt giá trị Nemax sẽ tiến hành theo trinh tự
ngược lại.

115


ThÝ nghiÖm « t«

NguyÔn Thµnh C«ng-§H Giao th«ng

Vẽ tam giac vuông cho AB và AC song song với các trục toạ độ với độ dài có
số đơn vị mức tiêu hao nhiên liệu giờ và công suất bằng nhau đúng tỷ lệ xích quy
định. Tiếp điểm giữa đường cong Ne và đường tiếp tuyến song song với cạnh BC cho
giá trị điều chỉnh tối ưu phải tìm. Tỷ lệ xích AB=5(kg/n) AC= 5(ml).
6.5.2. Đặc tính điều chỉnh theo góc đánh lửa
Đặc tính điều chỉnh theo góc đánh lửa sớm là đồ thị quan hệ của công suất hiệu
dùng Ne, mức tiêu hao nhiên liệu GT, ge với góc đánh lửa sớm θ: Ne, GT, ge = f(θ). Với
điều kiện:
- Độ mở bướm ga =const
- N=const
- Chế độ nhiệt ổn định
Mục đích: xác định góc đánh lửa sớm lợi nhất, và kiểm tra hệ điều chỉnh tự
động ly tâm cà chân không của bộ chia điện

Hình 6.7 Đường đặc tính điều chỉnh theo góc đánh lửa

Các xác định:
- Khởi động và hâm nóng động cơ
116


ThÝ nghiÖm « t«

NguyÔn Thµnh C«ng-§H Giao th«ng

- Từ từ mở bướm ga và cố định vị trí theo yêu cầu điều chỉnh thiết bị phanh để
giữ cho vòng quay trục khuỷu không đổi, tăng dần góc đánh lửa sớm cho đến
khi độgn cơ vẫn giữ được ổn định, tiến hành đo các thông số góc đánh lửa, tải
trọng phanh, vòng quay, mức tiêu hao nhiên liệu, nhiệt độ nước,.. đó là các
thông số đầu tiên của đặc tính.
- Các điểm tiếp theo dựa được xác định bằng cách thay đổi góc đánh lửa với độ
giãn cách 5o điều chỉnh phanh để giữ cố định vòng quay khi động cơ ổn định lại
được các thông số giống như điểm đầu.
- Tiếp tục thí nghiệm cho đến khi công suất động cơ bắt đầu giảm (có điểm uốn).
Thông qua đồ thị nhận thấy điểm Nexman cho ta gemin đó là điểm đánh lửa có
lợi nhất θM ứng với số vòng quay trục khuỷu và vị trí bướm ga cố định theo yêu cầu
thí nghiệm.
Đường đặc tính điều chỉnh theo góc phun sớm được tiến hành tương tự.
6.5.3 Đặc tính điều chỉnh theo lượng phun nhiên liệu
Đặc tính điều chỉnh theo lượng phun nhiên liệu là đồ thị tương quan giữa công
suất Ne, suất tiêu hao nhiên liệu ge với mức tiêu hao nhiên liệu giờ GT: Ne,ge= f(GT)
Khi vòng quay trục khuỷu không đổi và góc phu sớm lợi nhất. Mục đích của thí
nghiệm này là xét ảnh hưởng của lượng nhiên liệu phun đến các chỉ tiêu công suất và
kinh tế, đồng thời kiểm tra bộ hạn chế lượng phun cực đại.

117


ThÝ nghiÖm « t«

NguyÔn Thµnh C«ng-§H Giao th«ng

Hình 6.8 Đặc tính điều chỉnh theo lượng phun nhiên liệu

Trình tự thí nghiệm:
- Đặt góc phun sớm theo quy định của nhà chế tạo lắp vào bơm nhiên liệu thiết bị
điều chỉnh góc phun sớm để có thể thay đổi góc này có lợi theo chỉ tiêu tối đa
của tải trọng phanh.
- Sau khi khởi động, động cơ làm việc ổn định ở chế độ phun thấp nhất, tiến
hành đo tải trọng phanh, số vòng quay trục khuỷu, lượng tiêu hao nhiên liệu và
không khí, nhiệt độ nước, dầu nhờn, không khí. Kết quả đo sẽ là điểm thứ nhất
của đặc tính.
- Các điểm tiếp theo đo bằng cách thay đổi vị trí thanh răng để tăng lượng phun,
đồng thời điều chỉnh tải phanh để vòng quay trục khuỷ không đổi. Trong quá
trình thí nghiệm quan sát lượng khói ống xả và xác định mức độ khói.
- Thí nghiệm tiếp tục cho đến khi công suất Ne giảm thì đo theo trình tự ngược
lại với lượng nhiên liệu giảm dần. Kết quả đo được xây dựng đồ thị đặc tính
điều chỉnh theo lượng nhiên liệu phun.
Phân tích đồ thị thấy khoảng điều chỉnh từ điểm A (suất tiêu hao nhiên liệu cực
tiểu) đến điểm B (công suất cực đại). Ở điểm A nếu cấp nhiên liệu tối đa sẽ không
118


ThÝ nghiÖm « t«

NguyÔn Thµnh C«ng-§H Giao th«ng

cháy hết (khói) làm giảm tính kinh tế, tạo muội than, tăng tổn thất ma sát và làm sấu
quá trình công tác của động cơ.

119