Thử nghiệm động cơ 1NZ FE

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ
MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THỬ NGHIỆM ĐỘNG CƠ TOYOTA 1NZ-FE

SVTH :

NGUYỄN GIA THUẬN

MSSV:
SVTH :
MSSV:
GVHD:

16145536
TRẦN BÌNH THUẬN
16145537
ThS. NGUYỄN TẤN NGỌC

Tp. Hồ Chí Minh, tháng …

năm …


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ
MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chun ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật ô tô

Tên đề tài

THỬ NGHIỆM ĐỘNG CƠ TOYOTA 1NZ-FE

SVTH :

NGUYỄN GIA THUẬN

MSSV:
SVTH :
MSSV:
GVHD:

16145536
TRẦN BÌNH THUẬN
16145537
ThS. NGUYỄN TẤN NGỌC

Tp. Hồ Chí Minh, tháng …

năm …


TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT

NAM
TP. HỒ CHÍ MINH
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
TP. Hồ Chí Minh, ngày ….. tháng ..…
năm ……

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:

1. NGUYỄN GIA THUẬN

MSSV: 16145536

2. TRẦN BÌNH THUẬN

MSSV: 16145537

Chuyên ngành: Công nghệ kĩ thuật ô tô

Mã ngành đào tạo: CKD

Hệ đào tạo: ................................................................ Mã hệ đào tạo: ...........................
Lớp: 161452A

Khóa: K16
1. Tên đề tài
Thử nghiệm động cơ 1NZ-FE
2. Nhiệm vụ đề tài

..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
3. Sản phẩm của đề tài
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
Ngày giao nhiệm vụ đề tài:
5
. Ngày hồn thành nhiệm vụ:

TRƯỞNG BỘ MƠN

15/10/2020
28/01/2021

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
Tên đề tài: Thử nghiệm động cơ 1NZ-FE
Họ và tên Sinh viên: NGUYỄN GIA TḤN
TRẦN BÌNH TḤN

MSSV: 16145536

MSSV: 16145537

Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật ơ tơ
I. NHẬN XÉT
1. Về hình thức trình bày & tính hợp lý của cấu trúc đề tài:

...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
2. Về nội dung (đánh giá chất lượng đề tài, ưu/khuyết điểm và giá trị thực tiễn)

...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................

II. NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐIỀU CHỈNH, BỔ SUNG
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
III. ĐỀ NGHỊ VÀ ĐÁNH GIÁ


1. Đề nghị (cho phép bảo vệ hay không): .......................................................

2. Điểm đánh giá (theo thang điểm 10):…....................................................

Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng
năm 20…

Giảng viên hướng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
Tên đề tài: Thử nghiệm động cơ 1NZ-FE
Họ và tên Sinh viên: NGUYỄN GIA TḤN
TRẦN BÌNH TḤN

MSSV: 16145536
MSSV: 16145537

Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật ơ tơ
I. NHẬN XÉT
1. Về hình thức trình bày & tính hợp lý của cấu trúc đề tài:
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
2. Về nội dung (đánh giá chất lượng đề tài, ưu/khuyết điểm và giá trị thực tiễn)
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
II. NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐIỀU CHỈNH, BỔ SUNG
...........................................................................................................................
...........................................................................................................................

...........................................................................................................................
...........................................................................................................................
III. ĐỀ NGHỊ VÀ ĐÁNH GIÁ
1. Đề nghị (Cho phép bảo vệ hay không): .
..............................................................
2. Điểm đánh giá (theo thang điểm 10): ....
..............................................................
Tp. Hồ Chí Minh, ngày
tháng
năm 20…
Giảng viên phản biện
(Ký & ghi rõ họ tên)


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

XÁC NHẬN HỒN THÀNH ĐỒ ÁN
Tên đề tài: Thử nghiệm động cơ 1NZ-FE
Họ và tên Sinh viên: NGUYỄN GIA TḤN
TRẦN BÌNH TḤN

MSSV: 16145536
MSSV: 16145537

Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật ô tô
Sau khi tiếp thu và điều chỉnh theo góp ý của Giảng viên hướng dẫn, Giảng viên
phản biện và các thành viên trong Hội đồng bảo về. Đồ án tốt nghiệp đã được hoàn chỉnh
đúng theo yêu cầu về nội dung và hình thức.

Chủ tịch Hội đồng:

Giảng viên hướng dẫn:

Giảng viên phản biện:

Tp. Hồ Chí Minh, ngày

tháng

năm 20…


LỜI CẢM ƠN
Đồ án tốt nghiệp là một học phần quan trọng cuối cùng để đánh giá sinh viên có đủ
điều kiện tốt nghiệp hay không. Để thực hiện đồ án sinh viên phải vận dụng những kiến
thức đã học trong suốt những năm đại học và thơng qua đó cũng là cơ hội để sinh viên củng
cố và nâng cao khả năng bản thân trong việc áp dụng kiến thức vào thực tiễn xã hội.
Do tính quan trọng cũng như phức tạp của đồ án tốt nghiệp, trong quá trình thực
hiện, chúng em đã được sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Tấn Ngọc để hồn thành
tốt đồ án này. Những lời nhận xét góp ý và hướng dẫn của thầy đã giúp chúng em có định
hướng đúng đắn trong quá trình thực hiện để tài, nhận ra ưu khuyết điểm của đề tài và từng
bước khắc phục để có được kết quả tốt nhất.
Chúng em cũng xin cảm ơn đến các thầy cô trong Nhà trường, khoa Cơ khí Động
lực đã tận tình, dạy bảo, truyền đạt những kiến thức chuyên ngành, những công nghệ mới
cũng như cách làm việc nhóm để hồn thành tốt đồ án môn học này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn.


Mục lục

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................. 4
DANH MỤC CÁC HÌNH ................................................................................................. 5
DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................................. 9
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI .......................................................................... 10
1.1. Lý do chọn đề tài................................................................................................... 10
1.2. Tình hình nghiên cứu đề tài................................................................................. 10
1.2.1. Trong nước. .................................................................................................... 10
1.2.2. Ngồi nước. .................................................................................................... 13
1.3. Mục đích đề tài...................................................................................................... 17
1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. ...................................................................... 17
1.5. Phương pháp nghiên cứu. .................................................................................... 17
1.6. Ý nghĩa khoa học và tính cấp thiết của đề tài. ................................................... 17
1.7. Giới hạn đề tài....................................................................................................... 17
1.8. Kết quả dự kiến đạt được. ................................................................................... 17
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................... 18
2.1. Mô-men xoắn, công suất và suất tiêu hao nhiên liệu. ........................................ 18
2.1.1. Mô-men xoắn. ................................................................................................ 18
2.1.2. Công suất. ....................................................................................................... 18
2.1.3. Mối quan hệ giữa momen xoắn và công suất động cơ................................ 20
2.1.4. Suất tiêu hao nhiên liệu. ................................................................................ 23
2.2. Áp suất nén............................................................................................................ 23
2.3. Chỉ số octan. .......................................................................................................... 24
Chương 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT THỬ NGHIỆM ĐỘNG CƠ ................................... 26
3.1. Lý thuyết thử nghiệm động cơ. ........................................................................... 26
3.2. Cơ sở phòng thử nghiệm. ..................................................................................... 28
3.2.1. Tổng quan phòng thử nghiệm. ..................................................................... 28
1


3.2.2. Các hệ thống trong phòng thử nghiệm. ....................................................... 29

3.3. Thiết bị đo công suất động cơ. ............................................................................. 34
3.3.1. Băng thử thủy lực. ......................................................................................... 34
3.3.2. Băng thử sử dụng động cơ điện. ................................................................... 35
3.4. Ngun lí đo cơng suất. ........................................................................................ 41
3.5. Đặc tính động cơ. .................................................................................................. 41
3.5.1. Đường đặc tính tốc độ. .................................................................................. 41
3.5.2 Phân thích các đường đặc tính tốc độ. .......................................................... 44
Chương 4. THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ ................................................................ 47
4.1. Giới thiệu động cơ 1NZ-FE. ................................................................................ 47
4.1.1. Cảm biến trên động cơ. ................................................................................. 48
4.1.2. Hệ thống đánh lửa. ........................................................................................ 53
4.2. Hệ thống các thiết bị EMCON 400 và AVL. ...................................................... 57
4.2.1. EMCON 400. .................................................................................................. 57
4.2.2. Các thiết bị AVL. ........................................................................................... 61
4.3. Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu. ............................................................................ 64
4.3.1. Giới thiệu các thiết bị. ................................................................................... 64
4.3.2. Cách lắp đặt và cài đặt thiết bị đo................................................................ 66
4.4. Thiết bị đo áp suất. ............................................................................................... 78
4.4.1. Nguyên lí hoạt động. ...................................................................................... 78
4.4.2. Tạo một File đo mới và chọn thông số. ........................................................ 79
4.5. Quy trình thử nghiệm động cơ. ........................................................................... 91
4.4.1. Kiểm tra trước khi thử nghiệm. ................................................................... 91
4.4.2. Quy trình đo. .................................................................................................. 92
4.2.2. Một số thao tác khi điều khiển bệ thử bằng EMCON 400......................... 99
4.6. Một số lỗi thường gặp và cách khắc phục. ....................................................... 102
4.7. Kết quả đo. .......................................................................................................... 108
2


4.7.1. Kết quả đo. ................................................................................................... 108

4.7.2. So sánh kết quả đo. ...................................................................................... 110
Chương 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................... 114
5.1. Kết luận ............................................................................................................... 114
5.2. Kiến nghị ............................................................................................................. 114
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................. 115

3


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
AC: (Alternator curent) Dòng điện xoay chiều.
BDC: (Bottom dead center) Điểm chết dưới.
ECU: (Electronic Control Unit) Bộ điều khiển trung tâm.
ECM: (Engine Control Module) Bộ điều khiển thân động cơ.
DC: (Direct current) Dòng điện một chiều.
DIS: (Distributorless Ignition Systems) Hệ thống đánh lửa trực tiếp.
IAT: (Intake Air Temperature) Cảm biến nhiệt độ khí nạp.
MAF: (Mass Air Flow) Cảm biến lưu lượng khí nạp.
RM: (Magnetoresistive Resistive) Cảm biến từ trở.
TDC: (Top Dead Center) Điểm chết trên.

4


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Sơ đồ bố trí phịng thử nghiệm .........................................................11
Hình 1.2. Đồ thị cơng suất, moment xoắn ở chế độ 75% bướm ga của hệ thống
đánh lửa nguyên thủy và Hybrid khi sử dụng nhiên liệu xăng E5-RON 92 ...........12
Hình 1.3. Sơ đồ hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu LPG cho động cơ .13
Hình 1.4. Bố trí hồn chỉnh băng thử ...............................................................14

Hình 1.5. Các phương pháp đo mơ-men xoắn ..................................................15
Hình 1.6. Phân loại cảm biến đo mơ-men xoắn ................................................15
Hình 1.7. Cấu tạo cơ bản của EDC ...................................................................16
Hình 2.1. Ví dụ mơ-men xoắn ............................................................................18
Hình 2.2. Ví dụ cơng suất ...................................................................................19
Hình 2.3. Sơ đồ ngun lý hoạt động của lực kế .............................................22
Hình 2.4. Đồ thị P-V phân tích các đường cong đặt trưng trạng thái của q
trình nén ..........................................................................................................................24
Hình 2.5. Hiện tượng kích nổ .............................................................................25
Hình 2.6. Piston bị hư hỏng do kích nổ xảy ra .................................................26
Hình 3.1. Sơ đồ tổng quan phịng thử nghiệm..................................................28
Hình 3.2. Sơ đồ bố trí phịng thử nghiệm .........................................................29
Hình 3.3. Hệ thống thơng gió trong phịng thử ................................................30
Hình 3.4. Sơ đồ hệ thống nước làm mát hở ......................................................31
Hình 3.5. Hệ thống nước làm mát tuần hồn kín.............................................32
Hình 3.6. Sơ đồ hiển thị các yếu tố của một hệ thống bồn chứa nhiên liệu
trung tâm ........................................................................................................................33
Hình 3.8. Cấu tạo ngun lí băng thử thủy lực ................................................34
Hình 3.9. Thiết bị đo thủy lực ............................................................................35
Hình 3.10. Cấu tạo băng thử sử dụng động cơ DC .........................................36
Hình 3.11. Băng thử dùng động cơ DC .............................................................37
Hình 3.12. Băng thử sử dụng động cơ AC .......................................................38
Hình 3.13. Cấu tạo băng thử dùng dịng Foucault ......................................... 39
Hình 3.14. Băng thử dùng dịng Foucault .........................................................40
Hình 3.15. Các đường đặc tính động cơ khi bướm ga mở hoàn toàn ............42
5


Hình 3.16. Đồ thị các đường đặc tính hiệu suất động cơ .................................44
Hình 3.17. Đặc tính tải của động cơ xăng .........................................................45

Hình 4.1. Sơ đồ mạch điện cảm biến dây nhiệt (MAF) .................................. 48
Hình 4.2. Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ khí nạp ....................................49
Hình 4.3. Sơ đồ mạch điện cảm beién nhiệt độ nước làm mát........................49
Hình 4.4 Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bướm ga ........................................50
Hình 4.5. Sơ đồ mạch cảm biến kích nổ ............................................................50
Hình 4.6. Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí trục cam- trục khuỷu ..................51
Hình 4.7. Cấu tạo cảm biến ơ xy ........................................................................52
Hình 4.8. Sơ đồ mạch điện cảm biến oxy ..........................................................52
Hình 4.9a. Sơ đồ mạch điện hệ thống đánh lửa ...............................................54
Hình 4.9b. Mạch đánh lửa

............................................................................55

Hình 4.10. Tín hiệu IGT và thời điểm đánh lửa sớm ......................................56
Hình 4.11. Quan hệ tín hiệu IGF và hàm tín hiệu IGT, dịng sơ cấp .............57
Hình 4.12. Thiết bị EMCON 400 .......................................................................57
Hình 4.13. Tủ điều khiển EMCON 400 .............................................................61
Hình 4.14. Tủ điều khiển bướm ga ....................................................................62
Hình 4.15. động cơ bước điều khiển bướm ga ..................................................62
Hình 4.16. Tủ cơng tắc hệ thống điện của phịng thử ......................................63
Hình 4.17. Bố trí lắp đặt băng thử động cơ ......................................................63
Hình 4.18. Bố trí phịng điều khiển ...................................................................64
Hình 4.19. Cấu tạo của cảm biến đo tiêu hao nhiên liệu .................................64
Hình 4.20. Cảm biến lượng nhiên liệu LSF45L................................................65
Hình 4.21. Mơ hình cách lắp đặt cảm biến cấp ................................................67
Hình 4.22. Mơ hình lắp cảm biến cấp và cảm biến hồi ....................................67
Hình 4.23. Hệ thống nhiên liệu khơng đường hồi ............................................67
Hình 4.24. Mơ hình lắp đặt cảm biến cho hệ thống nhiên liệu không đường
hồi ................................................................................................................................... 68
Hình 4.25. Các hướng đặt cảm biến ..................................................................68

Hình 4.26. Tác động của lưu lượng đến cảm biến............................................69
Hình 4.27. Tác động của nhiệt độ đến cảm biến ..............................................69
6


Hình 4.28. Tác động của hơi nước đến cảm biến .............................................70
Hình 4.29. Tháo nắp cảm biến ...........................................................................71
Hình 4.30. Cảm biến sau khi tháo .....................................................................71
Hình 4.31. Các dấu trên rơto..............................................................................72
Hình 4.32. Đồng hồ hiển thị................................................................................74
Hình 4.33. Các phím chức năng của đồng hồ hiện thị .....................................74
Hình 4.34. Cảm biến áp suất động cơ xăng ......................................................78
Hình 4.35. Chọn Parameter file .........................................................................79
Hình 4.36. Giao diện sau khi chọn Parameter file ...........................................79
Hình 4.37. Hộp thoại Engine Geometry ............................................................80
Hình 4.38. Hộp thoại Firing Order....................................................................80
Hình 4.39. Hộp thoại CDM/TDC ......................................................................81
Hình 4.40. Hộp thoại SYNC-Check ..................................................................82
Hình 4.41. Giao diện cửa sổ Singal ....................................................................82
Hình 4.42. Hộp thoại Signal Type .....................................................................83
Hình 4.43. Hộp thoại General ............................................................................83
Hình 4.44. Hộp thoại Calibration Factors .......................................................84
Hình 4.45. Hộp thoại Measurement Table ......................................................84
Hình 4.46. Giao diện cửa sổ Signal sau khi cài đặc xong ...............................85
Hình 4.47. Hộp thoại TDC Determination .......................................................85
Hình 4.48. Hộp thoại Save Measurement Data ................................................88
Hình 4.49. Lấy dữ liệu ở một cửa sổ .................................................................89
Hình 4.50. Đồ thị P-φ ở tốc độ 4000 rpm .........................................................90
Hình 4.51. Đồ thị P-V ở tốc độ 4000 rpm .........................................................90
Hình 4.52. Đồ thị P-V-φ .....................................................................................91

Hình 4.53. Lọc nước làm mát của băng thử ..............................................

92

Hình 4.54. Bộ điều khiển độ mở bướm ga .......................................................92
Hình 4.55. Hình lỗ giắt kết nối giửa bộ điều khiển và tủ điều khiển ..............93
Hình 4.56. Bộ điều khiển hiển thị .....................................................................93
Hình 4.57. Ta nhấn chọn end position menu/man ở trên ................................94
Hình 4.58. Hiển thị điều chỉnh vị trí bướm ga ở 0% và 100% .......................94
7


Hình 4.59. Nhấn giữ nút trên cùng bên trái để giảm độ mở bướm ga đến 0%
Hình 4.60. Vị trí độ mở bướm ga .......................................................................95
Hình 4.61. Tăng vị trí mở bướm ga ...................................................................96
Hình 4.65. Tủ điều khiểm bơm nước làm mát cho băng thử .........................97
Hình 4.66. Đèn led MANUAL sáng khi nhấn vào nó ......................................97
Hình 4.67. LED sáng lên khi nhấn vào Ignition ...............................................98
Hình 4.68. LED Idle sáng ..................................................................................98
Hình 4.69. LED sáng khi ta chọn chế độ Speed/alpha ....................................99
Hình 4.70. Màn hình hiển thị khi ta chọn chế độ speed/alpha ..................... 99
Hình 4.71. Lỗi I/O FFS error: Restart requested before : Restart system .103
Hình 4.72. Lỗi Task DBA not booted và Task not booted ..........................104
Hình 4.73. Lỗi I/O FFS error: 42 ....................................................................104
Hình 4.74. Lỗi Thorttlel Actuator THA 100 error ........................................104
Hình 4.75. Lỗi Shaft guard open .....................................................................105
Hình 4.76. Phần bảo vệ chốt kết nỗi giữa động cơ và băng thử ................. 105
Hình 4.77: Lỗi Emergency stop .......................................................................106
Hình 4.78. Giắc cắm số 1 .................................................................................106
Hình 4.79. Giắc cắm ở vị trí X21 ....................................................................107

Hình 4.80. Nút Emergency stop ......................................................................107
Hình 4.81. Đồ thị cơng suất mơ-men chế độ 20% bướm ga .........................108
Hình 4.82. Đồ thị lượng tiêu hao nhiên liệu và suất tiêu hao nhiên liệu chế độ
20% bướm ga. ............................................................................................................. 108
Hình 4.83. Đồ thị cơng suất mơ-men xoắn ở chế độ 50% vị trí bướm ga

109

Hình 4.84. Đồ thị lượng tiêu hao nhiên liệu và suất tiêu hao nhiên liệu chế độ
50%............................................................................................................................. 109
Hình 4.85. Đồ thị so sánh công suất mô-men chế độ 20% bướm ga ............110
Hình 4.86. Đồ thị so sánh lượng tiêu hao và suất tiêu hao nhiên liệu giữa hai
thiết bị đo chế độ 20% bướm ga .................................................................................111
Hình 4.87. Đồ thị so sánh công suất, mô-men chế độ 50% bướm ga ...........112
Hình 4.88. Đồ thị so sánh lượng tiêu hao và suất tiêu hao nhiên liệu ở chế dộ
50% bướm ga ..............................................................................................................113
8


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 4.1. Thông số kỹ thuật động cơ 1NZ-FE. ............................................... 47
Bảng 4.2. Mã số của cảm biến ............................................................................ 65
Bảng 4.3. Lưu lương của các loại cảm biến ( đơn vị L/h). ............................... 66

Bảng 4.4. Giới hạn các giá trị hiển thị trên thiết bị đo FC – 9531 ......... 73
Bảng 4.5. Bảng danh sách các lỗi thường gặp. ....................................... 102-103

9

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1. Lý do chọn đề tài.
Trong những năm gần đây, sự quan tâm đến việc đánh giá hiệu suất của động
cơ đốt trong ngày càng phát triển trong lĩnh vực về ô tô. Nhu cầu này xuất phát từ
việc hạn chế việc gia tăng tiêu thụ nhiên liệu và khí thải cũng như thử nghiệm các
nhiên liệu thay thế và các công nghệ mới trên động cơ. Tuy nhiên, mặc dù các công
cụ mô phỏng ngày càng nhiều và được sử dụng nhiều hơn trong việc phát triển các
động cơ mới, thì các bài kiểm tra thử nghiệm vẫn là một công cụ thiết yếu cho thiết
kế và đánh giá hiệu suất của động cơ đốt trong. Sự phát triển của hiện đại của động
cơ đốt trong và việc đánh giá hiệu suất của động cơ yêu cầu chạy nhiều thử nghiệm,
được thực hiện với các kiểm sốt khác nhau với mục đích khác nhau để đạt được kết
quả mong muốn và các tham số quan tâm.
Đề tài “Thử nghiệm động cơ TOYOTA 1NZ – FE” là đề tài được thực hiện
để hiểu rõ 2 vấn đề. Thứ nhất là đánh giá các biến số cần được kiểm tra như môment, công suất, tiêu hao nhiên liệu, áp suất khí nạp, áp suất nén… và ảnh hưởng
của các yếu tố khác đối với động cơ. Vấn đề thứ hai là biết được các lí thuyết liên
quan đến động cơ đốt trong, đặc tính động cơ đốt trong, q trình thử nghiệm, ngun
lí hoạt động của các thiết bị, cơ sở vật chất phòng thử nghiệm, các yếu tố về vận
hành và con người.
1.2. Tình hình nghiên cứu đề tài.
1.2.1. Trong nước.
❖ Đề tài “Chuyên đề thí nghiệm động cơ ơ tơ” của nhóm tác giả Nguyễn Thành
Trung, Nguyễn Lê Minh.
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu tổng quan về phòng thử nghiệm động cơ,
các hệ thống, vân hành các thiết bị thử nghiệm, băng thử cũng như quá trình thực
hiện thử nghiệm. Đối tượng nghiên cứu chính của đề tài là tìm hiểu nguyên lí hoạt
động, cấu tạo, cách sử dụng của các thiết bị đo như băng thử cơng suất, lượng khí
thải, suất tiêu hao nhiên liệu, lượng khí nạp.

10

Hình 1.1. Sơ đồ bố trí phịng thử nghiệm
Trong đó:
1: Bệ thử (băng thử). 2: Thiết bị được kiểm tra. 3: Hệ thống thơng gió.
4: Hệ thống xả.

5: Buồng điều khiển.

6: Buồng chứa thiết bị kiểm tra.

❖ Đề tài “Đánh giá hiệu quả làm việc của hệ thống đánh lửa Hybrid trên các
loại nhiên liệu” của nhóm tác giả Nguyễn Văn Bảo, Nguyễn Lê Minh.
Trong đề tài, nhóm tác giả đã tìm hiểu về hệ thống phịng thử nghiệm động
cơ, thiết kế cấu tạo phòng thử nghiệm, các thiết bị và cách vận hành cũng như các
quy trình thử nghiệm. Mục đích của đề tài là nghiên cứu hệ thống đánh lửa Hybrid
trên từng loại nhiên liệu để đánh giá hiệu quả làm việc của động cơ khi sử dụng các
loại nhiên liệu khác nhau. Đồng thời chỉ ra sự khác biệt cũng như các lợi ích khi sử
dụng hệ thống đánh lửa truyền thống với hệ thống đánh lửa bằng điện cảm.
Để thu được các kết quả thử nghiệm theo như mục đích của đề tài thì nhóm
tác giả đã tiến hành đo kiểm theo các chế độ tải khác nhau lần lượt là 20%, 35%,
50%, 75%, 100% vị trí bướm ga. Dưới đây là một trong số các kết quả mà nhóm tác
giả thu được ở chế độ 100% vị trí bướm ga.

11


Hình 1.2. Đồ thị cơng suất, moment xoắn ở chế độ 75% bướm ga của hệ thống
đánh lửa nguyên thủy và Hybrid khi sử dụng nhiên liệu xăng E5-RON 92
Từ kết quả thí nghiệm trên cho thấy tại 75 % độ mở bướm ga, hệ thống đánh lửa
Hybrid có cơng suất và moment xoắn cao hơn ở khoảng tốc độ động cơ 900 – 4500

vòng/phút, nhưng lại thấp hơn trong phạm vi tốc độ động cơ 4750 – 6000 vòng/phút.
❖ Đề tài “Nghiên cứu chuyển đổi động cơ xăng sang sử dụng nhiên liệu LPG trên
động cơ 1 NZ – FE’’ của nhóm tác giả Nguyễn Văn Long Giang, Huỳnh Nhật
Hoàng, Nguyễn Bá Đạt, Đỗ Thiện Đạo.
Nhiệm vụ của đề tài là nghiên cứu tổng quan về sử dụng nhiên liệu khí thay thế LPG
và CNG, nghiên cứu hệ thống điều khiển của động cơ 1NZ-FE, từ đó đưa ra giải pháp
chuyển đổi và phương pháp chuyển đổi tỉ lệ cung cấp nhiên liệu xăng - LPG cho động cơ
sử dụng nhiên liệu kép. Mục tiêu của đề tài là đánh giá khả năng sử dụng LPG làm nhiên
liệu trên các động cơ xăng hiện hành, thông qua sự ảnh hưởng của tỷ lệ nhiên liệu LPG
thay thế nhiên liệu Xăng và các thông số hiệu chỉnh sẽ ảnh hưởng đến tính năng kinh tế,
kỹ thuật và phát thải của động cơ chuyển đổi sang sử dụng nhiên liệu kép Xăng - LPG, từ
đó lựa chọn được các giá trị hợp lý đảm bảo sự hài hịa các tính năng động cơ.

12


Với cơ sở lý thuyết và sự phân tích các ưu và nhược điểm của các phương án cung
cấp LPG cho động cơ sử dụng nhiên liệu kép (LPG – Xăng) trong chương 1. Do đó, đề tài
đã lựa chọn phương án cung cấp LPG bằng phương án sử dụng kim phun LPG điều khiển
bằng điện tử với sơ đồ cung cấp nhiên liệu cho động cơ sử dụng nhiên liệu kép Xăng –
LPG như sau:

Hình 1.3. Sơ đồ hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu LPG cho động cơ
❖ Nhận xét:
Các cơng trình nghiên cứu trong nước tập trung vào việc nghiên cứu lý thuyết thử
nghiệm động cơ, bố trí phịng thử và quy trình thử nghiệm, tùy vào mục đích thử nghiệm
hoặc mục đích nghiên cứu mà cách bố trí cũng như quy trình thử nghiệm khác nhau.
1.2.2. Ngồi nước.
❖ Bài báo “Bố trí bệ kiểm tra động cơ và các cơng cụ xử lí để xác định các thơng số
động cơ” của nhóm tác giả Marco Bietresato, Massimiliano Renzi, Simone

Mischiatti và Fabrizio Mazzetto đăng trên tạp chí khoa học và cơng nghệ kỹ thuật
thế giới.
Trong báo cáo này, nhóm tác giả trình bày về băng thử sử dụng phanh dịng điện
xốy, khả năng đo cơng suất, mô-ment của băng thử ở tốc độ quay mong muốn, được giao
13


tiếp hoàn toàn với bộ ghi dữ liệu NI cDAQ 9178 bên ngồi. Nhờ hệ thống này, có thể thu
thập và đồng bộ hóa dữ liệu đến từ giá thử và từ một số cảm biến khác được trang bị cho
động cơ đang thử nghiệm. Thiết bị thử nghiệm được mơ tả và các quy trình đã thực hiện
cho phép điều tra trên toàn bộ phạm vi hoạt động của động cơ (nghĩa là ở các tốc độ và tải
động cơ khác nhau), từng giá trị của thông số hiệu suất đơn lẻ, chẳng hạn như: mô-men
xoắn, công suất, mức tiêu thụ nhiên liệu của động cơ, nhiệt độ và thành phần của khí thải
(lên đến chín loại khí khác nhau), nhiệt độ của đầu động cơ và của khối xylanh, chất lượng
đốt cháy và nhiều thông số bổ sung khác mô tả hiệu suất động cơ. Giá thử nghiệm này, với
các quy trình xử lý sau được mơ tả, sẽ được sử dụng trong các cơng trình trong tương lai
để đánh giá hiệu suất của động cơ đốt trong truyền thống và sử dụng nhiên liệu thay thế
cho cả ứng dụng nơng nghiệp và hợp tác.

Hình 1.4. Bố trí hoàn chỉnh băng thử
❖ Bài báo “Các vấn đề về đo mô-men xoắn” của tác giả Jarosław Goszczak đăng trên
hội nghị IOP khoa học và kỹ thuật vật liệu.
Trong báo cáo tác giả chỉ ra các vấn đề với phép đo mô-men xoắn trong các thử
nghiệm vận hành. Giới thiệu các định nghĩa về mô-men xoắn. Tổng quan về các loại máy
đo mô-men xoắn. Các kết quả và nhận xét về đo mô-men xoắn.

14


Hình 1.5. Các phương pháp đo mơ-men xoắn

Có thể chia phép đo mơ-men xoắn thành hai nhóm: phép đo trực tiếp và gián
tiếp. Các phương pháp trực tiếp bao gồm các phép đo các giá trị vật lý thay đổi theo giá trị
mô-men. Sau khi hiệu chuẩn máy đô cung cấp trực tiếp giá trị của mô-men xoắn. Phương
pháp gián tiếp bao gồm các đo lường giá trị vật lý thay đổi có thể được tính tốn thành mơmen xoắn. Nó có thể là ví dụ đo lường lực tác dụng lên cánh tay mà chiều dài đã biết hoặc
phép đo dòng điện và tốc độ quay của điện động cơ. Thường thì loại phép đo mơ-men xoắn
gián tiếp này có thể nhanh hơn, dễ dàng hơn và đủ chính xác trong điều kiện công nghiệp
so với phương pháp trực tiếp.

Hình 1.6. Phân loại cảm biến đo mơ-men xoắn
15


Từ các phương thức đo mơ-men xoắn có thể có được hai cách lắp đặt các máy
đo mô-men xoắn. Đầu tiên là khi cảm biến truyền toàn bộ giá trị của mô-men, tức là
hai đầu trục được nối bằng đồng hồ mơ-men xoắn. Đó là giải pháp phổ biến nhất
cho đến nay. Điều thứ hai xảy ra khi cảm biến được gắn trực tiếp trên phần tử xoắn
truyền mô-men xoắn (thường trên trục). Trong trường hợp này, cần phải thiết kế một
máy dị và hiệu chỉnh nó.
❖ Bài báo “Thiết kế Eddy Current Brake (ECB) để thử nghiệm động cơ“ của
nhóm tác giả Alexandre Nunes và Francisco Brojo đăng trên KnE Engineering
Trong bài báo này nhóm tác giả chỉ ra được các ưu điểm của ECB trong thử
nghiệm động cơ. Mục đích của bài báo này là phân tích, tính tốn đưa ra mơ hình
tốn học để thiết kế một ECB hoàn chỉnh, đo đạt, thử nghiệm để đưa ra mơ hình
ECB đem lại hiệu quả cao trong thử nghiệm động cơ.
Một ECB điển hình, trong cấu tạo cơ bản nhất của nó (hình 1.7), bao gồm một
đĩa quay dẫn điện trong một từ trường tạo ra dòng điện foucault và tạo ra một mơmen phanh. Các dịng điện foucault tạo ra một từ trường chống lại từ trường ban
đầu. Từ trường có thể được tạo ra bởi nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện. Mặc
dù nam châm vĩnh cửu không cần bất kỳ năng lượng nào để tạo ra từ trường, cường
độ khơng thể kiểm sốt. Ngược lại, nam châm điện có thể nhanh chóng thay đổi từ
trường sinh ra bằng cách thay đổi cường độ dòng điện cung cấp cho cuộn dây.

Hình 1.7. Cấu tạo cơ bản của EDC

16


1.3. Mục đích đề tài.
❖ Nghiên cứu lí thuyết động cơ đốt trong, các đường đặc tính động cơ.
❖ Nghiên cứu lí thuyết thử nghiệm động cơ.
❖ Nghiên cứu quy trình thử nghiệm động cơ trên băng thử.
❖ Thử nghiệm: kiểm tra và đánh giá thực nghiệm các đặc tính của động cơ như mômen, công suất, tiêu hao nhiên liệu, áp suất khí nạp….
1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
❖ Đối tượng nghiên cứu: Động cơ TOYOTA 1NZ - FE
❖ Phạm vi nghiên cứu: Đánh giá các thông số động cơ như công suất, mô-ment, tiêu
hao nhiêu liệu, áp suất khí nạp, áp suất nén… ở từng chế độ tải.
1.5. Phương pháp nghiên cứu.
❖ Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
❖ Phương pháp thực nghiệm
❖ Phương pháp tính tốn, phân tích, so sánh kết quả đạt được.
1.6. Ý nghĩa khoa học và tính cấp thiết của đề tài.
Đề tài “Thử nghiệm Động cơ TOYOTA 1NZ - FE” nhằm đánh giá khả năng hoạt
động của động cơ ở từng chế độ.
1.7. Giới hạn đề tài.
❖ Khảo sát thực nghiệm trên “Động cơ TOYOTA 1NZ - FE”, đánh giá các thông số
hoạt động của động cơ ở từng chế độ tải.
1.8. Kết quả dự kiến đạt được.
❖ Hiểu rõ và áp dụng các lí thuyết về động động cơ đốt trong.
❖ Hiểu rõ được lý thuyết thử nghiệm động cơ.
❖ Nắm rõ quy trình vận hành phịng thử.
❖ Mơ phỏng và xây dựng được đồ thị mô-ment, công suất, lượng nhiên liệu tiêu thụ,

suất tiêu hao nhiên liệu, áp suất khí nạp…
❖ Đánh giá các kết quả thực nghiệm đạt được.

17