Bài giảng Thí nghiệm ô tô

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÀI GIẢNG HỌC PHẦN: THÍ NGHIỆM Ô TÔ SỐ TÍN CHỈ: 02 LOẠI HÌNH ĐÀO TẠO: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ Hưng Yên - 2015 Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 1 CHƢƠNG I CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG ĐO LƢỜNG KỸ THUẬT 1.1. Mục đích thí nghiệm Thí nghiệm ôtô chiếm vị trí rất quan trọng trong nền công nghiệp ôtô. Mục đích của việc thí nghiệm là để đánh giá hoặc phát hiện các ưu nhược điểm của các chi tiết, các cụm chi tiết và toàn bộ ôtô về các mặt như: Thông số kỹ thuật và tính năng làm việc cơ bản. Độ tin cậy làm việc. Độ bền và tuổi thọ. Tóm lại, nhờ có thí nghiệm chúng ta có thể đánh giá chất lượng của chi tiết, của cụm và toàn bộ ôtô một cách tổng thể và từ đó có cơ sở đề xuất cải tiến và hoàn thiện chúng nhằm đảm bảo sản xuất được những ôtô ngày càng có chất lượng cao. Cần chú ý rằng chữ thí nghiệm có thể được hiểu theo nghĩa hẹp, như thí nghiệm xác định độ cứng của lò xo ly hợp, nhưng cũng có thể nghĩa rất rộng như thí nghiệm đánh giá chất lượng làm việc của ôtô trong điều kiện sử dụng v.v Quy mô và độ phức tạp của thí nghiệm phụ thuộc vào mục đích đề ra ban đầu. Tuỳ theo mục đích và tính chất của thí nghiệm mà đề ra chương trình thí nghiệm bao gồm: Phương pháp tiến hành và thời gian thí nghiệm. Đối tượng dùng cho thí nghiệm. Trang thiết bị dùng cho thí nghiệm. Vị trí, chế độ và điều kiện thí nghiệm. Phương pháp xử lý số liệu thí nghiệm. 1.2. Các dạng thí nghiệm ôtô Thí nghiệm ôtô được phân loại theo: Mục đích thí nghiệm. Tính chất thí nghiệm. Vị trí tiến hành thí nghiệm. Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 2 Đối tượng thí nghiệm. Cường độ và thời gian thí nghiệm. Theo mục đích thí nghiệm ta có thí nghiệm kiểm tra kiểm tra ở nhà máy sản xuất, thí nghiệm trong điều kiện sử dụng, thí nghiệm trong nghiên cứu khoa học. Theo tính chất thí nghiệm ta có thí nghiệm để xác định tính chất kéo, tính nhiên liệu, tính chất phanh, tính ổn định và điều khiển, tính êm dịu chuyển động, tính cơ động, độ tin cậy làm việc, độ mòn, độ bềncủa ôtô. Theo vị trí tiến hành thí nghiệm ta có thí nghiệm trên bệ thử (trong phòng thí nghiệm), thí nghiệm ở bãi thử, thí nghiệm trên đường. Thí nghiệm trên bệ thử có thể tiến hành cho từng chi tiết, cho từng cụm hoặc cho cả ôtô một cách dễ dàng hơn so với khi thí nghiệm trên đường. Theo đối tượng thí nghiệm ta có thí nghiệm mẫu ôtô đơn chiếc, thí nghiệm mẫu ôtô của một đợt sản xuất nhỏ, thí nghiệm ôtô được sản xuất đại trà. Theo cường độ và thời gian thí nghiệm ta có thí nghiệm bình thường theo quy định và thí nghiệm tăng cường. Ở thí nghiệm tăng cường thì thời gian thường được rút ngắn và chế độ tải trọng tăng. 1.3. Yêu cầu đối với thiết bị đo Thiết bị đo dùng cho thí nghiệm cần đảm bảo những yêu cầu chính sau đây: Đảm bảo độ chính xác cần thiết cho thí nghiệm. Không bị ảnh hưởng bởi rung động, điều này rất cần thiết đối với thí nghiệm trên đường. Đặc tính của thiết bị đo cần phải tuyến tính hoặc rất gần với tuyến tính trong suốt phạm vi đo. Trọng lượng và kích thước nhỏ để có thể đặt được ở trong ôtô. Điều này rất quan trọng khi thí nghiệm trên đường. Không bị ảnh hưởng bởi khí hậu và thời tiết. Câu hỏi ôn tập Câu 1: Nêu mục đích của thí nghiệm ôtô? Câu 2: Các dạng thí nghiệm ôtô? Câu 3: Yêu cầu của thiết bị đo trong thí nghiệm ôtô? Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 3 CHƢƠNG II CÁC LOẠI CẢM BIẾN DÙNG TRONG THÍ NGHIỆM 2.1. Định nghĩa và phân loại cảm biến Cảm biến là bộ phận để nhận tín hiệu về trang thái của tín hiệu cần đo và biến đổi nó thành tín hiệu điện tương ứng. Trong thí nghiệm ôtô thường dùng cảm biến để đo các đại lượng: chuyển dịch, tốc độ, gia tốc, lực, áp suất và ứng suất. Khi nghiên cứu động cơ đốt trong cũng như những cơ cấu khác của ôtô có thể dùng đến cảm biến loại nhiệt, loại quang và loại hoá, hall, áp suất Cảm biến còn phân loại theo nguyên lý biến đổi đại lượng không điện thành đại lượng điện theo hai nhóm lớn: Nhóm phát điện (gênêratơ): ở nhóm này các đại lượng không điện từ đối tượng cần đo được biến đổi thành sức điện động hoặc cường độ dòng điện, chẳng hạn như cảm biến điện cảm, cảm biến thạch anh, cảm biến quang, cảm biến hall và những cảm biến khác không cần nguồn điện bởi vì chính các cảm biến ấy là nguồn phát điện. Nhóm thông số: ở nhóm này đại lượng không điện từ đối tượng cần đo sẽ biến đổi thành một hoặc vài thông số điện của cảm biến như điện trở tenxơ, cảm biến điện dung, cảm biến điện từ, cảm biến con trượt. 2.2. Cấu tạo các loại cảm biến 2.2.1. Cảm biến điện áp a. Nguyên lý hoạt động Nguyên lý cảm biến điện áp Hình vẽ Hiệu ứng áp điện (piezo- electric): Ở trạng thái ban đầu các tinh thể thạch anh là trung hòa về điện, tức là các ion dương và ion âm cân bằng như hình 2.1A. Khi có áp lực bên ngoài tác dụng lên một tinh thể thạch anh làm cho mạng tinh thể bị biến dạng. Điều này dẫn đến sự dịch chuyển các ion. Một điện áp điện (B) Hình 2.1: Nguyên lý hoạt động của hiệu ứng áp điện. Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 4 được tạo ra. Ngược lại, khi ta đặt vào một điện áp, điều này dẫn đến một biến dạng tinh thể và bảo toàn lực (hình 2.1C). A. Thạch anh tinh thể ở trạng thái chưa làm việc; B. Tác động của một lực bên ngoài; C. đặt vào một điện áp; 1. Áp lực; 2. Ion chiếm chỗ; 3. Điện áp tạo ra; 4. Phương tác động; 5. Biến dạng của tinh thể; 6. Cung cấp điện áp. b. Ứng dụng Cảm biến áp điện được ứng dụng rất rộng rãi trong cơ khí và ngành công nghệ ôtô. Chẳng hạn như: cảm biến kích nổ, cảm biến áp suất, cảm biến siêu âm, cảm biến gia tốc. Ứng dụng cảm biến điện áp Hình vẽ Cảm biến tiếng gõ được đặt nắp trên động cơ dưới đầu xi lanh. Thành phần áp điện trong cảm biến kích nổ được chế tạo bằng tinh thể thạch anh là những vật liệu khi có áp lực sẽ sinh ra điện áp. Phần tử áp điện được thiết kế có kích thước với tần só riêng trùng với tần số rung của động cơ khi có hiện tượng kích nổ để xẩy ra hiện tượng cộng hưởng (f=7kHz). Như vậy, khi có kích nổ, tinh thể thạch anh sẽ chịu áp lục lớn nhất và sinh ra một điện áp. Hình 2.2: Cảm biến tiếng gõ Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 5 2.2.2. Cảm biến cảm ứng từ a. Nguyên lý hoạt động Nguyên lý hoạt động Hình vẽ Những cảm biến này làm việc trên nguyên lý phát sinh sức điện động trên mạch khi từ thông thay đổi. Nguyên lý làm việc của cảm biến này được trình bày trên hình 2.3. Cảm biến cấu tạo bởi khung dây điện quay trong trường nam châm vĩnh cửu gây nên bởi hai cực bắc N và nam S. Khi khung dây điện quay như vậy thì từ thông đi qua dây điện sẽ thay đổi và sức điện động e (tín hiệu ra) sinh ra ở hai đầu ra của khung dây điện sẽ tỷ thuận với tốc độ thay đổi từ thông đi qua khung dây điện. Hinh 2.3: Sơ đồ nguyên lý làm việc của cảm biến cảm ứng từ. Sức điện động e được biểu diễn dưới công thức: dt d We   Trong đó: W: Số vòng dây của khung dây dt d : Tốc độ thay đổi từ thông đi qua dây điện. b. Ứng dụng Ứng dụng cảm biến cảm ứng từ Hình vẽ Ứng dụng thực tế đối với cảm biến tốc độ bánh xe: Cảm biến này bao gồm: một nam châm được bao kín bằng một cuộn dây và các vòng cảm biến. Nam châm và cuộn dây được đặt cách các vòng cảm biến một khoảng xác Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 6 định. Khi răng của vòng cảm biến 4 không nằm đối diện cực từ, thì từ thông đi qua cuộn dây cảm ứng sẽ có giá trị thấp vì khe hở không khí lớn lên có từ trở cao. Khi một răng đến gần cực từ của cuộn dây, khe hở không khí giảm dần khiến từ thông tăng nhanh. Như vậy, nhờ sự biến thiên từ thông, trên cuộn dây sẽ xuất hiện một sức điện động cảm ứng. Khi răng vòng cảm biến đối diện cuộn dây từ thông đạt giá trị cực đại nhưng điện áp ở hai đầu cuộn dây bằng không. Khi răng của vòng cảm biến di chuyển ra khỏi cực từ, khe hở không khí tăng dần làm từ thông giảm sinh ra một sức điện động theo chiều ngược lại. Việc luân chuyển các bánh xe sẽ thay đổi khe hở dẫn đến làm thay đổi từ trường. Những thay đổi của từ trường tạo ra điện áp xoay chiều trong cuộn dây. Các tần số tín hiệu thay đổi như tốc độ bánh xe tăng hoặc giảm. Hình 2.4: Cảm biến tốc độ. 1. Nam châm vĩnh cửu; 2. Cuộn dây; 3. Từ trường; 4. Vòng cảm biến; 5. Khe hở không khí; 6. Cáp kết nối. Cảm biến vị trí trục cam: Cảm biến vị trí trục cam có thể đặt trên vành đai puly cam hoặc có thể tích hợp trong bộ chia điện. Bộ phận chính của cảm biến là một cuộn cảm ứng, một nam châm vĩnh cửu và một rotor dùng để khép mạch từ có số răng như hình 2.5. Về cơ bản nguyên lý tương tự như cảm biến tốc độ. Việc luân chuyển trục cam sẽ thay đổi khe hở dẫn đến làm thay đổi từ trường. Sự biến thiên từ trường tạo ra điện áp xoay chiều trong cuộn dây. Tần số này thay đổi như hình 2.5. Cảm biến giúp Hình 2.5: Cảm biến vị trí trục cam. 1. Cảm biến vị trí trục cam; 2. Vòng cảm biến trục cam. Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 7 xác định góc chuẩn của trục cam, từ đó xác định điểm chết trên và kỳ nén của mỗi xi lanh để đánh lửa. 2.2.3. Cảm biến áp suất a. Nguyên lý hoạt động Nguyên lý hoạt động cảm biến áp suất Hình vẽ minh họa Cảm biến áp suất thường được sử dụng để đo áp suất trong ôtô. Cấu tạo quan trọng nhất của cảm biến áp suất là: Chip silicon 5, trong chip silicon có màng 1 và các điện trở được mắc với nhau theo hình cầu Wheatstone. Khi áp suất cao, khi đó màng 5 tác dụng làm các điện trở biến. Các điện trở biến dạng được kết nối với nhau theo hình cầu mạch Wheatstone. Và khi đó các điện trở thay đổi về giá trị điện trở dẫn đến thay đổi điện áp trên các điện trở đo. Điện trở um cũng thay đổi phù hợp. Sự thay đổi đó phù hợp với áp suất trên màng. Hình 2.6: Cảm biến áp suất. 1. Màng; 2. Chân không; 3. Thủy tinh chịu nhiệt; 4. Mạch cầu; 5. Chip silicon. b. Ứng dụng Ứng dụng cảm biến áp suất Hình vẽ Cảm biến áp suất đường ống nạp (MAP). Cảm biến MAP được đặt tại dẫn khí nạp. Cảm biến nhằm xác định áp suất hiện tại trong đường ống nạp. Điều đó là rất cần thiết để điều chỉnh chính xác tỷ lệ hòa khí. Cảm biến MAP được cung cấp bởi một điện áp tham chiếu 5V. Cảm Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 8 biến bao gồm một tấm chip silicon. Mặt ngoài của tấm silicon tiếp xúc với áp suất đường ống nạp. Hai mặt của tấm được phủ thạch anh để tạo thành điện trở áp điện. Khi áp suất đường ống nạp thay đổi, giá trị của điện trở áp điện sẽ thay đổi. Các điện trở áp điện được nối thành cầu Wheastone. Hình 2.7: Cảm biến áp suất đường ống nạp. Cảm biến áp suất nhiên liệu. Cảm biến được lắp đặt ống phân phối của hệ thống cung cấp nhiên liệu. Cảm biến nhằm xác định áp suất nhiên liệu. Việc xác định áp suất được thực hiện bằng cách sử dụng một màng mỏng bằng thép có thể thay đổi điện trở. Việc làm biến dạng màng thép sẽ tạo ra sự thay đổi điện trở, việc thay đổi điện trở này tỷ lên với áp suất nhiên liệu và được khuyếch đại trong IC khuyếch đại 2. Hình 2.8: Cảm biến áp suất nhiên liệu. Hình 2.9: Cấu tạo cảm biến áp suất nhiên liệu. 1. Dây kết nối; 2. IC khuyếch đại; 3. Màng ngăn thép; 4. Áp suất nhiên liệu; 5. Vỏ. 2.2.4. Cảm biến Hall Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 9 a. Nguyên lý hoạt động Nguyên lý cảm biến Hall Hình vẽ Hiệu ứng Hall ở đây được tạo ra bởi một tấm bán dẫn (IC hall). Khi cung cấp một điện áp một chiều U thì có một dòng điện phân bố đều trên toàn bộ bề mặt của tấm IC Hall và tạo ra từ trường xung quang tấm Hall. Khi ta thay đổi từ trường dẫn đến sự thay đổi các điện tử, các điện tử này bất ngờ chệch hướng quỹ đạo hiện tại. Kết quả là tấm Hall đưa ra một hiệu điện thế Hall (hình 2.10). Hình 2.10: Nguyên lý cảm biến HALL. b. Ứng dụng Ứng dụng cảm biến Hall Hình vẽ Cảm biến vị trí trục khuỷu: Cảm biến Hall được lắp gần bánh đà hoặc Puli trục khuỷu. Cảm biến xác định vị trí của trục và tốc độ của trục khuỷu. Các tín hiệu từ cảm biến vị trí suất ra là ở dạng xung. Các xung này được đưa tới ECU. Theo sơ đồ nguyên lý, khí có nguồn cung cấp đến IC Hall và có từ thông đi qua nó thì IC Hall sẽ cho một tín hiệu điện áp. Khi cực bắc lại gần IC Hall thì IC Hall sẽ tạo ra điện áp. Còn cực nam lại gần IC Hall thì sự thay đổi điệp áp là rất nhỏ so với cực bắc, do đó Hình 2.11: Cảm biến vị trí trục khuỷu. Cặp cực từ; 2. Cảm biến tốc độ động cơ; 3. Khoảng cách giữa cặp cực và cảm biến tốc độ; 4. Khoảng cách giữa các xung; 5. Tín hiệu từ cảm biến tốc độ. Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 10 điện áp lúc này là 0V. Cảm biến mô men: Khi người lái điều khiển vô lăng, mô men lái tác dụng lên trục của cảm biến mô men thông qua trục lái chính. Khi đó làm quay rotor của cảm biến. Trên Stator là đĩa phân đoạn có tác dụng ngăn IC hall tiếp xúc với từ trường. Trên rotor có các nam châm, do đó khi quay rotor làm cho IC Hall tiếp xúc với từ trường. Khi tiếp xúc sẽ sinh ra các điện áp. Khi không tiếp xúc thì điện áp mất. Hình 2.12: Cấu tạo cảm biến mô men. 1. IC Hall; 2. Rotor; 3. Stator. 2.2.5. Manheto – điện trở suất a. Nguyên lý hoạt động Nguyên lý hoạt động Hình vẽ Dó là liên kết từ hóa trong một vật liệu sắt từ. Vật liệu sắt từ gồm nhiều lớp. Mỗi một lớp là một lớp từ hóa. Nếu không có sự ảnh hưởng của từ hóa bên ngoài, thì sự liên kết của mỗi lớp từ hóa là ngẫu nhiên. Nếu một từ trường ngoài tác dụng vào vật liệu sắt từ, thì các thành phần từ hóa sẽ phù hợp với từ trường bên ngoài. Sự liên kết của các thành phần từ hóa phụ thuộc trên độ mạnh của từ trường bên ngoài: Nếu từ trường yếu, sự liên kết của thành phần từ hóa đến từ trường bên ngoài là ngẫu nhiên và do đó không đồng đều. Các vật liệu sắt từ có điện trở cao. Nếu từ trường đủ mạnh, sự liên kết của thành phần từ hóa là thống Hình 2.13: Cảm biến Manhêtô. Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 11 nhất với tù trường ngoài. Các vật liệu sắt từ có điện trở thấp. b. Ứng dụng Ứng dụng Hình vẽ Cảm biến tốc độ bánh xe: Cảm biến tốc độ bánh xe đặt trên các bánh xe trước và bánh sau. Cảm biến tốc độ đo tốc độ của từng bánh xe. Tạo ra các sóng vuông với tần số liên tục và tương ứng với tốc độ động cơ tăng lên. Cảm biến tốc độ bao gồm hai magneto-resistive điện trở kết nối với nhau theo dạng cầu Wheatstone. Khi vòng từ tính quay, từ thông biến thiên qua các phần tử magneto này làm cho điện thế tại các điểm giữa của hai nhánh thay đổi. Một bộ so sánh khuyếch đại căn cứ vào sự chênh lệch điện áp tại 2 điểm này sẽ tạo ra các xung vuông. Tần số các xung này bằng số cực các nam châm gắn vào vòng từ tính. Hình 2.14: Cảm biến tốc độ bánh xe. Hình 2.15: Nguyên lý hoạt động của cảm biến tốc độ xe. Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 12 2.2.6. Cảm biến điện dung a. Nguyên lý hoạt động Nguyên lý hoạt động Hình vẽ Cảm biến điện dung dựa trên các nguyên tắc của một tụ điện. Một trong những tính chất vật lý của tụ điện là sự phụ thuộc của điện dung, tức là khả năng lưu trữ năng lượng, vào khoảng cách giữa hai tấm kim loại. Các tấm có khoảng cách phù hợp. Nếu hai mảnh là tương đối xa nhau, thì khả năng nạp giữa chúng là tương đối thấp. Nếu các tấm di chuyển lại gần nhau hơn, thì khả năng nạp tăng tương ứng. Hình 2.16: Khi hai tấm khim loại ở xa nhau. Hình 2.17: Khi hai tấm kin loại ở gần nhau. b. Ứng dụng Ứng dụng Hình vẽ Cảm biến đo gia tốc: Cảm biến gia tốc được lắp trên khung kết cấu sàn xe theo chiều dọc và ngang trục. Cảm biến gia tốc đo gia tốc của xe theo chiều dọc hoặc ngang, tùy thuộc vào sử dụng. Cảm biến này được dùng để điều khiển hoạt động của túi khí. Hình 2.18: Cấu tạo cảm biến gia tốc. Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 13 Cảm biến áp suất phanh: Cảm biến áp suất phanh có thể được lắp bên ngoài của xi lanh phanh chính hoặc có thể tích hợp vào HCU. Cảm biến áp suất phanh dùng để đo áp suất trong hệ thống phanh thủy lực. Cảm biến này tạo ra một tín hiệu điện áp tỉ lệ thuận với áp suất phanh tạo ra. Và gửi tín hiệu này về ECU. Khi áp suất phanh nhỏ thì khoảng cách giữa đĩa dung (di động) và đĩa dung (cố định) ở xa nhau do đó làm thay đổi điện dung của mạch do đó tạo ra tín hiệu điện áp tương ứng. Hình 2.19: Cảm biến áp suất phanh. Hình 2.20: Cấu tạo cảm biến áp suất phanh. 1. Xi lanh phanh chính; 2. Dầu phanh; 3. Thân cảm biến; 4. Đĩa dung (di động); 2. 5. Đĩa dung (cố định). Cảm biến độ lệch của xe: Cảm biến được lắp ở mặt cắt ngang bên phải của dầm ngang trong khoang hành lý. Cảm biến độ lệch của xe sử dụng một con quay kiểu điện dung có hình âm thoa. Một cái cộng hưởng gồm có một phần rung và một phần phát hiện được dịch chuyển 90 độ để hình thành một bộ phận. Một miếng gốm áp điện được lắp vào cả phần rung và phấn phát điện. Để pháp hiện độ lệch hướng, người ta đặt điện áp xoay chiều vào phần rung, điện áp này làm cho nó rung. Sau đó, mức lệch hướng được phát hiện từ phần phát hiện theo Hình 2.21: Cấu tạo cảm biến độ lệch của xe. Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 14 mức lệch và hướng lệch của miếng gốm áp điện, do tác dụng của lực coriolis được tạo ra quang cái cộng hưởng. 2.2.7. Cảm biến quang a. Nguyên lý hoạt động Nguyên lý hoạt động Hình vẽ Cảm biến quang điện sử dụng bộ phát và nhận ánh sáng cho tiếp xúc không gián tiếp với một bộ phận truyền động. Các bộ phận truyền động có thể là: một đĩa phân đoạn (hình vẽ). Các khoảng trống trên các cạnh của đĩa phân khúc cho phép các chùm ánh sang đi qua và đó cũng chính là khoảng cách dịch chuyển. Hình 2.22: Nguyên lý cảm biến quang. 1. Đĩa phân đoạn; 2. Chùm sáng; 3. Bộ phận phát và nhận. b. Ứng dụng Ứng dụng Hình vẽ Cảm biến góc quay tay lái: Cảm biến góc lái được lắp đặt trong cụm ống trục lái, để phát hiện góc và hướng quay. Cảm biến bao gồm 3 bộ ngắt quang điện với các pha, và một đĩa xẻ rãnh để ngắt ánh sáng nhằm đóng ngắt (on/off) tranzito-quang điện nhằm phát hiện góc và hướng lái. Hình 2.23: Cảm biến góc quay tay lái. Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 15 2.2.8. Cảm biến con trƣợt a. Nguyên lý hoạt động Nguyên lý hoạt động Hình vẽ Một tiếp điểm trượt theo 1 góc xác định trên các rãnh điện trở. Cảm biến này được cấp điện áp chuẩn thông qua một thanh tiếp xúc. Thanh tiếp xúc này có điện trở rất thấp và cố định. Khi con trượt di chuyển thì giá trị điện trở tăng hoặc giảm từ điểm đầu tới điểm cuối. Đồng thời việc sụt giảm điện áp qua những thay đổi biến điện trở tương ứng. Hình 2.24: Nguyên lý làm việc của cảm biến vị trí con trượt. 1. Góc quay tối đa; B. Góc đo hiện tại; 1. Rãnh biến điện trở; 2. Điện trở lớn nhất; 3. Rãnh tiếp xúc; 4. Con trượt tiếp xúc; 5. Điện trở nhỏ nhất. b. Ứng dụng Ứng dụng Hình vẽ Cảm biến hao mòn má phanh: Cảm biến hao mòn má phanh nằm trong điệm hãm phanh (chỉ cho phanh đĩa). Cảm biến hoa mòn má phanh bao gồm một vòng dây nhỏ mà được lồng vào trong của các má phanh. Ngay sau khi má phanh bị mòn xuống đến mức độ dày quy định, điều này dẫn đến: A: Nối chỗ mòn đó với mát B: Hoặc ngắn mạch Hình 2.25: Vị trí lắp cảm biến hao mòn má phanh. Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 16 Cảm biến vị trí bàn đạp phanh: Cảm biến vị trí bàn đạp phanh trong xi lanh phanh chính (chỉ có trong hệ thống ABS). Cảm biến xác định vị trí bàn đạp phanh. Hướng trượt được chia làm bảy phân đoạn, theo đó mỗi phân đoạn được kết nối qua điện trở ta có thể quan sát trên hình vẽ. Tại mỗi vị trí thì điện trở thay đổi hoặc thay đổi điện áp trên toàn bộ cảm biến. Hình 2.26: Cảm biến vị trí bàn đạp phanh. Hình 2.27: Cấu tạo cảm biến vị trí bàn đạp phanh. 1. Hướng trượt; 2. Con chạy; 3. Điện trở; 4. Giắc kết nối điện. Cảm biến vị tri bướn ga: Cảm biến vị trí bướm ga được lắp ở trên trục của bướm ga. Khi bướm ga được mở ra, một vành trượt di chuyển bên trong rãnh điện trở của cảm biến. Điện trở của cảm biến tăng lên tương ứng là vị trí bướm ga (hình 2.28). Hình 2.28: Cảm biến vị trí bướm ga. Tương ứng với khoảng 0,5V; B. Tương ứng với khoảng 4,7V; Ct đóng bướm ga; PT mở một phần bướn ga; Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 17 Cảm biến vị trí bàn đạp ga: Cảm biến vị trí bàn đạp ga được tích hợp vào bàn đạp ga. Cảm biến xác định vị trí hiện tại của bàn đạp ga. Khi ta đạp vào bàn đạp ga, trục và vít trượt được di chuyển vào vị trí của nó trên các rãnh trượt, khi đó điện trở thay đổi tỷ lệ với vị trí của bàn đạp ga. Hình 2.29: Cảm biến vị trí bàn đạp ga. 1. Rãnh trượt; 2. Trục với. 2.2.9. Cảm biến theo nguyên tắc dây nóng a. Nguyên lý hoạt động Nguyên lý hoạt động Hình vẽ Dây sấy được mắc trong một mạch cầu wheatsone. Mạch cầu này có đặc điểm là hiệu điện thế tại A và B bằng nhau khi tích điện trở tính theo đường chéo là bằng nhau: [Ra + R3].R1=Rh.R2 Khi dây sấy (Rh) bị làm lạnh bởi không khí, điện trở giảm kết quả là tạo ra sự chênh lệch điện thế giữa A và B. một bộ khuyếch đại hoạt động sẽ nhận biết sự chênh lệch này và làm cho điện áp cấp đến mạch tăng (tăng dòng điện chạy qua dây sấy (Rh)). Khi đó nhiệt độ của dây sấy (Rh) tăng lên kết quả là làm điện trở tăng cho đến khi điện thế tại A bằng B. Hình 2.30: Sơ đồ nguyên lý cảm biến hoạt động theo nguyên tắc dây nóng. Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 18 b. Ứng dụng Ứng dụng Hình vẽ Cảm biến đo lưu lượng khí nạp dùng dây sấy: Cảm biến được lắp trên đường ống nạp của động cơ. Cảm biến do lưu lượng khí nạp vào động cơ. Dòng điện chạy qua dây nóng 2 làm nó nóng lên. Khi không khí chạy qua dây nóng, dây nóng sẽ được làm mát phụ thuộc vào khối lượng không khí nạp vào. Bằng cách điều khiển dòng điện chạy qua dây sấy để giữ cho nhiệt độ của dây không đổi ta có thể đo được lượng khí nạp bằng cách đo dòng điện. Điện áp này tỷ lệ thuận với khối lượng khí nạp. Hình 2.31: Cấu tạo cảm biến đo lưu lượng khí nạp dùng dây sấy. 1. Cảm biến nhiệt độ khí nạp; 2. Dây nóng; 3. Đường ống đi vòng. Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 19 2.10. Cảm biến ôxy Nguyên lý hoạt động Hình vẽ Cảm biến oxy loại này có một phần tử được chế tạo bằng Điôxít Zirconia (Zro2, một laoij gốm). Phần thử này được phủ ở cả bên trong và bên ngoài bằng một lớp mỏng platin. Không khí bên ngoài được dẫn vào bên trong của cảm biến và bên ngoài của nó tiếp xúc với khí xả. Nếu nồng độ oxy trên bề mặt trong của phần tử zirconia chênh lệch lớn so với bề mặt bên ngoài tại nhiệt độ cao (4000C hay cao hơn), phần tử zirconia sẽ tạo ra một điện áp để báo về nồng độ oxy trong khí xả tại mọi thời điểm. Khi tỷ lệ không khí – nhiên liệu là nhạt, sẽ có nhiều oxy trong khí xả, sẽ có nhiều oxy trong khí xả, nên chỉ có sự chênh lệch nhỏ về nồng độ giữa bên trong và bên ngoài phần tử cảm biến. Vì lý do đó, điện áp nó tạo ra rất nhỏ (gần 0V). Ngược lại, nếu tỷ lệ không khí – nhiên liệu đậm, oxy trong khí xả gần như biến mất. Điều đó tạo ra sự chênh lệch lớn về nồng độ oxy bên trong và bên ngoài của cảm biến, nên điện áp tạo ra tương đối lớn (xấp xỉ 1V). Platin (phủ bên ngoài phần tử cảm biến) có tác dụng như một chất xúc tác, làm cho oxy và Co trong khí xả phản ứng với nhau. Nó làm giảm giảm lượn oxy và tăng độ nhạy của cảm biến. Hình 2.32: Cấu tạo cảm biến oxy. A. Lưu lượng khí thải qua ống; B. Không khí ngoài trời; C. Cảm biến điện áp; 1. Lớp Zirconia; 2. Platin (21 % oxy); 3. Platin (oxy còn lại quá trình cháy); 4. Dòng khí thải. Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 20 2.2.11. Cảm biến Tenxơ a. Nguyên lý hoạt động Nguyên lý hoạt động Hình vẽ Trên hình 2.33 trình bày cấu tạo của cảm biến dây điện trở. Nó được bằng dây điện trở nhỏ có đường kính 0,02 0,04 mm được uốn đi uốn lại nhiều lần và dán trên giấy hoặc trên lớp nhựa mỏng.Ở hai đầu cuối có gắn các dây nối ra. Để đo biến dạng người ta dán cảm biến lên bề mặt của chi tiết bằng một thứ keo đặc biệt, nhờ thế dây điện trở của cảm biến sẽ biến dạng khi chi tiết bị biến dạng và sẽ làm thay đổi kích thước hình học của sợi dây điện trở (chiều dài và diện tích tiết diện ngang), qua đó làm thay đổi tính chất vật lý của dây điện trở (điện trở suất). Như vậy điện trở của cảm biến dây điện trở là hàm số của biến dạng của chi tiết được thử, mà biến dạng của chi tiết là do lực tác dụng lên nó, cho nên điện trở của cảm biến sẽ thay đổi tương ứng với lực tác dụng lên chi tiết đó. Khi điện trở của cảm biến thay đổi thì đòng điện trên mạch đó sẽ thay đổi tương ứng. Cảm biến dây điện trở có các ưu điểm: Có thể dán trực tiếp lên chi tiết cần nghiên cứu, do có kích thước bé có thể dán vào chi tiết nhỏ. Hình 2.33: Cảm biến dây điện trở loại dây tiết diện tròn. 1. Điện trở tenxơ; 2. Giấy hoặc lớp nhựa mỏng; 3. Dây dẫn. Điện trở của dây điện trở được xác định theo công thức: S l R  Trong đó: R: Điện trở của dây.  : Điện trở suất. l: Chiều dài của sợi dây điện trở. S: Diện tích tiết diện của sợi dây điện trở. Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 21 Do trọng lượng nhỏ nên có thể dán vào chi tiết quay nhanh. Không có quán tính về điện cho nên có thể dùng chúng làm cảm biến đầu tiên trong các máy ghi rung động và ghi gia tốc với tần số tới hàng nghìn Hz. Giá thành rất rẻ cho nên có thể dùng một lần rồi bỏ đi. Cảm biến dây điện trở có loại tiết diện tròn và loại dây tiết diện hình chữ nhật.Trên hình (2.34) trình bày cảm biến loại dẹt. Hình 2.34: Cảm biến dây điện trở loại dẹt. 2.3. Mạch chuyển đổi, thiết bị chỉ thị và ghi 2.3.1. Mạch chuyển đổi Như chúng ta đều biết hầu hết tín hiệu mà chúng ta thường gặp trong khoa học và kỹ thuật là tín hiệu tương tự. Tức tín hiệu là các hàm của biến liên tục như thời gian hoặc không gian và thường cho ta giá trị liên tục trên một khoảng. Chúng ta hoàn toàn có thể xử lý trực tiếp các tín hiệu này nhờ các hệ thống xử lý tín hiệu tương tự như là bộ lọc hay bộ phân tích tần số tương tự. Tuy nhiên có một số điểm hạn chế khi xử lý với tín hiệu tương tự như: Tín hiệu tương tự khó trong việc điều chỉnh, khó lưu trữ tín hiệu ... Tuy nhiên thì bộ xử lý tín hiệu số khắc phục được điều này và vì vậy mà thông thường người ta sẽ chuyển một tín hiệu tương tự sang tín hiệu số để xử lý. Hình 2.35: Mô phỏng nguyên lý của bộ chuyển đổi A/D và D/A. Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 22 Công việc chuyển đổi xảy ra qua 3 quá trình: Lấy mẫu tín hiệu Lấy mẫu là quá trình chuyển từ một tín hiệu tương tự liên tục theo thời gian sang tín hiệu rời rạc theo thời gian bằng cách "lấy mẫu" tức là lấy giá trị của tín hiệu tại những thời điểm cho trước. Lưu ý khoảng thời gian lấy giữa 2 lần lấy mẫu liên tiếp là như nhau. Như vậy nếu ta có một tín hiệu tương tự liên tục theo thời gian x(t) ta cần lấy ra các tín hiệu x(n) thỏa: x(n)=x(nT) Trong đó: T được gọi là khoảng lấy mẫu hoặc là chu kỳ lấy mẫu. Sau qua trình này ta thu được một mẫu x(n), Đối với tín hiệu tương tự VI thì tín hiệu lấy mẫu VS sau quá trình lấy mẫu có thể khôi phục trở lại VI một cách trung thực nếu điều kiện sau đây thỏa mản: fS>= 2flmax (1) Trong đó fS: tần số lấy mẫu flmax: là giới hạn trên của giải tần số tương tự Hình 2.36: Lấy mẫu tín hiệu tương tự đầu vào Nếu biểu thức (10) được thỏa mản thì ta có thể dùng bộ tụ lọc thông thấp để khôi phục VI từ VS. Vì mỗi lần chuyển đổi điện áp lấy mẫu thành tín hiệu số tương ứng đều cần có một thời gian nhất định nên phải nhớ mẫu trong một khoảng thời gian cần thiết sau mỗi lần lấy mẫu. Điện áp tương tự đầu vào được thực hiện chuyển đổi A/D trên thực tế là giá trị VI đại diện, giá trị này là kết quả của mỗi lần lấy mẫu. Lượng tử hóa và mã hóa: Tín hiệu số không những rời rạc trong thời gian mà còn không liên tục trong biến đổi giá trị. Một giá trị bất kỳ của tín hiệu số đều phải biểu thị bằng bội Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 23 số nguyên lần giá trị đơn vị nào đó, giá trị này là nhỏ nhất được chọn. Nghĩa là nếu dùng tín hiệu số biểu thị điện áp lấy mẫu thì phải bắt điện áp lấy mẫu hóa thành bội số nguyên lần giá trị đơn vị. Quá trình này gọi là lượng tử hóa. Đơn vị được chọn theo qui định này gọi là đơn vị lượng tử, kí hiệu D. Như vậy giá trị bit 1 của LSB tín hiệu số bằng D. Việc dùng mã nhị phân biểu thị giá trị tín hiệu số là mã hóa. Mã nhị phân có được sau quá trình trên chính là tín hiệu đầu ra của chuyên đổi A/D. Mạch lấy mẫu và nhớ mẫu: Khi nối trực tiếp điện thế tương tự với đầu vào của ADC, tiến trình biến đổi có thể bị tác động ngược nếu điện thế tương tự thay đổi trong tiến trình biến đổi. Ta có thể cải thiện tính ổn định của tiến trình chuyển đổi bằng cách sử dụng mạch lấy mẫu và nhớ mẫu để ghi nhớ điện thế tương tự không đổi trong khi chu kỳ chuyển đổi diễn ra. Nguyên tắc hoạt động: Sơ đồ khối: Bộ chuyển đổi tương tự sang số – ADC (Analog to Digital Converter) lấy mức điện thế vào tương tự sau đó một thời gian sẽ sinh ra mã đầu ra dạng số biểu diễn đầu vào tương tự. Tiến trình biến đổi A/D thường phức tạp và mất nhiều thời gian hơn tiến trình chuyển đổi D/A. Do đó có nhiều phương pháp khác nhau để chuyển đổi từ tương tự sang số. Hình 2.37: Sơ đồ khối của một lớp ADC đơn giản. Hoạt động cơ bản của lớp ADC thuộc loại này như sau: Xung lệnh START khởi động sự hoạt động của hệ thống. Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 24 Xung Clock quyết định bộ điều khiển liên tục chỉnh sửa số nhị phân lưu trong thanh ghi. Số nhị phân trong thanh ghi được DAC chuyển đổi thành mức điện thế tương tự VAX. Bộ so sánh so sánh VAX với đầu vào trương tự VA. Nếu VAX < VA đầu ra của bộ so sánh lên mức cao. Nếu VAX > VA ít nhất bằng một khoảng VT (điện thế ngưỡng), đầu dra của bộ so sánh sẽ xuống mức thấp và ngừng tiến trình biến đổi số nhị phân ở thanh ghi. Tại thời điểm này VAX xấp xỉ VA, giá dtrị nhị phân ở thanh ghi là đại lượng số tương đương VAX và cũng là đại lượng số tương đương VA, trong giới hạn độ phân giải và độ chính xác của hệ thống. Logic điều khiển kích hoạt tín hiệu ECO khi chu kỳ chuyển đổi kết thúc. Tiến trình này có thể có nhiều thay dổi đối với một số loại ADC khác, chủ yếu là sự khác nhau ở cách thức bộ điều khiển sửa đổi số nhị phân trong thanh ghi. 2.3.2. Thiết bị chỉ thị và ghi Thiết bị chỉ thị để hiển thị các tín hiệu từ cảm biến (đã được chuyển đổi) lên màn hình hiển thị để có thể nghiên cứu quá trình đo một đại lượng nào đó. Trên hình 2.38 là máy hiện sóng oscilloscope số. Máy oscilloscope số lấy mẫu dạng sóng và dùng một bộ phận chuyển đổi tương tự số (A và D) đê chuyển đổi điện áp được đo thành thông tin số. Sau đó, nó dùng thông tin số này để tái cấu trúc lại dạng sóng trên màn hình. Hình 2.38: Máy hiện sóng oscilloscope. Máy hiện sóng oscilloscope số bao gồm các hệ thống (hình 2.35): Hệ thống dọc. Hệ thống ngang. Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 25 Hệ thống khởi động. Bộ chuyển đổi A or D. Màn hình hiển thị. Nguyên lý hoạt động của máy oscilloscope số: Khi bạn nối đầu dò của máy oscilloscope số vào cảm biến: hệ thống dọc sẽ điều chỉnh biên độ của tín hiệu như trong máy oscilloscope tương tự. Tiếp tới, bộ chuyển đổi tương tự/số trong hệ thống thu thập lấy mẫu tín hiệu ở các thời điểm rời rạc và chuyển đổi điện áp tín hiệu ở các điểm này thành giá trị số, gọi là các điểm lấy mẫu. Xung lấy mẫu của hệ thống ngang quy định bộ ADC lấy mẫu bao nhiên lần. Tốc độ mà ở đó xung “ticks” được gọi là tốc độ lấy mẫu và được đo bằng số mẫu trên giây. Các điểm mẫu từ ADC được lưu trữ trong bộ nhớ như là các điểm dạng sóng. Có nhiều hơn một điểm mẫu có thể cấu thành nên một điểm dạng sóng. Cùng với nhau, các điểm dạng sóng cấu thành nên một bản ghi dạng sóng. Số điểm sóng được dùng để tạo nên một bản ghi dạng sóng được gọi là độ dài bản ghi. Hệ thống kích khởi quy định điểm bắt đầu và điểm kết thúc bản ghi. Màn hình nhận các điểm bản ghi này sau khi chúng được lưu trữ trong bộ nhớ. Hình 2.39: Sơ đồ làm việc của máy hiện sóng oscilloscope. 2.4. Tổ hợp các cảm biến Hệ thống đo bao gồm các cảm biến, mạch thích ứng và các thiết bị đầu ra có thể tổ hợp lại theo các sơ đồ khác nhau. Hình (2.40) mô tả các khả năng tổ Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 26 hợp của chúng. Đường liền nét biểu thị khả năng tổ hợp chính, đường nét đứt biểu thị các khả năng tổ hợp khác. Nhờ sử dụng các bộ chuyển mạch để chọn kênh đo, các bộ tính tổng, mô đun hoá, khuếch đại thuật toán, các bộ biến đổi số - tương tự và tương tự - số chúng ta có thể mở rộng thêm các sơ đồ đo. Hình 2.40: Sơ đồ các thành phần cảm biến, mạch thích ứng và thiết bị chỉ thị, ghi trong hệ thống đo. Trên hình (2.40), các cảm biến điện trở 1, điện cảm 2, điện dung 3 có tín hiệu ra dạng tương tự. Các cảm biến 4, 5 là cảm biến phát điện kiểu cảm ứng và cảm biến kiểu áp điện, tín hiệu ra của chúng là tín hiệu tương tự. Phần tử 6 là cảm biến kiểu điện cảm có tín hiệu ra kiểu số (ví dụ cảm biến có cảm kháng thay đổi nhờ các răng và rãnh của các bộ phận quay kiểu bánh xe răng). Phần tử 7 là cảm biến phát điện kiểu cảm ứng có tín hiệu ra là tín hiệu số. Trong sơ đồ các cảm biến, góc trên bên trái ký hiệu vào cảm biến có bản chất vật lý không điện. Còn góc dưới bên phải ký hiệu các đại lượng điện ở đầu ra của cảm biến. Khi nối ghép các phần tử của mạch đo cần phải đảm bảo điều kiện thích ứng về độ nhạy, về trị số của tín hiệu đo, dòng điện, công suất tiêu thụ, các điện trở đầu vào và ra của mạch đo. Các mạch thích ứng thường sử dụng như các tụ bù 8, các bộ khuếch đại tần số sóng mang (9) khuếch đại điện áp một chiều (10), khuếch đại điện tích (11), khuếch đại điện áp dòng một chiều (12). Các thiết bị hiển thị và ghi cần được chọn phù hợp với dạng tín hiệu và phối hợp đúng với các trở kháng vào ra của thiết bị. Thiết bị chỉ thị 13 có thể làm việc với các dạng tín hiệu vào dạng tương tự và số. Thiết bị tự ghi 14 và16 kiểu từ điện dùng điện thế kế kiểu gương có thể làm việc với tín hiệu vào có trị số dòng lớn. Thiết bị tự ghi 15 kiểu điện tử có trở kháng trong lớn. Thiết bị hiển thị 17 là thiết bị chỉ thị kiểu số. Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 27 Câu hỏi ôn tập: Câu 1: Nêu nguyên lý hoạt động và ứng dụng của cảm biến điện áp? Câu 2: Nêu nguyên lý hoạt động và ứng dụng của cảm biến cảm ứng từ? Câu 3: Nêu nguyên lý hoạt động và ứng dụng của cảm biến áp suất? Câu 4: Nêu nguyên lý hoạt động và ứng dụng của cảm biến Hall? Câu 5: Nêu nguyên lý hoạt động và ứng dụng của cảm biến Manheto? Câu 6: Nêu nguyên lý hoạt động và ứng dụng của cảm biến điện dung? Câu 7: Nêu nguyên lý hoạt động và ứng dụng của cảm biến quang? Câu 8: Nêu nguyên lý hoạt động và ứng dụng của cảm biến con trượt? Câu 9: Nêu nguyên lý hoạt động và ứng dụng của cảm biến ôxy? Câu 11: Nêu nguyên lý hoạt động và ứng dụng của cảm biến Tenxơ? Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 28 CHƢƠNG 3 THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ 3.1. Mục đích thí nghiệm động cơ Nhằm đánh giá các tính năng kỹ thuật và xác định chất lượng chế tạo của động cơ mới và động cơ sau khi sửa chữa, đại tu, hay động cơ sau một khoảng thời gian sử dụng. Qua đó có thể có được một cách tương đối thời hạn sử dụng, thời gian giữa hai kỳ sửa chữa lớn. Ngoài ra còn có thể đánh giá chất lượng động cơ sau quá trình sửa chữa hay đại tu. Các thí nghiệm này thông thường kiểm tra các thông số kỹ thuật cơ bản của động cơ: momen, công suất động cơ, số vòng quay, suất tiêu hao nhiên liệu, lượng tiêu hao dầu bôi trơn, thành phần khí thải 3.2. Thí nghiệm động cơ 3.2.1. Thí nghiệm đo công suất động cơ 3.2.1.1. Cơ sở lý thuyết Động cơ đốt trong là loại động cơ biến đổi năng lượng trong quá trình cháy của hỗn hợp nhiên liệu thành cơ năng. Để đánh giá các chỉ số động lực và kinh tế của động cơ ở các chế độ làm việc khác nhau (chế độ tốc độ và tải trọng), ta dựa vào các đường đặc tính xây dựng trên cơ sở các số liệu đo bằng thực nghiệm. Các đặc tính cơ bản của động cơ ôtô là: Đường đặc tính tốc độ. Đường đặc tính tải. Đặc tính tốc độ động cơ là hàm số (đường cong) thể hiện sự biến thiên của một trong các chỉ số công tác chủ yếu của động cơ như: Momen quay (Me), công suất có ích (Ne), lượng tiêu hao nhiên liệu (Gnl) và suất tiêu thụ nhiên liệu (ge) theo số vòng quay (ne) khi giữ cơ cấu điều khiển động cơ (tay ga) cố định. Hàm số biểu diễn đặc tính tốc độ có dạng: Ne, Me và ge = f(ne). Đặc tính tải của động cơ là các hàm số thể hiện sự biến thiên của công suất tiêu hao nhiên liệu và các chỉ tiêu công tác khác của động cơ theo công suất, mô men hoặc áp suất trung bình khi động cơ chạy ở số vòng quay không đổi. Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 29 a) b) c) Hình 3.1: Đặc tính tốc độ của động cơ. a. Động cơ xăng không hạn chế số vòng quay; b. Động cơ xăng có hạn chế số vòng quay; c. Động cơ Diesel. a) b) Hình 3.2: Đặc tính tải của động cơ. a. Động cơ diesel; b. Động cơ xăng. Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 30 3.2.1.2. Thiết bị gây tải để do công suât động cơ Nhằm tạo ra các chế độ làm việc khác nhau cho động cơ, giúp thí nghiệm có kết quả chính xác nhất đó chính là các thiết bị gây tải cho động cơ thí nghiệm, các thiết bị gây tải cũng là thiết bị chính trong thí nghiệm động cơ. a. Thiết bị gây tải thủy lực Thiết bị gây tải bằng thủy lực Hình vẽ Một trục mang rotor có bố trí các cánh có chứa nước và được quay tròn khi rotor quay. Nước từ các cánh của rotor sẽ được tát vào những cách được bố trí trên stator. Như hình 3.3.a. Tác động này sẽ làm cho stator quay theo. Một đồng hồ đo lực và cánh tay đòn được bố trí trên stator. Momen cản đo được trên stator bằng mô men tác động từ động cơ. Hình 3.3: Thiết bị đo thủy lực. Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 31 Chẳng hạn ta xét thiết bị đo kiểu “Bolt_on”. Những thiết bị này được sử dụng nhiều ở Mỹ, và được gá trên phần sau vỏ ly hợp hoặc trên khung ôtô. Việc tạo tải loại này bằng cách phối hợp điều chỉnh các vanvào và ra trên thiết bị. Hình 3.4: Thiết bị đo kiểu “Bolt_on”. b. Thiết bị dây tải bằng động cơ điện Thiết bị gây tải bằng động cơ điện Hình vẽ Đặc tính chung của loại này, động cơ được tạo tải, được sử dụng là động cơ điện (AC hay DC) có thể thay đổi số vòng quay được. Động cơ điện (kể cả AC hay DC) trong thiết bị đo có thể hoạt động được cả ở chế độ máy phát để tạo tải (khi được động cơ thử nghiệm dẫn động) hay ở chế độ động cơ, để dẫn động động cơ thử nghiệm. Để thay đổi số vòng quay, ở động cơ AC người ta thường sử dụng biện pháp thay đổi tần số dòng điện. Ở động cơ DC người ta dừng biện pháp thay đổi vị trí chổi than, thay đổi điện áp Nhược điểm của loại này là giá thành cao vì kết cấu phức tạp. Thiết bị đo sử dụng động cơ DC: Những thiết bị này được gắn động cơ điện một chiều. Điều khiển hoàn toàn bằng thysistor dựa trên bộ chuyển đổi AC/DC, để điều khiển, có khả năng khởi động và tạo mô men cản tốt. Nhưng khuyết điểm của nó là hạn chế tốc độ tối đa và có quán tính lớn, có thể tạo ra sự dao động xoắn và đáp ứng Hình 3.5: Thiết bị đo sử dụng động cơ điện DC. Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 32 với sự thay đổi tốc độ chậm. Thiết bị đo sử dụng động cơ AC: Sự phát triển của kỹ thuật, điều khiển động cơ xoay chiều đã cho phép sử dụng động cơ xoay chiều thay cho động cơ DC cho các thiết bị đo. Dụng cụ này có các tính năng và hiệu suất hơn hẳn động cơ DC. Ưu điểm của loại này là không sử dụng chổi than và lực quán tính thấp. Loại này có cấu tạo như là động cơ cảm ứng, tốc độ được điều khiển từ sự thay đổi tần số của dòng điện. Khi hoạt động ở chế độ máy phát nó tạo ra mô men cản. Thiết bị đo sử dụng dòng điện Foucault: Sử dụng nguyên tắc cảm ứng điện từ tạo ra momen. Rotor có răng ở mép và được làm mát bằng nước. Từ trường song song với trục của máy được sinh ra ở hai cuộn dây và sự chuyển động của rotor làm phát sinh những thay đổi từ thông trên các răng của rotor và điều này làm phát sinh ra dòng Foucault trong Rotor. Dòng điện này sẽ tạo ra từ trường có khuynh hướng chống lại từ trường sinh ra nó. Hay nói cách khác nó sẽ tạo ra một mô men cản. Việc thay đổi công cản sẽ tạo ra một cách nhanh chóng bởi việc thay đổi cưỡng độ dòng điện qua các cuộn dây. Loại này có cấu tao dơn giản và có hiệu quả cao. Hệ thống điều khiển đơn giản và nó có khả năng tăng momen phanh ở tốc độ khá thấp. Hình 3.6: Thiết bị đo dòng điện Foucault. 1. Rotor; 2. Trục rotor; 3. Khớp nối; 4. Dòng nước làm mát đi ra; 5. Cuộn dây; 6. Thân; 7. Buồng làm mát; 8. Khe hở không khí; 9. Cảm biến tốc độ; 10. Bệ dỡ; 11. Thân gá; 12. Dòng nước vào; 13. Join; 14. Dòng nước ra. Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 33 c. Thiết bị gây tải kiểu ma sát Thiết bị gây tải kiểu ma sát Hình vẽ Thiết bị này có nguyên lý làm việc như hệ thống phanh, bao gồm phanh nhiều đĩa ma sát làm mát bằng nước. Nó được ứng dụng cho tốc độ thấp, ví dụ đo đạc công suất từ ôtô ở bánh xe. Ưu điểm của loại máy này là có thể đo được momen từ những số vòng quay rất nhỏ. Hình 3.7: Thiết bị đo kiểu ma sát. 3.2.1.3. Quy trình thí nghiệm đo công suất động cơ a. Thí nghiệm xác định đặc tính Ứng với từng thiết bị đo công suất động cơ, người ta sẽ quy định các quy trình đo khác nhau. Tuy nhiên tổng quát nhất ta có thể tiến hành theo các bước sau: Cho động cơ hoạt động và bướm ga mở hoàn toàn hoặc thanh răng ở vị trí cung cấp nhiên liệu tối đa. Ngắt bỏ hệ thống diều chỉnh đánh lửa của động cơ xăng hoặc cơ cấu điều tốc của động cơ diesel. Đối với động cơ xăng: Cho động cơ chạy ở số vòng quay nhất định (chẳng hạn n = 900 vòng/ phút) bằng cách dùng các thiết bị tạo tải, đồng thời thay đổi thời điểm đánh lửa cho tới một một vị trí mà động cơ làm việc ổn định nhất và để động cơ nổ ở trạng thái nhiệt độ ổn định. Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 34 Ta tiến hành đo các chỉ số: Mô men phanh của các thiết bị tạo tải, chi phí nhiên liệu, số vòng quay động cơ. Ta tiến hành giảm tải cho động cơ, tức là tăng số vòng quay lên thêm 200 vòng/ phút, khi đó ta lại điều chỉnh thời diểm đánh lửa cho tới khi động cơ chạy ổn định ở số vòng quay đã chọn. Ta lại tiến hành đo và ghi các chỉ số: Mô men phanh của các thiết bị tạo tải, chi phí nhiên liệu, số vòng quay động cơ. Cứ làm như thế cho tới khi ta có được điểm uốn của đường cong công suất. Đối với động cơ diesel cách tiến hành tương tự nhưng thay vì điều bướm ga mở hoàn toàn thì ta kéo thanh răng nhiên liệu tối đa. b. Thí nghiệm để xác định đặc tính tải trọng Theo đường đặc tính ngoài ta xác định công suất động cơ Ne tương ứng với các số vòng quay khi đó ta có thể xác định được đường đặc tính tải trọng. Tính các trị số 0,25Ne; 0,5Ne; 0,75Ne; 0,85Ne; 0,95Ne, rồi làm cho động cơ chịu những tải theo thứ tự đó. Mỗi lần thử nghiệm ta giữ cho số vòng quay n không đổi. Đối với động cơ diesel cách tiến hành cũng tương tự nhưng lức này thay đổi vị trí bướm ga ta sẽ thay đổi vị trí thanh răng nhiên liệu. c. Kết quả thí nghiệm vòng quay Lần đo n1 n2 n3 nn nmax Lần đo 1 Ne Me Lần đo 2 Ne Me Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 35 3.2.2. Đo tiêu hao nhiên liệu Thử nghiệm xác định mức độ tiêu hao nhiên liệu của động cơ trong một đơn vị thời gian, nhằm xác định chi phí tiêu hao nhiên liệu giờ GT (Gnl) hay suất tiêu hao nhiên liệu ge và hệ số dư lượng không khí α. Để xác định mức tiêu hao nhiên liệu của động cơ người ta có thể dùng nhiều phương pháp khác nhau. a. Phương pháp đo thể tích Phương pháp đo và dụng cụ thí nghiệm Phƣơng pháp đo thể tích tích Dụng cụ Phương pháp đo theo thể tích là phương pháp đo bằng những bình thóp cổ ( đã được hiệu chỉnh) hay bình có vạch và được thực hiện như sau: Vặn khóa ba ngả 4 cho nhiên liệu chảy vào bình thóp cổ. Cho động cơ khởi động và làm việc ổn định ở một chế độ nhất định. Vặn khóa ba ngả 4 cho nhiên liệu từ các bình thóp cổ chảy vào động cơ, đồng thời ta tiến hành dùng đồng hồ đo thời gian để tính thời gian tiêu hao nhiên liệu t. Biết thời gian t tính bằng giây mà động cơ đã tiêu thụ hết lượng nhiên liệu đã qui định là V tính bằng dm3, ta có thể tính được chi phí nhiên liệu giờ GT và chi phí nhiên liệu riêng ge: . .3600 T v G t   (kg/ giờ) .1000T e e G g N  (g/nl.h) Khi đo lượng tiêu hao nhiên liệu bằng những bình thóp cổ áp suất trong bình luôn luôn Hình 3.8: Dụng cụ đo tiêu hao nhiên liệu sử dụng bình thóp cổ. 1, 2, 3. Dấu;4. Van ba ngả; 5. Dầu diessel; 6. Xăng. Hình 3.9: Dụng cụ đo tiêu hao nhiên liệu sử dụng bình có vạch. 1. Khóa; 2. Ống; 3. Khóa; 4. Thùng; 5, 6. Dấu. Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 36 thay đổi. Thiếu sót này có thể khắc phục được nếu đo bằng những bình có vạch. Sơ đồ cấu tạo nguyên lý hoạt động của bình có vạch trình bày ở hình 3.9(a, b). Hình vẽ a trình bày trường hợp nhiên liệu được cung cấp cho động cơ từ bình nhiên liệu, hình b trình bày trường hợp được cung cấp từ bình dưới của bình có vạch. Lượng nhiên liệu được cung cấp tới động cơ cũng chịu một áp suất như thế, bởi vì lượng khí của bình trên thông với lượng khí của bình dưới. Khi mức nhiên liệu của bình dưới giảm chừng nào thì mức nhiên liệu của bình trên giảm chừng ấy. Khi khóa ở vị trí khóa không có nhiên liệu xuống bình dưới, nếu lượng không khí trong bình trên giảm sẽ làm mức nhiên liệu tăng lên. Khi hoạt động bình thường thì khóa 3 đóng, khóa này dùng để thực hiện áp suất cần thiết của không khí bình trên. Hình 3.10: Đồng hồ bấm giờ. Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 37 a. Phương pháp đo bằng cách cân trực tiếp Phƣơng pháp cân trục tiếp Dụng cụ thí nghiệm Phương pháp đo bằng cách cân trục có độ chính xác cao và không bị ảnh hưởng các sai số do thay đổi tỷ trọng nhiên liệu khi nhiệt độ thay đổi. Muốn thực hiện phương pháp này thùng nhiên liệu phải đặt trên cân và dùng ống dẫn cao su, hay tốt hơn, bằng xiphông để dẫn nhiên liệu tới động cơ. Sau hiệu lệnh bắt đầu thử nghiệm các đĩa cân bằng và thời điểm cân bằng phải bấm đồng hồ bấm giây, sau đố lấy bớt quả cân (Gon) và ở thời điểm cân bằng lần thứ 2 lại bấm đồng hồ bấm giây cho dừng lại. Chi phí nhiên liệu giờ được xác định theo công thức : t G G onT 3600  kg/h Phương pháp thứ hai đòi hỏi thời gian tiến hành lâu hơn và do đó một vài trường hợp việc thử nghiệm kéo dài. Khi thử nghiệm những động cơ mà việc cung cấp nhiên liệu thực hiện bằng việc tự chảy thì phải lưu ý thực hiện sao cho áp suất của nhiên liệu gần bằng áp suất của thùng nhiên liệu của máy khi cung cấp cho động cơ. Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý phương pháp đo bằng cân trực tiếp. 1. Thùng chứa; 2, 3. Các van; 4. Bình đo; 5. Cảm biến đo; 6. Quả cân. Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 38 b. Phương pháp đo dùng thiết bị điện tử Phƣơng pháp dùng thiết bị điện tử Dụng cụ thí nghiệm Băng thử sử dụng phương pháp cân kết hợp với bộ chuyển đổi kết quả đo nhiên liệu tiêu thụ (Gnl) điện tử trên cơ sở thay đổi điện dung. Phương pháp này dựa trên nguyên lý thay đổi điện tích tích điện của hai bản cực khi khoảng cách tiếp xúc giữa hai bản cực thay đổi. Giá trị điện dung ban đầu (C0) tính theo công thức sau: 0 000 0 a lb C   Khi hai điện cực tiếp xúc lên nhau khoảng cách l thì lúc này điện cực sẽ thay đổi đến C và giá trị này được tính theo công thức : 0 0 0 000 0 l lC a lb C   Trong đó: C - Điện dung của tụ điện ứng với khoảng l b0: Bề rộng bản cực. l0: Chiều dài của bản cực. ε0: Hằng số điện môi. Trên cơ sở quan hệ giữa mức tích điện và lượng nhiên liệu trung bình đo giảm dần, thiết bị đo hiển thị trực tiếp giá trị nhiên liệu mà động cơ tiêu thụ Q. Hình 3.12: Sơ đồ thiết bị cân nhiên liệu theo nguyên lý điện dung. 1. Đối trọng; 2. Lò xo lá; 3. Cần đo; 4. Bình đo; 5. Cảm biến; 6. Giảm chấn thủy lực. Trong đó : Q: Lượng nhiên liệu động cơ thử tiêu thụ. t: Thời gian đo lượng nhiên liệu tiêu thụ. Ne: Công suất của động cơ (kW). Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 39 Lúc này, giá trị lượng nhiên liệu động cơ tiêu thụ trong 1 giờ: 3,6nl Q G t  (kg/h) Suất tiêu thụ nhiên liệu của động cơ thử: nle e G g N  (kg/kW.h) 3.2.3. Do lƣơng khí nạp vào trong động cơ 3.2.3.1. Các vấn đề chung khi đo lƣu lƣợng không khí nạp Động cơ đốt trong là một động cơ dùng không khí làm môi chất công tác. Chức năng của nhiên liệu là cung cấp nhiệt. Bất kì trở ngại nào, xảy ra ở kỳ nạp hỗn hợp nhiên liệu hay không khí vào trong xy lanh, dều ảnh hưởng đến công suất phát ra của động cơ. Tuy nhiên, công suất phát ra của động cơ bị giới hạn bởi lượng không khí hút vào trong động cơ. Việc nâng cao hiệu quả trong quá trình nạp là một mục tiêu quan trọng, trong việc nâng cao hiệu suất làm việc của động cơ. Thiết kế của đường ống nạp, thải, hình dạng kích thước các xu-páp hút, thải và các đường dẫn không khí trong động cơ là nhũng vấn đề cần được quan tâm đến Không khí là một hỗn hợp bao gồm các thành phần sau: Bảng 3.1: thành phần các loại khí trong không khí tính theo khối lượng và theo thể tích: Khí (%) Theo khối lượng Theo thể tích Ô xy (O2) 23,15 20,95 Nitơ (N2), khí hiếm (Ar), CO2, HC, NOx 76,85 79,05 Tổng cộng 100 100 Những khí hiếm, phần lớn là acgon, hơi nước, CO2, HC, NOx thông thường chiếm 0,2% của thể tích khí khô. Lượng hơi nước tùy thuộc vào nhiệt độ và điều kiện môi trường. Nó có ảnh hưởng quan trọng đến hiệu suất làm việc của động cơ. Không chỉ ảnh hưởng Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 40 đến thành phần khí xả mà nó ảnh hưởng tới quá trình đo chính xác lưu lượng không khí. Sự quan hệ giữa áp suất, giá trị đặc trưng và tỷ trọng của không khí được mô tả bằng phương trình sau: Pax10 5 = ρRTa (3.3) Trong đó R: (R=287j/kgK) hằng số khí của hỗn hợp không khí. ρ: (ρ=1,2 kg/m3) khối lượng riêng của không khí trong điều kiện, áp suất, nhiệt độ ngang mực nước biển. 3.2.3.2. Phƣơng pháp và dụng cụ thí nghiệm Hiệu suất làm việc của động cơ phụ thuộc rất nhiều vào hòa khí đường nạp vào trong động cơ. Khi xác định hệ số dư lượng không khí α và hệ số nạp  ta cần biết lưu lượng không khí được nạp vào động cơ. Dưới đây trình bày nguyên lý của một số thiết bị đo gió: a. Đo lưu lượng khí nạp vào động cơ bằng phương pháp sử dụng hộp không khí Cấu tạo như hình 3.13: Hình 3.13: Thiết bị đo lượng khí nạp ở hộp không khí. Hình trên trình bày một phương pháp đơn giản để đo lưu lượng khí nạp. Không khí đi xuyên qua họng đo, áp suất rơi được đo trên thành hộp như hình vẽ. Trong thực tế phép đo này được sử dụng nếu độ giảm áp không vượt quá 120 mmH2O (=1200Pa), (vì nếu áp suất nhỏ hơn giá trị này, không khí được xem như dòng chảy không nén được và làm cho việc tính toán lưu lượng khí dơn giản hơn rất nhiều.) Vận tốc U của không khí khi đi qua họng đo gió, được xác định theo sự chênh lệch áp suất như sau: Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 41   1 2 2 2 pup u  (3.4) Trong đó ρ: Mật độ không khí (kg/m3). Δp: Chênh lệch áp suất ở họng nạp Pa, mmH2O. Thông thường lưu lượng không khí được đo bởi một thiết bị có dạng như hình vẽ. Do động cơ hoạt động mang tính chu kỳ, nên dòng không khí đi vào trong động cơ mang tính manh động và có thể gây sai số khi đo. Để khắc phục hiện tượng đo, người ta bố trí một bình điều áp như hình vẽ. Buồng này sẽ làm ổn định áp suất khí nạp. Trong trường hợp động cơ tăng áp, sử dụng turbo dòng không khí có dao động ít hơn lúc này có thể không cần dùng đến bình điều áp. Dòng không khí đi qua lỗ nạp có dạng được vẽ phác họa như hình 3.14. Hình 3.14: Hình dạng lỗ nạp trên hộp không khí. Hệ số nạp của lỗ Cd là tỷ số giữa diện tích thông qua của lỗ và diện tích thực tế. Trong phần lớn các trường hợp sai số chấp nhận được, giá trị Cd = 0,6 có thể sử dụng được. Chúng ta thường dễ dàng tính được lưu lượng khí đi qua họng đo theo công thức: Lưu lượng khí nạp = hệ số nạp x diện tích mặt cắt của lỗ nạp x vận tốc dòng của dòng khí: 2 1 12 4 dQ C d p    (3.4) Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 42 Từ Pax10 5 = ρRTa ta suy ra 3ax10 a p RT   ở đây R(R=2871 kg/m3) khối lượng riêng của không khí trong điều khiện, áp suất, nhiệt độ ngang mực nước biển, độ chênh lệch áp suất p viết dưới dạng cột áp hmmH2O. Vì vậy có thể viết: 2 5 9,8 287 2. 4 .10 a d a h Td Q C p  (3.5) 20,1864 ad a hT Q C d p  m 2 k (3.5a) Để tính toán khối lượng của dòng khí cần chú ý: ' a a Q m Q p RT   (3.6) Từ công thức 3.5 ta có : 32 ' 2.9,81 .10 4 287 a d a hpd m C T   (3.6a) Công thức (3.6) và (3.6a) cho mối quan hệ cơ bản để đo lưu lượng không khí qua họng đo, vòi hoặc mẫu ống venture. Nhược điểm của phương pháp đo này là sự chênh lệch áp suất, thông qua thiết bị tỷ lệ với bình phương của vận tốc. Như vậy khi tốc độ thay đổi 10 lần, tương ứng với sự thay đổi của áp suất là 100 lần, điều này làm ảnh hưởng đến tính chính xác của quá trình đo khi dòng chảy nhỏ. Trong thực tế, khi phải đo với những độ rỗng vầ vận tốc của dòng chảy, cần phải chọn kích thước họng đo tương ứng. Với mỗi trường hợp ứng với độ giảm tốc độ khoảng 2,5/l. Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 43 c. Thiết bị loại ống hút và màng hút Ở hình 3.15: Trình bày sơ đồ thiết bị để đo lượng tiêu thụ không khí: Hình 3.15: Thiết bị loại ống hút và màng hút. Khoảng giữa động cơ và ống hút người ta đặt một bình điều áp, bình này làm cho buồng mạch động cơ trở lên điều hòa. Hòa khí dùng cho động cơ đốt trong là hỗn hợp có hai thành phần: Là nhiên liệu và không khí. Muốn xác định lượng hòa khí trên, trước hết phải xác định lượng khí nạp vào trong động cơ. Các bước tiến hành: Đo độ giảm áp trong ống nạp khi động cơ làm việc ở các số vòng quay khác nhau. Tháo bình lọc không khí và lắp thiết bị vào, chọn tiết diện của ống hút sao cho đường biểu diễn độ giảm áp không bị thay đổi. Ống nối bình điều áp với ống nạp cần phải thật ngắn, tất cả các chỗ nổi đều phải được kiểm tra độ kín. Hệ số thừa không khí bằng: ' 0 B r G G L   Ở đây: GB – lượng tiêu thụ không khí giờ (kg/h) Gr – Chi phí nhiên liệu giờ (kg/h) – Lượng kg không khí cần thiết lý thuyết để đốt cháy kg nhiên liệu. Lượng tiêu thụ không khí giờ xác định theo biểu thức: Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 44 3600 2b c BG f gH  Ở đây: fc – Diện tích lưu thông của ống hút tính bằng 2 4 d (m 2 ) φ – Hệ số tiêu thụ của ống hút có trị số nằm trong giới hạn 0,94 – 0,97 và xác định bằng cách hiệu chỉnh; g – Gia tốc trọng trường (m/s2) H – Độ giảm áp suất (hình vẽ), đo bằng áp kế nước, tính theo mm cột nước. B – Trọng lượng riêng của không khí xung quanh, kg/m 3 và được xác định theo công thức: 0 0 273 760 B p T    - Trọng lượng riêng của không khí trong điều kiện nhiệt độ 00C và áp suất 760 mmHg có giá trị bằng 1,293 kg/m3. P0 - Áp suất không khí xung quanh (mmHg) T0 - Nhiệt độ không khí xung quanh ( 0 K) Hệ số nạp đầy không khí (không kể nhiên liệu trên hỗn hợp) xác định theo biểu thức: 0 B v G G   Ở đây: GB – Trọng lượn không khí được nạp vào trong khoảng thời gian nhất định (ví dụ trong 1 giờ) (kg/h) G0 - Trọng lượng không khí mà động cơ có thể nạp cũng trong khoảng thời gian ấy, nếu như áp suất và nhiệt độ trong xy lanh bằng áp suất và nhiệt độ của không khí trước khi vào bộ chế hòa khí, kg/h. Trị số G0 của động cơ bốn kỳ có thể xác định theo công thức: 1 0 60 10002 k V n G   Ở đây: V1 – thể tích làm việc của động cơ (lít) n - Số vòng quay trong một phút. k – Trọng lượng riêng của không khí trước khi vào bộ chế hòa khí (kg/m 3 ). Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 45 Để xác định ta cần đo áp suất không khí tính bằng mmHg và nhiệt độ không khí trước khi vào bộ chế hòa khí hay ống nạp của động cơ (đối với động cơ có độ nén cao): 273 1,293 760 273 k k k p t    Hệ số nạp đầy hỗn hợp (đối với động cơ có bộ chế hòa khí) sẽ là: ' 0 1 (1 )v v mzL    Ở đây: m - Trọng lượng phân tử trung bình của nhiên liệu. L0 - Lượng không khí cần thiết lý thuyết để đốt cháy 1kg nhiên liệu, kilomol. d. Thiết bị đo lưu lượng khí nạp Trình tự thí nghiệm Hình vẽ Là phương pháp được sử dụng sâu rộng nhất thay thế cho phương pháp dùng hộp đo gió hay họng đo. Trong phương pháp này, họng đo được thay thế bởi những phần tử dạng hình trụ, có thiết diện hình tam giác. Dòng khí đi qua những phần tử này sẽ bị chia nhỏ ra (thực chất là dòng chảy tầng). Sự thay đổi áp suất không khí đi qua những phân tử này tỷ lệ với vận tốc của dòng khí (nhưng không tỷ lệ với bình phương vận tốc dòng không khí như trong trường hợp dùng hộp khí và họng đo). Phương pháp này có hai ưu điểm: Thứ nhất là dòng chảy tỷ lệ với giá trị trung bình của sai lệch áp suất. Có nghĩa là khi đo áp suất trung bình cho ra kết quả trực tiếp của giá trị lưu lượng không khí mà Hình 3.16: Thiết bị đo lưu lượng khí nạp. Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 46 không cần phải tiến hành chỉnh hợp lại. Thứ hai đo vận tốc tỷ lệ với áp suất nên có khả năng nâng cao tính chính xác của phép đo. Thứ hai đo vận tốc tỷ lệ với áp suất nên có khả năng nâng cao tính chính xác của phép đo. 3.2.5. Do lƣờng chất lƣợng khí thải 3.2.5.1. Các tiêu chuẩn và quy trình đo khí xả tại Việt Nam Trước đây, chất lượng khí thải của động cơ xăng được kiểm tra bằng thiết bị có đặc tính làm việc theo quy định của Việt Nam TCVN 6208:1996 và đánh giá theo tiêu chuẩn TCVN 6438:1998 và TCVN 6436:1998. Chất lượng khí thải của động cơ Diesel được đánh giá bằng thiết vị có đặc tính làm việc theo TCVN 6438:1998 và tiêu chuẩn đánh giá theo TCVN 6438:1998 và TCVN :6436:1998. Theo cục đăng kiểm Việt Nam từ 1/7/2007 tại 5 thành phố lớn :Tp.Hồ Chí Minh, Hà Nội, Đà Nẵng, Hải Phòng, Cần Thơ các mẫu xe mới sử dụng động cơ đốt trong khi đăng kiểm tra theo tiêu chuẩn khí thải EURO II. Để đo độ ô nhiểm của khí thải chúng ta nghiên cứu một lĩnh vực hoàn toàn khác nhau và rất phức tạp về công nghệ đo. Các thiết bị sử dụng kỹ thuật của vật lý học, có rất nhiều kiểu. Bảng sau liệt kê thành phần của các khí độc hại có trong khí xả và cách đo chúng trong khí xả. Loại khí Kỹ thuật đo CO Tia hồng ngoại không tán sắc (NDIR) CO2 NDIR NOX Chemiluminescence HC Flame ionization detector(FID) Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 47 3.2.5.2. Phƣơng pháp đo và dụng cụ đo chất lƣợng khí xả a. Thiết bị lấy mẫu theo thể tích không đổi (CSV) Phƣơng pháp đo Dụng cụ Các giá trị kiểm soát khí xả cho ôtô như CO, HC, NOXĐược biểu thị bằng g/km hay g/dặm. Để dạt được các giá trị này, thể tích khí xả được đo (một phương pháp tiêu biểu được sử dụng là phương pháp CSV). Cấu tạo và hoạt động (hình 3.17): CSV là một loại thiết bị dùng để đo lượng Co, HC, NOX trong khí xả ôtô. Thiết bị này hoạt động như sau: tất các cá khí xả từ ống xả được pha loãng với không khí hút vào trong buồng trộn bởi một quạt Roost. Lượng khí xả đã hòa trộn với lượng không khí hút vào được đo bằng máy đo. Sau đó phần hỗn hợp khí xả - không khí được xả ra khỏi bộ lấy mẫu. Tuy nhiên một phần nhỏ của hỗn hợp này được chứa trong túi 1 bằng với tỷ trọng không khí và bằng với thể tích khí đã xảy ra bởi quạt (đo bởi máy đo): W = C.D.V Kết quả sau đó còn phải được điều chỉnh để tính đến nhiệt độ và áp suất xung quanh. Lượng CO, HC, NOX trong môi Hình 3.17: Thiết bị lấy mẫu theo thể tích không đổi (CSV). 1. Khí pha loãng; 2. Bơm; 3. Túi 2; 4. Bơm; 5. Túi 1; 6. Quạt Root; 7. Buồng trộn; 8. Khí xả; 9. Chassis bệ thử động; 10. Máy đo. Trong đó: W- Khối lượng không khí C- Nồng độ khí D- Tỷ trọng khí V-Thể tích khí xả ra bởi quạt. Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 48 trường xung quanh được hút vào túi 2, trước khi chúng được trộn với khí xả (túi 2 đóng vai trò kiểm tra khí trong túi 1, lượng CO, HC, NOX trong túi 2 trừ đi lượng CO, HC, NOX trong túi 1). b. Thiết bị đo khí xả động cơ xăng Thiết bị đo nồng độ CO và CO2 Phƣơng pháp đo Dụng cụ thí nghiệm Hình 3.18: Thiết bị đo nồng độ CO và CO2. Tia NDIR (Non –dispersire infrared. Hồng ngoại không phân tán) được dùng trong phương pháp này. Nguyên lý được sử dụng trong phương pháp này là: Khi tia hồng ngoại được chiếu qua CO, CO2, NOX và những khí khác, mỗi khí sẽ hấp thụ một bước sóng đặc trưng, trong khoảng từ 2,5 -12 m. Mức độ hấp thụ của mỗi bước sóng tỷ lệ với nồng độ của CO, CO2, NOX hay những khí khác. Cấu tạo và hoạt động như hình 3.18. Tia hồng ngoại từ nguồn phát xuyên qua buồng đo, và buồng so sánh. Khi nồng độ của khí đo thay đổi, một phần các tia hồng ngoại bị hấp thụ và năng lượng của các tia tác dụng lên cảm biến cũng thay đổi theo tỷ lệ. Do buồng chứa khí so sánh không hấp thụ tia hồng ngoại nên nó luôn gửi đến cảm biến 1 năng lượng không đổi. Điều này gây ra sự khác nhau về cường độ lan truyền các tia hồng ngoại qua mỗi buồng, khi tia hồng ngoại trong mỗi buồng bị chặn ngắt quãng bởi bộ tạo dao động, năng lượng tia hồng ngoại bị hấp thụ bởi cảm Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 49 biến được chuyển thành dạng xung và gây ra sự dao động trên màng mỏng của đầu thu. Dao động này sẽ biến thành tín hiệu điện xoay chiều và gửi đến bộ phận ghi nhận của máy phân tích. c. Thiết bị đo nồng độ HC (máy phân tích ngọn lửa ION hóa) Phƣơng pháp đo Dụng cụ thí nghiệm Một thiết bị phát hiện ion hóa của ngọn lửa (FID-Flame ionniyation detector) được sử dụng cho phép đo này. Nguyên lý của phép đo này là: nếu có một phản ứng cháy (đốt hudrocacbon) xảy ra trong một điện trường. Nhiệt độ trong ngọn lửa sẽ làm cho các hydro cacbon này bị phân chia, tạo ra ion. Dòng điện đi qua giữa cực âm và cực dương sẽ tỷ lệ thuận với số nguyên tử hydrocacbon tham gia vào phản ứng cháy. Cấu tạo và hoạt động hình 3.19: Một khí mẫu và Hydro được trộn lẫn khi đi vào trong vòi phun. Hỗn hợp sau đo hòa trôn với không khí trong buồng cháy. Một điện áp âm cao được đạt vào vòi phun và một điện áp dương cao được đặt vào cực góp. Một cảm biến sẽ phát hiện dòng điện (dòng ion) đi giữa hai cực (vòi phun và cực góp). Do cường độ dòng điện tỷ lệ với số ion được sinh ra trong ngọn lửa hydro. Dựa vào đó tính được lượng HC có trong mẫu thử, kết quả được gửi về bộ phận ghi. Hình 3.19: Thiết bị đo nồng độ HC Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 50 d. Thiết bị đo nồng độ NOx Phƣơng pháp đo Dụng cụ thí nghiệm Trong phép đo này, một NDIR hay CLD (chemiluminescence-bộ phát tín hiệu quang học) được sử dụng. Nguyên lý hoạt động của CLD. Khi NO tác dụng với O3, một phản ứng hóa học xảy ra, đồng thời ánh sang của mỗi bước sóng bđực biệt được phát ra, cường độ ánh sang phát ra tỷ lệ với nồng độ ánh sang sinh ra tại thời điểm này được đo lại. Các buồng phân tích và đưa ra một số đo nồng độ của khí phù hợp với trong mẫu vật. Cấu tạo và hoạt động (hình 3.20): NO và O3 được đưa vào trong ống phản ứng và một phản ứng hóa học được sảy ra. Nitơ trong khí xả dưới dạng hỗn hợp NO và NO2 gọi chung là NOX. Trong máy phân tich tích, NO2 trước tiên được xúc tác biến thành NO và NO tác dụng với O3. O3 tạo ra bởi sự phóng điện qua O2 dưới áp suất thấp và nhiệt độ trong buồng chân không. Khi phản ứng sảy ra sự phát ra năng lượng được đo bởi các máy photomultipler và chỉ ra nồng độ NOX trong vật mẫu. Hình 3.20: Thiết bị đo nồng độ NOX. e. Thiết bị đo khí xả động cơ Diesel Ở đây, chúng ta chỉ quan tâm đến động cơ diesel. Có 3 cách khác nhau của việc đo khí thải đặc biệt của động cơ diesel và không có mối lien hệ giữa chúng. Phương pháp truyền thống bằng cách sử dụng một máy đo khói mà nó đo sự mờ đục của khí xả không bị pha loãng bằng độ tối của một chùm tia sáng. Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 51 Phép đo dung tích của một mẫu khí xả không bị pha loãng bằng cách cho nó đi qua một cái lọc giấy. Độ đen của lọc giấy xác định thành phần khí thải của động cơ diesel. Phép đo lượng tức thời của khí đặc biệt bị giữ lại bằng một lọc giấy trong suốt hành trình cho thể tích khí thải hoàn nguyên đi qua. f. Thiết bị đo khói Hartridge Phƣơng pháp đo Dụng cụ thí nghiệm Thiết bị này đo khói đen của động cơ diesel làm việc theo nguyên lý sau: Dựa vào độ phản quang của khí xả. Người ta sử dụng nguồn ánh sang cho chiếu qua phần khí xả trong khoang chứa. Phía đối diện với nguồn sáng có đặt đầu đo dựa vào sự thay đổi cường độ chiếu sáng, người ta có thể xác định được độ đen của khí xả. Cấu tạo và hoạt động: Dụng cụ này được trình ở hình 3.2: Dụng cụ này đã trở thành tiêu chuẩn đo khí thải ở châu Âu. Một dụng cụ thí nghiệm có lỗ nằm trong khoảng 0-25mm, phụ thuộc vào kích thước của động cơ, dẫn hướng cho một mẩu khí thải đi vào một ống khói bị hâm nóng. Nó dẫn thẳng đến mỗi đầu của ống mà ở đó không khí sạch, được cung Hình 3.21: Thiết bị đo khói Hartridge. Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 52 cấp bởi một quạt, dẫn trực tiếp nó vào một cái ống bọc ngoài xung quanh ống khói và từ chỗ đó thải ra ngoài. Ánh sáng từ đèn halogen được dẫn xuyên qua ống khói và ánh sáng không bị hấp thụ bởi khói được cảm nhận bởi một con đi ốt quang silicon. Sự giảm cường độ ánh sáng là tiêu chuẩn trực tiếp để đo được hàm lượng muội thân có trong khí thải, nó được đo bằng dơn vị: độ đục (độ mờ) (%), Hệ số hấp thu (K factor) (m) và khối lượng đậm đặc (mg/m 3 ). Độ đậm dặc của khói được đặc trưng bởi hệ số hấp thụ k hay một dơn vị khói hartride (HSU) có phạm vi đo từ 0-100 những máy đo khói được sử dụng giống nhau cho kiểm tra tĩnh hay động (sự tăng tốc ) trong việc kiểm tra thông thường của xe cộ trong các cơ sở. g. Đo bằng ống lọc Phƣơng pháp đo Dụng cụ thí nghiệm Phương pháp dùng giấy lọc hình thành thiết bị đo dựa trên nguyên tắc: trong không gian của buồng khí xả, khí xả bị ép qua giấy lọc, gây bẩn giấy lọc. Sơ đồ nguyên lý của bộ đo mức độ khói của khí Hình 3.22: Sơ đồ nguyên lý của bộ đo NC112. Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 53 xả cho trên hình 3.22. Mức độ bẩn của giấy lọc có thể quan hệ với mức độ khói của khí xả như trên. Thiết bị này dùng cho động cơ điezel, nhằm xác định độ khói của khí xả, hiện nay ít dùng vì cho độ chính xác thấp. Khi sử dụng thường xuyên phải thay tấm lọc và vệ sinh thiết bị sau 50 lần đo để đảm bảo chính xác cho các lần đo sau. Hình 3.23: Sự phụ thuộc của độ bẩn giấy lọc với mức độ khói của khí xả. 3.3. Thí xây dựng đƣờng đặc tính tải, đặc tính điều chỉnh động cơ bằng thực nghiệm 3.3.1. Mục đích thí nghiệm Mục đích của thí nghiệm nhằm đánh giá đặc tính tải, đặc tính điều chỉnh động cơ bằng thực nghiệm. Từ đó xây dựng các đường đặc tính tải, đặc tính điều chỉnh động cơ. Biết sử dụng các thiết bị thí nghiệm, dụng cụ đo hiện đại. 3.3.2. Cơ sở lý thuyết Đặc tính tải của động cơ là đồ thị biểu hiện mối quan hệ công có ích Ne, mômen có ích Me và công suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge theo mức tải của động cơ ở một tốc độ không đổi của động cơ. Giữ nguyên tốc độ động cơ, thay đổi mức tải Alpha, đo mô men có tích Me và công suất tiêu hao nhiên liệu có ích theo các giá trị Alpha tương ứng. Ghi kết quả đo lại và tiến hành tính công suất có tích Ne theo công thức sau: Ne = Me. e = Me. 30 n Từ công thức tính công suất có ích ở trên và vì n= const nên Ne và Me đồng dạng với nhau. Ta biểu diễn Me, Ne, ge theo tốc độ n trên cùng một đồ thị dạng sau: Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 54 Hình 3.24: Dạng dặc tính tải của động cơ Ta tiến hành thí nghiệm xác định đặc tính tải trên hệ thống thử nghiệm AVL. Sơ đồ khối hệ thống: Hình 3.25: Sơ đồ bố trí thiết bị thí nghiệm 1. Thiết bị độ khói của động cơ (Opacimeter); 2. Động cơ mẫu (Động cơ MAZDA); 3. Băng thử (APA); 4. Thiết bị điều chỉnh nhiệt độ nước làm mát Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 55 (AVL 553); 5. Thiết bị xác định suất tiêu hao nhiên liệu (AVL 733); 6. Thiết bị điều chỉnh nhiệt độ nước, áp suất dầu bôi trơn cho động cơ (AVL 554); 7. Thiết bị làm mát các cảm biến; 8. Thiết bị thu nhận các tín hiệu từ cảm biến (Hay bộ xử lý); 9. Đường ống nạp của động cơ; 10. Đường ống thải của động cơ; 11. Khớp nối các trục động cơ và băng tải; 12. Cảm biến đo áp suất tương đối của khí nạp; 13. Cảm biến đo áp suất tuyệt đối của khí nạp; 14. Cảm biến đo nhiệt độ của khí nạp; 15. Cảm biến đo độ ẩm của môi trường không khí trong phòng thí nghiệm; 15. Cảm biến đo độ lọt khí Cácte (nối thông nắp dàn cò với đường nạp); 16. Cảm biến đo áp suất phun (gắn ở máy số 4 và đường dầu cao áp); 17. Cảm biến đo áp suất của quá trình cháy (được gắn ở máy số 1); 18. Cảm biến đo nhiệt độ nước vào; 19. Cảm biến đo nhiệt độ nước ra; 20. Cảm biến đo tốc độ động cơ; 21. Cảm biến đo nhiệt độ dầu vào ở động cơ; 22. Cảm biến đo nhiệt độ nhiên liệu; 23. Cảm biến đo áp suất tuyệt đối của dầu bôi trơn; 24. Cảm biến đo áp suất tuyệt đối của nhiên liệu; 25. Cảm biến đo độ rung của đông cơ; 26. Cảm biến độ nhấc kim phun của động cơ; 27. Cảm biến đo áp suất của khí xả; 28. Cảm biến đo nhiệt độ khí xả; 29. Cảm biến đo nhiệt độ của dầu ra; 30. Thiết bị đo lưu lượng khí nạp; 31. Thiết bị điều chỉnh vị trí thanh răng (Động cơ bước); 32. Màn hình vi tính; 33. Bàn điều khiển; 34. Thiết bị đo tốc độ của động cơ và trục khuỷu; 35. Bình tiêu âm; 36. Thiết bị Visioscop quan sát buồng cháy. 3.3.3. Phƣơng pháp và dụng cụ dùng cho thí nghiệm Phƣơng pháp thí nghiệm Thiết bị thí nghiệm Yêu cầu của hệ thống là phải được chạy hâm nóng trước khi tiến hành thí nghiệm để đạt được kết quả chính xác. Ta tiến hành như sau: Ta khởi động chế độ thí nghiệm bằng tay. Chú ý: Chờ cho hệ thống kiểm tra các lỗi rồi mới cho chương trình chạy. Sau khi hệ thống đã ổn định ta RESET lại hệ thống. Cung cấp nhiên liệu cho động cơ. Cho nổ động cơ và cho chạy ở Động cơ thí nghiệm: Mazda WL Đặc điểm động cơ: Động cơ 4 kì, 4 xylanh (1-3-4-2) Nemax = 85 (KW) ε = 19,8 Vh = 0,625 dm 3 nmax = 3500 (vòng/phút). Một số cụm chi tiết chính của hệ thống: Những thiết bị gây tải: hệ thống dùng động cơ điện 3 là thiết bị chủ yếu để gây tải cho động cơ thử và nối với động cơ thông qua khớp nối (hình 3.27). Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 56 chế độ điều khiển không tải bằng tay. Lúc đó ta điều chỉnh tốc độ động cơ và mức tải ALPHA hợp lý. Để do đặc tính tốc độ ta cho số vòng quay khoảng n = 1800 (vòng/phút), mức tải ALPHA = 20 60%, khoảng thay đổi 5%. Ta được sự thay đổi của monen có ích Me, công suất có ích Ne và công suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge như sau : Hình 3.26: Đặc tính tải của động cơ. Nhận xét : Khi tăng tải thì mô men có ích Me và công suất có ích Ne động cơ tăng theo và sự tăng gần như tuyến tính với vị trí thanh răng. Khi tăng tải từ 25 35% thì suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge giảm, sau đó lại tăng chậm từ mức tải   25 40%, từ   40 45% lại giảm chậm, từ   45 60% ge tăng nhanh đạt giá trị lớn nhất tại  60% và nhỏ nhất ở mức khoảng 37%. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên BH (tiêu hao nhiên liệu trong 1 giờ) và lưu lượng khí nạp theo mức tải Hình 3.27: Sơ đồ nguyên lý băng thử công suất APA. 1: Rôto; 2: Stato; 3: Bộ phận làm mát; 4: Cảm biến. Ngoài ra, để đo các thông số trên đường nạp của động cơ thử, người ta lắp các cảm biến áp suất khí nạp tương đối 12, áp suất khí nạp tuyệt đối 13, cảm biến. Để điều khiển nhiên liệu cug cấp cho động cơ, người ta dùng thiết bị cung cấp và đo tiêu hao nhiên liệu 5 (733_Fuel balance) nối thông với động cơ bằng 2 đường cấp và hồi. Để điều khiển cung cấp nhiên liệu cho động cơ, người ta dung động cơ bước 32 (THA100) để điền vào thanh răng bơm cao áp (động cơ MAZDA dung bơm phân phối) và được kết nối trực tiếp với PUMA. Việc điều khiển nhiệt độ nước làm mát được thực hiện bởi thiết bị 4 (AVL 553 Coolant Conditioning System). Trên đường ống vào động cơ có cảm biến nhiệt độ nước vào 19, trên Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 57 động cơ: Hình 3.28: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của nhiệt độ khí nạp, nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ dầu bôi trơn theo tải của động cơ Nhận xét Khi tăng tải nhiệt độ khí nạp không thay đổi bởi vì nhiệt độ khí nạp chỉ phụ thuộc nhiệt độ môi trường mà phòng thí nghiệm có hệ thống khí nên nhiệt độ môi trường ít thay đổi. Nhiệt độ nước làm mát ra TWO ít thay đổi và hơi giảm, còn nhiệt độ nước vào TWI tăng chậm từ 20÷30% tải sau đó giảm chậm theo tải. Theo lý thuyết thì khi tăng tải trạng thái nhiệt của động cơ tăng làm tăng nhiệt độ của nước làm mát ra vì thế mà nhiệt độ của nước làm mát vào cũng tăng nhưng theo kết quả thí nghiệm thì ngược lại. Vì ta có sử dụng thiết bị điều chỉnh nhiệt nước làm mát ở một giá trị ổn định để đảm bảo khả năng làm mát cho động cơ khi hoạt động. đường ống vào động cơ có các cảm biến nhiệt độ nước vào 19, trên đường ống nước ra khỏi động cơ có các cảm biến nhiệt độ nước ra 20. Hình 3.29: Hệ thống làm mát nước AVL 553. Việc điều khiển nhiệt độ dầu bôi trơn được thực hiện bởi thiết bị 6 (AVL 554, Oil Conditioning System). Thiết bị AVL 554 được nối với động cơ qua 2 ống vào và ra trên đó có gắn hai cảm biến nhiệt độ dầu vào 22 và dầu ra khỏi động cơ. Cảm biến áp suất dầu 24 được gắn ở thiết bị. Hình 3.30: Sơ đồ hệ thống điêù chỉnh dầu bôi trơn AVL 554. Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 58 Nhiệt độ dầu bôi trơn T_OIL thay đổi gần sấp xỉ với TWO. Nhiệt độ dầu bôi trơn tăng do nó phụ thuộc nhiệt độ nước làm mát và trạng thái nhiệt của động cơ và thực tế là trạng thái nhiệt của động cơ tăng theo tải nhưng kết quả thí nghiệm thì ngược lại. Vì ta có sử dụng thiết bị điều chỉnh nhiệt độ dầu. Khi nhiệt độ dầu ổn định thì nó đảm bảo được chất lượng của dầu. Câu hỏi ôn tập Câu 1: Trình bày cách đo tiêu hao nhiên liệu bằng phương pháp đo thể tích? Câu 2: Trình bày cách đo tiêu hao nhiên liệu bằng phương pháp cân trực tiếp? Câu 3: Nêu cách đo lưu lượng khí nạp vào động cơ bằng phương pháp sử dụng hộp không khí Câu 4: Nêu cách đo lưu lượng khí nạp vào động cơ bằng thiết bị loại ống hút màng hút? Câu 5: Nêu cách đo lưu lượng khí nạp vào động cơ bằng thiết bị đo lưu lượng khí nạp? Câu 6: Trình bày thiết bị lấy mấy mẫu theo thể tích không đổi? Câu 7: Trình bày cấu tạo và hoạt động của thiết bị đo nồng độ CO và CO2? Câu 8: Trình bày cấu tạo và hoạt động của thiết bị đo nồng độ HC? Câu 9: Trình bày cấu tạo và hoạt động của thiết bị đo nồng độ NOX? Câu 10: Trình bày cấu tạo và hoạt động của thiết bị đo khói Hartridge? Câu 11: Trình bày cấu tạo và hoạt động của thiết bị đo khói ống lọc? Khoa Cơ khí Động lưc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 59 CHƢƠNG: IV THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH HỆ SỐ TÁC ĐỘNG GIỮA Ô TÔ VÀ MÔI TRƢỜNG 4.1. Mục đích thí nghiệm Trong môn học “ Lý thuyết ô tô “ có đề cập đến các hệ số quan trọng liên quan đến việc xác định các lực tác dụng lên ôtô trong quá trình chuyển động mà các lực này sinh ra do tác động giữa ôtô và môi trường. Các hệ số này chính là hệ số cản lăn, hệ số cản không khí và hệ số bám. Chúng ta sẽ tìm hiểu các phương pháp xác định các hệ số nói trên. 4.2. Xác định hệ số cản lăn 4.2.1. Thử nghiệm trên đƣờng 4.2.1.1. Phương pháp dùng một ô tô kéo ô tô đằng sau Thí nghiệm được tiến hành trên đường nằm ngang. Hệ số cản lăn f được xác định theo biểu thức: Trong đó: Pk - Lực chỉ trên lực kế tự ghi, N G - Trọng lượng ô tô thí nghiệm 2, N Hình 4.1. Xác định hệ số cản lăn bằng phương pháp dùng một ô tô kéo ô tô đằng sau 1. Ô tô kéo; 2. Ô tô đem thử nghiệm; 3. Lực kế G P f k Khoa Cơ khí Động lưc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 60 Để tránh hiện tượng xe sau trườn nhanh về phía trước làm cho dây kéo trùng lại và chỉ số đo trên lực kế tự ghi không ổn định, người ta có thể tiến hành thí nghiệm trên đường có độ dốc không lớn lắm (nhỏ hơn 0,5%). Góc dốc phải được xác định trước khi tiến hành thí nghiệm. Phương trình cân bằng lực kéo sẽ có dạng: Pk = G.sinα + f.G.ccosα Trong đó: α - Góc dốc của đường G - Trọng lượng của ô tô thí nghiệm Hệ số cản lăn được xác địnhnhư sau:   cos. sin. G GP f k   Để tăng độ chính xác cho thí nghiệm người ta tách các bánh răng chủ động ở ô tô đằng này sau khỏi hệ thống hệ thống truyền lực để trách tiêu hao do khuấy dầu, do các ổ lăn và ma sát cơ khí. Dụng cụ và phƣơng pháp thí nghiệm Phƣơng pháp tiến hành Thiết bị thí nghiệm Trước khi tiến hành thí nghiệm ta tiến hành kiểm tra các thiết bị dùng cho thí nghiệm. Xác định các thông số G; Ta tiến hành khởi động xe kéo 1 Cho xe 1 kéo xe 2 với vận tốc nằm trong khoảng từ 10-20 km/h. Quan suát lực kế và ghi lại giá trị lực kéo Pk. Chú ý: Để triệt tiêu ảnh hưởng của các lực quán tính và lực cản không khí người ta làm thí nghiệm trong vùng vận tốc thấp (từ 2,77 Ô tô đem thí nghiệm 2 được kéo bởi một ô tô khác (hình 4.1) giữa hai ô tô có đặt lực kế tự ghi 3. Quãng đường thí nghiệm phải đủ rộng và dài (không nhỏ hơn 500m) và độ dốc không lớn lắm (nhỏ hơn 0,5%) Áp kế được sử dụng trong thí nghiệm Khoa Cơ khí Động lưc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 61 m/s đến 5,55 m/s hay là từ 10 km/h đến 20 km/h). Áp suất lốp của xe kéo và xe thử phải đảm bảo áp suất tiêu chuẩn. ta có thể dựa vào kí hiệu trên lốp xe để xác định áp suất lốp từ đó điều chỉnh cho phù hợp.Ví dụ trên lốp xe có ghi MAX.PRESS 32 PIS. Khi đó áp suất lớn nhất 32 psi. 32psi = 0,22Mpa = 2,2 kG/cm 2 ). Hình 4.2: Lực kế loại lò xo Kết quả thí nghiệm Giá trị Lần đo Pk (N) Lần đo 1 Lần đo 2 Lần đo 3 GTTB 4.2.1.2. Phương pháp chạy theo quán tính Sơ đồ bố trí thí nghiệm: Hình 4.3: Đường thí nghiệm và cọc đóng ở trên đường Phương trình cân bằng động năng sẽ có dạng như sau: Khoa Cơ khí Động lưc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 62 SGf v g G .. 2 .. 2  Trong đó: v - Vận tốc của ô tô khi bắt đầu chạy theo quán tính, m/s δ - Hệ số tính đến các khối lượng quay của ô tô khi hộp số đã bị ngắt, chủ yếu là các bánh xe. S - Quãng đường chạy theo quán tính của ô tô, m G - Trọng lượng của ô tô thí nghiệm, N g - Gia tốc trọng trường ( g= 9,81 m/s2) Hệ số δ có thể được xác định theo biểu thức: Gr gj bx bx . . 1 2  hoặc δ = 1,04 ± 0,05.ih 2 Trong đó: jbx - Mô men quán tính của tất cả bánh xe, Nm.s 2 rb.x - Bán kính làm việc trung bình của bánh xe ih - Tỷ số truyền của hộp số Bán kính làm việc trung bình của bánh xe xác định theo công thức: 0.rrbx  Trong đó: r0 - Bán kính tự do của bánh xe; λ - Hệ số biến dạng của lốp, λ = 0,93 ÷ 0,95 Ta có thể xác định hệ số cản lăn như sau: Sg v f ..2 . 2  Khoa Cơ khí Động lưc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 63 Dụng cụ và phương pháp thí nghiệm Trình tự thí nghiệm Dụng cụ thí nghiệm Trước khi tiến hành thí nghiệm ta tiến hành kiểm tra các thiết bị thí nghiệm. Cho ô tô chạy với tốc độ dưới 5,55 m/s (20 km/h) để tránh ảnh hưởng của lực cản không khí. Chú ý: Quãng đường thí nghiệm không nhỏ hơn 500m và đủ rộng. độ nghiêng không lớn lắm (nhỏ hơn 0,5%). Người quan sát ngồi trên ô tô và theo dõi hai cọc. Khi tầm mắt của người quan sát và hai cọc nằm trên một đường thẳng cần phải ngắt hộp số (tách động cơ khỏi hệ thống truyền lực) để cho ô tô chạy theo quán tính cho đến khi dừng hẳn. Dùng thước dây đo quãng đường chạy theo quán tính S kể từ vị trí cắm cọc cho đến vị trí ô tô dừng. Thí nghiệm được tiến hành trên đường nằm ngang. Ở bên lề đường cắm hai cọc cao 2m cách nhau 1m và đường nối chân của hai cọc thẳng góc với đường tâm của đường (xem hình 4.3). Áp suất lốp xe cũng phải đạt tiêu chuẩn. Kết quả thí nghiệm Giá trị Lần đo Quãng đường chạy theo quán tính S (m) Hệ số δ Lần đo 1 Lần đo 2 Lần đo 3 GTTB Khoa Cơ khí Động lưc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 64 4.2.2. Thử nghiệm trong phòng thí nghiệm Trong phòng thí nghiệm người ta xác định hệ số cản lăn trên bệ thử loại trống ( hình 4.3a) hoặc bệ thử loại đĩa (hình 4.3b) Hình 4.4: Sơ đồ bệ thử loại trống (a) và bệ thử loại đĩa (b) 1. Động cơ điện; 2. Khớp nối; 3. Bánh xe; 4. Trống quay; 5. Khớp nối 6. Máy phát điện; 7. Cặp bánh răng côn Biết được mô men quay và đo số vòng quay của động cơ điện và máy phát điện ta có thể xác định công suất tiêu hao do cản lăn như sau: mphmphđcđcmphđcf MMNNN  . (4.1) Trong đó: Nf - Công suất tiêu hao cho cản lăn Nđc - Công suất của động cơ điện Nmph - Công suất của máy phát điện Mđc - Mô men quay của động cơ điện Mmph - Mô men quay của máy phát điện ωđc - Vận tốc góc của động cơ điện; ωmph - Vận tốc góc của máy phát điện Công suất cản lăn có thể xác định theo biểu thức: bxđcfff rPvPN  (4.2) Khoa Cơ khí Động lưc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 65 Trong đó: Pf - Lực cản lăn sinh ra ở bánh xe v - Vận tốc tiếp tuyến tại thời điểm tiếp xúc giữa bánh xe với trống hay đĩa rbx - Bán kính làm việc của bánh xe Lắp biểu thức (4.2) vào biểu thức (4.3) ta có: mphđcđcmphbxđcf MMrP   (4.3) Từ đó có thể xác định được lực cản lăn Pf như sau: bxđc mphmphđc f r MM P     (4.4) Thay 30 . đc đc n   và 30 . mph mph n   vào biểu thức (4.3) ta có: bxđc mphmphđcđc f rn nMnM P . ..   Trong đó: nđc - Số vòng quay của động cơ điện nmph - Số vòng quay của máy phát Hệ số cản lăn được xác định như sau: Qrn nMnM Q P f bxđc mphmphđcđcf ..   Trong đó: Mđc - Mômen của động cơ điện nđc - Số vòng quay của động cơ điện Mm,ph - Mômen quay của máy phát điện nm,ph - Số vòng quay của máy phát điện Q - Lực thẳng đứng tác dụng lên bánh xe Khoa Cơ khí Động lưc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 66 Thí nghiệm để xác định hệ số cản lăn trên bệ thử loại trống hoặc loại đĩa đều có nhược điểm là sự làm việc của bánh xe không mô phỏng đúng điều kiện làm việc trên đường. Nhưng bệ thử loại đĩa có ưu điểm hơn bệ thử loại trống là có thể tạo ra bề mặt với chất liệu khác nhau và bánh xe lăn trên mặt phẳng chứ không phải mặt trụ như bệ thử loại trống. Tuy nhiên ở bệ thử loại đĩa bán răng không lăn trên dường mà lăn theo dường cong với bán kính nhỏ, do đó sẽ phát sinh sự ma sát phụ thêm giữa bánh răng và đĩa và làm ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm. Khi thí nghiệm trên bệ thử người ta có thể thay đổi áp suất trong lốp, thay đổi lốp với dạng hoa lốp khác nhau, thay đổi tải trọng tác dụng lên lốp, thay đổi vận tốc góc của bánh xe, thay đổi mô men quay tác dụng lên bánh xe một cách đễ dàng hơn nhiều so với khi thí nghiệm trên đường. Nhờ vậy có thể vẽ đồ thị chỉ quan hệ giữa hệ số cản lăn f với các thông số nói trên. Để hình dung được giá trị của hệ số cản lăn f trên một số đường thông dụng chúng ta xem bảng số liệu 4.1 sau đây: Loại đƣờng Hệ số cản lăn f Đường nhựa và bêtông Đặc biệt tốt Tốt Đường dải đá Đường đất Khô, bằng phẳng Sau khi mưa Đường cát 0,012 ÷ 0,0,15 0,015 ÷ 0,018 0,03 ÷ 0,04 0,03 ÷ 0,05 0,05 ÷ 0,15 0,10 ÷ 0,30 Khoa Cơ khí Động lưc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 67 Trình tự và dụng cụ thí nghiệm Trình tự thí nghiệm Thiết bị thí nghiệm Trước khi tiến hành thí nghiệm ta tiến hành kiểm tra các thiết bị thí nghiệm. Cho động cơ điện 1 quay, thông qua khớp nối 2 làm bánh xe 3 quay. Bánh xe 3 quay làm cho tang trống 4 quay . Thông qua khớp nối làm máy phát quay. Máy phát quay sẽ tạo ra điện áp. Dựa vào điện áp ta tính toán được Mm.ph - Bệ thử loại đĩa ( hình 4.3b) khác với loại trống ở chỗ công suất truyền qua bánh xe 3 đến máy phát điện 6 qua đĩa 4 và cặp bánh răng côn 7. Tiến hành tăng tải, thay đổi áp suất lốp, thay đổi vận tốc góc của bánh xe, mô men tác dụng lên bánh xe khi đo các bước tiến hành thí nghiệm tượng tự như trên. Bệ thử loại trống (hình 4.4a) gồm có động cơ điện 1 qua khớp nối 2 làm quay bánh xe 3. Bánh xe 3 chịu tải trong thẳng đứng Q. Khi bánh 3 quay làm trống 4 quay và qua khớp nối 5 làm quay may phát điện 6. Bệ thử loại đĩa ( hình 4.4b) khác với loại trống ở chỗ công suất truyền qua bánh xe 3 đến máy phat điện 6 qua đĩa 4 và cặp bánh răng côn 7. Động cơ điện 1 và máy phát điện 6 được thiết kế theo loại treo, vì vậy khi bệ thử làm việc người ta có thể xác định dược mô men quay sinh ra ở động cơ điện 1 và ở máy phát điện 6 nhờ sự xoay của stator của chúng. Kết quả thí nghiệm Giá trị đo Lần đo Mô men động cơ điện Mđc Mô men của máy phát Mm.phát Số vòng quay của động cơ điện nđc Số vòng quay của máy phát nm.phát Lần đo 1 Lần đo 2 Lần đo 3 GTTB Khoa Cơ khí Động lưc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 68 4.3. Xác định hệ số cản không khí 4.3.1. Thử nghiệm ở trên đƣờng 4.3.1.1. Dùng ống pitô kết hợp với dao động ký Để có thể thực hiện được thí nghiệm thì ta cần phải có: ô tô thử nghiệm, ống pitô(cảm biến áp suất), sơ đồ đo gồm cầu đo, dao động ký. Dựa vào đồ thị ghi trên máy ghi sóng ta xác định lực cản không khí PW như sau: www hP  Trong đó: Pw - Lực cản không khí hw - Tung độ của đồ thị áp lực không khí lên diện tích chính diện của ôtô μw - Tỷ xích của đồ thị áp lực không khí khi lấy chuẩn Hệ số cản không khí K được xác định theo biểu thức: )( . 4 2 2 m Ms vF P K w Trong đó: F - Diện tích cản chính diện của ôtô, m2 v - Vận tốc của ô tô thí nghiệm, m/s Với ôtô con: F= 0,78. B0.H0 Với ôtô tải: F = B.H0 Trong đó: B - Chiều rộng cơ sở của xe B0 - Chiều rộng toàn bộ xe H0 - Chiều cao toàn bộ xe Khoa Cơ khí Động lưc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 69 Trình tự và dụng cụ dùng cho thí nghiệm Trình tự thí nghiệm Dụng cụ thí nghiệm Trước khi tiến hành thí nghiệm ta kiểm tra các dụng cụ thí nghiệm. Chú ý: Đặt ống pitô ở mặt trước ô tô, ống pitô vào sơ đồ đo. Thí nghiệm được tiến hành trên đoạn đường nằm ngang ở thời thiết không gió. Cho ô tô chạy với vận tốc ổn định bắt đầu từ 5,55 m/s (20 km/h) rồi đo áp lực không khí Pw ghi trên dao động ký, tiếp đó chô ô tô chạy ổn định với vận tốc khác 8,33 m/s, 11,11 m/s, 13,88 m/s 16,66 m/s, (30,40,50,60 km/h) và cũng do Pw ứng với các tốc độ nói trên. Thí nghiệm được lặp lại 3 lần ở mỗi tốc độ để lấy giá trị trung bình. Ống pitô (đo áp suất) Hình 4.5: Ống pitô đo áp suất và lưu lượng a. Áp suất tĩnh; b. áp suất tổng c. áp suất động Thiết bị này cho phép đo áp lực của không khí tác dụng lên ô tô. Nhờ có giao động ký mà ta có thể xác định được áp lực của không khí (hình 4.6) Dao động ký là một loại máy vẽ di động hai chiều X và Y để hiển thị dạng tín hiệu đưa vào cần quan sát theo tín hiệu khác hay theo thời gian. Kim bút vẽ của máy là một chấm sáng, di chuyển trên màn hình của ống tia điện tử theo quy luật của điện áp đưa vào cần quan sát Hình 4.6: Dao động ký Khoa Cơ khí Động lưc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 70 Kết quả thí nghiệm Giá trị đo Lần đo Lực cản không khí Pw Vận tốc của ô tô v Lần đo 1 Lần đo 2 Lần đo 3 GTTB 4.3.1.2. Ô tô chạy xống dốc dưới tác dụng của lực trọng trường Theo phương pháp này trước hết cần xác định hệ số cản lăn f theo phương pháp xác định hệ số cản lăn đã trình bày ở trên. Biết dược hệ số cản lăn f chúng ta có thể xác định hệ số cản không khí K bằng cách cho ô tô chạy xuống dốc nhờ lực thành phần Pi của trọng lượng ô tô ( Pi = Gsin ; – góc dốc, G – trọng lực ô tô). Lực kéo Pi song song với mặt đường dốc. Hình 4.7: Xe chuyển động xuống dốc Ta có phương trình cân bằng lực kéo sau: wft PPp  (4.5) Trong đó: Pi - Thành phần của trọng lượng, tác dụng song song với mặt đường dốc Thay giá trị của Pi, Pf và Pw vào biểu thức (4.5) ta có: Khoa Cơ khí Động lưc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 71 G.sinα = G.f + K.F.v2 (4.6) Trong đó: v - Vận tốc của ô tô khi chạy ổn định trên dốc, vận tốc này đo được khi thí nghiệm, m/s, ta cần phải xác định được số vòng quay của động cơ, khi đó ta áp dụng công thức: )( 60 .2 s mrn v be   Ở đây: ne - Số vòng quay của trục khuỷu động cơ; v/ph rb - Bán kính của bánh xe; m F- Diện tích cản Đối với xe tải thì F=B.H Đối với ô tô du lịch: F=0,8.B0.H B - Chiều rộng cơ sở của ô tô B0 - Chiều rộng lớn nhất của ô tô H - Chiều cao lớn nhất của ô tô).m2 Từ biểu thức 4.5 ta xác định được hệ số cản không khí K như sau: )( . ).(sin 2 2 2 m Ns vf fG K    Khoa Cơ khí Động lưc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 72 Trình tự và dụng cụ thí nghiệm Trình tự thí nghiệm Thiết bị dùng thí nghiệm Kiểm tra các thiết bị dùng cho thí nghiệm, ghi lại các thông số như: trọng lượng của ô tô G, độ dốc α, lực cản lăn f (ta đã xác định được). Khởi động xe và lái xe lên đỉnh dốc của đoạn đường thí nghiệm. Cho xe chuyển động xuống dốc, ngắt hộp số (tách động cơ khỏi hệ thống truyền lực). Cho xe chuyển động xuống dốc và tiến hành ghi lại tốc độ động xe nhờ có cảm biến tốc độ, từ cảm biến tốc độ ta có thể xác định được vận tốc. Thí nghiệm được tiến hành ba lần, rồi lấy giá trị K trung bình. Chú ý: Đoạn đường thí nghiệm cần có độ dài đủ để cho ô tô bắt đầu chạy từ trên đầu dốc nhờ có lực Pi và sẽ đạt đến vận tốc ổn định do có lực cản lăn và lực cản không khí. Đoạn đường này thường không nhỏ hơn 500m. Áp suất lốp xe cũng phải đạt tiêu chuẩn. Cho ô tô thí nghiệm chạy xuống dốc như hình vẽ 4.7. Cảm biến tốc độ xe. Kết quả thí nghiệm Giá trị đo Lần đo Số vòng quay trục khuỷu động cơ ne (vòng/phút) Hệ số cản lăn f Lần 1 Lần 2 Lần 3 GTTB Khoa Cơ khí Động lưc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 73 4.3.1.3. Ô tô thí nghiệm được kéo bằng ô tô khác Thí nghiệm được mô tả như hình 4.6. Hình 4.8: Xác định hệ số cản không khí bằng phương pháp ôtô thí nghiệm được kéo bằng một ô tô khác. Phương trình cân bằng lực kéo Pk = Pf + Pi +Pw (4.7) Trong đó: Pk - lực chỉ trên lực kế tự ghi; N Phương trình (4.7) có thể viết: Pk = f.G.cosα + G.sinα + K.F.v 2 (4.8) Trong đó: f - Hệ số cản lăn G - Trọng lượng của toàn bộ ô tô; Kg K - Lực cản không khí; 4 2 m Ns F - Diện tích cản; m2 Α - Độ dốc Từ phương trình (4.8) có thể xác định hệ số cản không khí. 2. )sincos..( vF fGP K k    Nếu thí nghiệm trên đường nằm ngang thì hệ số cản không khí được xác định: 2. . vF fGP K k   Khoa Cơ khí Động lưc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 74 Trình tự và dụng cụ thí nghiệm Trình tự thí nghiệm Dụng cụ thí nghiệm Trước khi tiến hành thí nghiệm ta kiểm tra các thiết bị thí nghiệm. Cho ô tô kéo kéo ô tô thử nghiệm ở vận tốc tương đối cao 11,11 m/s 16,66 m/s(hay là 40 km/h 60km/h) nhưng không lớn hơn 19,44 m/s (70km/h), vì bắt đầu từ vận tốc 19,44 m/s trở lên thì hệ số cản lăn thay đổi theo vận tốc. Chú ý: ô tô được kéo phải ngắt hộp số (ngắt động cơ khỏi hệ thống truyền lực). Ta ghi lại các thông số: Lực kéo PK từ lực kế; tốc độ động cơ được kéo, từ đó ta xác định được vận tốc của ô tô đem thử. Như vậy thí nghiệm ta đo lực PK, vận tốc v và biết trước hệ số cản f thì có thể xác định được hệ số K. Thí nghiệm được thực hiện qua 3 lần đo, sau đó lấy giá trị trung bình. Sơ đồ bố trí thí nghiệm như hình 4.8. Giữa hai ô tô kéo nhau có mắc lực kế. Khoảng cách giữa hai ô tô (hay chiều dài của dây nối) không nhỏ hơn 15 m để tránh ảnh hưởng của ô tô đằng trước tới dòng khí tác động lên ô tô đằng sau và để tránh hiện tượng ô tô đằng sau trườn nhanh về phía trước làm chùng dây nối và ảnh hưởng tới chỉ số trên lực kế người ta có thể tiến hành thí nghiệm trên đường có độ dốc không lớn. Độ dốc này phải được biết trước khi thí nghiệm. Trong quá trình thí nghiệm thì áp suất lốp của xe kéo và xe thử phải đảm bảo tiêu chuẩn. Ta sử dụng cảm biến tốc độ để xác định vận tốc của xe thử. Lực kế để xác định lực kéo PK: Hình 4.9: Lực kế. Khoa Cơ khí Động lưc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 75 Kết quả thí nghiệm Giá trị đo Lần đo Lực chỉ trên lực kế Pk (N) Số vòng quay trục khuỷu động cơ ne (vòng /phút) Hệ số cản lăn f Lần đo 1 Lần đo 2 Lần đo 3 GTTB 4.3.2. Thí nghiệm ở trong phòng thí nghiệm Dùng ống khí động để xác định hệ số cản không khí (hình 4.8): Hình 4.10: Sơ đồ ống khí động để xác định hệ số cản lăn không khí. 1. Ống khí động; 2. Động cơ điện; 3. Cánh quạt; 4. Ô tô mẫu; 5. Bàn cân 6. Dụng cụ đo tốc độ dòng khí Hệ số cản không khí được xác định theo biểu thức: )( . 4 2 2 m Ns vF P K m w Trong đó: Fm - Diện tích cản chính diện của ô tô mẫu, m 2 v - Vận tốc dòng khí đo trên ống khí động, m/s Pw - Lực dẩy ô tô mẫu ( hay lực cản không khí) Ta có bảng giá trị của hệ số cản không khí, chúng ta sẽ xem bảng 4.2: Khoa Cơ khí Động lưc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 76 Loại ô tô Hệ số cản không khí K, Ns2/m4 Du lịch Vận tải Ôtô buýt (chở khách) Xe đua (xe thể thao) 0.2 ÷ 0,35 0,6 ÷ 0,7 0,25 ÷ 0,4 0,13 ÷ 0,15 Trình tự và dụng cụ thí nghiệm Trình tự thí nghiệm Thiết bị thí nghiệm Trước khi tiến hành thí nghiệm ta kiểm tra thiết bị thí nghiệm. Ta tiến hành bật cho động cơ điện 2 hoạt động, động cơ điện 2 hoạt động sẽ làm quay cánh quạt 3 và sẽ tạo luồng không khí chạy qua ống khí động. Tại chỗ đặt ô tô mẫu có dặt dụng cụ 6 để đo tốc độ dòng khí. Dòng không khí chạy qua ống khí động sẽ đẩy ô tô lùi về phía sau. Để cho ô tô mẫu trở lại vị trí ban đầu thì trên bàn cân 5 cần đặt them các quả cân. Bàn cân 5 được nối với ô tô mẫu qua hệ thống ròng rọc. Nhờ vậy trọng lượng của các quả cân trên bàn cân 5 sẽ bằng lực của dòng không khí đẩy ô tô mẫu hay lực cản không Trong phòng thí nghiệm người ta dùng ống khí động để xác định hệ số cản không khí K. Trong ống khí động 1 người ta treo ô tô mẫu 4 (hình 4.10). Ô tô mẫu có hình đồng dạng với ô tô thiết kế nhưng có thiết kế thu nhỏ. Chú ý: ô tô mẫu phải đảm bảo “ trị số Rây nôn” của hai trường hợp có giá trị như nhau. Chỉ tiêu đồng dạng thể hiện qua số Rây nôn theo công thức:  vl Re  (4.9) Trong đó: Re - Trị số Rây nôn v - Vận tốc dòng không khí l - Một trong những kích thước chủ yếu của ô tô( thí dụ chiều dài cơ sở chẳng hạn) γ - Hệ số nhớt động học của không khí Từ biểu thức (4.9) thấy rằng để đảm bảo chỉ tiêu đồng dạng thì vận tốc dòng không khí trong ống không khí động phải tăng bao nhiêu lần so với vận tốc chuyển động của ô tô, bấy nhiêu lần kích thước của ô tô thực hiện lớn hơn kích thước của ô tô mẫu. Khoa Cơ khí Động lưc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 77 khí. Thay đổi tốc độ của các cánh quạt chúng ta sẽ có các tốc độ khác nhau v của dòng không khí trong ống khí động và từ đó các lực cản không khí PW khác nhau. Các ống khí động hiện nay cũng khó đảm bảo được điều kiện nói trên, cho nên hệ số cản không khí xác địnhtrong ống khí động cần phải đem so sánh với hệ số cản không khí xác định bằng thí nghiệm trên đường để có sự chỉnh lý cần thiết. Để dòng không khí bao quanh ô tô trong ống khí động gần giống với điều kiện thực tế ô tô chạy trên đường người ta có thể làm nhiều phương án đặt ô tô mẫu khác nhau. Trên hình (4.11) trình bày 4 phương án đặt ôtô mẫu : Hình 4.11: Các loại sơ đồ đặt ô tô mẫu trong ống khí động a. Loại đơn giản dùng một ô tô mẫu; b. dùng hai ô tô mẫu úp sát vào nhau; c. ô tô mẫu đặt trên tấm phẳng cố định; d. ô tô mẫu đặt trên băng tải chuyển động. Sơ đồ 4.9d là gần với thực tế nhất lên được sử dụng trong các phòng thí nghiệm. Khoa Cơ khí Động lưc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 78 Kết quả thí nghiệm Giá trị đo Lần đo Lực cản không khí Pw(N) Vận tốc dòng không khí v (m 2 ) Diện tích cản chính diện ô tô mẫu Fm (m 2 ) Lần đo 1 Lần đo 2 Lần đo 3 GTTB 4.4. Xác định hệ số bám 4.4.1. Thử nghiệm trên đƣờng 4.4.1.1. Phương pháp dùng một ô tô kéo đằng sau Với phương pháp này ta dùng một ô tô kéo ô tô cần thí nghiệm: Hình 4.12: Xác định hệ số bám bằng phương pháp ôtô thí nghiệm được kéo bằng một ôtô khác Biết được trọng lượng G của ô tô bị kéo ở đằng sau và lực bám ta có thể xác định hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường như sau: G p  Khoa Cơ khí Động lưc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trang 79 Phương pháp và dụng cụ thí nghiệm Trình tự thí nghiệm Thiết bị thí nghiệm Kiểm tra thiết bị thí nghiệm trước khi tiến hành thí nghiệm. Tiến hành khóa cứng các bánh xe của ô tô bị kéo ở đằng sau. Cho ô tô kéo kéo ô tô thí nghiệm, để tránh ảnh hưởng của lực cản không khí người ta cho ô tô chạy ở tốc độ nhỏ hơn 5,55 m/s. (20 km/giờ). Ô tô thí nghiệm khi đó sẽ bị kéo lê trên đường. Chỉ số đo được ở lực kế đó chính là lực bám Pω của ô tô đằng sau. Theo phương pháp này người ta dùng một ô tô kéo ô tô đằng sau (hình 4.12), giữa hai ô tô có đặt lực kế tự ghi. Áp suất lốp giữa các bánh xe của 2 ô tô đem thử phải đảm