(LUẬN văn THẠC sĩ) đánh giá tình trạng kỹ thuật động cơ ô tô thế hệ mới bằng hệ thống thiết bị chẩn đoán và đo lường hiện đại​

DANH MỤC CÁC BẢNG 3.1 Thông số kỹ thuật máy phân tích khí xả Qrotech 38 3.2 Thông số giám sát động cơ làm việc ở chế độ không tải của thiết bị 3.5 Kết quả hiển thị các thông số hoạt độn

-

NGUYỄN VĂN PHƯƠNG

ĐÁNH GIÁ TÌNH TRẠNG KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ Ô TÔ THẾ HỆ MỚI BẰNG HỆ THỐNG THIẾT BỊ CHẨN ĐOÁN VÀ

ĐO LƯỜNG HIỆN ĐẠI

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGUYỄN VĂN PHƯƠNG

ĐÁNH GIÁ TÌNH TRẠNG KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ Ô TÔ THẾ HỆ MỚI BẰNG HỆ THỐNG THIẾT BỊ CHẨN ĐOÁN VÀ

ĐO LƯỜNG HIỆN ĐẠI

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và Thiết bị Cơ giới hóa Nông - Lâm nghiệp

Mã số: 60.52.14

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS NGUYỄN NHẬT CHIÊU

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện đề tài, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ tận tình của các thầy, cô giáo trong Khoa Cơ điện và công trình cùng quý thầy cô trong trường Đại học Lâm Nghiệp Nhân dịp này, cho phép tôi được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến quý thầy cô

Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Nguyễn Nhật Chiêu đã chỉ bảo hướng dẫn từ việc định hướng ban đầu, giải quyết từng nội dung đề tài, đến sửa đổi những sai sót để hoàn thành luận văn

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến những thầy cô giáo đã trực tiếp giảng dạy tôi trong quá trình học tập tại trường và quý thầy, cô giáo Khoa đào tạo sau Đại học - Trường Đại học Lâm Nghiệp

Tôi xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp khoa Công nghệ ô tô, ban lãnh đạo Trường Cao đẳng nghề Số 4- Bộ Quốc phòng- Nghệ An, Ban giám đốc và tập thể cán bộ công nhân viên trung tâm đăng kiểm xe cơ giới Nghệ

An đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện thí nghiệm luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn sự nhiệt tình giúp đỡ của gia đình, bạn bè đồng nghiệp và người thân đã luôn luôn động viên tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này

Một lần nữa tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất của mình tới tất cả những tập thể và cá nhân đã dành cho tôi mọi sự giúp đỡ quý báu trong quá trình hoàn thành luận văn

Tôi xin cam đoan những số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và được trích dẫn rõ ràng

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Tác giả

MỤC LỤC

Trang

Trang phụ bìa………

Lời cảm ơn

Mục lục

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt i

Ký hiệu bằng chữ cái ii

Danh mục các bảng iii

Danh mục các hình v

Mở đầu 1

Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 2

1.1 Tổng quan về tình hình sử dụng ôtô đời mới ở Việt Nam 2

1.1.1 Hiện trạng ngành công nghiệp ô tô Việt Nam 2

1.1.2.Tình hình và xu hướng sử dụng ô tô đời mới tại Việt Nam 3

1.2 Tổng quan về các thiết bị kiểm tra, đo lường chẩn đoán tình trạng kỹ thuật ô tô 4

1.3 Tình hình nghiên cứu ứng dụng các thiết bị kiểm tra, đo lường chẩn đoán tình trạng kỹ thuật động cơ ôtô ở nước ta hiện nay 10

1.3.1 Xu hướng phát triển của kỹ thuật chẩn đoán ôtô 10

1.3.2 Sự cần thiết phát triển kỹ thuật chẩn đoán 11

1.3.3 Các công trình nghiên cứu về chẩn đoán động cơ 12

2.1 Cơ sở lý thuyết về quá trình làm việc của động cơ ôtô 15

2.1.1 Thành phần và các phản ứng cháy của nhiên liệu 15

2.1.2 Lượng không khí cần thiết để đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu 16

2.1.3 Hệ số dư lượng không khí 17

2.1.4 Số lượng hỗn hợp làm việc trước khi cháy 17

2.1.5 Thành phần của các sản phẩm cháy 19

2.2 Các thông số đặc trưng của động cơ ôtô 20

2.2.1 Các thông số cấu trúc 21

2.2.2 Các thông số tính năng 21

2.2.3.Các thông số năng lượng 23

2.2.4 Các thông số điều khiển động cơ 23

2.3 Các phương pháp kiểm tra, đo lường, chẩn đoán động cơ ôtô 26

2.3.1 Chẩn đoán động cơ theo trạng thái khởi động 26

2.3.2.Phương pháp phân tích dầu bôi trơn 26

2.3.3 Chẩn đoán công suất 26

2.3.4 Chẩn đoán động cơ theo thành phần khí xả 27

2.3.5 Chẩn đoán động cơ theo trạng thái nhiệt độ 27

2.3.6 Chẩn đoán động cơ theo lượng khí lọt các te 28

2.3.7 Chẩn đoán động cơ theo tiếng ồn, màu khói, mùi khói 29

2.3.8 Chẩn đoán hệ thống nhiên liệu nhờ cảm biến Lambdar 29

2.3.9 Kiểm tra bằng cảm giác lực hay mô men 30

2.3.10 Chẩn đoán bằng các dụng cụ đo: 30

2.3.11 Chẩn đoán bằng hệ thống trực tuyến OBD (On- Board Diagnostics) 30

Chương 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG KIỂM TRA, ĐO LƯỜNG, CHẨN ĐOÁN TÌNH TRẠNG KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ Ô TÔ ĐANG SỬ DỤNG TẠI VIỆT NAM 32

3.1 Các dạng hư hỏng thường gặp của các loại động cơ ô tô đời mới đang sử dụng tại Việt Nam 32

3.1.1 Hư hỏng các hệ thống cơ bản trên động cơ 32

3.1.2 Hư hỏng phần điều khiển 33

3.2 Lựa chọn các thiết bị kiểm tra, đo lường, chẩn đoán tình trạng kỹ thuật động cơ ô tô 35

3.2.1 Tiêu chuẩn lựa chọn 35

3.2.2 Thiết bị lựa chọn 36

3.3 Xây dựng mô hình hệ thống kết hợp các thiết bị kiểm tra đo lường, chẩn đoán tình trạng kỹ thuật ôtô 42

3.3.1 Xây dựng mô hình hệ thống chẩn đoán 42

3.3.2 Phạm vi chẩn đoán 45

3.3.3 Lựa chọn phương pháp chẩn đoán 46

3.3.4 Lựa chọn đối tượng chẩn đoán 47

3.4.1 Chẩn đoán động cơ phun xăng điện tử 48

3.4.2 Chẩn đoán động cơ Diesel điều khiển điện tử 65

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO………

PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Danh mục các chữ viết tắt dùng chung

ABS Hệ thống chống bó cứng khi phanh ESP Hệ thống điều khiển ổn định ôtô

SS Hệ thống túi khí bảo vệ

ECU Bộ điều khiển điện tử trung tâm OBD Hệ thống chẩn đoán trực tuyến

Nđc EOBD Hệ thống giám sát trực tuyến

KÝ HIỆU BẰNG CHỮ CÁI

l Kg Lượng không khí thực tế tính theo Kg

l0 kmol Kg Lượng không khí lý thuyết tính theo Kmol

L Kmol Lượng không khí thực tế tính theo Kmol

L0 Kmol Lượng không khí lý thuyết tính theo Kmol

G1 Kg Lượng khí nạp mới cho 1Kg nhiên liệu lỏng

M1 Kmol/kg Lượng kmol khí mới nạp 1Kg nhiên liệu lỏng

M2 Kmol/kg Số lượng tổng cộng các sản phẩm cháy

Mr Kmol Lượng Kmol khí còn lại

Mc Kmol/kg Lượng hỗn hợp làm việc trước khi cháy

mT g Trọng lượng phân tử của nhiên liệu

nn Vòng/phút Tốc độ quay danh nghĩa

n.min Vòng/phút Tốc độ quay nhỏ nhất

n.max Vòng/phút Tốc độ quay lớn nhất

nM Vòng/phút Tốc độ quay trung bình

ge g/kW h Suất tiêu thụ nhiên liệu có ích

Cm Vòng/phút Tốc độ quay trung bình của piston

Ge lít /h Lượng tiêu thụ nhiên liệu giờ

Ne KW Công suất có ích của động cơ

DANH MỤC CÁC BẢNG

3.1 Thông số kỹ thuật máy phân tích khí xả Qrotech 38

3.2 Thông số giám sát động cơ làm việc ở chế độ không tải của thiết bị

3.5 Kết quả hiển thị các thông số hoạt động của động cơ xe Corolla

Altis trên màn hình Carman Scan VG+ theo các mức độ lọt khí

buồng đốt

55

3.6 Kết quả phân tích thành phần khí thải của động cơ xe Corolla altis

theo các mức độ cản trở đường ống nạp khác nhau

58

3.7 Kết quả hiển thị các thông số hoạt động của động cơ xe Corolla altis trên

màn hình Carman Scan VG+ theo các mức độ cản trở đường ống nạp

58

3.10 Tín hiệu trạng thái thứ 3 62 3.11 Tín hiệu giám sát hoạt động của động cơ bằng thiết bị Carman Scan VG+ 62

DANH MỤC CÁC HÌNH

1.6 Hệ thống kiểm tra và cân chỉnh bơm cao áp tổng hợp EPS 851 9

3.8 Máy tính, cảm biến, giắc cắm, đầu đo và các phụ kiện 41 3.9 Mô hình chẩn đoán kết hợp cho động cơ xăng trên xe du lịch 43 3.10 Mô hình chẩn đoán kết hợp cho động cơ diesel trên xe du lịch 43 3.11 Sơ đồ cấu trúc của hệ thống chẩn đoán động cơ kết hợp 44 3.12 Lược đồ so sánh 4 loại khí trong các điều kiện bảo trì tốt 48 3.13 Biểu đồ biểu diễn biên độ xung áp suất các te trong trạng thái tốt 49 3.14 Biểu đồ biên độ xung áp suất các te trong trạng thái xi lanh số 3 49

không kín

1.15 Đồ thị thành phần CO thay đổi theo số vòng quay của động cơ xe

Corolla altis ở trạng thái tốt

53

3.16 Đồ thị thành phần HC thay đổi theo số vòng quay của động cơ xe

Corolla altis ở trạng thái tốt

53

3.17 Đồ thị quan hệ giữa hàm lượng HC với tốc độ quay của động cơ xe

Corolla Altis tương ứng với các mức độ lọt khí buồng đốt khác nhau

56

3.18 Đồ thị quan hệ giữa hàm lượng CO với tốc độ quay của động cơ xe

Corolla Altis tương ứng với các mức độ lọt khí buồng đốt khác nhau

57

3.19 Đồ thị quan hệ giữa hàm lượng HC với tốc độ quay của động cơ xe

Corolla altis tương ứng với các mức độ cản đường nạp khác nhau

59

3.20 Đồ thị quan hệ giữa hàm lượng CO với tốc độ quay của động cơ xe

Corolla altis tương ứng với các mức độ cản đường nạp khác nhau

59

3.23 Sơ đồ bố trí cấu trúc bố trí thiết bị đo hai thông số 66 3.24 Worksheet xử lý tín hiệu để xác định gia tốc và đường cong Me 67 3.25 Kết quả xử lý sơ bộ để xác định các quá trình Me, ne và D 67

3.27 Đặc tính momen trạng thái tốt của động cơ khi tăng tốc tự do 68

3.29 Worksheet xử lý tín hiệu đo trong phần mềm DAISYLab 7.0 71

MỞ ĐẦU

Hiện nay ô tô đã được sử dụng rộng rãi trong giao thông và đời sống bởi tính năng cơ động và tiện dụng của nó Để tăng độ an toàn, tính kinh tế và nhiều tính năng khác các nhà chuyên môn đã cải tiến, đổi mới và hiện đại hoá các hệ thống trên ô tô như: Hệ thống phun xăng điện tử, đánh lửa điện tử, phanh ABS, hộp số tự động nhờ đó ô tô ngày càng hoàn thiện hơn

Trong quá trình khai thác sử dụng ô tô có thể xẩy ra các sự cố, những hư hỏng nhất là trên động cơ, làm ảnh hưởng đến quá trình làm việc của xe Khi đó cần phải làm thế nào để kiểm tra nhanh nhất, chính xác nhất nhằm xác định được tình trạng kỹ thuật của xe làm căn cứ cho việc khắc phục những hư hỏng gặp phải để giúp xe hoạt động trở lại bình thường một cách nhanh chóng nhất

Trong sự phát triển lớn mạnh của ngành công nghệ ô tô thì những phương pháp kiểm tra chẩn đoán truyền thống đã trở nên lỗi thời và không phát hiện hết được những pan bệnh phức tạp của các dòng xe thế hệ mới Để khắc phục vấn đề trên cần phải có các thiết bị hỗ trợ Tuy nhiên một thực trạng ở Việt Nam là các thiết bị nhập về chưa được sử dụng rộng rãi, hoặc có

sử dụng nhưng còn mang tính chất độc lập, mỗi thiết bị chỉ có khả năng kiểm tra chẩn đoán được một nội dung nhất định, trong khi đó những pan bệnh trên ôtô có thể liên quan đến nhiều hệ thống, nếu sử dụng một thiết bị sẽ khó có thể kiểm tra hết được

Khi kết hợp các thiết bị với nhau sẽ tạo thành một hệ thống các thiết bị chẩn đoán đa dạng để hoàn thiện hơn trong công tác kiểm tra, chẩn đoán các

hư hỏng trên ôtô Do đó học viên lựa chọn đề tài luận văn: “Đánh giá tình trạng kỹ thuật của động cơ ôtô thế hệ mới bằng hệ thống thiết bị chẩn đoán

và đo lường hiện đại.”

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về tình hình sử dụng ôtô đời mới ở Việt Nam

1.1.1 Hiện trạng ngành công nghiệp ô tô Việt Nam

Trong nền kinh tế đang trên đà hội nhập như nước ta hiện nay, sự phát triển mạnh mẽ, đa dạng về chủng loại, phong phú về hình thức cả số lượng và chất lượng các phương tiện giao thông vận tải gia tăng nhanh chóng, trong đó

ô tô là phương tiện phát triển mạnh nhất nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng của

xã hội, góp phần thúc đẩy nhanh tiến độ quá trình công nghiệp hóa hiện đại

hóa đất nước

Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam chỉ thực sự hình thành từ những năm

90, khi Chính phủ cho phép các doanh nghiệp có vốn đầu từ nước ngoài được sản xuất, lắp ráp ô tô tại Việt Nam

Trước năm 1990, Việt Nam chủ yếu nhập khẩu ôtô từ các nước xã hội chủ nghĩa Thời gian này không có doanh nghiệp nào đầu tư lắp ráp, sản xuất ôtô Các doanh nghiệp cơ khí lớn của Việt Nam chủ yếu làm công việc bảo dưỡng và sửa chữa xe

Để nhìn nhận rõ hơn sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô Việt Nam, có thể tóm tắt trong 3 giai đoạn sau :

Giai đoạn 1990 - 2003: Doanh nghiệp ô tô nhận được sự bảo hộ ở mức cao của nhà nước thông qua chính sách giảm thuế tiêu thụ đặc biệt; áp dụng hàng rào thuế quan ở mức cao đối với xe nhập khẩu và chính sách cấm nhập khẩu đối với ô tô dưới 15 chỗ ngồi Trong giai đoạn này, xe du lịch nhập khẩu gần như không có chỗ đứng trên thị trường nội địa, sản lượng của xe lắp ráp

trong nước liên tục tăng mạnh qua các năm [9]

Giai đoạn 2003 - 2007: Giai đoạn này Việt Nam đang tăng tốc quá trình

hợp với yêu cầu của WTO Hàng loạt chính sách ưu đãi mang tính phân biệt đối xử trái với các nguyên tắc của WTO trong ngành này (ví dụ chính sách giảm thuế tiêu thụ đặc biệt đối với ô tô sản xuất trong nước) dần được dỡ bỏ Doanh nghiệp ô tô trong nước gặp khá nhiều khó khăn

Giai đoạn 2007 đến nay: Đây là giai đoạn Việt Nam đã trở thành thành viên WTO Cũng trong giai đoạn này, do những biến động về kinh tế, chính sách đối với ngành ô tô (đặc biệt là chính sách thuế) thường xuyên thay đổi và khó dự đoán Tuy nhiên, do một số nguyên nhân khách quan thuận lợi (tốc độ tăng trưởng nhanh của nền kinh tế, sự gia tăng về mức sống dân cư, nhu cầu

sử dụng xe ô tô trong nước có xu hướng tăng cao…), sản lượng ô tô sản xuất trong nước có xu hướng tăng mạnh

1.1.2.Tình hình và xu hướng sử dụng ô tô đời mới tại Việt Nam

Nhằm nâng cao tính an toàn, giảm chi phí nhiên liệu, giải quyết vấn đề

ô nhiễm môi trường và đem lại hiệu quả cho người sử dụng, những năm gần đây vấn đề hiện đại hóa ôtô đã được quan tâm và áp dụng rộng rãi Các hãng sản xuất xe hơi đã lần lượt tung ra thị trường các dòng xe chất lượng cao như:

Hãng Toyota cho ra mắt các sản phẩm: Corolla Altis, Camry, Fortuner Hãng Hyundai với các sản phẩm: Gezt, Sonata, Santafe ,

Trường Hải Auto với các dòng xe: Kia Morning, Kia Caren, Kia Cerato Hầu hết các dòng xe này đều được trang bị các hệ thống như: Hệ thống điều khiển điện tử, túi khí, phanh ABS, hộp số tự động, hệ thống phun nhiên liệu, bộ trung hòa khí thải và tiêu chuẩn khí thải châu Âu.Với các đặc điểm đã nêu, người sử dụng có thể lựa chọn cho mình nhưng chiếc xe hợp lý với đầy

đủ các tiêu chí, an toàn, tiết kiệm và thân thiện với môi trường

Với sự phức tạp của các trang thiết bị tân tiến trên dòng xe đời mới thì việc kiểm tra chẩn đoán theo phương pháp truyền thống sẽ không thể thực hiện được, do đó cần phải có các thiết bị chẩn đoán tương thích kèm theo để

1.2 Tổng quan về các thiết bị kiểm tra, đo lường chẩn đoán tình trạng kỹ thuật ô tô

Trong nhiều năm gần đây tốc độ gia tăng số lượng và chủng loại ô tô ở nước ta khá nhanh Nhiều hệ thống có kết cấu hiện đại đã được trang bị cho ô

tô nhằm thoả mãn càng nhiều nhu cầu của xã hội Tuy vậy chúng ta cũng gặp không ít khó khăn trong khai thác sử dụng và làm quen với các hệ thống đó Ngày nay một số kết cấu đơn giản đã thay thế bằng các kết cấu hiện đại và phức tạp, một số thói quen trong sử dụng, sửa chữa cũng không còn thích hợp, nhất là khi công nghệ sửa chữa đã có những thay đổi cơ bản, chuyển từ việc sửa chữa chi tiết sang sửa chữa thay thế do đó trong quá trình khai thác nhất thiết phải sử dụng công nghệ chẩn đoán phù hợp với sự phát triển của công nghệ ô tô

Để kiểm tra, chẩn đoán kỹ thuật các tổng thành của ô tô nói chung, đặc biệt là các hệ thống như động cơ, hệ thống truyền lực, các hệ thống điều khiển điện tử như hệ thống phanh chống bó cứng (ABS), hệ thống điều khiển ổn định ô tô( ESP), hệ thống túi khí bảo vệ ( SS) người ta thường sử dụng các loại thiết bị chẩn đoán sau:

- Thiết bị chẩn đoán cầm tay để chẩn đoán kỹ thuật của nhóm, cụm, một hệ thống hoặc một thông số nào đó của ô tô;

- Thiết bị chẩn đoán chuyên sâu tổng hợp kiểm tra được nhiều thông số kỹ thuật của nhiều cụm, nhiều hệ thống của một hoặc vài tổng thành cùng một lúc;

- Thiết bị phân tích khí thải và đo độ đen của khói giúp phân tích thành phần khí thải và kiểm tra hàm lượng các nguyên tố có hại trong khí thải;

- Và một số thiết bị trợ giúp nhằm đánh giá tình trạng kỹ thuật một cách nhanh chóng, chính xác nhất sẽ được trình bày dưới đây

Thiết bị chẩn đoán cầm tay

Hệ thống thiết bị chẩn đoán lỗi ô tô OBD-II có thể phát hiện khoảng 10 nghìn lỗi kỹ thuật thường gặp ở chiếc xe OBD là một hệ thống được sử dụng

trên hầu hết các ô tô hiện nay

Từ những năm 1980 các nhà sãn xuất ô tô đã bắt đầu sử dụng hệ thống điều khiển điện tử để kiểm tra và chẩn đoán các vấn đề hư hỏng của ô tô Thiết bị này ra đời được kết nối liên lạc với hệ thống xử lý dữ liệu trên xe và hiển thị thông tin về trục trặc, hư hỏng của ô tô Các máy chẩn đoán cầm tay được sử dụng kết nối hệ thống này để phục vụ cho công tác chẩn đoán, kiểm tra và sửa chữa xe

Các chức năng chính của máy chẩn đoán cầm tay:

- Đọc và xoá mã lỗi,

- Hiển thị dữ liệu hiện thời,

- Đo các tín hiệu xung điện áp,

- Chế độ kích hoạt để kiểm tra trạng thái hoạt động của các cụm bộ phận hay kích hoạt cho một hệ thống nào đó làm việc

Trên hình 1.1 giới thiệu một loại máy chẩn đoán cầm tay, chúng được kết nối với các giắc chẩn đoán trên các xe qua bộ dây và các đầu nối khác nhau tuỳ theo kiểu xe Loại máy này có ưu điểm là kết cấu nhỏ gọn, đa chức năng, tính cơ động cao và dể sữ dụng, giúp chẩn đoán nhanh, chính xác các thông số kỹ thuật và phạm vi hư hỏng của các hệ thống một máy có thể chẩn đoán cho nhiều loại xe khác nhau nhờ phần mềm dữ liệu của từng loại xe được đặt trong các card chương trình của máy

Ngoài ra, máy còn có thể được giao tiếp với máy vi tính để dể phân tích, chẩn đoán, phục vụ giảng dạy và cập nhật các phần mềm dữ liệu, chương trình cho máy

Hình 1.1 Máy chẩn đoán cầm tay

Thiết bị chẩn đoán động cơ X431 Scan tool

Thiết bị chẩn đoán động cơ X431 Scan tool (hình 1.2) sử dụng để chẩn đoán tình trạng làm việc của động cơ thông qua hộp điều khiển trung tâm (ECU)

Hình 1.2 Thiết bị chẩn đoán động cơ X431 Scan tool

Ngoài ra máy còn được sử dụng để chẩn đoán tổng hợp, giám sát được quá trình hoạt động của động cơ và một số hệ thống khác trên ô tô thông qua nhiều đầu đo khác nhau Hiện nay ở Việt Nam đang sử dụng các thiết bị chẩn đoán kỹ thật của một số hãng chế tạo có uy tín như: John Beam, Snap-on của

Mỹ, Tecnotest của Ý, Autodianostis của Australia, Các thiết bị này về chức năng và nhiệm vụ đều giống nhau nhưng khác nhau về bộ phận xử lý trung tâm và các phần mềm dữ liệu

Thiết bị chẩn đoán động cơ trực tuyết OBD (Carman Scan)

Hình ảnh máy chẩn đoán động cơ trực tuyến được trình bày trên hình 1.3 được tích hợp khá nhiều chức năng

Hình 1.3 Thiết bị chẩn đoán động cơ trực tuyến OBD

Thiết bị chẩn đoán động cơ được kết nối trực tiếp với máy vi tính để phân tích, chẩn đoán các hư hỏng của ô tô liên quan đến bộ điều khiển điện tử trung tâm ECU

Thiết bị đo khói

Thiết bị đo khói trên hình 1.4 được dùng để kiểm tra mật độ phần tử khói xả (hay độ đen khói ), qua đó đánh giá được tình trạng kỹ thuật của động

cơ

Hình 1.4 Thiết bị đo khói

Đồng hồ đo áp suất

Đồng hồ đo áp suất (hình 1.8) có chức năng đo áp suất nén của động cơ xăng và đông cơ diesel giúp kiểm tra sức nén của động cơ, chẩn đoán sự làm kín của xéc măng, xu páp,

Hình 1.5 Đồng hồ đo áp suất

Thiết bị cân chỉnh bơm cao áp

Trên hình 1.5 thể hiện hình ảnh thiết bị kiểm tra cân chỉnh bơm cao áp tổng hơp Với hệ thống kiểm tra và cân chỉnh bơm cao áp tổng hợp này, các vấn đề liên quan đến hệ thống cung cấp nhiên liệu trên tất cả các loại động cơ diesel đều có thể được khắc phục trang bị các chức năng sau:

- Hệ thống hiển thị trên máy tính với phần mềm chuyên dùng kiểu KMA802

- Máy tính được trang bị phần mềm kiểm tra tự động và liên kết với ngân hàng dữ liệu CD Testdata đi kèm theo máy, cho ta đầy đủ các thông số cần thiết khi kiểm tra cân chỉnh vòi phun…,

- Hệ thống đo cơ khí với cốc đo thủy tinh kiểu MGT 812;

- Trang bị phần mềm kiểm tra tự động và liên kết với ngân hàng dữ liệu

CD Testdata đi kèm theo máy, cung cấp đầy đủ các thông số cần thiết khi kiểm tra, cân chỉnh vòi phun: Van điện từ, bộ điều khiển điện, lưu lượng và

áp suất dầu hồi…

Hình 1.6 Hệ thống kiểm tra và cân chỉnh bơm cao áp tổng hợp EPS 851

Hệ thống kiểm tra chẩn đoán và cân chỉnh bơm cao áp được sản xuất bởi hãng Bosch của Đức, với các thông số kỹ thuật ở bảng 1.1

Bảng 1.1 Thông số hệ thống cân chỉnh bơm cao áp

Các thiết bị kiểm tra chẩn đoán đã được đưa ra ở trên là những thiết bị điển hình, được sản xuất bởi các hãng nổi tiếng của các quốc gia có nền công nghiệp ô tô phát triển như: Đức, Hàn Quốc, Nhât Bản

Những thiết bị kiểm tra chẩn đoán này hiện đang được lựa chọn sử dụng tại Việt Nam và một số nước trên thế giới

1.3 Tình hình nghiên cứu ứng dụng các thiết bị kiểm tra, đo lường chẩn đoán tình trạng kỹ thuật động cơ ôtô ở nước ta hiện nay

1.3.1 Xu hướng phát triển của kỹ thuật chẩn đoán ôtô

Ô tô thế hệ mới có cấu trúc khá phức tạp với nhiều các hệ thống điều khiển hiện đại, giúp cho quá trình liên kết giữa các thành phần, cụm chi tiết trở nên đồng bộ và linh hoạt hơn Đặc biệt ở đây là sự gia tăng của các hệ thống điện tử để điều khiển và tự động điều khiển các chức năng khác nhau

Điện tử ôtô đang là nhóm phát triển mạnh nhất trong ngành ôtô Khoảng 90% những phát kiến mới trong ôtô liên quan đến kỹ thuật điện tử, giá trị của những phát kiến này trong một vài ôtô đã vượt ra ngoài phạm vi một chiếc xe Nếu từ ban đầu hệ thống điều khiển ôtô chỉ cấu tạo từ các thành phần thuần tuý cơ học thì hiện nay hệ thống quản lý điện tử cùng với bộ trung hoà khí thải đã góp phần chủ yếu để tăng tính thân thiện với môi trường và giảm chi phí nhiên liệu Quản lý điện tử hệ thống truyền lực cũng như tính tiện nghi trên ôtô đã thoả mãn mong muốn ngày càng tăng của người tiêu dùng Các hệ thống an toàn chủ động như hệ thống chống bó cứng phanh ABS, hệ thống điều khiển trượt truyền lực ASR, chương trình ổn định chuyển động điện tử hoặc các hệ thống di động tích cực đã cải thiện một cách cơ bản điều khiển an toàn cho hành khách và trợ giúp cho người lái trong các tình huống nguy hiểm tới hạn Với sự hoà nhập ngày càng tăng giửa các thành phần cơ học, điện tử và xử lý tín hiệu trong tương lai ôtô ngày càng phát triển đến một hệ thống cơ điện tử Điều đó không chỉ có ý nghĩa về chi phí chế tạo

và chi phí sản xuất mà còn là một triển vọng công nghệ rất đáng quan tâm

Mức độ tự động hoá ngày càng tăng và luật khí thải ngày càng chặt chẽ

là tiền đề không chỉ cho một chiến lược điều khiển phù hợp mà còn cho sự

xuất hiện các hệ thống nhận biết và tự chẩn đoán hư hỏng trên ôtô Các xưởng sửa chữa và trạm dịch vụ ngày càng tăng nhu cầu về chẩn đoán và nhận biết

hư hỏng Công nghiệp cũng đã bắt buộc phải sử dụng kỹ thuật chẩn đoán tiên tiến hơn và phải thiết kế các bộ phận thích hợp như các cấu trúc thông minh

để các trạm dịch vụ có khả năng thực hiện các công việc sửa chữa bảo dưỡng

cả trong tương lai Các xe ôtô hiện đại ngày nay đã được trang bị các hệ thống nhận biết hư hỏng đơn giản được giám sát các thành phần cấu trúc điện tử trong các trường hợp hư hỏng và kiểm soát các bộ phận đảm bảo phát triển nằm trong giới hạn yêu cầu, tuy nhiên đa số các hệ thống tự chẩn đoán không thực hiện được ở các bộ phận cơ học hoặc thuỷ lực và thường dẫn đến tình trạng sai lệch về thông tin

Tiếp tục cải thiện và phát triển các hệ thống chẩn đoán và nhận biết hư hỏng cho ôtô và đặc biệt cho động cơ sẽ là cần thiết trong tương lai để có được những kết quả tin cậy khi giám sát, chẩn đoán và bảo dưỡng định hướng trạng thái theo yêu cầu

1.3.2 Sự cần thiết phát triển kỹ thuật chẩn đoán

Phát triển kỹ thuật chẩn đoán và nhận biết hư hỏng trên ôtô cho đến nay được thực hiện chủ yếu trong các bộ phận liên quan đến hạn chế phát thải, được xác định và vận hành theo quy định của pháp luật [5]

Ảnh hưởng quyết định đến sự phát triển kỹ thuật của các hệ thống OBD xuất phát từ California Để giảm ô nhiễm môi trường không khí từ các phương tiện giao thông, tại California đã triển khai 1988 qui định về hệ thống chẩn đoán trực tuyến trong tất cả các xe ô tô chạy xăng bên cạnh để tự giám sát phát thải cùng với việc thắt chặt qui định về giá trị phát thải giới hạn Hệ thống OBD I có nhiệm vụ chủ yếu là giám sát tất cả các cảm biến và các bộ phận định vị kết nối trực tiếp với hệ thống điều khiển điện tử trên động cơ

Đối với xe con, từ khi thực thi giá trị giới hạn khí thải cấp III (EURO 3) năm 2000, luật khí thải cũng yêu cầu lắp đặt hệ thống giám sát trên các ô tô

có động cơ đánh lửa cưỡng bức (EOBD) Hệ thống chẩn đoán OBD tại châu

Âu cũng được định hướng tương tự với các hệ thống tại Mỹ Khoảng thời gian cần để bảo đảm hoạt động chuẩn xác của hệ thống giám sát phát thải được tính theo tuổi thọ tiêu chuẩn của xe ô tô trong điều kiện hoạt động tiêu chuẩn là 5 năm hoặc theo quãng đường chạy là 80.000 km [5]

Việc xác định các giá trị giới hạn OBD cho khí thải đối với châu Âu và

Mỹ rất khác nhau Tại OBD Mỹ giá trị giới hạn OBD lấy hệ số 1,5 so với giá trị phát thải giới hạn theo luật Tại châu Âu việc thực hiện các giá trị giới hạn không phụ thuộc lẫn nhau Mục đích của hệ thống OBD và do đó yêu cầu về giá trị giới hạn OBD là nhận biết nhanh và chắc chắn các hư hỏng liên quan đến giới hạn phát thải, báo hiệu sư gia tăng đáng kể lượng phát thải Ở đây, các giá trị giới hạn OBD cần được định nghĩa nhỏ hơn mức phát thải đạt được trong trạng thái hoạt động có lỗi

1.3.3 Các công trình nghiên cứu về chẩn đoán động cơ

Chẩn đoán kỹ thuật là một ngành khoa học được nhiều nhà khoa học nghiên cứu Trong lĩnh vực chẩn đoán kỹ thuật ô tô nói chung và chẩn đoán động cơ nói riêng đã có nhiều công trình nghiên cứu được công bố

Trong công trình nghiên cứu của tác giả Đào Chí Cường được giới thiệu trong [15] đã xây dựng được cơ sở giữ liệu cho động cơ diesel đã góp phần đơn giản hóa việc đánh giá tình trạng kỹ thuật động cơ diesel dùng trong nông lâm nghiệp Với công trình này tác giả đã giúp cho công tác chẩn đoán trở nên gọn nhẹ linh hoạt, sử dụng dễ dàng thuận tiện, thời gian thực hiện việc chẩn đoán nhanh, có tính đa dạng cao để phù hợp với tính đa dạng của động

cơ và phù hợp với điều kiện làm dã ngoại

Sử dụng logic mờ để xây dựng hệ trợ giúp chẩn đoán tình trạng kỹ thuật của phương tiện giao thông vận tải đã được Phạm Thu Hương công bố

trong công trình nghiên cứu của mình[16] Tác giả đã giải quyết được một trong những khó khăn trong công tác chẩn đoán là chẩn đoán điểm ngưỡng

Cũng sử dụng logic mờ, tác giả Nguyễn Văn Tuấn đã nghiên cứu ảnh hưởng của trao đổi khí đến các chỉ tiêu kỹ thuật của động cơ diesel tàu thủy dang khai thác ở Việt Nam Tác giả đã đưa ra các cơ sở khoa học nhằm đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố làm suy giảm các chỉ tiêu kỹ thuật động cơ diesel

Phương pháp chẩn đoán công suất được các tác giả Lại Văn Định, Phạm Đức Minh đề xuất trong [14], để chẩn đoán động cơ trong điều kiện dã ngoại, theo đó công suất trong từng xilanh được xác định bằng cách ngắt các xilanh khác chỉ để một xilanh làm việc qua đó cho biết sự hư hỏng của các cụm chi tiết thuộc xi lanh nào

Trong công trình của Nguyễn Tuấn Minh [19], lần đầu tiên tại Việt Nam đã thực hiện phân tích tính chất lý hóa của dầu bôi trơn và hạt mài chứa trong dầu để tách các hạt mài mòn kim loại có kích thước lớn hơn 5µm ra khỏi dầu bôi trơn nhằm phát hiện quá trình mài mòn của các cặp chi tiết, trên cơ sở đó xác định nguyên nhân và xây dựng quy trình chẩn đoán động cơ diesel

Việc nghiên cứu và đưa các thiết bị kiểm tra chẩn đoán vào các trạm bảo dưỡng sửa chữa ô tô [18], của tác giả Nguyễn Cao Sơn đã góp phần nâng cao khả năng làm việc của các kỹ thuật viên công nghệ ôtô tại các trung tâm sửa chữa

Ngoài hai công trình nêu trên thì hiện nay có khá nhiều các công trình nghiên cứu liên quan đến chẩn đoán kỹ thuật động cơ như: Nghiên cứu một số

cơ sở khoa học để xây dựng hệ thống chẩn đoán động cơ theo thành phần khí

xả, của tác giả Phạm Tố Như [12], Ứng dụng lý thuyết tập mờ trong chẩn đoán trạng thái kỹ thuật của hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel, của tác giả Nguyễn Xuân Tuấn[17] , và nhiều công trình khác[13], [20], đã góp phần làm tăng thêm sự phong phú của các công trình nghiên cứu trong lĩnh vực chẩn đoán kỹ thuật

Mỗi công trình đưa ra được xây dựng khá công phu với lập luận chặt chẽ, đủ sức thuyết phục, đủ cơ sở khoa học để các đề tài liên quan làm tài liệu tham khảo

Với các công trình nghiên cứu đã tìm hiểu, cho thấy, hâu hết các công trình này đang phân tích các dấu hiệu nhận dạng, hoặc đề xuất phương án, và đưa ra phương pháp nhận biết một cách đơn lẻ trên động cơ Đặc biệt gần như chưa có công trình nào nghiên cứu về việc chẩn đoán động cơ trên các dòng xe thế hệ mới bằng hệ thống chẩn đoán kết hợp từ các thiết bị chẩn đoán đã có sẵn

Kết luận chương 1

Từ phân tích tổng quát có thể đưa ra một số kết luận như sau:

- Quan điểm bảo trì trạng thái đòi hỏi một hệ thống chẩn đoán có chất lượng và các phương pháp chẩn đoán tin cậy, các thiết bị chẩn đoán đơn giản gon nhẹ dễ sử dụng Quá trình tiến hành chẩn đoán phải đảm bảo khả năng kết nối khi cần sự trợ giúp của các thiết bị điện tử

- Ngày nay nhiều phương pháp nhận biết và chẩn đoán hư hỏng đã được nghiên cứu ứng dụng để nâng cao hiệu quả công tác chẩn đoán kỹ thuật đối với động cơ Sự kết hợp linh hoạt giữa các thiết bị sẽ tạo nên một hệ thống chẩn đoán đa dạng và hiện đại để đánh giá tình trạng kỹ thuật động cơ trong thời gian nhanh nhất với hiệu quả cao nhất

Ở Việt Nam hiện nay chưa có công trình nghiên cứu nào thực hiện việc kết hợp các thiết bị kiểm tra, chẩn đoán lại với nhau thành một hệ thống nhằm đánh giá tình trạng kỹ thuật động cơ một cách tổng hợp nhất

Để phục vụ tốt cho công tác chẩn đoán, cần phải khảo sát cơ sở lý thuyết và các thông số ảnh hưởng tới quá trình làm việc của động cơ, từ đó đưa ra phương pháp kiểm tra, chẩn đoán

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHẨN ĐOÁN ĐỘNG CƠ ÔTÔ

2.1 Cơ sở lý thuyết về quá trình làm việc của động cơ ôtô

Quá trình làm việc của động cơ thực sự bắt đầu khi thực hiện quá trình nạp môi chất công tác vào động cơ Vì môi chất là chất dùng để thực hiện một chu trình công tác thực tế của động cơ Đối với động cơ đốt trong môi chất công tác gồm có chất oxy - hoá, nhiên liệu và sản vật cháy của nhiên liệu Đa

số các động cơ đốt trong dùng không khí làm chất oxy hoá Trong khi thực hiện một chu trình công tác của động cơ môi chất công tác luôn luôn thay đổi

về tính chất lý hoá của nó Để xác minh vấn đề này chúng ta sẽ tiến hành khảo sát một số nội dung liên quan đến quá trình đốt cháy nhiên liệu

2.1.1 Thành phần và các phản ứng cháy của nhiên liệu

Đối với động cơ đốt trong kiểu piston người ta chỉ sử dụng những loại nhiên liệu dễ trộn hoà với không khí để hình thành hỗn hợp cháy và trong sản phẩm cháy không chứa tro, vì nếu có tro, dù là rất ít, nó sẽ bám vào vách xylanh và làm cho xéc măng, piston, và lót xy lanh hao mòn rất nhanh Cho nên đối với động cơ đốt trong kiểu piston chỉ dùng nhiên liệu khí, hoặc nhiên liệu lỏng không chứa tro

Thành phần nhiên liệu lỏng được thể hiện trong bảng 2.1 như sau:

Bảng 2.1 Thành phần nhiên liệu trong chất lỏng

Nhiên liệu

Thành phần của nhiên liệu,

% trọng lượng Khả năng toả nhiệt

14.2 13.3

Các phản ứng cháy của nhiên liệu trong xilanh của động cơ:

C + O2 = CO2 (khi cháy hoàn toàn)

2C + O2 = 2CO ( khi cháy không hoàn toàn)

2H2 + O2 = 2H2O

2.1.2 Lượng không khí cần thiết để đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu

Với động cơ đốt trong nhiệt năng cần thiết để chuyển thành công cơ giới là do kết quả của các phản ứng hoá học giữa nhiên liệu đưa vào xylanh với oxy của không khí

Nhiên liệu lỏng có thành phần về trọng lượng như sau:

gC +gH2 +gO2 = 1kg

Lượng oxi cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu:

8/3gC +8gH2 - gO2 Kg ôxi/kg nhiên liệu

Hoặc tính theo kilo mol

32 4

12

2

2 go g

g C  H  , kmol oxi/kg nhiên liệu

1

2 2

12

( 21 , 0

0

go g

g

L  c  H  kmol không khí/kg nhiên liệu (2.2)

Liên hệ giữa l0 và L0 như sau:

l0 = mBL0 = 29 L0 kg không khí/ kg nhiên liệu

Ở đây mB trọng lượng phân tử của không khí

2.1.3 Hệ số dư lượng không khí

Thành phần của hỗn hợp cháy (được đánh giá bằng hệ số dư lượng không khí ), có ảnh hưởng lớn đến tốc độ quá trình cháy, công suất, hiệu suất của động cơ Sự cháy của nhiên liệu trong động cơ thường xảy ra khi thiếu hoặc thừa một chút không khí so với lượng không khí cần thiết theo

lí thuyết

Tỷ số giữa lượng không khí thực tế trong hỗn hợp cháy L và lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu L0 gọi là hệ số thừa không khí

Hỗn hợp cháy nghèo nếu  >1

Hỗn hợp cháy giàu nếu <1

Hệ số thừa không khí nằm trong giới hạn như sau:

Đối với động cơ cacbuaratơ  = 0.8 – 1.2

Đối với động cơ điezen  = 1.2-1.65

Đối với động cơ cácbuaratơ giới hạn dưới là công suất cực đại, giới hạn trên là tính tiết kiệm cao nhất, còn đối với động cơ diesel là cung cấp nhiên liệu cực đại

2.1.4 Số lượng hỗn hợp làm việc trước khi cháy

Lượng hỗn hợp làm việc trước khi cháy có vai trò quyết định đến quá trình làm việc của động cơ, hỗn hợp làm việc gồm

Khí mới nạp và khí còn lại ( đối với động cơ cacbuaratơ, phun xăng)

Không khí mới nạp, nhiên liệu được phun tơi và khí còn lại (đối với động cơ diesel)

Lượng khí nạp mới cho 1kg nhiên liệu lỏng

Kmol khí nạp/Kg nhiên liệu (2.5)

ở đây mT trọng lượng phân tử của nhiên liệu ( đối với động cơ xăng

mT =114, diesel mT=186 nên

T

m

1 thường bỏ qua Khi đó

M1 = L0 Kmol khí nạp /kg nhiên liệu (2.6)

ở cuối quá trình nén trước khi cháy xilanh của động cơ chứa đầy hỗn hợp làm việc, số lượng của nó là

Mc= M1 + Mr Kmol/kg (2.7)

ở đây Mr lượng Kmol khí còn lại

Tỷ số giữa số khí còn lại và số lượng khí mới nạp gọi là hệ số khí còn lại

2.1.5 Thành phần của các sản phẩm cháy

Khi cháy hoàn toàn nhiên liệu lỏng (khi >=1), tạo thành các sản phẩm chính sau (do sự cháy hoàn toàn cacbon, hydro trong nhiên liệu): CO2

và H2O, N2 trong không khí và O2 tự nhiên của không khí

Số lượng tổng cộng các sản phẩm cháy 1kg nhiên liệu khi  ≥ 1:

32

g g

Khi làm giàu đáng kể hỗn hợp ôxi chứa trong không khí có thể không

đủ cháy phần các bon của nhiên liệu thành ngay cả CO

Điều này dẫn đến xuất hiện trong cac sản phẩm cháy các bon chưa cháy ở dạng khói đen hay muội

Hệ số thừa không khí mà ôxi chỉ đủ để cháy các bon của nhiên liệu thành CO gọi là hệ số thừa không khí khủng hoảng kí hiệu là K Khi đó xẩy

ra ba trường hợp sau:

- Nếu  = K thì tất cả các bon cháy thành CO

- Nếu  < K thì 1 phần các bon của nhiên liệu không cháy

- Nếu  >K thì trong các sản phẩm cháy đồng thời tạo thành CO2 và

CO Theo mức độ tăng của  lượng CO2 trong các sản phẩm cháy tăng lên, nếu  = 1 thì tất cả các các bon của nhiên liệu cháy thành CO2,đối với các loại nhiên liệu lỏng khác nhau k =0.64-0.67

Khi  1 số lượng tổng công các sản phẩm cháy 1kg nhiên liệu bằng :

M2 =M CO2 +MCO +MH2O + MN2 = 2 0

2 )

1 ( 42 0

g L

Sau khi biến đổi tương tự như biến đổi để rút ra phương trình (2.13) ta được:

) 1 ( 21 0 32

2 2

M H O Kmol/kg (2.14)

Nếu  =1, số hạng cuối bằng 0 ta có phương trình (2.15)

Số hạng 0,21 L0(1-) đặc trưng cho sự tăng số Kmol do cháy phần các bon thành CO

Các yếu tố đã nêu ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình làm việc cũng như các chi tiêu kinh tế kỹ thuật của động cơ đốt trong Với cơ sở lý thuyết đã có

sẽ là cơ sở quan trọng để lựa chọn các thiết bị trong hệ thống chẩn đoán

2.2 Các thông số đặc trưng của động cơ ôtô

Trong động cơ đốt trong có một số thông số phản ánh sự ảnh hưởng tới quá trình làm việc của động cơ như: Thông số cấu trúc, thông số tính năng, thông số năng lượng, thông số hệ thống điều khiển, theo dõi

2.2.1 Các thông số cấu trúc

Kết cấu động cơ có ảnh hưởng đến việc tạo thành hỗn hợp và quá trình biến đổi năng lượng Các thông số ảnh hưởng kết cấu được hiểu ở đây là các thông số xác định cấu trúc buồng đốt, quá trình phun nhiên liệu cũng như lượng khí nạp và chuyển động của mồi mới nạp trong buồng đốt

Tăng áp suất quá trình cháy có thể làm tăng đáng kể hiệu suất quá trình cháy và giảm chi phí nhiên liệu Cần thiết cho trường hợp này là tỷ số nén phù hợp, tăng tỷ số nén sẽ cải thiện việc biến đổi năng lượng nhờ tăng áp suất và nhiệt độ cuối kỳ nén Đồng thời cũng cần tối ưu hoá áp suất nạp và quá trình trao đổi khí Tăng không có giới hạn áp suất cực đại trong quá trình cháy là không có ý nghĩa bởi vì khả năng tiết kiệm nhiên liệu nhờ tăng áp suất cực đại

là rất nhỏ (tăng áp suất cực đại từ 12 lên 13 Mpa tiết kiệm nhiên liệu 3.0g/KWh và từ 17 lên 18 Mpa tiết kiệm được khoảng 2.0 g/KWh), đồng thời làm tăng hao tổn nhiệt trong buồng đốt và phát thải NOx một cách đáng kể

2.2.2 Các thông số tính năng

Trên động cơ đốt trong các thông số tính năng có vai trò quyết định đến chất lượng làm việc của động cơ, đồng thời là cơ sở để đánh giá tình trạng kỹ

thuật động cơ Các thông số dưới đây sẽ phản ánh đặc điểm đó

Tốc độ quay của động cơ đốt trong (ĐCĐT) thường thay đổi trong quá trình động cơ hoạt động, tuỳ thuộc vào điều kiện làm việc hoặc yêu cầu của người vận hành động cơ, bảng (2.3) thể hiện tốc độ quay thường gặp trên động cơ ô tô

Bảng 2.3 Tốc độ quay của động cơ ôtô thường gặp

Tốc độ quay v/p Động cơ xăng Động cơ diesel

Tốc độ là một thông số tính năng đặc trưng cho " tính cao tốc" của động cơ, trong đó bao hàm hàng loạt tính chất vận hành , như : cường độ làm việc, cường độ hao mòn các bề mặt ma sát, phụ tải cơ và phụ tải nhiệt, v.v Căn cứ vào tốc độ, ĐCĐT được phân loại thành: động cơ thấp tốc, trung tốc

và cao tốc Cả tốc độ quay (n) và vận tốc trung bình của piston (Cm) đều có thể được dùng làm tiêu chí để đánh giá tính cao tốc Tuy nhiên, Cm được coi

là chỉ số đánh giá tính cao tốc của động cơ một cách chính xác hơn, vì nó có liên quan một cách trực tiếp hơn đến các tính chất vận hành nói trên

Tải của động cơlà đại lượng đặc trưng cho số cơ năng mà động cơ phát

ra trong một chu trình công tác hoặc trong một đơn vị thời gian Các đại lượng được dùng để đánh giá tải của động cơ đốt trong bao gồm: Áp suất trung bình, công suất, momen quay

Công suất của động cơ là tốc độ thực hiện công Trị số công suất của động cơ cho ta biết động cơ đó có công suất lớn hay bé

Hiệu suất là đại lượng được sử dụng để đánh giá hiệu quả biến đổi nhiệt năng thành cơ năng của động cơ Để đánh giá mức độ tổn thất trong từng công đoạn của cả quá trình biến đổi năng lượng, người ta đưa ra các khái niệm hiệu suất sau đây: hiệu suất lý thuyết, hiệu suất chỉ thị, hiệu suất cơ học, hiệu suất có ích

Suất tiêu thụ nhiên liệu (ge) là hiệu quả biến đổi nhiệt năng thành cơ năng của ĐCĐT cũng đồng nghĩa với khái niệm " tính tiết kiệm nhiên liệu" của nó Trong thực tế khai thác , người ta ít dùng hiệu suất mà thường dùng đại lượng thể hiện lượng nhiên liệu do động cơ tiêu thụ để đánh giá tính tiết kiệm nhiên liệu Lượng nhiên liệu do động cơ tiêu thụ trong một đơn vị thời gian được gọi là lượng tiêu thụ nhiên liệu giờ (Ge) Lượng nhiên liệu do động

cơ tiêu thụ để sinh ra một đơn vị công suất có ích trong một đơn vị thời gian được gọi là lượng tiêu thụ nhiên liệu riêng có ích (gọi tắt là suất tiêu thụ nhiên liệu - ge)

e e

N G

g  (2.15)

Trong đó :

ge - suất tiêu thụ nhiên liệu có ích , g/kW h

Ge - lượng tiêu thụ nhiên liệu giờ, kg/h

Ne - công suất có ích của động cơ, kw

2.2.3.Các thông số năng lượng

Các thông số năng lượng là các yếu tố liên quan đến điểm làm việc của động cơ, đặc trưng bởi tần số quay và momen quay, thí dụ, nhiệt độ và áp suất

khí nạp, hao tổn nhiệt, hao tổn trao đổi khí, dòng năng lượng khí thải…

Phụ thuộc vào điểm làm việc tức thời mà lượng hòa khí đưa vào trong động cơ được thay đổi, thời điểm bắt đầu cung cấp và thời điểm phun (diesel), đánh lửa (động cơ xăng) cũng được thay đổi từng phần Từ đó có thể làm giảm cả chất lượng phân bố nhiên liệu trong buồng đốt Đồng thời đối với động cơ tăng áp bằng turbin khí thải sẽ làm giảm áp suất nạp khi giảm tải, do

đó làm giảm lượng khí nạp và giá trị áp suất nhiệt độ khí tại cuối kỳ nén Kết quả dẫn đến làm tăng thời gian hãm cháy, làm muộn thời điểm bắt đầu bốc cháy khi giảm tải của động cơ Lượng hỗn hợp có khả năng bốc cháy được tạo thành lớn hơn sẽ làm tăng tốc độ phản ứng trực tiếp sau khi bắt đầu bốc cháy,

do đó giá trị cực đại của quá trình cháy sẽ dịch chuyển theo hướng thay đổi của thời điểm bắt đầu bốc cháy và ảnh hưởng trực tiếp đến hao tổn nhiệt trong buồng đốt, hao tổn cơ học và dòng khí thải

2.2.4 Các thông số điều khiển động cơ

Trong công nghệ phun xăng điện tử, nhiên liệu được nén bằng bơm xăng

và cấp vào buồng đốt qua hệ thống kim phun Các cảm biến trong hệ thống có nhiệm vụ theo dõi thông số vận hành của xe như: Tình trạng động cơ, nhiệt độ

và áp suất không khí…, tất cả thông tin sẽ được bộ điều khiển trung tâm xử lý

và đưa ra lượng khí cần nạp, định lượng và thời điểm cần bơm nhiên liệu vào buống đốt, thời điểm đánh lửa, đảm bảo quá trình đốt cháy nhiên liệu đạt hiệu quả tối ưu Do đó, việc sử dụng nhiên liệu của công nghệ phun xăng điện tử sẽ hiệu quả hơn so với chế hòa khí thông thường

tiết kiệm nhiên liệu Ưu điểm lớn nhất của phun xăng điện tử là tạo nên hòa khí có tỷ lệ lý tưởng ở tất cả các xi-lanh Lượng xăng cũng như không khí sạch đưa vào buồng đốt được tính toán vừa đủ cho vận tốc, điều kiện đường

sá, tải trọng…, loại bỏ hoàn toàn hiện tượng dư thừa xăng, từ đó hạn chế được lượng khí thải ra môi trường Mặt khác, hiện tượng nghẹt khi khởi động vào buổi sáng, thời tiết lạnh sẽ không còn, khả năng tăng tốc của xe cũng được cải thiện do hỗn hợp nhiên liệu xăng/không khí được tính toán hợp lí hơn so với công nghệ cũ

Với dòng xe đời mới hầu hết quá trình hoạt động của các hệ thống trên

xe đều liên quan đến các thiết bị điều khiển điện tử, đặc biệt là trên động cơ Trên hình 2.4 thể hiện cấu trúc của hệ thống điều khiển động cơ

Hình2.4 Cấu trúc của hệ thống điều khiển động cơ

Với câú trúc này ta nhận thấy mối quan hệ chặt chẽ của các cảm biến với hệ thống điều khiển, mỗi cảm biến có một chức năng khác nhau

Cảm biến và các tín hiệu đầu vào có nhiệm vụ tìm ra các trạng thái làm việc của động cơ và các giá trị thay đổi yêu cầu trong quá trình làm việc Quá trình chuyển đổi ở đây là từ các đại lượng vật lý chuyển thành các

tín hiệu điện

ECU xử lý các thông tin từ cảm biến, bằng việc so sánh với bộ dữ liệu tối ưu được nạp sẵn vào bộ vi xử lý, sau đó ECU sẽ tính toán và đưa ra tín hiệu điều khiển cơ cấu chấp hành ECU điều khiển các cơ cấu chấp hành bằng các tín hiệu điện ECU cũng được kết nối với các hệ thống điều khiển khác và hệ thống chuẩn đoán trên xe

Cơ cấu chấp hành chuyển các tín hiệu điện từ ECU thành các chuyển động cơ khí hoặc các chuyển động điện

Để tối ưu tỉ lệ nhiên liệu hòa trộn trong mọi điều kiện làm việc của động cơ, ECU phải theo dõi và xử lí rất nhiều thông tin từ các cảm biến Dưới đây là một số cảm biến quan trọng của động cơ:

- Cảm biến lượng khí nạp để đo lượng không khí xy lanh hút vào,

- Cảm biến ôxy đo lượng ôxy trong khí thải nhằm xác định nhiên liệu hòa trộn thừa hay thiếu xăng để ECU hiệu chỉnh khi cần thiết,

- Cảm biến vị trí van tiết liệu để ECU điều chỉnh lượng xăng phun vào phù hợp khi đạp ga,

- Cảm biến nhiệt độ chất lỏng động cơ cho ECU biết nhiệt độ làm việc của động cơ,

- Cảm biến hiệu điện thế để ECU bù ga khi mở các thiết bị điện trong xe,

- Cảm biến áp suất ống tiết liệu: lượng không khí hút vào máy là chỉ số quan trọng để ECU đo công suất động cơ Càng nhiều không khí đi vào xy lanh áp suất càng giảm Vì vậy, dựa vào số đo áp suất, ECU sẽ xác định được công suất động cơ,

- Cảm biến tốc độ động cơ dùng giám sát tốc độ, một trong các nhân tố

để tính toán xung độ

2.3 Các phương pháp kiểm tra, đo lường, chẩn đoán động cơ ôtô

2.3.1 ChÈn đoán động cơ theo trạng thái khởi động

Trạng thái khởi động thể hiện độ chính xác của các thông số lắp ráp cũng như sự làm việc tốt của các bộ phận và hệ thống của động cơ Khi một động cơ diesel khó nổ cần có biện pháp kiểm tra và xử lý thích hợp

2.3.2.Phương pháp phân tích dầu bôi trơn

Phân tích dầu bôi trơn cho phép nhận biết các trạng thái kỹ thuật động

cơ nhờ những biểu hiện sau:

- Lượng hạt mà hoặc mức độ bứt hạt mài: Là độ tăng lượng hạt mài theo thời gian cho biết trạng thái tức thời hoặc biểu hiện hư hỏng

- Dạng hạt mài cho biết dạng hư hỏng Hao mòn được nhận biết bởi dạng hạt mài phẳng, mỏng, mỏi vật liệu sẽ biểu hiện bởi nhiều hạt mài dạng gọn hơn

- Loại vật liệu hạt mài cho biết vùng hư hỏng Mạt kim loại màu là dấu hiệu hao mòn ổ trượt, mạt sắt xuất hiện từ mặt răng, vòng găng hoặc ổ lăn, mạt gang từ mài mòn mặt gương xilanh, mạt kim loại nhẹ từ piston…

2.3.3 Chẩn đoán công suất

Công suất là một trong những thông số chẩn đoán quan trọng bởi vì nó phản ánh tình trạng hầu như toàn bộ các cụm hệ thống chính của động cơ như: nhóm piston, các chi tiết truyền động của động cơ, hệ cung cấp nhiên liệu, hệ cung cấp không khí cho động cơ

Để đo được công suất, đã có rất nhiều phương pháp như: Do trực tiếp trên bệ thử, xác định bằng phương pháp gia tốc hay phương pháp ngắt sự làm việc của các xilanh Đo trực tiếp trên bệ thử là phương pháp được cho là tốn kém và yêu cầu phải có các trang thiết bị phức tạp và nhà xưởng Do vậy, việc chẩn đoán công suất theo phương pháp này chỉ thực hiện khi máy móc phải được đưa đến xưởng chẩn đoán

Hiện nay, hai phương pháp chẩn đoán công suất bằng cách ngắt sự làm

việc của các xi lanh và bằng gia tốc đang nhận được nhiều sự quan tâm hơn Bởi vì ưu điểm của hai phương án này là: Chi phí thấp, cho kết quả nhanh, trang thiết bị gọn nhẹ và có tính cơ động cao

2.3.4 Chẩn đoán động cơ theo thành phần khí xả

Thành phần khí xả phản ánh tình trạng chung của động cơ về quá trình chuẩn bị và đốt cháy hỗn hợp, nó phụ thuộc vào các yếu tố như: Chất lượng của hệ thống nhiên liệu và phối khí làm ảnh hưởng tới tỉ lệ hỗn hợp và sự hoà trộn đồng đều nhiên liệu-không khí cũng như tổ chức quá trình cháy, trạng thái nhiệt độ động cơ, chất lượng quá trình nén trong động cơ diesel, phẩm chất của nhiên liệu v.v

Lần lượt ngắt từng xy lanh (ngắt đường dầu cao áp tới vòi phun), nếu hàm lượng khí xả không thay đổi thì xy lanh đó không làm việc Sự thay đổi thành phần khí xả không như nhau khi ngắt từng xy lanh cũng phản ánh sự làm việc không đồng đều giữa chúng

Thay đổi góc phun sớm sẽ cho kết quả hàm lượng khí xả khác nhau, nhờ đó tìm được góc phun thích hợp nhất cho đông cơ kiểm tra

Lọc khí bị tắc làm mức độ khói đen tăng cao, đặc biệt ở giai đoạn tăng tốc và giảm tốc

Áp suất phun của vòi phun quá thấp làm tăng độ khói khi động cơ tăng tốc Lọc nhiên liệu bẩn làm độ khói tăng cao ở mọi chế độ làm việc

Những hư hỏng nói trên có thể dễ dàng phát hiện khi kiểm tra độ khói hoặc thành phần khí xả của động cơ có vấn đề và đem so sánh với đặc tính chuẩn của động cơ làm việc tốt

2.3.5 Chẩn đoán động cơ theo trạng thái nhiệt độ

Nhiệt độ động cơ là một tham số phản ánh chung về chất lượng của quá trình cháy, sự hoạt động của hệ thống làm mát, tình trạng ma sát giữa các bề mặt trong nhóm pít tông-xi lanh-xéc măng cũng như hệ thống trục-bạc.Về nguyên tắc, khi hệ thống làm mát hoạt động bình thường, thì nhiệt độ động cơ

không thể vượt quá các chỉ số quy định, do hệ thống làm mát đã được thiết kế

để có thể tải hết lượng nhiệt mà động cơ phát ra ở chế độ công suất lớn nhất Như vậy khi nhiệt độ vượt quá mức cho phép chỉ có thể do các sự cố phát sinh trong quá trình làm việc của các bộ phận nêu trên

Nhiệt độ động cơ thường được báo thông qua nhiệt độ của nước làm mát, một số động cơ còn có cảm biến để báo nhiệt độ nắp máy

Khi quá trình cháy của động cơ không tốt như cháy quá muộn do đặt góc phun sớm sai, thường làm nhiệt độ động cơ mau chóng tăng cao, mặc dù hệ thống làm mát vẫn hoạt động bình thường Kết hợp với hiện tượng phụt lửa ra ngoài ống thải khi cháy muộn, ta có thể xác định được nguyên nhân hư hỏng

Nhiệt độ riêng của từng khu vực nắp máy và ống xả trên mỗi xi lanh cũng là một yếu tố đánh giá chất lượng hoạt động của máy đó Nếu ngay sau khi nổ máy, lúc ống xả còn chưa bị đốt nóng, kiểm tra nhiệt độ từng cổ xả, máy nào nổ kém hoặc bỏ máy, nhiệt độ của nó sẽ thấp hơn hẳn các máy khác Kiểm tra nhiệt độ nước trên đường vào và ra két làm mát có thể xác định được hiện tượng tắc két hoặc sự làm việc kém của van hằng nhiệt

2.3.6 Chẩn đoán động cơ theo lượng khí lọt các te

Lượng khí lọt các te phản ánh duy nhất trạng thái kín khít của nhóm chi tiết pít tông - xy lanh - xec măng Khi độ mài mòn càng tăng lượng khí lọt càng mạnh, ở trạng thái mòn giới hạn, lượng khí lọt có thể tăng gấp 14 - 15 lần so với ban đầu Trong trường hợp có sự lọt khí tăng cao bất thường, phần lớn là do các sự cố như bó kẹt hoặc gãy xéc măng

Ngoài mài mòn, khí lọt các te còn phụ thuộc vào những điều kiện sau: Trạng thái nhiệt độ động cơ và sự bôi trơn thành xy lanh

Tình trạng phụ tải và tốc độ động cơ

Lượng khí lọt các te ở những động cơ công suất trung bình khoảng 10 -

20 lít/phút lúc mới, tăng đến 150 - 200 lít/phút khi động cơ mòn đến giới hạn