Nghiên cứu chế tạo băng thử tải nhỏ sử dụng cho động cơ xe gắn máy

Nội dung text: Nghiên cứu chế tạo băng thử tải nhỏ sử dụng cho động cơ xe gắn máy

1. NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BĂNG THỬ TẢI NHỎ SỬ DỤNG CHO ĐỘNG CƠ XE GẮN MÁY Lê QuangVũ(1) (1)Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh TÓM TẮT: Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu chế tạo băng thử tải cỡ nhỏ phục vụ cho nhu cầu thử nghiệm động cơ xe gắn máy. Thiết bị tạo tải là máy phát điện trên ô tô có độ bền cao và giá thành thấp. Phương pháp xác định thông số thử nghiệm đơn giản, dễ thực hiện và được sự hỗ trợ của máy tính thông qua giao diện lập trình trên nền LabVIEW. Kết quả nghiên cứu này sẽ góp phần vào việc nghiên cứu cải thiện động cơ xe gắn máy, giảm thiểu tiêu hao nhiên liệu và ô nhiểm môi trường. Từ khóa: Động cơ đốt trong, băng thử tải, giao tiếp máy tính. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay, cơ sở hạ tầng giao thông công cộng ở Việt Nam còn nhiều hạn chế. Vì vậy xe gắn máy gần như là phương tiện di chuyển chính của người Việt Nam khi tham gia giao thông. Bên cạnh đó, hiệu suất động cơ xe gắn máy còn thấp, các thiết bị điều khiển công nghệ cao chưa tham gia hỗ trợ nhiều trong việc tối ứu hóa quá trình cháy của động cơ. Chính vì thế việc nghiên cứu, chế tạo băng thử tải đơn giản cho động cơ xe gắn máy phục vụ cho công tác nghiên cứu, thử nghiệm động cơ xe gắn máy là rất cần thiết trong tình hình thực tế hiện nay. Nội dụng nghiên cứu bao gồm: - Ứng dụng máy phát điện trên ô tô tạo tải cho động cơ xe gắn máy - Chế tạo băng thử tải đo công suất và mô-men động cơ xe gắn máy 2. THIẾT KẾ THI CÔNG BĂNG THỬ 2.1. Thiết bị tạo tải Thiết bị tạo tải được lựa chọn sử dụng trong nghiên cứu này là máy phát điện chạy ở chế độ ngắn mạch. Mô-men cản được tạo ra bằng cách thay đổi dòng điện qua cuộn kích bằng phương pháp PWM. Trục máy phát được nối với trục đầu ra hộp số thông qua bộ truyền xích. Máy phát được treo tự do trên một gối đỡ đồng trục với trục rotor. Trên trục máy phát lắp đặt cánh tay đòn để đo mô-men cản. Sơ đồ cấu trúc bộ truyền lực và cơ cấu tạo lực cản như Hình 1. Hình 1: Cấu trúc bộ tạo tải cho băng thử Máy phát điện sử dụng tạo tải là máy phát trên ô tô có hình dạng như Hình 2.
2. Hình 2: Máy phát sử dụng tạo tải 2.2.Xác định thông số hoạt động Trong quá trình thử nhiệm, băng thử tải xác định hai thông số cơ bản của động cơ là tốc độ động cơ và mô-men xoắn của động cơ. Để đo tốc độ động cơ, đề tài sử dụng cảm biến điện từ đặt trên trục trung gian của băng thử, trên trục trung gian gắn một vành răng với một răng thép để làm tín hiệu. Bộ phận đo tốc độ có dạng như Hình 3. Hình 3: Cảm biến xác định tốc độ Từ cách bố trí cảm biến, tốc độ động cơ được tính theo công thức sau : 60 푒 = (1) .훿1 Trong công thức (1) : δ1 - tỷ số truyền cấp 1, Ne[RPM] - tốc độ động cơ, T[S] - chu kỳ tín hiện cảm biến.Với công thức xác định như trên, mạch điện đo chu kỳ xuất hiện của tín hiệu cảm biến để quy đổi thành tốc độ động cơ. Mô-men động cơ được xác định thông qua bộ phận xác định lực cản. Bộ phận xác định lực cản trong đề tài sử dụng lò xo nén. Cơ cấu xác định mô-men được mô tả như Hình 4 Hình 4: Cảm biến xác mô-men Với phương pháp xác định mô-men như Hình 4, mô-men xoắn động cơ được xác định theo công thức sau: 훿.∆퐿. . = (2) 푒 휂
3. Trong công thức trên, δ – tỷ số truyền của hệ thống, k[N/m] – độ cứng lò xo, d[m] - cánh tay đòn, η- hiệu suất bộ truyền, ΔL[m] – độ biến thiên lò xo. Để xác định độ biến thiên lò xo, đề tài sử dụng cảm biến đo vị trí lò xo dưới dạng thanh trượt. Biến trở được sử dụng có dạng như Hình 5. Hình 5: Biến trở đo biến dạng lò xo Biến trở sử dụng có điện áp cấp là 5V, hành trình có độ dài 0,03[m]. Vì thế độ biến thiên lò xo được xác định thông qua tín hiệu Vo từ biến trở con trượt theo công thức sau: 0,03. ∆퐿 = 표 (3) 5 2.3. Mạch thu thập dữ liệu và điều khiển Mạch điện thu thập dữ liệu thực hiện ba chức năng chính đó là đo chu kỳ cảm biến tốc độ động cơ, xác định độ biến thiên lò xo đo lực và điều khiển dòng kích từ của máy phát tạo tải. Ba thông số này được gửi về máy tính qua cổng serial để hiển thị đặc tuyến trên giao diện máy tính. Mạch điện được thiết kế bằng phần mềm Eagle có nguyên lý và hình dạng như Hình 6. Hình 6: Mạch thu thập dữ liệu hệ thống Mạch điện sau khi thu thập dữ liệu sẽ gửi về máy tính để vẽ đặc tuyến. Giao diện trên máy tính được lập trình trên nền phần mềm LabVIEW có cấu trúc như Hình 7. Hình 7: Giao diện giao tiếp giữa máy tính và băng thử
4. 3. THỬ NGHIỆM BĂNG THỬ 3.1. Thiết bị thử nghiệm Động cơ dùng để thử nghiệm là động cơ xe gắn máy hiệu SAVI có thông số như bảng1. Bảng 1: Thông số kỹ thuật động cơ thử nghiệm Thông số kỹ thuật Giá trị Loại động cơ Xăng, 4 thì, 1 xi lanh Dung tích xi lanh 110 Đường kính xi lanh-hành trình piston 39-42,3 Tỷ số nén 9 :1 Công suất cực đại/số vòng quay 4,2kW/ 7.500 v/p Mô-men cực đại/số vòng quay 7,0N.m /5.500 v/p Động cơ được gắn lên băng thử để phục vụ thử nghiệm. Sau khi gắn động cơ, hệ thống được chụp toàn cảnh như Hình 8. Hình 8: Toàn cảnh băng thử trước khi đưa vào thử nghiệm 3.2.Kết quả thí nghiệm 4. KẾT LUẬN Sau thời gian thực hiện, đề tài đã chế tạo thành công băng thử động cơ xe gắn máy. Băng thử có thể đo và vẽ được đặc tính công suất động cơ ở bất kỳ chế độ tải nào. Với tính năng có được, băng thử tải động cơ xe gắn máy sẽ giúp ích rất nhiều trong việc nghiên cứu cải thiện động cơ xe gắn máy nhằm tối ưu hóa quá trình hoạt động, giảm thiểu mức tiêu hao nhiên liệu, giảm ô nhiễm môi trường. Ngoài ra, băng thử tải xe gắn máy còn giúp ích rất nhiều trong việc giảng dạy. Thông qua mô hình này, người đọc có thể hiểu cấu tạo,
5. nguyên lý hoạt động của bộ tạo tải đồng thời nắm rõ đặc tính tạo mô-men của máy phát điện, hiểu được đường đặc tính tải động cơ là gì, cách xác định như thế nào và cách điều khiển hệ thống băng thử. Mặc dù vậy, mô hình vẫn cần phải đầu tư nhiều hơn nữa để hoàn thiện và áp dụng thành công trong thực tiễn. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Đỗ Quốc Ấm, Giáo trình Thử nghiệm động cơ, ĐH Sư phạm kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh, Tp.Hồ Chí Minh, 2008. [2]. Nguyễn Văn Trạng, Động cơ đốt trong, ĐH Sư phạm kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh, Tp.Hồ Chí Minh, 2005. [3]. Bùi Văn Ga,Thí nghiệm động cơ đốt trong,Giáo trình Đại học Bách khoa Đà Nẵng, 1994. [4]. Nguyễn Bá Hải, Giáo trình Lập trình LabVIEW, ĐH Sư phạm kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh, Tp.Hồ Chí Minh, 2010. [5]. Ngô Diên Tập, Kỹ thuật vi điều khiển với AVR, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 2003. [6]. Đỗ Văn Dũng, Trang bị điện & điện tử trên ô tô hiện đại - Hệ thống điện động cơ và điện thân xe, NXB ĐHQG Tp.HCM, Tp. Hồ Chí Minh, 2010. [7]. Bùi Văn Hồng, Giáo trình môn thực tập điện tử cơ bản, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh, Tp.Hồ Chí Minh, 2004.