Đặt vấn đề Trong xã hội Việt Nam ngay nay, xe gắn máy gần như là phương tiện di chuyển chính khi tham gia giao thông. Trong khi đó nguồn ô nhiểm khí thải xe gắn máy rất cao và hiệu suất sử dụng nhiên liệu của động cơ còn thấp. Vì vậy việc nghiên cứu tối ưu hóa quá trình hoạt động của động cơ xe gắn máy là rất cần thiết. Để nghiên cứu động cơ thì việc sử dụng băng thử công suất là vấn đề quan trọng trong khi băng thử động cơ tải nhỏ hiện nay rất hiếm.
Chính vì thế việc chế tạo một băng thử động cơ dành riêng cho động cơ xe gắn máy là rất cấp thiết. Tuy nhiên để trang bị một băng thử như thế cho các phòng thí nghiệm đòi hỏi một nguồn đầu tư lớn. Người nghiên cứu thực hiện đề tài này với mong muốn chế tạo một băng thử có thể đo được công suất nhằm xác định công suất của các loại xe gắn máy khác nhau với giá thành có thể chấp nhận được. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước Những năm gần đây đã xuất hiện rất nhiều các băng thử động cơ ôtô, xe máy của các hãng nổi tiếng trên thế giới.
Thực tế trên thị trường, các loại băng thử rất phong phú về chủng loại, mẫu mã, chất lượng cũng như những tính năng mà nó mang lại. Nhưng thực tế các loại máy móc ngoại nhập này có giá thành rất cao, do đó rất khó để cho sinh viên của các trường Đại học, cao đẳng, trung cấp…của Việt Nam tiếp cận. Một số loại băng thử có hình dạng như sau : Hình 1.1 - Băng thử động cơ xe máy do hãng Atlantic sản xuất -1 - Luan van Đề tài Nghiên cứu Khoa học cấp trường Hình 1.2 - Băng thử động cơ xe máy do hãng Alantic sản xuất Hình 1.3 - Băng thử động cơ xe máy do hãng SportDevices sản xuất 1. Đối tượng nghiên cứu - Đặc tuyến động cơ xe gắn máy - Băng thử công suất - Thuật toán điều khiển - Phần mềm hiển thị bằng máy tính.
Mục tiêu nghiên cứu Trong lĩnh vực dạy học và nhất là trong lĩnh vực đào tạo nghề, mô hình dạy học đóng vai trò quan trọng. Việc giao tiếp giữa máy tính và mô hình giảng dạy giúp giáo viên chủ động trong quá trình lên lớp và việc truyền thụ kiến thức cũng như rèn luyện kỹ năng nghề cho các học viên được thuận tiện hơn. Giao tiếp giữa máy tính và các thiết bị máy móc dùng trong sản xuất công nghiệp đã được ứng dụng khá phổ biến nhưng dùng trong dạy học thì còn hạn chế. Vì vậy, đề tài “nghiên cứu và chế tạo băng thử động cơ xe gắn máy có giao tiếp với máy tính thông qua LabVIEW” đã được chọn làm đề tài nghiên cứu có thể áp dụng những thành tựu mà phần mềm này mang lại, -2 - Luan van Đề tài Nghiên cứu Khoa học cấp trường giúp cho các giáo viên và các học viên có thêm một phương tiện mới để học tập và nghiên cứu.
Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp tham khảo tài liệu - Phương pháp thiết kế cơ khí - Phương pháp mô phỏng, lập trình vi điều khiển - Phương pháp kiểm nghiệm thực tế. -3 - Luan van Đề tài Nghiên cứu Khoa học cấp trường Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Động cơ xe máy Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều công ty sản xuất động cơ xe máy với rất nhiều chủng loại khác nhau, một số loại động cơ xe máy phổ biến như: - Động cơ một xy lanh - Động cơ hai xy lanh hình chữ V - Động cơ nhiều xy lanh Hình 2.1 a – Động cơ 1 xylanh Hình 2.1 b – Động cơ 2 xylanh chữ V Động cơ xe máy rất đa dạng chúng thường có những đặc điểm sau: - Là động cơ xăng 2 kì và 4 kì cao tốc. - Có công suất nhỏ.
- Li hợp, hộp số bố trí trong một vỏ chung. - Thường làm mát động cơ bằng không khí. - Số lượng xi lanh ít (thường có 1 hoặc 2 xilanh). Thông thường ĐCĐT trong xe máy được làm mát bằng không khí vì: Xe máy là động cơ có công suất nhỏ, di chuyển với tốc độ cao nên làm mát bằng không khí dễ dàng và thuận tiện.
Ngày nay, trên một số xe đời mới như xe tay ga, các loại xe phân khối lớn,. có công suất lớn được làm mát bằng dung dịch làm mát. -4 - Luan van Đề tài Nghiên cứu Khoa học cấp trường Hình 2.2 HTTL trên xe máy: 1-Động cơ,2-Ly hợp,3-Hộp số, 4- Xích, 5-Bánh xe Công suất được sinh ra từ động cơ qua ly hợp, hộp số để thay đổi tỉ số truyền, truyền ra trục sơ cấp hộp số bánh răng nhông qua xích đến đĩa xích ra bánh xe giúp xe di chuyển về phía trước. Đặc tính công suất – moment của động cơ đốt trong Công suất và momen là hai thông số quan trọng trên động cơ là hai thông số thể hiện khả năng tải và tính năng cơ động của xe.
Vì vậy, để xác định tỉ lệ sinh công suất và mô-men xoắn giữa các động cơ với nhau có thể là vấn đề khiến cho nhiều người sử dụng xe còn mơ hồ, thậm chí là không để ý tới. Một phần của sự khó hiểu này là ở chỗ khi các nhà sản xuất cải tiến hay cho ra đời một loại động cơ xe nào đó thì họ đã biết mình theo đuổi những đặc điểm kỹ thuật nào của động cơ để đạt được sự tối ưu về trọng lượng, kích cỡ cũng như mục đích sử dụng của chiếc xe. Các loại xe như xe tải, địa hình, du lịch hay siêu xe… đều được sinh ra với mục tiêu nhất định và không giống nhau. Các thông số về giá trị công suất hay mô-men xoắn có thể biến thiên rất khác nhau trong dải vòng tua của động cơ, và thông thường các nhà sản xuất chỉ công bố giá trị cực đại tại số vòng tua nhất định.
Điều này rất dễ gây nên sự hiểu lầm về sức mạnh của một chiếc xe. Chúng ta cùng xem công suất cũng như mô-men xoắn thực sự là gì và chúng được đo như thế nào. Đó là vấn đề đặt ra. Công suất liên quan đến mô-men xoắn, và mô-men xoắn là lực quay hay lực xoay của trục khuỷu.
Đặt một thiết bị đo lên trục khuỷu của động cơ và đo lực xoay -5 - Luan van Đề tài Nghiên cứu Khoa học cấp trường của nó, chúng ta sẽ có thông số về mô-men xoắn. Xin lưu ý rằng, thời gian không có ý nghĩa trong phép đo này, điều đó có nghĩa là mô-men xoắn có thể được tính không giới hạn thời gian, có thể rất nhanh hoặc rất lâu. Trái lại, công suất lại là giá trị mà tại đó mô-men xoắn được sản sinh ra, là phép đo khả năng làm việc của một động cơ. Động cơ của một chiếc xe mà sinh ra càng nhiều công suất thì nó di chuyển được một khối lượng càng lớn trong một khoảng thời gian nào đó.
Nói cách khác, động cơ công suất càng lớn thì nó có thể mang một trọng lượng bất biến nào đó (chính là trọng lượng của chiếc xe) di chuyển một quãng đường nhất định trong một khoảng thời gian càng nhanh. Nói một cách đơn giản, để chiếc xe tăng tốc tốt hơn, thì động cơ cần sản sinh ra mô-men xoắn nhanh hơn.3 - Đồ thị đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ Vấn đề này khiến chúng ta quay trở lại với thông số mô-men xoắn. Các loại động cơ diesel thông thường có tỷ số mô-men xoắn cao hơn so với tỷ lệ sinh công suất của chính nó. Một phần của sự khác biệt này nằm ở chỗ áp suất nén bên trong các động cơ diesel cao hơn, nhưng cốt lõi vấn đề chính là nhờ quá trình đốt cháy nhiên liệu diesel.
Sự đốt cháy diesel bắt đầu khi nhiên liệu được bơm vào trong xi-lanh. Nhiên liệu bốc cháy đẩy piston từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới và làm cho trục khuỷu quay. Mô-men xoắn chính là lực xoay của trục khuỷu. Khi chúng ta muốn tăng tốc hoặc kéo một vật có tải trọng càng lớn với một chiếc xe trang bị động cơ diesel, thì cần lượng nhiên liệu được bơm vào càng nhiều để tăng lực xoay đó.
Không như động cơ xăng, nhiên liệu được bơm vào bên trong xi-lanh trước khi bu-gi đánh lửa làm cháy hỗn hợp nhiên liệu rồi phát nổ, việc bơm nhiên liệu trong động cơ diesel diễn ra liên -6 - Luan van Đề tài Nghiên cứu Khoa học cấp trường tục dưới dạng sương mù vào trong xi-lanh ngay cả khi quá trình cháy đang diễn ra. Điều này khiến cho áp suất và lực đẩy lên piston lớn hơn trong một khoảng thời gian dài hơn – vì vậy mà sinh ra lực xoắn lớn hơn. Về lý thuyết, số vòng tua của động cơ càng cao thì công suất mà nó sinh ra càng lớn. Nhưng thực tế công suất của động cơ đạt cực đại tại số vòng tua nào đó (thường thấp hơn nhiều so với số vòng tua tối đa).
Căn nguyên của vấn đề này là do những giới hạn về mặt cơ khí hoặc sự hạn chế luồng không khí nạp vào trong động cơ. Các động cơ xăng thường có tỷ số công suất cao hơn tỷ số mô-men xoắn, bởi các bộ phận chính cấu thành nên động cơ xăng nhẹ hơn (so với động cơ diesel cùng dung tích). Yếu tố đó cho phép động cơ quay nhanh hơn, vì vậy chúng có thể sản sinh ra mã lực nhanh hơn và giúp cho chiếc xe tăng tốc tốt hơn.Tất cả các chỉ số công suất và mô-men xoắn đều đạt đến mức cực đại ở một mốc vòng tua nhất định của động cơ. Tỷ số giá trị cực đại đó có thể thường xuyên không đạt được trong quá trình xe vận hành, trừ khi xe đạt số vòng tua lý tưởng trong điều kiện chạy bình thường.
Các vấn đề chung về đo công suất động cơ 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 ở các chế độ lám việc khác nhau (chế độ tốc độ và tải trọng), ta dựa vào các đuờng đặc tính dựa trên cơ sở các số liệu đo bằng thực nghiệm. Các đặc tính cơ bản của động cơ đốt trong là : Đường đặc tính tốc độ. Đường đặc tính tải.