Luận văn Nghiên cứu chế tạo hệ thống thử nghiệm cho động cơ cỡ nhỏ (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu chế tạo hệ thống thử nghiệm cho động cơ cỡ nhỏ (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ THỐNG THỬ NGHIỆM CHO ĐỘNG CƠ CỠ NhỎ S K C 0 0 3 9 5 9 MÃ SỐ: T2016-07GVT S KC 0 0 5 2 7 7 Tp. Hồ Chí Minh, 2016
2. MỤC L ỤC Ch ươ ng 1: T ổng quan 1 1.1 Đặt v ấn đề 1 1.2 Tình hình nghiên c ứu trong và ngoài n ước 1 1.3 Đối t ượng nghiên c ứu 2 1.4 Ph ạm vi nghiên c ứu 3 1.5 Ph ươ ng pháp nghiên c ứu 3 Ch ươ ng 2: C ơ s ở lý thuy ết 4 2.1 Động ơ xe g ắn máy 4 2.2 Đặc tính công su ất moment độ ng c ơ đốt trong 5 2.3 Các v ấn đề chung v ề đo công su ất độ ng c ơ 7 2.4 Gi ới thi ệu các b ộ t ải đo công su ất độ ng c ơ 8 2.5 V ấn đề ch ọn thi ết b ị đo công su ất độ ng c ơ 13 2.6 Ph ươ ng pháp đo công su ất 18 Ch ươ ng 3: Thi ết k ế ch ế t ạo băng th ử t ải 23 3.1 Ph ần c ơ khí 23 3.1.1 M ục tiêu thi ết k ế 23 3.1.2 Thi ết k ế và tính toán c ơ khí 23 3.2 Ph ần điện và điều khi ển 28 3.2.1 C ảm bi ết đo t ốc độ 28 3.2.2 C ảm bi ến đo l ực 30 3.2.3 B ộ điều khi ển b ướm ga b ằng điện t ử 31 3.2.4 B ộ đo su ất tiêu hao nhiên li ệu 32 3.3 Thi ết b ị điện t ử 33 3.3.1 L ựa ch ọn linh ki ện 33 3.3.2 B ộ c ấp ngu ồn 34 3.3.3 M ạch x ử lý c ảm bi ến đố c độ 35 3.3.4 M ạch điều khi ển phan điện t ừ 35 3.3.5 M ạch x ử lý tín hi ệu c ảm bi ến l ực 36 ii
3. 3.4 l ập trình điều khi ển 37 3.4.1 S ơ đồ b ố trí b ăng thử 37 3.4.2 ch ươ ng trình và giao di ện trên máy tính 38 Ch ươ ng 4: Th ử nghi ệm b ăng th ử 39 4.1 Động c ơ th ử nghi ệm 39 4.2 Trình t ự th ử nghi ệm 39 4.3 k ết qu ả th ử nghi ệm 39 4.4 Phân tích k ết qu ả th ử nghi ệm 42 Ch ươ ng 5: K ết lu ận 43 iii
4. DANH M ỤC HÌNH VÀ BẢNG BI ỂU Hình 1.1 Băng th ử độ ng c ơ xe máy do hãng Atlantic s ản xu ất 2 Hình 1.2 Băng th ử độ ng c ơ xe máy do hãng SportDevices s ản xu ất 2 Hình 2.1 Động c ơ 1 xylanh 4 Hình 2.2 H ệ th ống truy ền l ực 4 Hình 2.3 Đồ th ị đặ c tính t ốc độ ngoài 6 Hình 2.4 Thi ết b ị đo th ủy l ực 8 Hình 2.6 Thi ết b ị đo th ủy l ực lo ại II 9 Hình 2.7 Thi ết b ị đo ki ểu ‘ Bolt-on’ 9 Hình 2.8 Thi ết b ị đo s ử d ụng độ ng c ơ điện DC 10 Hình 2.8 Thi ết b ị đo s ử d ụng d ỏng điện Foucault 11 Hình 2.9 Thi ết b ị đo ki ểu phanh khí 13 Hình 2.10 Minh h ọa các góc c ủa thi ết b ị đo 13 Hình 2.11 Đường đặ c tính momen 15 Hình 2.13 Đặc tính c ủa lo ại thi ết b ị đo s ử d ụng dòng điện Foucault 16 Hình 2.14 Đường đặ c tính t ốc độ ngoài c ủa độ ng c ơ 19 Hình 2.15 Đặc tính t ải c ủa độ ng c ơ x ăng 21 Hình 2.16 Đặc tính t ải c ủa độ ng c ơ diesel 22 Hình 2.17 Bản v ẽ thi ết k ế b ộ khung mô hình 24 Hình 3.1 Bản v ẽ 3D 24 Hình 3.2 Bộ khung sau khi gia công. 24 Hình 3.4 Bộ khung cho mô hình sau khi thi ết k ế thi công 25 Hình 3.5 Sử d ụng kh ớp c ủa ly h ợp t ừ làm b ộ t ạo t ải 25 Hình 4.1 Đường đặc tuy ến ngoài của động c ơ xe máy SAVI 40 Hình 4.2 Đường đặ c tuy ến khi mô-men = const, t ốc độ độ ng c ơ thay đổi 41 Bảng 3.1 Giá tr ị c ủa thi ết b ị đo công su ất cho các ứng d ụng khác nhau 17 Bảng 3.2 Ưu điểm và khuy ết điểm d ụng c ụ đo l ực 17 Bảng 3.3 Số li ệu đường đặ c tuy ến ngoài 39 iv
5. DANH M ỤC CÁC CH Ữ VI ẾT T ẮT - IC: Internal Combustion - LC: LoadCell - VTA: Tín hi ệu v ị trí b ướm gas - ECT: Nhi ệt độ độ ng c ơ v
6. TR ƯỜNG ĐẠ I H ỌC S Ư PH ẠM K Ỹ THU ẬT CỘNG HOÀ XÃ H ỘI CH Ủ NGH ĨA VI ỆT NAM THÀNH PH Ố H Ồ CHÍ MINH Độc l ập - Tự do - Hạnh phúc KHOA C Ơ KHÍ ĐỘNG L ỰC Tp. HCM, ngày tháng n ăm THÔNG TIN K ẾT QU Ả NGHIÊN C ỨU 1. Thông tin chung - Tên đề tài: “ Nghiên c ứu ch ế t ạo h ệ th ống th ử nghi ệm cho động c ơ c ỡ nh ỏ” - Mã s ố: T2016-07GVT - Ch ủ nhi ệm: Lê Quang V ũ - Cơ quan ch ủ trì: Đại h ọc S ư ph ạm K ỹ thu ật Thành ph ố H ồ Chí Minh - Th ời gian th ực hi ện: 12 tháng 2. M ục tiêu Đề tài được nghiên c ứu v ới m ục tiêu ch ế t ạo m ột b ăng th ử c ỡ nh ỏ có kh ả n ăng đo và hi ển th ị các thông s ố ho ạt độ ng c ơ b ản c ủa độ ng c ơ nh ư đặc tính công su ất, su ất tiêu hao nhiên li ệu để nghiên c ứu độ ng c ơ xe g ắn máy nói riêng và động c ơ c ỡ nh ỏ nói chung. 3. Tính m ới và sáng t ạo Đề tài ứng d ụng b ộ phanh điện t ừ d ạng tr ượt tạo t ải cho động c ơ, đo mô-men tr ực ti ếp bằng Loadcell và ứng d ụng ph ần m ềm thu th ập d ữ li ệu hi ển th ị các đặ c tuy ến trên máy tính. 4. Kết qu ả nghiên c ứu Ch ế t ạo th ử nghi ệm thành công b ăng th ử c ỡ nh ỏ ph ục v ụ thí nghi ệm độ ng c ơ xe g ắn máy. 5. Sản ph ẩm - 01 mô hình b ăng th ử độ ng c ơ - 01 bài báo khoa h ọc đă ng trên t ạp chí Khoa H ọc Giáo D ục K ỹ Thu ật 6. Hi ệu qu ả, ph ươ ng th ức chuy ển giao k ết qu ả nghiên c ứu và kh ả n ăng áp d ụng Ph ục v ụ nghiên c ứu cải ti ến động c ơ xe g ắn máy cho cu ộc thi xe sinh thái Tr ưởng Đơn v ị Ch ủ nhi ệm đề tài (ký, h ọ và tên) (ký, h ọ và tên) vi
7. INFORMATION ON RESEARCH RESULTS 1. General information: Project title: “The study on making tester system of small engine” Code number: T2016-07GVT Coordinator: LE QUANG VU Implementing institution: Ho Chi Minh City University of Technology and Educa- tion Duration: 12 Months 2. Objective(s): The objective of this study was to make a small test bench can measure and indi- cator of engine parameters. such as engine power, torque and fuel consumption Dyna- mometer used for testing motorcycle engines and small engines. 3. Creativeness and innovativeness: The study applicated a magnetic clutch to make load of engine. Measure torque by loadcell and indicator via interface on PC. 4. Result: Make a small dynamometer using for test motorcycle engines. 5. Products: - 01 Test bench model - 02 scientific papers published on Jounal of Technical Education Science 6. Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability: Using for test motorcycle engine for Shell Ecomaraton contest. vii
8. Ch ươ ng 1 TỔNG QUAN 1.1. Đặt vấn đề Ở Vi ệt Nam ngay nay, xe g ắn máy g ần nh ư là ph ươ ng ti ện di chuy ển chính khi tham gia giao thông. Trong khi đó ngu ồn ô nhi ểm khí th ải xe g ắn máy r ất cao và hi ệu su ất s ử dụng nhiên li ệu c ủa độ ng c ơ còn th ấp. Vì v ậy vi ệc nghiên c ứu t ối ưu hóa quá trình ho ạt động c ủa độ ng c ơ xe g ắn máy là r ất c ần thi ết. Để nghiên c ứu độ ng c ơ thì vi ệc s ử d ụng băng th ử công su ất là v ấn đề quan tr ọng trong khi b ăng th ử độ ng c ơ t ải nh ỏ hi ện nay r ất hi ếm. Chính vì th ế vi ệc ch ế t ạo m ột b ăng th ử độ ng c ơ dành riêng cho động c ơ xe g ắn máy là r ất c ấp thi ết. Tuy nhiên để trang b ị m ột b ăng th ử nh ư th ế cho các phòng thí nghi ệm đòi h ỏi m ột ngu ồn đầu tư l ớn. Đề tài “Nghiên c ứu ch ế t ạo hệ th ống th ử nghi ệm cho động c ơ c ỡ nh ỏ” với m ục đích là ch ế t ạo một băng th ử đo các d ữ li ệu độ ng c ơ, nh ằm đánh giá các tính n ăng k ỹ thu ật và xác định ch ất l ượng c ủa độ ng c ơ m ới và động c ơ sau sửa ch ữa. Qua đó có th ể đánh giá, so sánh m ột cách t ươ ng đối các lo ại độ n c ơ và h ệ th ống điều khi ển độ ng c ơ. Ngoài ra, b ăng th ử có th ể ứng d ụng để gi ảng d ạy ở các tr ường đại h ọc và cao đẳng trong n ước. Đề tài nghiên cứu tập trung ki ểm tra các thông s ố c ơ b ản của độ ng c ơ nh ư: mô-men, công su ất, s ố vòng quay, nhi ệt độ , m ức tiêu hao nhiên li ệu. Tình hình nghiên c ứu trong và ngoài n ước 1.2. Tình hình nghiên c ứu trong và ngoài n ước Nh ững n ăm g ần đây đã xu ất hi ện r ất nhi ều các b ăng th ử độ ng c ơ ôtô, xe máy c ủa các hãng n ổi ti ếng trên th ế gi ới. Th ực t ế trên th ị tr ường, các lo ại b ăng th ử r ất phong phú về ch ủng lo ại, m ẫu mã, ch ất l ượng c ũng nh ư nh ững tính n ăng mà nó mang l ại. Nh ưng th ực t ế các lo ại máy móc ngo ại nh ập này có giá thành r ất cao, do đó r ất khó để cho sinh viên c ủa các tr ường đạ i h ọc, cao đẳ ng, trung c ấp của Vi ệt Nam ti ếp c ận để nghiên c ứu và học t ập. Các s ản ph ẩm khá đa d ạng về ch ủng lo ại nh ưng h ầu h ết đề u là thi ết b ị ngo ại nh ập sau đó l ắp ráp hoàn ch ỉnh đưa vào s ử d ụng t ại Vi ệt Nam. Trong s ố các b ăng th ử tiêu bi ểu c ủa các hãng công c ụ công nghi ệp có b ăng th ử c ủa hãng Atlantic s ản xu ất nh ư Hình 1 . B ăng th ử này tươ ng đối nh ỏ g ọn, di độ ng nh ưng s ử dụng b ộ t ạo t ải b ằng th ủy l ực ph ức t ạp và thông s ố ch ỉ hi ển th ị b ằng các đồ ng h ồ thông th ường nên khó phân tích. 1
9. Hình 1.1 - Băng th ử độ ng c ơ xe máy do hãng Atlantic s ản xu ất Hi ện đạ i h ơn b ăng th ử c ủa Atlantic có b ăng th ử c ủa SportDevices nh ư Hình 2 . Băng th ử này có thi ết b ị k ết n ối v ới máy tính, có giao di ện hi ển th ị đặ c tuy ến và r ất d ễ dàng phân tích. Tuy nhiên thi ết b ị v ẫn s ử d ụng b ộ t ạo t ải th ủy l ực nên các thi ết b ị kèm theo khá ph ức t ạp và không l ưu động. Trên thi ết b ị không tích h ợp b ộ đo l ưu l ượng x ăng và su ất tiêu hao nhiên li ệu. Hình 1.2 - Băng th ử độ ng c ơ xe máy do hãng SportDevices s ản xu ất 1.3. Đối t ượng nghiên c ứu Nghiên c ứu đề cập đến ch ế tạo băng th ử thu th ập d ữ li ệu, ph ươ ng pháp dùng bộ tạo tải l ấy t ừ ly h ợp từ dạng tr ượt và cảm bi ến l ực-loadcell c ủa b ăng th ử để đo mô men xo ắn, thông s ố quan tr ọng dùng để tính toán công su ất truy ền trên tr ục. K ết qu ả nghiên c ứu cho phép ứng d ụng trên b ăng th ử đo công su ất xe g ắn máy. Lập trình điều khi ển, thu nh ận tín hi ệu t ốc độ độ ng c ơ, nhi ệt độ , lượng tiêu hao nhiên li ệu, v ẽ đường cong công su ất, mô- men 2
10. 1.4. Ph ạm vi nghiên c ứu Đề tài “Nghiên c ứu ch ế t ạo h ệ th ống th ử nghi ệm cho độ ng c ơ c ỡ nh ỏ” là nghiên cứu ch ế t ạo ra m ột thi ết b ị th ử nghi ệm và đo l ường công su ất độ ng c ơ để ph ục v ụ trong dạy h ọc: Nghiên c ứu thi ết k ế, ch ế t ạo module thu th ập d ữ li ệu.
    Thi ết l ập b ộ t ạo t ải
    Thu th ập d ữ li ệu, giao ti ếp v ới máy tính.
    Vẽ đồ th ị đặ c tính độ ng c ơ. Với ph ần thi ết k ế này có th ể ứng d ụng các ph ần m ềm, là c ơ s ở để th ực nghi ệm k ết nối v ới máy tính và điều khi ển. Đồ ng th ời, là c ơ s ở nghiên c ứu quá trình d ẫn độ ng, c ải tạo ho ặc thi ết k ế m ới h ệ th ống kh ởi độ ng và cung c ấp điện trên xe. 1.5. Ph ươ ng pháp nghiên c ứu Các ph ươ ng pháp sau được s ử d ụng để th ực hi ện đề tài:
    Ph ươ ng pháp tham kh ảo tài li ệu: Tham kh ảo ý t ưởng thi ết k ế trên internet.
    Ph ươ ng pháp tính toán: Tính toán các kích th ước c ần thi ết, giá tr ị gi ới h ạn
    Ph ươ ng pháp l ập trình vi điều khi ển: Vi ết l ập trình điều khi ển module, thu nh ận tín hi ệu v ẽ đường cong công su ất – mô-men theo t ốc độ độ ng c ơ.
    Ph ươ ng pháp th ực nghi ệm: Th ực nghi ệm trên mô hình thi ết k ế. 3
11. Ch ươ ng 2 CƠ S Ở LÝ THUY ẾT 2.1. Động c ơ xe máy Hi ện nay, trên th ế gi ới có r ất nhi ều công ty s ản xu ất động c ơ xe máy v ới r ất nhi ều ch ủng lo ại khác nhau, m ột s ố lo ại động c ơ xe máy ph ổ bi ến nh ư: - Động c ơ m ột xy lanh - Động c ơ hai xy lanh hình ch ữ V - Động c ơ nhi ều xy lanh Hình 2.1 a – Động c ơ 1 xylanh Hình 2.1 b – Động c ơ 2 xylanh ch ữ V Động c ơ xe máy r ất đa d ạng chúng th ường có nh ững đặc điểm sau: - Là động c ơ x ăng 2 kì và 4 kì cao t ốc. - Có công su ất nh ỏ. - Li h ợp, h ộp s ố bố trí trong m ột v ỏ chung. - Th ường làm mát động c ơ b ằng không khí. - Số lượng xi lanh ít (th ường có 1 ho ặc 2 xilanh). Thông th ường ĐCĐT trong xe máy được làm mát b ằng không khí vì: Xe máy là động c ơ có công su ất nh ỏ, di chuy ển v ới t ốc độ cao nên làm mát b ằng không khí d ễ dàng và thu ận ti ện. Ngày nay, trên m ột s ố xe đời m ới nh ư xe tay ga, các lo ại xe phân kh ối lớn, có công su ất l ớn được làm mát b ằng dung d ịch làm mát. Hình 2.2 HTTL trên xe máy : 1-Động c ơ,2-Ly h ợp,3-Hộp s ố, 4- Xích , 5-Bánh xe 4
12. Công su ất được sinh ra t ừ động c ơ qua ly h ợp, h ộp s ố để thay đổi t ỉ số truy ền, truy ền ra tr ục s ơ c ấp h ộp s ố bánh r ăng nhông qua xích đến đĩa xích ra bánh xe giúp xe di chuy ển về phía tr ước. 2.2. Đặc tính công su ất – moment của động c ơ đốt trong Công su ất và momen là hai thông s ố quan tr ọng trên động c ơ là hai thông s ố th ể hi ện kh ả năng t ải và tính n ăng c ơ động c ủa xe. Vì v ậy, để xác đị nh t ỉ l ệ sinh công su ất và mô-men xo ắn gi ữa các độ ng c ơ v ới nhau có th ể là vấn đề khi ến cho nhi ều ng ười s ử d ụng xe còn m ơ h ồ, th ậm chí là không để ý t ới. M ột ph ần c ủa s ự khó hi ểu này là ở ch ỗ khi các nhà s ản xu ất c ải ti ến hay cho ra đờ i m ột lo ại độ ng c ơ xe nào đó thì h ọ đã bi ết mình theo đuổi nh ững đặ c điểm k ỹ thu ật nào c ủa độ ng c ơ để đạ t được s ự t ối ưu v ề tr ọng l ượng, kích cỡ c ũng nh ư m ục đích s ử d ụng c ủa chiếc xe. Các lo ại xe nh ư xe t ải, đị a hình, du l ịch hay siêu xe đều được sinh ra v ới m ục tiêu nh ất đị nh và không gi ống nhau. Các thông s ố v ề giá tr ị công su ất hay mô-men xo ắn có th ể bi ến thiên r ất khác nhau trong d ải vòng tua c ủa độ ng c ơ, và thông th ường các nhà s ản xu ất ch ỉ công b ố giá tr ị c ực đại t ại s ố vòng tua nh ất đị nh. Điều này r ất d ễ gây nên s ự hi ểu l ầm v ề s ức m ạnh c ủa m ột chi ếc xe. Chúng ta cùng xem công su ất c ũng nh ư mô-men xo ắn th ực s ự là gì và chúng được đo nh ư th ế nào. Đó là v ấn đề đặ t ra. Công suất liên quan đến mô-men xo ắn, và mô-men xo ắn là l ực quay hay l ực xoay của tr ục khu ỷu. Đặ t m ột thi ết b ị đo lên tr ục khu ỷu c ủa độ ng c ơ và đo l ực xoay c ủa nó, chúng ta s ẽ có thông s ố v ề mô-men xo ắn. Xin l ưu ý r ằng, th ời gian không có ý ngh ĩa trong phép đo này, điều đó có ngh ĩa là mô-men xo ắn có th ể được tính không gi ới h ạn th ời gian, có th ể r ất nhanh ho ặc r ất lâu. Trái l ại, công su ất l ại là giá tr ị mà t ại đó mô-men xo ắn được s ản sinh ra, là phép đo kh ả n ăng làm vi ệc c ủa m ột độ ng c ơ. Động c ơ của một chi ếc xe mà sinh ra càng nhi ều công su ất thì nó di chuy ển được m ột kh ối l ượng càng l ớn trong m ột kho ảng th ời gian nào đó. Nói cách khác, động c ơ công su ất càng l ớn thì nó có th ể mang m ột tr ọng l ượng b ất bi ến nào đó (chính là tr ọng l ượng c ủa chi ếc xe) di chuy ển m ột quãng đường nh ất đị nh trong m ột kho ảng th ời gian càng nhanh. Nói m ột cách đơn gi ản, để chi ếc xe t ăng t ốc t ốt hơn, thì động c ơ c ần s ản sinh ra mô-men xo ắn nhanh h ơn. 5
13. Hình 2.3 - Đồ th ị đường đặ c tính t ốc độ ngoài c ủa độ ng c ơ Vấn đề này khi ến chúng ta quay trở l ại v ới thông s ố mô-men xo ắn. Các lo ại độ ng cơ diesel thông th ường có t ỷ s ố mô-men xo ắn cao h ơn so v ới t ỷ l ệ sinh công su ất của chính nó. M ột ph ần c ủa s ự khác bi ệt này n ằm ở ch ỗ áp su ất nén bên trong các động c ơ diesel cao h ơn, nh ưng c ốt lõi v ấn đề chính là nh ờ quá trình đốt cháy nhiên li ệu diesel. S ự đốt cháy diesel b ắt đầ u khi nhiên li ệu được b ơm vào trong xi-lanh. Nhiên li ệu b ốc cháy đẩy piston t ừ điểm ch ết trên xu ống điểm ch ết d ưới và làm cho tr ục khu ỷu quay. Mô-men xo ắn chính là l ực xoay c ủa tr ục khuỷu. Khi chúng ta mu ốn t ăng t ốc ho ặc kéo m ột v ật có tải tr ọng càng l ớn v ới m ột chi ếc xe trang b ị độ ng c ơ diesel, thì c ần l ượng nhiên li ệu được bơm vào càng nhi ều để t ăng l ực xoay đó. Không nh ư động c ơ x ăng, nhiên li ệu được b ơm vào bên trong xi-lanh tr ước khi bu-gi đánh l ửa làm cháy h ỗn h ợp nhiên li ệu r ồi phát n ổ, vi ệc b ơm nhiên li ệu trong độ ng c ơ diesel di ễn ra liên t ục d ưới d ạng s ươ ng mù vào trong xi-lanh ngay c ả khi quá trình cháy đang di ễn ra. Điều này khi ến cho áp su ất và l ực đẩ y lên piston l ớn h ơn trong m ột kho ảng th ời gian dài h ơn – vì v ậy mà sinh ra l ực xo ắn l ớn hơn. Về lý thuy ết, s ố vòng tua c ủa độ ng c ơ càng cao thì công su ất mà nó sinh ra càng l ớn. Nh ưng th ực t ế công su ất c ủa độ ng c ơ đạt c ực đạ i t ại s ố vòng tua nào đó (th ường th ấp h ơn nhi ều so v ới s ố vòng tua t ối đa). C ăn nguyên c ủa v ấn đề này là do nh ững gi ới h ạn v ề m ặt cơ khí ho ặc s ự h ạn ch ế lu ồng không khí nạp vào trong động c ơ. Các động c ơ x ăng th ường có t ỷ s ố công su ất cao h ơn t ỷ s ố mô-men xo ắn, b ởi các b ộ ph ận chính c ấu thành nên động c ơ x ăng nhẹ h ơn (so v ới độ ng c ơ diesel cùng dung tích). Y ếu t ố đó cho phép động c ơ quay nhanh h ơn, vì v ậy chúng có th ể s ản sinh ra mã l ực nhanh h ơn và giúp cho chi ếc xe t ăng t ốc t ốt h ơn.Tất c ả các ch ỉ s ố công su ất và mô-men xo ắn đề u đạ t đế n m ức 6
14. cực đạ i ở m ột m ốc vòng tua nh ất đị nh c ủa độ ng c ơ. T ỷ s ố giá tr ị c ực đạ i đó có th ể th ường xuyên không đạt được trong quá trình xe v ận hành, tr ừ khi xe đạ t s ố vòng tua lý t ưởng trong điều ki ện ch ạy bình th ường. 2.3. Các v ấn đề chung v ề đo công su ất độ ng c ơ Động c ơ đốt trong là lo ại độ ng c ơ bi ến đổ i n ăng l ượng trong quá trình cháy c ủa hỗn h ợp nhiên li ệu thành c ơ n ăng. Để đánh giá các ch ỉ s ố độ ng l ực và kinh t ế ở các ch ế độ lám vi ệc khác nhau (ch ế độ t ốc độ và t ải tr ọng), ta d ựa vào các đuờng đặ c tính d ựa trên c ơ s ở các s ố li ệu đo b ằng th ực nghi ệm. Các đặc tính c ơ b ản c ủa độ ng c ơ đốt trong là : • Đường đặ c tính t ốc độ . • Đường đặ c tính t ải. Bên c ạnh đó, để qui đị nh m ức độ điều ch ỉnh h ệ th ống cung c ấp nhiên li ệu (b ộ ch ế hòa khí ở độ ng c ơ x ăng, hay b ộ cao áp ở độ ng c ơ diesel) cho m ột tỉ l ệ h ỗn h ợp nhiên li ệu vả không khí thích h ợp cho t ừng ch ế độ làm vi ệc c ủa độ ng c ơ, hay để qui đị nh góc đánh lửa s ớm, góc phun nhiên li ệu s ớm, ng ười ta xây d ựng các đường đặ c tính hi ệu ch ỉnh. Ngoài ra, để phân tích tính ti ết ki ệm c ủa độ ng c ơ ch ạy không t ải, ng ười ta xây d ựng đường đặ c tính ch ạy không t ải. Đặc tính t ốc độ độ ng c ơ là hàm s ố ( đường cong) th ể hi ện s ự bi ến thiên c ủa m ột trong các ch ỉ s ố công tác ch ủ y ếu c ủa độ ng c ơ nh ư : momen quay (M e), công su ất có ích (N e), l ượng nhiên li ệu tiêu th ụ gi ờ (G nl) và s ức tiêu th ụ nhiên li ệu (g e) theo s ố vòng quay (n e) khi gi ữ c ơ c ấu điều khi ển độ ng c ơ (tay ga) c ố đị nh. Hàm s ố bi ểu di ễn các đặ c tính t ốc độ có d ạng : M e, N e, G nl và g e=f(n e).Trong quá trình động c ơ làm vi ệc, công su ất c ủa nó phát ra thay đổi không chỉ t ăng ho ặc gi ảm theo s ố vòng quay do t ải tr ọng (momen c ản) lên động c ơ thay đổi mà còn c ơ c ấu điều khi ển tài động c ơ là v ị trí tay ga quy ết đị nh (ph ụ thu ộc vào t ổng l ượng nhi ệt do nhiên li ệu cháy t ỏ ra có ngh ĩa là nhiên li ệu cung c ấp cho động c ơ càng l ớn thì l ượng nhiên li ệu cháy trong chu trình càng t ăng, nhi ệt l ượng phát ra càng l ớn, k ết qu ả momen và công su ất c ủa độ ng c ơ phát ra càng cao). Có th ể xây d ựng nhi ều đường đặ c tính t ốc độ vì ứng v ới m ột v ị trí tay ga (v ị trí tay ga đố i v ới độ ng c ơ xăng hay v ị trí thanh r ăng cho b ơm cao áp đối v ới độ ng c ơ diesel) s ẽ có m ột đường cong bi ểu di ễn s ự bi ến thiên công su ất, momen và su ất tiêu th ụ nhiên li ệu c ủa độ ng c ơ theo s ố vòng quay. Đường đặ c tính t ốc độ bi ểu th ị công su ất c ực đạ i c ủa độ ng c ơ úng v ới t ừng 7
15. tốc độ (s ố vòng quay) g ọi là đường đặ c tính t ốc độ ngoài , còn t ất c ả các đường đặ c tính tốc độ khác n ằm d ưới đường đặ c tính t ốc d ộ ngoài gọi là đường đặ c tính t ốc độ b ộ ph ận. Vì v ậy, m ỗi độ ng c ơ ch ỉ có m ột đường đặ c tính t ốc độ ngoài qui định theo công su ất thi ết kế và m ột h ọ đường đặ c tính t ốc độ b ộ ph ận tùy vào v ị trí b ướm ga. 2.4. Gi ới thi ệu các b ộ t ạo t ải đo công su ất độ ng c ơ 2.4.1.Thi ết b ị đo th ủy l ực. Hình 2.4 – Thi ết b ị đo th ủy l ực Một tr ục mang rotor có b ố trí các cánh có ch ứa n ước và được quay tròn khi rotor quay. N ước t ừ các cánh c ủa rotor s ẽ được tác vào nh ững cánh được b ố trí trên stator. Nh ư hình. Tác động này s ẽ làm cho stator quay theo. M ột đồ ng h ồ đo l ực và cánh tay đòn được b ố trí trên stator. Mômen càn đo được trên stator b ằng momen tác độ ng từ độ ng c ơ. Tùy theo k ết c ấu c ủa t ừng l ọai thi ết b ị đo th ủy l ực ngu ời ta chia nó làm hai lo ại. 2.4.1.1.Thi ết b ị đo th ủy l ực lo ại I Hình 2.5 - Thi ết b ị đo l ực lo ại I Ở lo ại độ ng c ơ này vi ệc thay đổ i momen c ản được th ực hi ện b ằng cách thêm vào hay b ỏ đi những c ặp cánh tác độ ng trong rotor và stator. Vi ệc thay đổ i momen càn ph ức tạp nê ít được s ử d ụng. 8
16. 2.4.1.2. Thi ết b ị đo th ủy l ực lo ại II Lo ại thi ết b ị này thi ết k ế t ươ ng t ự v ới thi ết k ế lo ại I nh ưng s ố l ượng các c ặp cánh tác động được gi ữ c ố đị nh. Vi ệc thay đổi momen c ản b ằng cách điều ch ỉnh s ố l ượng n ước gi ữa rotor và stator. Điều này được th ực hi ện b ằng van ở đường n ước ra. Điểm m ạnh và thu ận l ợi c ủa lo ại c ủa d ụng c ụ này là mômen c ản có th ể thay đổ i nhanh và đơ n gi ản h ơn trong tr ường h ợp trên. Hình 2.6- Thi ết b ị đo th ủy l ực lo ại II 2.4.2. Thi ết b ị đo ki ểu ‘ Bolt-on’ Nh ững thi ết b ị này được s ử d ụng nhi ều n ăm ở M ỹ, v ận hành trên cùng m ột nguyên tắc được miêu t ả nh ư trên nh ưng nó được gá trên ph ần sau v ỏ ly h ợp ho ặc g ắn trên ph ần khung xe. Chúng không được s ử d ụng nhi ều trong các thi ết b ị đo th ử nghi ệm độ ng c ơ mà ch ủ y ếu s ử d ụng để th ực hi ện các ki ểm tra đơn gi ản sau khi điều ch ỉnh, s ửa ch ữa độ ng cơ. Thi ết b ị này được dùng cho động c ơ có công su ất lên đến 1000kw. Vi ệc t ạo t ải lo ại này b ằng cách ph ối h ợp điều ch ỉnh các van vào ra trên thi ết b ị. Hình 2.7 - Thi ết b ị đo ki ểu ‘ Bolt-on’ 2.4.3. Thi ết b ị đo s ử d ụng độ ng c ơ địên 9
17. Đặc tính chung c ủa lo ại thi ết b ị này là, động c ơ được t ạo t ải được s ử d ụng là động cơ điện (AC hay DC) có th ể thay đổ i s ố vòng quay được Độ ng c ơ điện (AC hay DC) trong lo ại thi ết b ị này có th ể ho ạt độ ng được ở ch ế độ máy phát để t ạo t ải (khi độ ng c ơ th ử nghi ệm d ẫn độ ng) hay ở ch ế độ độ ng c ơ, để d ẫn độ ng độ ng c ơ th ử nghi ệm. Để thay đổi s ố vòng quay ; ở độ ng c ơ AC ng ười ta s ử d ụng bi ện pháp thay đổi t ần s ố dòng điện. Ở độ ng c ơ DC ng ười ta s ử d ụng bi ện pháp thay đổ i v ị trí ch ổi than, thay đổi điện áp Nh ược điểm c ủa các lo ại thi ết b ị đo điện là giá thành cao vì k ết c ấu ph ức t ạp. 2.4.3.1 Thi ết b ị đo s ử d ụng đông c ơ DC Nh ững thi ết b ị này được g ắn độ ng c ơ điện m ột chi ều. Điều khi ển hoàn toàn b ằng resistor d ựa trên b ộ bi ến đổ i AC/DC, d ễ điều khi ển,có kh ả n ăng kh ởi độ ng và t ạo momen cản t ốt, nh ưng h ạn ch ế c ủa nó là h ạn ch ế t ốc độ t ối đa và có quán tính l ớn, có th ể t ạo ra sự dao độ ng xo ắn đáp ứng v ới s ự thay đổ i t ốc độ ch ậm. Hình 2.8 -Thi ết b ị đo s ử d ụng độ ng c ơ điện DC 2.4.3.2 Thi ết b ị đo s ử d ụng độ ng c ơ AC Sự phát tri ển c ủa k ỹ thu ật, điều khi ển độ ng c ơ xoay chi ều, đã cho phép s ử d ụng động c ơ xoay chi ều thay cho độ ng c ơ DC cho các thi ết b ị đo. D ụng c ụ này có các tính năng và hi ệu su ất h ơn h ẳn độ ng c ơ DC. Ưu điểm c ủa lo ại này là không s ử d ụng ch ổi than và l ực quán tính th ấp. Lo ại này có c ấu t ạo nh ư động c ơ c ảm ứng, t ốc độ đuợc thay đổ i t ử 10
18. sự thay đổ i t ần s ố c ủa t ần s ố dòng điện. Khi ho ạt độ ng ở ch ế độ máy phát nó tao ra mo- men c ản. 2.4.3.3. Thi ết b ị đo s ử d ụng d ỏng điện Foucault Sử d ụng nguyên t ắc c ảm ứng điện t ừ để t ạo momen. Rotor có r ăng ở mép và được làm mát b ằng n ước. T ừ tr ường song song v ới tr ục c ủa máy được sinh ra b ằng hai cu ộn dây và s ự chuy ển độ ng c ủa rotor làm phát sinh s ự thay đổ i t ừ thông trên các r ăng c ủa ro- tor và điều này làm phát sinh ra dòng Foucault trong rotor. Dòng điện này s ẽ t ạo ra t ừ tr ường có khuynh h ướng ch ống l ại t ừ tr ường sinh ra nó hay nói cách khác nó s ẽ t ạo ra một momen c ản. Vi ệc thay đổ i công c ản s ẽ t ạo ra m ột cách nhanh chóng b ởi vi ệc thay đổi c ường độ dòng điện qua các cu ộn dây. Lo ại này có c ấu t ạo đơn gi ản và có hi ệu qu ả cao. H ệ th ống điều khi ển đơn gi ản và nó có kh ả n ăng t ăng momen phanh ở t ốc độ khá th ấp. 1. Rotor 2. Tr ục rotor 3. Kh ớp n ối 4. Dòng n ước làm mát đi ra 5. Cu ộn dây 6. Thân 7. Bu ồng làm mát 8. Khe h ở không khí 9. Cảm bi ến t ốc độ 10. Bệ đỡ 11. Thân giá 12. Đường n ước vào 13. Join 14. Dòng n ước ra Hình 2.7 - Thi ết b ị đo s ử d ụng d ỏng điện Foucault 2.4.4. Thi ết b ị đo ki ểu ma sát Thi ết b ị này có nguyên lý làm vi ệc nh ư h ệ th ống phanh, bao g ồm phanh b ằng nhi ều d ĩa ma sát làm mát b ằng n ước. Nó được ứng d ụng ở t ốc độ th ấp, ví d ụ đo đạ c công su ất t ừ ôtô ở bánh xe. Ưu điểm c ủa lo ại máy này là có th ể đo d ược momen t ừ nh ững s ố vòng quay r ất nh ỏ. 11
19. Hình 2.8 - Thi ết b ị đo ki ểu ma sát 2.4.5. Thi ết b ị đo ki ểu phanh khí Phanh đơ n gi ản áp d ụng s ức c ản không khí có th ể g ội là cáng qu ạt quay (hình ). Phanh này là m ột cái xà l ắp c ứng trên tr ục được truy ền chuy ển độ ng quay t ừ tr ục khu ỷu động c ơ t ới. Các cánh c ủa cánh có th ể thay đổ i v ị trí theo chi ều dài c ủa xà hay thay th ế bằng nh ững cánh khác (có di ện tích l ớn h ơn hay nh ỏ h ơn) nh ờ th ế mà làm t ăng hay gi ảm lực c ản c ủa không khí khi tr ục quay. Công su ất c ủa độ ng c ơ khi ch ịu t ải tr ọng c ủa phanh ấy được xác đị nh theo công th ức: Trong đó : : công su ất độ ng c ơ (w) : tr ọng l ượng riêng c ủa không khí tính b ằng kg/m 3. : h ằng s ố c ủa phanh. n : s ố vòng quay. Để cho chính xác và đơ n gi ản h ơn vi ệc xác đị nh công su ất có th ể th ực hi ện nh ờ một thi ết b ị được trình bày ở hình d ưới. Độ ng c ơ đặc trên khung 1, khung này có th ể quay trên hai g ối đỡ bi 2. Khi độ ng c ơ làm vi ệc momen quay ngh ịch s ẽ truy ền lên khung , momen này luôn b ằng momen quay nh ưng h ướng ng ược chi ều. Công su ất c ủa độ ng c ơ khi ấy tính b ằng công th ức : (ml) Trong đó : 12
20. G : ch ỉ s ố c ủa cân khi độ ng c ơ làm vi ệc , kg. G1 : ch ỉ s ố c ủa cân khi độ ng c ơ không làm vi ệc, kg. L : chi ều dài tay đòn của tr ục quay c ủa độ ng c ơ t ới điểm t ựa trên, m. Cũng nh ư ở phanh c ơ h ọc, khi làm vi ệc tay đòn ph ải ỏ v ị trí n ằm ngang có m ũi tên 3 để ki ểm tra độ ngang c ủa tay đòn. Khi s ử d ụng thi ết b ị trên t ất c ả các ch ỗ n ối (cho khí thoát, n ước, nhiên li ệu) ph ải được n ối m ềm. Để thay đổ i t ải tr ọng độ ng độ ng c ơ m ột cách êm d ịu, cánh qu ạt được đặ t trong v ỏ có th ể d ịch chuy ển được theo d ọc tr ục. D ịch chuy ển vỏ phanh thì l ưu l ượng không khí thay đổ i và nh ư th ế công su ất phanh tiêu th ụ c ũng thay đổi. Phanh ph ải được ng ăn b ởi nh ững lá ch ắn v ững ch ắc đề phòng khi b ị v ỡ s ẽ đả m b ảo an toàn. Hình 2.9 -Thi ết b ị đo ki ểu phanh khí 2.5. V ấn đề ch ọn thi ết b ị đo công su ất độ ng c ơ Hình 2.10 -Minh h ọa các góc c ủa thi ết b ị đo Hình trên minh h ọa s ơ đồ 4 góc ¼ mà trong đó các thi ết b ị đo l ực có th ể ho ạt động. H ầu h ết thi ết b ị đo độ ng c ơ ho ạt độ ng ở góc ph ần t ư th ứ nh ất, và động c ơ ch ạy ng ược chi ều quay c ủa kim đồ ng h ồ (khi quan sát t ừ bánh đà) vi ệc ki ểm tra c ần được ti ến hành tr ước khi l ắp độ ng c ơ lên thi ết b ị đo. Trong tr ường h ợp chi ều quay c ủa độ ng c ơ 13
21. ng ược chi ều quay c ủa thi ết b ị đo có m ột cách là l ắp thêm kh ớp n ối đả o chi ều. Ở độ ng c ơ lớn nh ư tàu th ủy chi ều quay c ủa nó có th ể thay đổ i được. Các thi ết b ị đo công su ất có th ể ch ạy ở ph ần t ư th ứ nh ất (ho ặc th ứ hai). Thi ết b ị đo th ủy l ực thì th ường thi ết k ế cho m ột h ướng quay (n ếu có ng ược l ại thì c ũng không h ư hỏng). Khi thi ết k ế để có th ể quay hai h ướng thì thi ết b ị đo l ực c ần ph ải thi ết k ế đặ c bi ệt để không b ị h ư h ỏng khi đả o chi ều quay. Các thi ết b ị ho ạt độ ng trong góc ph ần t ư th ứ ba, hay th ứ t ư. Th ường thì các lo ại động c ơ điện AC hay DC (lúc này có th ể ho ạt độ ng ở ch ế độ độ ng c ơ). Nh ững lo ại thi ết bị đo này xem nh ư có th ể ho ạt độ ng ở c ả b ốn góc ph ần t ư. Lo ại máy Góc ph ần t ư • Thi ết b ị đo th ủy l ực lo ại I • 1 ho ặc 2 • Thi ết b ị đo th ủy l ực lo ại I • 1-2 • Thi ết b ị đo ki ểu “Bolt on” • 1-2 • Thi ết b ị đo s ử d ụng độ ng c ơ • 1-2-3-4 DC • 1-2-3-4 • Thi ết b ị đo s ử d ụng độ ng c ơ • 1-2 DC • Thi ết b ị đo s ử d ụng dòng điện Foucault • 1-2 • Thi ết b ị đo ki ểu ma sát • Thi ết b ị đo ki ểu phanh khí • 1-2 • 1-2 2.5.1. Các đặc tính c ủa các lo ại thi ết b ị đo 2.5.1.1. Lo ại th ủy l ực Trên hình bi ểu di ễn đường đặ c tính momen – số vòng quay và công su ất – theo s ố vòng quay c ủa lo ại th ủy l ực, nh ững đoạn trên đường cong có nh ững đặ c tr ưng nh ư sau : 14