Nghiên cứu nâng cao tỷ lệ nhiên liệu sinh học bio - Etanol sử dụng trên động cơ xăng

-i- 
LỜI CAM ĐOAN 
Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi. Các 
số liệu kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng 
được ai công bố trong các công trình nào khác! 
 Hà Nội, tháng 7 năm 2014 
 Nghiên cứu sinh 
 Phạm Hữu Truyền 
-ii- 
LỜI CẢM ƠN 
Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Sau đại học, 
Viện Cơ khí Động lực và Bộ môn Động cơ đốt trong đã cho phép tôi thực hiện luận án tại 
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Xin cảm ơn Viện Đào tạo Sau đại học và Viện Cơ khí 
Động lực về sự hỗ trợ và giúp đỡ trong suốt quá trình tôi làm luận án. 
Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Lê Anh Tuấn và TS Phạm Hữu Tuyến đã hướng 
dẫn tôi hết sức tận tình và chu đáo về mặt chuyên môn để tôi có thể thực hiện và hoàn 
thành luận án. 
Tôi xin chân thành biết ơn Quý thầy, cô Bộ môn và Phòng thí nghiệm Động cơ đốt 
trong - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội luôn giúp đỡ và dành cho tôi những điều kiện 
hết sức thuận lợi để hoàn thành luận án này. 
Tôi xin cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vinh, Ban chủ 
nhiệm Khoa Cơ khí động lực và các thầy cô trong Khoa đã hậu thuẫn và động viên tôi 
trong suốt quá trình nghiên cứu học tập. 
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy phản biện, các thầy trong hội đồng 
chấm luận án đã đồng ý đọc duyệt và góp các ý kiến quý báu để tôi có thể hoàn chỉnh luận 
án này và định hướng nghiên cứu trong trương lai. 
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè, những người đã 
động viên khuyến khích tôi trong suốt thời gian tôi tham gia nghiên cứu và thực hiện công 
trình này. 
 Nghiên cứu sinh 
 Phạm Hữu Truyền 
-iii- 
MỤC LỤC 
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................................... i 
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................................. ii 
MỤC LỤC .................................................................................................................................. iii 
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ...................................................................v 
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ............................................................................................... vi 
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ............................................................................... ix 
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................................1 
i. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài .................................................................. 2 
ii. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................................................ 3 
iii. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ........................................................................................................ 3 
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ........................................................................................................5 
1.1. Tổng quan về nhiên liệu sinh học ................................................................................................... 5 
1.2. Nhiên liệu etanol và xăng sinh học.................................................................................................. 6 
1.2.1. Nhiên liệu etanol ...................................................................................................................... 6 
1.2.2. Xăng sinh học ......................................................................................................................... 10 
1.2.3. Tình hình sản xuất và sử dụng etanol....................................................................................... 13 
1.2.4. Các nghiên cứu ứng dụng xăng sinh học cho động cơ trên thế giới ........................................... 18 
1.2.5. Các nghiên cứu ứng dụng xăng sinh học cho động cơ ở Việt Nam............................................ 24 
1.3. Vấn đề sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ etanol lớn ......................................................................... 26 
1.4. Kết luận chương 1 ......................................................................................................................... 27 
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ TƯƠNG 
THÍCH CỦA ĐỘNG CƠ XĂNG TRUYỀN THỐNG KHI SỬ DỤNG XĂNG SINH HỌC .... 28 
2.1. Quá trình cháy trong động cơ đốt cháy cưỡng bức ...................................................................... 28 
2.1.1. Quá trình cháy trong động cơ đốt cháy cưỡng bức ................................................................... 28 
2.1.2. Đặc điểm quá trình cháy trong động cơ đốt cháy cưỡng bức sử dụng xăng sinh học ................. 31 
2.2. Cơ sở lý thuyết tính toán chu trình công tác động cơ sử dụng xăng sinh học .............................. 33 
2.2.1. Trạng thái nhiệt động học........................................................................................................ 33 
2.2.2. Lý thuyết tính toán quá trình cháy ........................................................................................... 34 
2.2.3. Lý thuyết tính toán truyền nhiệt .............................................................................................. 39 
2.2.4. Lý thuyết tính toán hàm lượng phát thải .................................................................................. 41 
2.2.5. Mô hình hỗn hợp nhiên liệu xăng và etanol E100 .................................................................... 46 
2.3. Phương pháp đánh giá tương thích của động cơ xăng truyền thống khi sử dụng xăng sinh học 47 
2.3.1. Phương pháp đánh giá tương thích vật liệu .............................................................................. 47 
2.3.2. Phương pháp đánh giá tính năng động cơ ô tô ......................................................................... 49 
2.3.3. Phương pháp đánh giá độ bền và tuổi thọ động cơ ................................................................... 50 
2.4. Kết luận chương 2 ......................................................................................................................... 54 
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG XĂNG SINH HỌC CÓ TỶ 
LỆ ETANOL LỚN ..................................................................................................................... 55 
3.1. Mục đích, đối tượng và phạm vi mô phỏng .................................................................................. 55 
3.2. Xây dựng mô hình mô phỏng động cơ .......................................................................................... 55 
3.2.1. Giới thiệu về phần mềm AVL Boost ....................................................................................... 55 
-iv- 
3.2.2. Xây dựng mô hình và các thông số nhập cho mô hình ............................................................. 56 
3.2.3. Các bước nghiên cứu trên mô hình mô phỏng .......................................................................... 57 
3.3. Kết quả tính toán mô phỏng ......................................................................................................... 58 
3.3.1. Đánh giá độ chính xác của mô hình ......................................................................................... 58 
3.3.2. Động cơ xe máy...................................................................................................................... 59 
3.3.3. Động cơ ô tô xe Lanos ............................................................................................................ 64 
3.4. Giải pháp cải tiến động cơ xăng thông thường khi sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ etanol lớn 
nhằm đảm bảo tính năng kỹ thuật .......................................................................................................... 69 
3.4.1. Giải pháp cải tiến động cơ sử dụng bộ chế hoà khí .................................................................. 69 
3.4.2. Giải pháp cải tiến động cơ ô tô phun xăng điện tử ................................................................... 73 
3.5. Kết luận chương 3 ......................................................................................................................... 74 
CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ....................................................................... 75 
4.1. Mục đích và phạm vi thử nghiệm ................................................................................................. 75 
4.2. Nhiên liệu ...................................................................................................................................... 75 
4.3. Nghiên cứu đánh giá khả năng tương thích vật liệu..................................................................... 76 
4.3.1. Trang thiết bị và đối tượng thử nghiệm.................................................................................... 76 
4.3.2. Kết quả đánh giá khả năng tương thích vật liệu đối với hệ thống nhiên liệu động cơ xe máy ..... 77 
4.3.3. Kết quả đánh giá khả năng tương thích vật liệu đối với hệ thống nhiên liệu động cơ ô tô .......... 82 
4.4. Nghiên cứu thực nghiệm trên băng thử ........................................................................................ 89 
4.4.1. Phương pháp, quy trình đánh giá tính năng và độ bền .............................................................. 89 
4.4.2. Trang thiết bị và đối tượng thử nghiệm.................................................................................... 89 
4.4.3. Kết quả đánh giá ảnh hưởng của xăng sinh học đến độ bền động cơ xe máy ............................. 92 
4.4.4. Kết quả đánh giá ảnh hưởng của xăng sinh học đến động cơ ô tô ............................................. 99 
4.5. So sánh kết quả nghiên cứu mô phỏng với thực nghiệm ............................................................ 109 
4.6. Kết luận chương 4 ....................................................................................................................... 112 
KẾT LUẬN CHUNG VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN .............................................. 113 
Kết luận chung ................................................................................................................................... 113 
Phương hướng phát triển ................................................................................................................... 114 
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................................... 115 
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ..................................... 119 
PHỤ LỤC ................................................................................................................................. 120 
-v- 
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 
Ký hiệu Diễn giải Đơn vị 
E5 Xăng sinh học bao gồm 5% etanol và 95% xăng truyền thống - 
E10 Xăng sinh học bao gồm 10% etanol và 90% xăng truyền thống - 
E15 Xăng sinh học bao gồm 15% etanol và 85% xăng truyền thống - 
E20 Xăng sinh học bao gồm 20% etanol và 80% xăng truyền thống - 
E85 Xăng sinh học bao gồm 85% etanol và 15% xăng truyền thống - 
E100 Etanol gốc - 
CO Mônôxit cácbon - 
HC Hyđrô cácbon - 
NOx Ôxit nitơ - 
CO2 Cácboníc - 
E-Diesel Hỗn hợp nhiên liệu diesel-etanol - 
SAE Hội kỹ sư ô tô thế giới - 
NLBT Nhiên liệu biến tính - 
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam - 
NLSH Nhiên liệu sinh học - 
HDPE High Density Polyethylene (Nhựa polyethylene đặc biệt) - 
CD20” Chassis Dynamometer 20” (Băng thử xe máy) - 
CD48” Chassis Dynamometer 48” (Băng thử ô tô con và xe tải hạng nhẹ) - 
ECE R40 Chu trình thử châu Âu cho xe máy theo tiêu chuẩn Euro II - 
ECE15-05 Chu trình thử châu Âu cho xe con và xe tải hạng nhẹ - 
FC Tiêu thụ nhiên liệu (Fuel comsumption) l/100km 
AVL-Boost Phần mềm mô phỏng một chiều của hãng AVL (Áo) - 
ĐCT Điểm chết trên - 
 Hệ số dư lượng không khí - 
A/F Tỷ lệ không khí/nhiên liệu - 
CEBII Tủ phân tích khí thải - 
ETB High Dynamic Engine Testbed (Băng thử tính năng động lực học 
cao) 
- 
TCB Trước chạy bền - 
STB Sau chạy bền - 
Ne Công suất kW 
Me Mômen Nm 
ge Suất tiêu thụ nhiên liệu g/kW.h 
-vi- 
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 
Bảng 1.1. Tính chất của etanol [1] ..................................................................................................7 
Bảng 1.2. Quy chuẩn về etanol nhiên liệu biến tính dùng để pha xăng không chì [3] .......................7 
Bảng 1.3. Tính chất lý hóa của xăng sinh học [18] ........................................................................ 10 
Bảng 1.4. Những cải tiến cần thiết khi sử dụng xăng sinh học [36]. .............................................. 22 
Bảng 2.1. Hệ số của phương trình trao đổi nhiệt tại cửa nạp và thải .............................................. 41 
Bảng 2.2. Chuỗi phản ứng hình thành NOx ................................................................................... 45 
Bảng 2.3. Các hằng số đa thức ..................................................................................................... 46 
Bảng 2.4. Bảng tiến trình đo ......................................................................................................... 49 
Bảng 2.5. Các điểm thử nghiệm tại các tay số IV và V của ô tô..................................................... 49 
Bảng 3.1. Thông số kỹ thuật của động cơ ..................................................................................... 56 
Bảng 3.2. Các thông số cơ bản của mô hình ................................................................................. 57 
Bảng 3.3. Thời gian cháy trễ và thời gian cháy nhanh của các loại nhiên liệu ................................ 60 
Bảng 3.4. Công suất động cơ khi chạy các loại nhiên liệu khác nhau (kW) ................................... 61 
Bảng 3.5. Nồng độ CO khi sử dụng các loại nhiên liệu theo tốc độ động cơ (ppm) ........................ 62 
Bảng 3.6. Nồng độ HC khi sử dụng các loại nhiên liệu theo tốc độ động cơ (ppm) ........................ 63 
Bảng 3.7. Nồng độ NOx khi sử dụng các loại nhiên liệu theo tốc độ động cơ (ppm) ...................... 63 
Bảng 3.8. Mức độ thay đổi công suất động cơ khi sử dụng xăng pha cồn với tỷ lệ cồn trên 10% 
trường hợp giữ nguyên hệ số dư lượng không khí lambda............................................................. 66 
Bảng 3.9. Mức độ thay đổi suất tiêu thụ nhiên liệu động cơ khi sử dụng xăng pha cồn với tỷ lệ cồn 
trên 10% trường hợp giữ nguyên hệ số dư lượng không khí lambda .............................................. 67 
Bảng 3.10. Mức độ thay đổi phát thải CO động cơ khi sử dụng xăng pha cồn với tỷ lệ cồn trên 10% 
trường hợp giữ nguyên hệ số dư lượng không khí lambda.............................................................  ...  bộ cảm biến tốc độ kiểu quang học. Bộ 
cảm biến được gắn ở đầu trục của con lăn vì vậy nó có thể đo trực tiếp tốc độ của con lăn. 
Từ tốc độ con lăn n đo được có thể tính được vận tốc của xe v. 
1: Đĩa mã hoá, 2: Nguồn sáng (đèn LED), 3: Tranzitor quang 
Hình PL.12. Cấu tạo của cảm biến tốc độ 
Đĩa mã hoá 1 được gắn cứng với trục con lăn 4 vì vậy khi trục con lăn quay sẽ làm 
cho đĩa 1 quay cùng với tốc độ con lăn. 
Khi vị trí đèn LED 2, lỗ trên đĩa 1 và tranzitor quang 3 thằng hàng khi đó tranzitor 
nhận được ánh sáng do đèn 2 phát ra sẽ làm thông mạnh điện, lúc đó điện áp cung cấp cho 
mạch là 5V. 
Khi vị trí củađèn 2, lỗ trên đĩa 1 và tranzitor không thẳng hàng thì tranzitor 3 không 
nhận được ánh sáng do 2 cung cấp do đó tranzitor quang 3 bị khoá nên điện áp cung cấp 
của mạch là 0 V. 
2 3
3 
1
4
2
-131- 
Đo đĩa 1 quay liên tục nên tín hiệu ở đầu ra có dạng xung chữ nhật. Tín hiệu xung ở 
đầu ra được đưa đến máy đếm xung đồng thời liên kết với cơ cấu đếm thời gian sẽ xác định 
được tốc độ của con lăn. 
Trong đó : 
+ n : Tốc độ của con lăn 
+ y : Số xung đếm được ở máy đếm xung 
+ t : Thời gian đo (s) 
+ x : Số rãnh trên đĩa mã hoá 1 
b) Phép đo lực 
1. Con lăn, 2. Gối trục, 3. Động cơ điện, 4. Bộ cân tải 
Hình PL.13. Nguyên lý đo lực 
Đo lực trên bề mặt con lăn dựa trên nguyên lý phanh điện xoay chiều. 
Một động cơ điện xoay chiều được đặt trên hai gối trục sao cho stator luôn tự do, do 
vậy stator có thể quay tương đối so với rotor. 
Khi con lăn quay quanh trục kéo theo trục rotor quay theo. Nhờ tác dụng tương hỗ của 
từ trường giữa rotor và stator sẽ làm stator của động cơ điện quay theo. Khi stator dịch 
chuyển thông qua cụm cân tải (loadcell) sẽ xác định được giá trị lực kéo. 
Lực FW được đo nhờ bộ cân tải dựa trên nguyên tắc đo lực nhờ hiện tượng áp điện. Từ 
lực tại bộ cân tải FW có thể tính ra lực tại bề mặt con lăn FKéo theo phương trình cân bằng: 
Hình PL.14. Cơ sở xác định lực kéo 
x*t
y
n 
1
2
3
4
-132- 
FW.r = Fkéo.R  
Trong đó: 
+ FKéo: Lực kéo tại bề mặt con lăn 
+ FW: Lực đo tại bộ cân tải 
+ r: Chiều dài cánh tay đòn 
+ R: Bán kính con lăn 
c) Phép đo gia tốc và công suất 
Công suất của xe theo công thức sau : P = FKéo.v 
Tốc độ của con lăn v (m/s) được xác định từ bộ cảm biến tốc độ và bán kính con lăn. 
Lực kéo tại bề mặt con lăn FKéo được xác định được nhờ bộ cân tải (loadcell). 
Gia tốc của xe được xác định trên cơ sở định nghĩa: 
a = (m/s2) 
Căn cứ vào các điểm đo liên tiếp trong các lần đo ta có thể xác định được độ chênh 
lệnh vận tốc v trong khoảng thời gian t. 
PL.9.3. Hệ thống lấy mẫu và phân tích khí thải 
Hệ thống lấy mẫu khí với thể tích không đổi (CVS - Constant Volume Sampling) sử 
dụng nguyên lý lưu lượng dòng chảy tới hạn qua ống Venturi. Khí thải từ ống xả được thu 
toàn bộ và làm loãng bằng không khí của môi trường thử rồi sau đó trích ra một phần để 
điền đầy các túi khí. Các túi khí này sẽ được các bộ phân tích xác định thành phần và hiển 
thị kết quả đo được. Sơ đồ hệ thống thể hiện trong Hình PL5. 
Hệ thống phân tích khí thải gồm các bộ phân tích các thành phần CO, CO2, HC, NOx, O2 
có trong khí thải. 
Tất cả các bộ phân tích đều được hiệu chuẩn bằng khí hiệu chuẩn (calibration gases) 
trước mỗi phép đo. 
Hình PL.15. Sơ đồ phòng thử công nhận kiểu cho xe con và xe tải nhỏ 
R
r
.FF WKÐo 
t
v
-133- 
PL.10. Trang thiết bị phòng thử xe máy (CD20” ) 
PL.10.1. Đặc điểm và chức năng chính của băng thử 
Băng thử CD 20’’ do hãng AVL cung cấp, có chức năng thử nghiệm và kiểm tra xe ở 
các chế độ mô phỏng. Qua đó giúp cho quá trình nghiên cứu cải tiến xe máy và động cơ 
được dễ dàng. Các chức năng chính của băng thử: 
- Xác định tốc độ của xe 
- Xác định lực tác dụng trên bề mặt con lăn 
- Xác định gia tốc và công suất của xe 
- Mô hình hóa tải trọng trên đường thông qua băng thử. 
Kết hợp băng thử với hệ thống lấy mẫu khí thải CVS, tủ phân tích khí CEBII và thiết 
bị đo tiêu hao nhiên liệu 733S trong quá trình thử nghiệm theo chu trình châu Âu (ECE 
R40) qua đó xác định thành phần các chất thải độc hại có trong khí thải, lượng nhiên liệu 
tiêu thụ. Các chế độ vận hành băng thử: 
- Chế độ lực không đổi (F=const) 
- Chế độ tốc độ không đổi (V=const) 
- Chạy theo chu trình. 
PL.10.2. Kết cấu băng thử 
Hình PL.16. Phòng thử xe máy CD20” 
Băng thử động học gồm một động cơ điện công suất 23,9 kW dẫn động con lăn thông 
qua hộp số làm liền động cơ. 
Con lăn của băng thử có đường kính 20’’(508 mm), bề mặt con lăn được phủ một lớp 
tạo ma sát để dễ dàng dẫn động bánh xe máy, trên trục con lăn có gắn cảm biến đo tốc độ 
động cơ. Do trục con lăn chính là trục động cơ điện cho nên từ tốc độ con lăn ta có thể xác 
định được tốc độ xe. 
Bánh đà và đĩa phanh (phanh hơi) được gắn trên trục động cơ và con lăn có nhiệm vụ 
tích lũy năng lượng. Qua đó ổn định quá trình chạy của xe, giúp người lái theo chu trình 
thử được dễ dàng giảm tối thiểu các lỗi vượt ra ngoài miền dung sai cho phép của đường 
thử. 
Trên động cơ chính còn có cơ cấu đo lực dùng nguyên lý phanh điện xoay chiều. 
Xe được giữ trên băng thử bằng cơ cấu kẹp bánh trước sử dụng khí nén, với áp suất 
nén 4,5→10 bar nhằm giữ chặt xe trong suốt chu trình thử. 
-134- 
Quạt gió được gắn liền với băng thử nên có khả năng tạo ra tốc độ gió thay đổi theo 
tốc độ con lăn trên băng thử có tác dụng làm mát động cơ trong quá trình thử nghiệm.Các 
thông số cơ bản của quạt: 
- Lưu lượng quạt 32.000 m3/h. 
- Áp suất tĩnh: 600 Pa, tổng áp suất: 837 Pa, áp suất hút ở 200C là 101 kPa, công suất: 
12,29 kW 
- Thời gian khới động chuẩn: 5,2 s 
- Kích thước cửa quạt: 800*600 mm. 
PL.10.3. Thông số của băng thử 
Băng thử chassis dyno 20’’ được thiết kế để mô phỏng lại khối lượng của xe trong 
phạm vi 80kg đến 350kg. 
Quán tính cơ sở của con lăn tương đương với khối lượng của xe khoảng 170kg. 
Lực kéo lớn nhất của động cơ ở chế độ động cơ là 1512 N ở 90 Km/h. Lực kéo lớn 
nhất ở chế độ máy phát là 1680 N ở 90 Km/h. 
Lực kéo lớn nhất của động cơ ở chế độ khi sử dụng nhiều là là 945 N ở 90Km/h. Ở 
chế độ máy phát sử dụng nhiều là 1040 N ở 90 Km/h. Các thông số của quá trình thử và 
dung sai: 
- Trong quá trình thử nghiệm, con lăn luôn bị khóa 
- Vùng quán tính mô phỏng lớn nhất là 80 đến 350 kg 
- Vùng dòng điện mô phỏng lớn nhất: - 90 đến 180 kg 
- Gia tốc lớn nhất trong quá trình mô phỏng tải trọng: 3,7 m/s2 
- Lực kéo mô phỏng: 1000 N. 
- Mức độ tăng lớn nhất của quán tính động cơ 1 chiều thử nghiệm: 8,8 m/s2 ở 90 Km/h. 
- Dung sai của tốc độ thực được xác định là: 0 ÷ 2 Km/h < 0,1%; 2 ÷ 30 Km/h < 0,01%; 
30 ÷ 200 Km/h < 0,001% 
- Dung sai của giá trị lực thực tế: 0,11 % 
- Sự lặp lại dung sai lực kéo: 0,003 % 
- Dung sai của gia tốc thực tế: 1% hoặc 0,005 m/s2 
- Dung sai của bù cho mất mát < 5 N 
- Bù của phép đo kích thước: 1 m 
- Bù của thời gian đo kích thước: 10 ms 
- Dung sai của thời gian đo kích thước: ± 10 ms 
- Dung sai điều chỉnh tốc độ: < 0,05% 
- Dung sai của điều chỉnh đơn vị lực kéo: < 2% 
- Phạm vi nhiệt độ môi trường trong buồng thử: +50 C ÷ +400 C 
- Độ ẩm lớn nhất bên ngoài buồng thử: < 75% 
PL.10.4. Sơ đồ hệ thống và nguyên lý đo 
PL.10.4.1. Sơ đồ hệ thống 
Quá trình thử nghiệm được giám sát trên giao diện phần mền MMI, các thông số tốc 
độ, lực kéo, công suất được hiển thị tức thời, ngoài ra người vận hành có thể theo dõi các 
thông số của quá trình thử nghiệm trên thiết bị điều khiển từ xa. Băng thử xe máy có thể 
thực hiện được các phép đo chính sau: 
-135- 
- Xác định tốc độ xe 
- Xác định lực tại bề mặt con lăn 
- Xác định gia tốc và công suất xe 
- Mô hình hóa tải trọng trên đường trên băng thử. 
Hình PL.17. Sơ đồ tổng quát của băng thử 
Ngoài ra băng thử còn kết hợp với hệ thống phân tích khí xả để phân tích thành phần 
khí xả động cơ. 
Băng thử CD20’’ được điều khiển bằng phần mềm Zoller. Đây là phần mềm cung cấp 
nhiều chức năng và giúp người sử dụng có thể quan sát tình trạng vận hành thông qua giao 
diện người - máy. 
PL.10.4.2. Nguyên lý đo 
Tương tự như phép đo của băng thử ô tô (CD48”). 
PL.11. Băng thử thủy lực Didacta 
Băng thử Didacta T101D là băng thử động cơ kiểu thủy lực do Italia chế tạo (Hình 
PL.8). Thông số kỹ thuật của băng thử như sau: 
Số vòng quay cực đại: nb = 6000 v/ph. 
Công suất lớn nhất băng đo được: Neb = 80 ml. 
Máy chủ 
MMI (giao diện người dùng) 
Đầu ra tốc độ 
và lực kéo 
Máy tính điều khiển Cụm phanh 
điện 
Van điện từ, công 
tắc áp suất 
Tốc độ, lực 
kéo, màn hình 
Dòng phần ứng, 
dòng kích thích 
Điều khiển từ 
xa 
Nguồn điện 
-136- 
Hình PL.18. Thử nghiệm bền động cơ trên băng thử DIDACTA 
PL.12. Tủ phân tích khí thải CEBII 
Tủ phân tích khí thải CEBII (Hình PL.9) phân tích thành phần các chất CO, CO2, NO, 
NOx, HC có trong khí thải động cơ. Mỗi bộ phân tích được chia thành 4 dải đo, tuỳ thuộc 
vào hàm lượng thực tế các chất có trong khí thải mà bộ phân tích sẽ tự lựa chọn dải đo phù 
hợp. Để đảm bảo độ chính xác của phép đo, các bộ phân tích được hiệu chuẩn trước khi đo 
bởi chất khí hiệu chuẩn ứng với từng dải đo. 
- Bộ phân tích CO (CO2) có nhiệm vụ xác định thành phần CO (CO2) bằng phương pháp 
hấp thụ tia hồng ngoại. Khi chiếu tia hồng ngoại qua hỗn hợp khí, tia hồng ngoại sẽ bị 
CO (CO2) trong hỗn hợp hấp thụ và suy yếu đi. Thông qua mức độ suy giảm của tia đo 
được chúng ta sẽ xác định được hàm lượng CO (CO2) trong hỗn hợp khí mẫu. 
Hình PL.19. Tủ phân tích khí thải CEBII 
- Bộ phân tích HC xác định thành phần HC bằng phương pháp ion hoá ngọn lửa. Khi 
khí mẫu được phun vào ngọn lửa hy-đrô, các phân tử HC sẽ cháy và bị i-ôn hoá. Cường 
độ dòng i-ôn được xác định tỷ lệ với thành phần HC trong mẫu thử. 
- Bộ phân tích NOx xác định thành phần NOx bằng phương pháp quang hoá. Mẫu thử đi 
qua bộ xúc tác nhiệt, tại đây NO2 bị phân huỷ thành NO và O2, sau đó khí mẫu với NO 
-137- 
được đưa vào bộ phân tích quang hoá. Tại đây thành phần NO sẽ tác dụng với O3 tạo 
thành NO2 có mức năng lượng cao, tồn tại trong thời gian ngắn, nhẩy về mức năng 
lượng thấp và phát ra tia bức xạ. Cường độ năng lượng bức xạ đo được sẽ phản ánh 
thành phần NOxtrong mẫu thử ban đầu. 
PL.13. Băng thử tính năng động lực học cao (ETB) 
Băng thử động lực cao động cơ (High Dynamic Engine Testbed) (Hình PL.10) với 
mục đích thực hiện các thử nghiệm phục vụ công tác nghiên cứu và phát triển động cơ 
được trang bị nhiều thiết bị hiện đại và đồng bộ như một số thiết bị chính sau: 
Hình PL.20. Sơ đồ phòng thử động lực cao động cơ ETB 
- Phanh điện APA 100. 
- Thiết bị làm mát dầu bôi trơn AVL 554. 
- Thiết bị làm mát nước làm mát AVL 553. 
- Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu AVL 733S. 
- Bộ ổn định nhiệt độ nhiên liệu AVL 753. 
- Bộ điều khiển tay ga THA 100. 
Phanh điện APA 100 có thể hoạt động được ở chế độ phanh điện và động cơ điện. Tác 
dụng tương hỗ giữa lực từ của stato và rotor sẽ tạo ra tải trọng cho động cơ hoặc kéo động 
cơ đốt trong quay. Vỏ stato do được đặt trên hai gối đỡ nên cũng có xu hướng quay theo. 
Một cảm biến lực (loadcell) giữ vỏ stato ở vị trí cân bằng và xác định giá trị lực tương hỗ 
này. Thay đổi giá trị của lực này bằng cách thay đổi cường độ dòng điện vào băng thử. Tốc 
độ quay của băng thử được xác định bằng cảm biến tốc độ kiểu đĩa quang. Công suất lớn 
nhất của băng thử ở chế độ động cơ điện là 200kW, ở chế độ phanh điện là 220kW trong 
dải tốc độ từ 2250 đến 4500 v/ph, tốc độ cực đại 8000 v/ph. Băng thử được trang bị các hệ 
thống điều khiển, xử lý số liệu tự động và hiển thị kết quả, mô hình hoá như PUMA, 
EMCON 300, Concerto và ISAC 300, giúp cho quá trình điều khiển được dễ dàng và bảo 
đảm kết quả thử nghiệm chính xác. 
Từ trường tương hỗ giữa rotor và stator tạo ra mô men cản với rotor và cân băng với 
momen dẫn động từ rotor (rotor là cụm phanh được nối với trục dẫn động từ động cơ). 
Cường độ từ trường tương hỗ giữa rotor và stator được điều chỉnh để tăng hoặc giảm mô 
men cản trên trục dẫn động từ động cơ. Khả năng thay đổi mô men phanh thích hợp cho 
việc điều khiển tự động ở các chế độ thử của động cơ. 
-138- 
Cụm phanh có chức năng làm việc ở chế độ máy phát (phanh đối với động cơ) và chế 
độ động cơ (kéo động cơ quay) nên có thể dùng để chạy rà nguội và thí nghiệm động cơ 
trên cùng một băng thử. Ngoài ra công suất động cơ được hấp thụ và biến đổi thành năng 
lượng điện trong thiết bị (phanh). Dòng điện này qua bộ biến tần và được đưa ra ngoài. 
PL.14. Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu 
1. Nhiên liệu cấp vào thùng đo; 2. Nhiên liệu tới động cơ; 3. Nhiên liệu hồi từ động cơ; 4. Ống 
thông hơi; 5. Các ống nối mềm; 6. Thùng đo; 7. Thanh cân; 8. Lò xo lá; 9. Cân bì; 10. Cảm biến 
lưu lượng; 11. Thiết bị giảm chấn; 12. Van điện từ đường nạp 
Hình PL.21. Nguyên lý hoạt động của thiết bị cân nhiên liệu 733S 
Hình PL.11thể hiện sơ đồ nguyên lý làm việc của cân nhiên liệu (Fuel balance 733S) 
sử dụng trong hệ thống thiết bị thử nghiệm. Thiết bị này thực hiện theo nguyên lý đo kiểu 
khối lượng, có vai trò quan trong quyết định đến độ chính xác lượng nhiên liệu tiêu thụ của 
đông cơ. 
Cân nhiên liệu 733S dùng cảm biến đo lưu lượng nhiên liệu tiêu thụ cung cấp cho 
động cơ bằng cách cân lượng nhiên liệu trong bình chứa. Cân nhiên liệu 733S dùng cảm 
biến đo lưu lượng để xác định lượng tiêu thụ nhiên liệu. Yêu cầu cảm biến phản ứng với 
tốc độ nhanh, độ nhạy và độ chính xác cao. 
Bắt đầu quá trình đo nhiên liệu được cấp đầy vào thùng đo 6. Lúc này lực tì lên cảm 
biến lưu lượng là lớn nhất. Van điện từ 12 đóng lại ngăn không cho dòng nhiên liệu vào 
thùng đo trong khi đường cấp vào động cơ vẫn mở. Đồng thời với quá trình đó bộ phận 
đếm thời gian hoạt động. Khi nhiên liệu trong thùng chảy hết đồng nghĩa với lực tỳ lên 
cảm biến lưu lượng bằng 0 tức là quá trình đo đã kết thúc. Dựa vào các kết quả thu thập 
được ECU sẽ tính ra lượng nhiên liệu tiêu thụ của động cơ. 
-139- 
PL.15. Kết quả đo chi tiết xéc măng 
Bảng PL20. Kích thước và khối lượng xéc măng trước và sau chạy bền 
Khối 
lượng 
(gam) 
Khe hở 
(mm) 
Khối 
lượng 
(gam) 
Khe 
hở 
(mm) 
Khối 
lượng 
(gam) 
Khe 
hở 
(mm) 
Khối 
lượng 
(gam) 
Khe 
hở 
(mm) 
Trước chạy 
bền nhiên liệu 
E10 
Xéc măng khí 1 7,7 0,3 7,7 0,3 7,7 0,3 7,7 0,3 
Xéc măng khí 2 8,8 0,4 8,7 0,4 8,7 0,4 8,7 0,4 
Xéc măng dầu 2 0,25 2 0,25 2 0,25 2 0,25 
Lò xo 2,5 2,5 2,5 2,5 
Sau chạy bền 
nhiên liệu E10 
Xéc măng khí 1 7,6 0,3 7,6 0,3 7,6 0,3 7,4 0,3 
Xéc măng khí 2 8,7 0,4 8,7 0,4 8,7 0,4 8,7 0,4 
Xéc măng dầu 2 0,25 2 0,25 2 0,25 2 0,25 
Lò xo 2,5 2,5 2,5 2,5 
Trước chạy 
bền nhiên liệu 
RON92 
Xéc măng khí 1 7,4 0,3 7,3 0,3 7,3 0,3 7,3 0,3 
Xéc măng khí 2 8,8 0,4 8,7 0,4 8,7 0,4 8,7 0,4 
Xéc măng dầu 2 0,25 2 0,25 2 0,25 2 0,25 
Lò xo 2,2 2,2 2,2 2,2 
Sau chạy bền 
nhiên liệu 
RON92 
Xéc măng khí 1 7,4 0,3 7,3 0,3 7,3 0,3 7,3 0,3 
Xéc măng khí 2 8,8 0,4 8,7 0,4 8,7 0,4 8,7 0,4 
Xéc măng dầu 2 0,25 2 0,25 2 0,25 2 0,25 
Lò xo 2,2 2,2 2,2 2,2