Luận văn nghiên cứu, phân tích khói xả để xây dựng dấu hiệu chẩn đoán động cơ diesel

luận văn

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… i

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành : Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá Nông-Lâm nghiệp

Mã ngành : 60-52-14

Người hướng dẫn khoa học : PGS-TS Bùi Hải Triều

HÀ NỘI - 2008

Lời cam ñoan

Tôi xin cam ñoan, những số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào

Tôi xin cam ñoan rằng mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này

ñã ñược cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả

Cao Xuân ðức

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… ii

Lời cảm ơn

Trong quá trình thực hiện ñề tài này, tôi ñã nhận ñược sự hướng dẫn, chỉ bảo và giúp ñỡ tận tình của các thầy, cô giáo trong Khoa Cơ ðiện và các thầy cô trong trường Nhân dịp này, cho phép tôi ñược bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc ñến:

Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Bùi Hải Triều ñã chỉ bảo

từ việc ñịnh hướng ban ñầu, giải quyết từng nội dung ñề tài, ñến sửa ñổi những sai sót ñể hoàn thành luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể cán bộ, giáo viên bộ môn ðộng Lực

- Khoa Cơ ðiện và toàn thể các thầy cô giáo trong Khoa Cơ ðiện - Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành ñến các thầy cô giáo ñã trực tiếp giảng dạy tôi trong quá trình học tập tại trường và các thầy cô giáo Khoa Sau ðại Học - Trường ðại học nông nghiệp Hà Nội

Tôi xin chân thành cảm ơn sự nhiệt tình giúp ñỡ của gia ñình và người thân ñã luôn luôn ñộng viên tạo mọi ñiều 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 ñã dành cho tôi mọi sự giúp ñỡ quý báu trong quá trình hoàn thành luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Tác giả

Cao Xuân ðức

MỤC LỤC

Lời cam ủoan i

Lời cảm ơn ii

MỤC LỤC iii

Mở ĐầU i

CHƯƠNG I TổNG QUAN 3

1.1 KHáI QUáT Về CHẩN ĐOáN ĐộNG CƠ ĐốT TRONG 3

1.1.1 Chẩn đoán kỹ thuật 3

1.1.2 Chẩn đoán kỹ thuật động cơ đốt trong 3

1.2 Tình hình nghiên cứu chẩn đoán động cơ đốt trong 7

1.2.1 Chẩn đoán công suất 7

1.2.2 Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật của động cơ theo các thông số từ dòng khí thải 10

1.2.3 Chẩn đoán hao mòn nhờ phân tích dầu bôi trơn động cơ 14

1.2.4 Chẩn đoán trực tuyến (OBD – Onboard Diagnostic) 15

Kết luận chương I 17

1.3 Mục đích và nhiệm vụ của đề tài 18

1.3.1 Mục đích: 18

1.3.2 Nhiệm vụ: 18

CHƯƠNG II CƠ Sở Lý THUYếT 19

2.1 quá trình biến đổi năng lượng trong động cơ Diesel 19

2.1.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến đổi năng lượng trong động cơ diesel 19

2.1.2 Các khả năng đánh giá quá trình biến đổi năng lượng 28

Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… iv

2.1.3 Tác động qua lại giữa quá trình biến đổi năng lượng và năng lượng khí thải 30

2.2 Sự hình thành các thành phần khí thải của động cơ Diesel 35 2.3.Cơ chế tạo hạt thải rắn trong buồng cháy động cơ Diesel 36 2.3.1 Hình thành hạt muội than 37

2.3.2 Phát triển hạt muội than 39

2.3.3 Quá trình oxy hoá hạt muội than 39

2.4 màu sắc của khói xả và những hư hỏng có thể của động cơ diesel 40

2.5 Các phương pháp đo khói trong khí thải động cơ Diesel 44

2.5.1 Phương pháp đo độ khói bằng giấy lọc 45

2.5.2 Phương pháp đo độ mờ khí thải 47

2.6 Tạo tải trọng cho động cơ bằng phương pháp gia tốc 49

CHƯƠNG III XÂY DựNG DấU HIệU NHậN BIếT TRạNG THáI Kỹ THUậT ĐộNG CƠ DIESEL NHờ PHÂN TíCH KHóI THảI 51

3.1 THIếT Kế THIếT Bị ĐO KHóI 51

3.1.1.Lựa chọn nguyên lý thiết bị 51

3.1.2.Tính toán thiết kế thiết bị 52

3.1.3 Nguyên lý hoạt động của các thiêt bị đo 57

3.2 Xây dựng hệ thống đo và xử lý tín hiệu chẩn đoán 59

3.2.1 Lựa chọn thông số và đối tượng chẩn đoán 59

3.2.2 Lựa chọn cảm biến 60

3.2.3 Xây dựng hệ thống đo và xử lý tín hiệu 60

3.2.4 Lựa chọn và tạo lập cỏc trạng thỏi hư hỏng ủiển hỡnh 63

3.3 KếT QUả NGHIÊN CứU THựC NGHIệM 64

3.3.1 Xõy dựng ủặc tớnh khúi của ủộng cơ D240 64

3.3.2.Phân tích dấu hiệu nhận dạng h− hỏng theo đặc tính ngoài Me và D

của động cơ Diesel 68

KếT LUậN Và Đề NGHị 77

KếT LUậN 77

Đề NGHị 78

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 1

MỞ ðẦU

ða phần các máy tự hành sử dụng trong Nơng – Lâm nghiệp, xây dựng

và vận tải được trang bị động cơ Diesel, đặc biệt là những xe cĩ trọng tải lớn

và các xe chuyên dùng Các loại máy này đã gĩp phần giải phĩng một lượng lớn sức lao động, rút ngắn thời gian thực hiện cơng việc, nâng cao hiệu quả kinh tế và cải thiện đáng kể chất lượng cơng việc mà nĩ đảm nhận Do vậy, việc tổ chức khai thác sử dụng các phương tiện này một cách cĩ hiệu quả sẽ mang lại những lợi ích kinh tế và kỹ thuật vơ cùng to lớn Trong đĩ cơng tác chẩn đốn, bảo dưỡng và sửa chữa chúng là một việc làm hết sức quan trọng

cĩ ý nghĩa then chốt trong việc tổ chức khai thác sử dụng thiết bị này đạt hiệu quả cao nhất

Khoa học chẩn đốn ra đời đã lâu, nĩ bắt đầu từ việc chẩn đốn trạng thái sức khoẻ của con người và tiếp sau đĩ được mở ra lĩnh vực chẩn đốn trạng thái kỹ thuật của máy mĩc, thiết bị Tuy ra đời từ rất lâu, song sự phát triển của nĩ đã gặp nhiều khĩ khăn, chủ yếu là thiếu các thiết bị đo lường cĩ

độ tin cậy cao Ngày nay, với sự bùng nổ của cơng nghệ thơng tin và kỹ thuật điện tử, các thiết bị đo lường nĩi riêng và kỹ thuật đo lường nĩi chung đã cĩ những bước tiến mạnh mẽ về cả chất lượng lẫn chức năng của nĩ Theo đĩ,

kỹ thuật chẩn đốn ngày nay đã cĩ những bước tiến bộ vượt bậc Nhờ vậy mà

xu hướng phát triển của chẩn đốn kĩ thuật ngày càng cĩ những yêu cầu khắt khe hơn theo hướng cĩ lợi cho tình trạng kỹ thuật của máy mĩc và sự an tồn đối với người sử dụng [5]

Ở Việt Nam hiện nay, cĩ rất nhiều loại động cơ đang hoạt động nhưng khơng được trang bị các hệ thống tự chẩn đốn trên xe Hơn nữa, chúng thường hoạt động ở các địa bàn cách xa trung tâm chẩn đốn, bảo dưỡng, sửa chữa Do vậy, việc chẩn đốn động cơ trong điều kiện dã ngoại được đặt ra như một hướng đi tất yếu Việc chẩn đốn trong điều kiện dã ngoại xuất hiện

sẽ giảm thiểu được những chi phí bảo dưỡng, sửa chữa, chẩn đốn, nâng cao tính an tồn cho người và thiết bị từ đĩ nâng cao hiệu quả kinh tế của hoạt động kinh tế cĩ sử dụng xe

Mặt khác, thành phần khí xả trong khí thải động cơ là thơng số quan trọng nhất khi chẩn đốn động cơ Diesel Nếu ta chọn “khĩi xả” làm thơng số chẩn đốn thì thiết bị kèm theo nĩ là thiết bị đo độ đen “khĩi xả” và phương pháp chẩn đốn được thực hiện khi xem xét quá trình gia tốc hay quá trình chuyển tiếp của động cơ [21] Như vậy, đây là một hướng nghiên cứu cĩ nhiều tiêu chí thuận lợi theo xu hướng phát triển kỹ thuật chẩn đốn hiện đại Thiết bị đo tương đối đơn giản, cĩ thể chế tạo với chi phí thấp, cho kết quả rất nhanh và tương đối rõ nét về thơng tin tình trạng kỹ thuật động cơ, gọn nhẹ và

cĩ thể mang theo một cách cơ động để chẩn đốn dã ngoại, phương pháp tạo tải nhờ gia tốc cũng là một phương pháp dễ thực hiện và khơng cần chi phí, tạo lập các phương án thí nghiệm rất linh hoạt và thuận lợi

Nhằm xây dựng các dấu hiệu để chẩn đốn động cơ Diesel từ việc phân

tích khĩi xả, chúng tơi tiến hành nghiên cứu đề tài: “ Nghiên cứu phân tích khĩi xả để xây dựng dấu hiệu chẩn đốn động cơ Diesel” ðây là một hướng nghiên cứu mới dựa theo các tiêu chí kỹ thuật chẩn đốn hiện nay

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 3

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 KHÁI QUÁT VỀ CHẨN ðỐN ðỘNG CƠ ðỐT TRONG

1.1.1 Chẩn đốn kỹ thuật

Chẩn đốn kỹ thuật là mơn khoa học nghiên cứu về các hình thái xuất hiện hư hỏng, các phương pháp và cơng cụ xác định trạng thái kỹ thuật của đối tượng chẩn đốn, dự báo kịp thời các hư hỏng và tình trạng kỹ thuật hiện tại mà khơng phải tháo rời các tổng thành và cụm máy Do khơng tháo rời cụm và các tổng thành của đối tượng kỹ thuật chẩn đốn nên khơng thể trực tiếp phát hiện các hư hỏng mà phải thơng qua các triệu chứng Triệu chứng là các biểu hiện ra bên ngồi của các hư hỏng bên trong mà người ta cĩ thể nhận biết được Thơng số chẩn đốn là những đại lượng định mức của triệu chứng [1,5,17,18]

Hệ thống chẩn đốn được tạo nên bởi cơng cụ chẩn đốn và đối tượng chẩn đốn với mục đích xác định trạng thái kỹ thuật của đối tượng chẩn đốn Qua việc xác định trạng thái kỹ thuật cĩ thể đánh giá chất lượng hiện tại, những sự cố đã xảy ra và khả năng sử dụng trong tương lai

Một hệ thống chẩn đốn kỹ thuật của một đối tượng nào đĩ thường bao gồm những phần tử chủ yếu sau: ðối tượng chẩn đốn, các thơng số chẩn đốn, các chỉ tiêu định mức, phương pháp và thiết bị chẩn đốn, con người điều khiển quá trình chẩn đốn, [5,11]

1.1.2 Chẩn đốn kỹ thuật động cơ đốt trong

Trong quá trình sử dụng, cơng suất hiệu dụng của động cơ giảm chậm

và chi phí nhiên liệu riêng tăng chậm Tuy nhiên, các chỉ tiêu này bị làm xấu

đi thường là do sự khơng nhạy điều chỉnh của các hệ thống trong động cơ và khơng thể làm cơ sở để gửi đi sửa chữa lớn Trong đa số các trường hợp hao tổn cơng suất và giảm tính tiết kiệm chi phí nhiên liệu cĩ thể được khắc phục

ngay ở cơ sở vận tải hoặc các trạm bảo dưỡng nhỏ, ñặc biệt khi ở ñó có các thiết bị ñánh giá ñịnh lượng các chỉ tiêu này [1,5,9,15,19,]

Các nguyên nhân cơ bản của các hỏng hóc trên ñộng cơ thường là hở ñường nạp không khí, ñiều chỉnh không ñúng hoặc thay ñổi góc bắt ñầu phun hoặc góc ñánh lửa, kẹt tắc các thiết bị phun nhiên liệu và nói chung là sai lệch trạng thái hoạt ñộng ñúng của hệ thống cung cấp nhiên liệu và ñốt cháy ðối với mỗi dạng cấu trúc của các hệ thống này, các sai lệch sẽ có những biểu hiện riêng, thí dụ ñối với hệ thống cung cấp diesel là sai lệch các trạng thái của vòi phun hoặc bơm áp suất cao, ñối với hệ thống cung cấp chế hoà khí là sai lệch trạng thái của cácburatơ còn ñối với hệ thống phun xăng ñiện tử là sai lệch trạng thái của vòi phun hoặc mạch ñiều khiển ñiện tử…Các nguyên nhân khác là chất lượng các chi tiết làm kín kém , các chi tiết không ñược xiết ñủ chặt, ñiều chỉnh không ñúng các cơ cấu và hệ thống, cân bằng không ñủ cho ñộng cơ, làm sạch kém các bộ phận lọc dầu, rò rỉ ở hệ thống làm mát Khả năng làm việc của ñộng cơ ñược ñánh giá cơ bản bằng các chỉ tiêu công suất

và tính tiết kiệm nhiên liệu (chi phí nhiên liệu riêng) cũng như chất lượng khởi ñộng, mức ồn và gõ Những sai lệch chủ yếu ảnh hưởng ñến khả năng làm việc của ñộng cơ là: hao mòn các chi tiết của nhóm pittông - xilanh, mòn

cổ biên và cổ chính của trục khuỷu, mất ñiều chỉnh trong cơ cấu xupáp và các sai lệch trong hệ thống cung cấp nhiên liệu, hệ thống ñốt cháy ða số các hư hỏng và sai lệch xảy ra ở hệ thống cung cấp nhiên liệu, hệ thống ñốt cháy, cơ cấu biên tay quay và nhóm pittông – xilanh [20,21]

Trên thiết bị nhiên liệu của ñộng cơ diesel, số hư hỏng lớn nhất xuất hiện ở bơm nhiên liệu và vòi phun Lượng cung cấp nhiên liệu trong một chu trình thay ñổi khi mòn cặp pittông - xilanh bơm và mất ñiều chỉnh các phần tử khác của thiết bị nhiên liệu Hao mòn cặp pittông – xilanh bơm dẫn ñến làm muộn thời ñiểm phun và tăng vọt nhiên liệu Do mòn không ñều cặp pittông -

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 5

xilanh bơm làm tăng tính không ñều của lượng cung cấp nhiên liệu trong 1 chu trình theo các nhánh bơm Hao mòn cặp pittông - xilanh bơm cũng kèm theo việc giảm áp suất phun nhiên liệu Hao mòn van áp suất (van triệt hồi) dẫn ñến tăng áp suất dư trong ống nhiên liệu áp suất cao, ñiều ñó làm tăng lượng cung cấp nhiên liệu trong một chu trình và tính không ñều của việc cung cấp theo các xilanh Từ những quan hệ ñó dẫn ñến phá huỷ quá trình cháy trong ñộng cơ và tăng tải trọng lên cơ cấu biên tay quay [1,4,5,15,19] Mất ñiều chỉnh thời ñiểm bắt ñầu phun nhiên liệu ảnh hưởng xấu ñến công suất tính tiết kiệm và ñộ làm việc cứng của ñộng cơ

Sự thay ñổi trạng thái kĩ thuật của hệ thống cung cấp hỗn hợp ñốt ở ñộng cơ chế hoà khí như thay ñổi mức nhiên liệu trong buồng phao, lượng cung cấp xăng từ bơm, áp suất nhiên liệu của bơm và ñộ chân không trong ñường nạp…sẽ làm xấu quá trình cháy và do ñó làm giảm các chỉ tiêu công suất, tính tiết kiệm nhiên liệu và thành phần khí xả Cũng dẫn ñến các kết quả như vậy khi xuất hiện trục trặc ở hệ thống ñiều khiển ñiện tử trên các xe hiện ñại, ñược trang bị ñể ñiều khiển ñộng cơ, thí dụ ñứt hoặc ngắt mạch, hao mòn, bẩn hoặc ăn mòn hoá học…

Số hỏng hóc tương ñối lớn nhất trong quá trình sử dụng ở ñộng cơ chế hoà khí xuất hiện ở hệ thống ñốt cháy Sự thay ñổi giá trị cần thiết của góc ñánh lửa, thời ñiểm ñánh lửa, trạng thái ñiều chỉnh góc ñánh lửa, các thông số của mạch sơ cấp và thứ cấp, khe hở bugi…dẫn ñến làm xấu các chỉ tiêu hoạt ñộng của ñộng cơ

Hao mòn còn tác ñộng lớn hơn nữa ñến các liên kết vòng găng pittông, các gối ñỡ chính và gối ñỡ biên Khi ñó thường gặp hơn cả trong các gối ñỡ là

sự phá huỷ lớp chống ma sát, xước trên bề mặt lốp, ñệm cổ chính, làm nóng chảy hoặc ép vỡ tróc lớp chống ma sát, làm tắc lỗ dẫn dầu

Trong nhĩm pittơng - xilanh các hư hỏng và sai lệch chủ yếu là: tăng khe hở hướng kính giữa xilanh và pittơng, khe hở trong liên kết giữa vịng găng hơi và đầu trên pittơng, khe hở ở trong chốt pittơng, giảm đàn hồi và vỡ gãy vịng găng hơi, vịng găng dầu Khi cĩ sự khơng kín sát trong nhĩm pittơng – xilanh làm tăng lọt khí từ khơng gian bên trong pittơng xuống cácte ðiều đĩ làm xấu chất lượng tạo thành hỗn hợp và đốt cháy nhiên liệu và tiếp theo làm tăng chi phí nhiên liệu riêng, tăng độ khĩi, khí xả, tác động xấu dến thành phần khí xả

Sai lệch chủ yếu của hệ thống bơi trơn là giảm áp suất dầu trong mạch dầu chính do các nguyên nhân sau: mức dầu trong cacte thấp, mịn liên kết trong cơ cấu biên tay quay, giảm lượng cung cấp của bơm dầu, mất điều chỉnh van dịng hoặc van an tồn, độ nhớt dầu thấp…

Sai lệch trong cơ cấu phân phối khí dẫn đến giảm cơng suất động cơ, tăng chi phí nhiên liệu gây ồn gõ, tăng hao tổn dầu nhờn Việc giảm cơng suất xảy ra khi điều chỉnh khơng đúng cơ cấu, cháy hoặc biến dạng xupáp, mịn mặt cam trên trục phân phối, giảm độ đàn hồi của lị xo xupáp Hao tổn dầu tăng là do lọt qua các bộ phận làm kín, thơng hơi cacte kém, mịn vịng găng pittơng, piston và xilanh, mịn bạc hướng dẫn xupáp và làm mất độ kín… Các thơng số chẩn đốn trong đa số các trường hợp được đặc trưng bởi phương pháp chẩn đốn Các phương pháp hiện đại để chẩn đốn động cơ dựa trên việc đo các thơng số chẩn đốn cơ bản sau:

- Các thơng số biên độ - pha của các quá trình làm việc tạo bởi độ nhớt làm việc hoặc khí làm việc, trong hệ thống bơi trơn, hệ thống cung cấp nhiên liệu, hệ thống đốt cháy,hệ thống trao đổi khí của động cơ

- Các thơng số đặc trưng cho trạng thái hoạt của các phần tử trong mạch điều khiển điện tử như điều khiển phun xăng, điều khiển đánh lửa…Trên đa

số các động cơ hiện đại ứng dụng điều khiển điện tử được bố trí chức năng tự

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 7

giám sát và chẩn đốn và lưu trữ các trạng thái hoạt động của mạch điều khiển

- Các thơng số đặc trưng của dao động hoặc ồn tạo bởi tác động qua lại của các cặp liên kết động học Sự phụ thuộc của diễn biến quá trình vào gĩc quay trục khuỷu của động cơ được xác định bởi các kì làm việc và trật tự làm việc của các xilanh Khi chẩn đốn động cơ nhiều xilanh, để cĩ năng suất chẩn đốn lớn nhất người ta sử dụng các xung được tạo ra trong các hệ thống khác nhau nối tiếp nhau trong tất cả các xilanh tương ứng với trật tự làm việc của chúng ðể phân tích hệ thống nhiên liệu trong động cơ diesel cĩ thể sử dụng các xung áp suất trong nhiên liệu được tạo ra ở các nhánh bơm nhiên liệu ðể phân tích hệ thống đốt cháy người ta cĩ thể sử dụng các xung điện áp của các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp ðể phân tích độ kín của nhĩm piston xilanh cĩ thể sử dụng xung áp suất khí tạo ra trong các te; để phân tích trạng thái của cơ cấu phân phối khí cĩ thể sử dụng xung áp suất khí tạo ra trong đường nạp và đường xả ðể phân tích quá trình nén trong xilanh cĩ thể sử dụng xung dịng điện và điện áp máy đề trong chế độ quay khơng động cơ [1]

Sự hỏng hĩc trong các bộ phận của động cơ liên quan đến hao mịn tự nhiên của các đơn vị lắp ghép và liên kết tạo ra lệch pha và biên độ trong quan hệ giữa quá trình làm việc và gĩc quay của trục khuỷu

1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CHẨN ðỐN ðỘNG CƠ ðỐT TRONG

1.2.1 Chẩn đốn cơng suất

Cơng suất là một trong những thơng số chẩn đốn quan trọng bởi vì nĩ phản ánh tình trạng hầu như tồn bộ các cụm hệ thống chính của động cơ như: nhĩm piston, các chi tiết truyền động của động cơ, hệ cung cấp nhiên liệu, hệ cung cấp khơng khí cho động cơ [13]

ðể đo được cơng suất, đã cĩ rất nhiều phương pháp như: đo 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 ựược cho là tốn kém và yêu cầu phải có các trang thiết bị phức tạp và nhà xưởng Do vậy, việc chẩn ựoán công suất theo phương pháp này chỉ thực hiện khi máy móc phải ựược ựưa ựến xưởng chẩn ựoán

Hiện nay, hai phương pháp chẩn ựoán công suất bằng cách ngắt sự làm việc của các xi lanh và bằng gia tốc ựang nhận ựược nhiều sự quan tâm hơn Bởi vì ưu ựiểm của hai phương án này là: chi phắ thấp, cho kết quả nhanh, trang thiết bị gọn nhẹ và có tắnh cơ ựộng cao [11,13,15]

- Theo phương pháp ngắt sự làm việc của ựộng cơ:

đã có một số nhà khoa học [13] tiến hành ựo công suất từng xilanh bằng cách ngắt các xilanh khác chỉ ựể một xilanh làm việc Việc xác ựịnh công suất của từng xilanh sẽ cho chúng ta biết sự hư hỏng của các cụm chi tiết hay hệ thống thuộc xilanh nào?

Bản chất của chẩn ựoán công suất bằng phương pháp ngắt xilanh là: trong giới hạn thay dổi công suất của xilanh có thể phát hiện ựược trong sử dụng do nguyên nhân hư hỏng hoặc sai lệch ựiều chỉnh thì sự phụ thuộc của

áp suất chỉ thị trung bình (pi = f(n)) và áp suất có ắch trung bình (pe = f(n)) vào vòng quay trục khuỷu ựộng cơ ở nhánh ựiều chỉnh của ựường ựặc tắnh có thể coi là cách quãng ựều nhau [13]

Bằng thực nghiệm, các tác giả này ựã xây dựng ựược các ựường ựặc tinh pi = f(n); pe = f(n) cho các trường hợp: lượng cung cấp nhiên liệu lớn nhất; ựiều chỉnh ựúng cả ựộng cơ; giảm áp suất nén của xilanh; góc phun sớm nhỏ; lượng cung cấp nhiên liệu nhỏ nhất Trên cơ sở ựó, họ ựã ựưa ra một số phương án chẩn ựoán trạng thái ựộng cơ từ các ựường ựặc tắnh này

Cũng là phương pháp Ộngắt xilanhỢ ựể chẩn ựoán công suất, nhưng các tác giả khác [12] ựã thực hiện việc ngắt lần lượt từng xilanh và láy nó làm tải trọng cho các xilanh còn lại Việc tạo lập các dấu hiệu chẩn ựoán ựược thực

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 9

hiện theo phương pháp cĩ mơ hình trợ giúp Phần mềm chuyên dụng để nghiên cứu động cơ do hãng AVL của Cộng hịa Áo sáng chế - BOOTS cho phép chúng ta mơ phỏng các quá trình hoạt động của động cơ với độ chính xác và tin cậy cao Phần mềm này cho phép xây dựng được các mơ hinh động

cơ nhờ sự khai báo các thơng số đầu vào và đầu ra của động cơ [12] Các tác giả này đã xây dựng được mơ hình của một động cơ cụ thể và thực hiện các phương án thí nghiệm trên cả động cơ thực và động cơ mơ hình đĩ Nhờ phương pháp mơ hình trợ giúp (phương pháp đánh giá tham số và phương pháp so sánh đồng đẳng) các tác giả đã xây dựng được các mối quan hệ giữa đường đặc tính momen với tình trạng kỹ thuật của động cơ

- Theo phương pháp gia tốc:

Theo phương pháp này, tải trọng được tạo ra do sự tăng tốc đột ngột của động cơ Quá trình “chuyển tiếp” từ tốc độ thấp ổn định lên tốc độ cao ổn định là giai đoạn làm việc của động cơ được sử dụng để nghiên cứu, phân tích, đánh giá nhằm tạo lập các dấu hiệu để chẩn đốn động cơ Giai đoạn

“chuyển tiếp” là giai đoạn chứa tương đối nhiều thơng tin về sự biến đổi cơng suất, hơn nữa đây là một giai đoạn diễn ra trong một thời gian rất ngắn (khoảng 2 giây) [14,16]

Chẩn đốn động cơ dựa trên sự phân tích quá trình chuyển tiếp trong động cơ khi tăng tốc tự do đã được đề cập và giải quyết [14] Nhằm tạo cơ sở

để xây dựng các dấu hiệu chẩn đốn, người ta đã kết hợp xây dựng và tạo lập các phương án thí nghiệm trên cả mơ hình lý thuyết lẫn thực tế để phân tích, đánh giá các thơng số trong quá trình chuyển tiếp của động cơ [14] Mơ hình

lý thuyết và động cơ thí nghiệm là động cơ D12A

Cũng theo phương pháp này, một tác giả khác [24] đã xây dựng mơ hình động lực học của hệ thống động cơ Turbin lùa khí kết hợp với thí nghiệm kiểm tra trên động cơ ơ tơ cụ thể để chẩn đốn cơng suất Trên cơ sở

phân tích kết quả nghiên cứu trong các cơng trình khoa học trước đây, tác giả

đã lựa chọn một số tín hiệu chẩn đốn thích hợp, phản ứng đã nhạy với hầu hết các khuyết tật điển hình cĩ thể xuất hiện khi động cơ làm việc Sự thay đổi của các tín hiệu chẩn đốn này phản ánh khá tin cậy về tình trạng kỹ thuật hiện tại của động cơ Các tín hiệu đĩ là:

+ Tần số quay (n) và gia tốc gĩc (ε) của trục khuỷu

+ Nhiệt độ tổng cộng trước turbin

+ Tần số quay của turbin lùa khí

cả những yếu tố đĩ sẽ mơ tả một cách trực tiếp và đầy đủ tình trạng kỹ thuật của một động cơ [1,4,7,11,12,20,21]

Ngày nay, việc phân tích các thành phần khí xả để chẩn đốn động cơ

là một trong những phương pháp được nhiều nhà khoa học quan tâm và họ cho rằng đây là một trong những hướng nghiên cứu hiện đại Sở dĩ như vậy là

do phương pháp này cĩ rất nhiều ưu điểm mà các phương pháp khác khơng

cĩ được: bố trí thí nghiệm đơn giản, chi phí thấp, kết quả thí nghiệm thu được rất nhanh chĩng và đặc biệt tính chất của dịng khí thải chứa rất nhiều thơng tin về tình trạng kỹ thuật của động cơ

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 11

Tuy nhiên trong phương pháp phân tích khí thải để chẩn đốn động cơ lại cịn cĩ rất nhiều hướng nghiên cứu khác nhau nhằm chẩn đốn các loại động cơ khác nhau hoặc nhằm nâng cao tính chính xác của mức độ phản ánh thơng tin tình trạng kỹ thuật của động cơ từ dịng khí thải hoặc cũng cĩ thể là

để đơn giản hĩa, giảm thiểu chi phí về thời gian cũng như tiền của để phát hiện một cách nhanh nhất, chính xác nhất những hư hỏng từ động cơ Theo các hướng đĩ, một số cơng trình của các tác giả trong nước cũng như trên thế giới đã đề cập và giải quyết ở các mức độ khác nhau

- Chẩn đốn động cơ xăng nhờ phân tích thành phần khí thải

Trong [9] đã đề cập đến việc nghiên cứu và phân tích các thành phần khí thải để phản ánh các tình trạng kỹ thuật của động cơ Trong khi nghiên cứu, tác giả đã xây dựng được một số phương án thí nghiệm để mơ tả các lỗi của động cơ nhằm mục đích xây dựng các dấu hiệu chẩn đốn Các phương

án đĩ cĩ thể nêu tên như: phương án làm thay đổi mức độ bao kín của buồng đốt (bằng cách xẻ rãnh trên thân bugi, tiến hành thay thế ba lần mỗi lần 4 bugi

để xử lý giống nhau để tạo sự “ lọt hơi” đồng đều cho các xilanh); phương án thay đổi thời điểm đánh lửa; phương án tăng sức cản đường nạp (bằng cách bịt đường nạp theo các mức độ khác nhau) Các phương án được thực hiện ở chế độ khơng tải của động cơ Kết quả, tác giả đã xây dựng được một số mối quan hệ giữa các thành phần khí thải và tình trạng hoạt động của động cơ để

cĩ những kết luận bước đầu vê tình trạng kỹ thuật của động cơ

Cũng phân tích các thành phần khí thải của động cơ, cũng các phương

án tương tự như trên, nhưng một tác giả khác lại tiến hành đo và phân tích khí xả động cơ trong quá trình “chuyển tiếp” Trong các thí nghiệm tác giả đã tạo ra sự thay đổi đột ngột từ các tốc độ quay thấp lên tốc độ quay cao hơn

Cụ thể: 1250v/p – 1500v/p; 1000v/p – 15000v/p; 750v/p – 1500v/p; 1330v/p – 2500v/p và 750v/p – 2500v/p Sự thay đổi đột ngột đĩ đã tạo ra các mức tải

trọng tương ứng Trên cơ sở đĩ, tác giả đã xây dựng được mối liên hệ giữa tải trọng đặt vào động cơ đến các thành phần khí xả và chứng minh được rằng: khí xả động cơ phụ thuộc rất lớn vào các chế độ tải trọng; khí xả trong quá trình chuyển tiếp chứa nhiều thơng tin chẩn đốn hơn chế độ khơng tải và thơng tin chẩn đốn trong dịng khí thải ở quá trình “ chuyển tiếp” sẽ phản ánh rõ nét hơn về tình trạng kỹ thuật của động cơ

- Chẩn đốn động cơ Diesel theo nhiệt độ khí thải

Nghiên cứu chẩn đốn động cơ theo nhiệt độ khí thải được giới thiệu trong [21] Tác giả đã phân tích tương đối đầy đủ các mối quan hệ tác động qua lại tính chất dịng khí thải, năng lượng dịng khí thải với các quá trình biến đổi năng lượng trong động cơ, quá trình tạo hỗn hợp đốt, quá trình phun

và quá trình cháy trong động cơ Diesel Xa hơn nữa, tác giả đã phân tích nguyên nhân tác động xấu đến quá trình biến đổi năng lượng đĩ là các trạng thái sai lệch trong hệ thống kết cấu do quá trình sử dụng như: hao mịn piston-xilanh, các bộ phận làm kín trong buồng đĩt, tăng khe hở của các cặp lắp ghép… và sai lệch trong hệ thống điều khiển như: hệ thống bơm và phun nhiên liệu về thời điểm, lượng và chất lượng phun…

Thơng tin về trạng thái kỹ thuật như vậy của động cơ được hàm chứa rất nhiều trong tính chất dịng khí thải đặc biệt là nhiệt độ khí thải và dịng khí thải [21]

- Chẩn đốn động cơ Diesel nhờ phân tích khĩi xả động cơ

Trong chẩn đốn động cơ xăng nhờ phân tích khí thải, các thành phần khí thải được quan tâm và chứa các thơng tin chẩn đốn chính đĩ là CO, CO2,

HC, NOx Các phương án thí nghiệm với sự trợ giúp của các thiết bị đo và phân tích các thành phần khí thải chuyên dụng Tuy nhiên đối với động cơ Diesel, thành phần khí thải quan trọng – chứa nhiều thơng tin chẩn đốn đĩ là khĩi xả Mức độ khĩi của thành phần khí xả cĩ thể sử dụng làm một thơng số

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 13

chẩn đốn quan trọng khi chẩn đốn động cơ Diesel Phân tích khĩi xả cho khả năng chẩn đốn động cơ theo phương pháp định tính (theo màu sắc của khĩi) với sự trợ giúp của các chuyên gia hoặc chẩn đốn động cơ theo phương pháp định lượng nhờ sự trợ giúp của các máy đo chuyên dùng

Theo phương pháp định tính, khĩi xả được phân tích dựa vào màu sắc của khĩi nhìn thấy được từ khí thải động cơ Sự chính xác trong chẩn đốn phụ thuộc rất nhiều vào “cảm quan” của chuyên gia ðể sử dụng phương pháp này, chúng ta cần cĩ một đội ngũ chuyên gia nhiều kinh nghiệm và hệ thống các dấu hiệu chẩn đốn đều dựa trên các kết quả thực nghiệm ở nhiều động cơ khác nhau và ở các tình trạng kỹ thuật khác nhau Và theo đĩ, dĩ nhiên là kết quả chẩn đốn đưa ra cũng mang tính chất “phỏng đốn định tính” các “hư hỏng cĩ thể” của động cơ [2]

Theo phương pháp định lượng, khĩi xả được đo đạc và phân tích bằng thiết bị đo khĩi xả chuyên dùng Theo đĩ các giá trị của khĩi xả được ghi lại theo thời gian hoặc bằng các mối quan hệ giữa nĩ với gia tốc, tải trọng hay số vịng quay trục khuỷu [11]

- Chẩn đốn hệ thống nhiên liệu nhờ cảm biến Lambdar

Trên các xe hiện đại ngày nay, do yêu cầu bức thiết của việc cảnh báo lỗi ngay trên xe nhờ việc theo dõi liên tục các quá trình hoạt động của các hệ thống, các cảm biến đã được sử dụng và bố trí tại các vị trí để theo dõi liên tục các quá trình đĩ Do vậy, việc chẩn đốn các hệ thống, ta cĩ thể sử dụng tín hiệu trích ngay từ đường tín hiệu về ECU của các cảm biến chức năng làm thơng tin chẩn đốn

ðể nhận biết thơng tin về trạng thái kỹ thuật của hệ thống phun nhiên liệu, tác giả cơng trình [22] đã sử dụng tìn hiệu của cảm biến Lambdar Cảm biến Lambdar trên các loại xe hiện đại ngày nay được bố trí ngay tại cửa xả của động cơ để theo dõi quá trình biến đổi của hệ số dư khơng khí Từ hệ số

dư khơng khí lấy được từ cảm biến, cĩ thể phân tích chẩn đốn sự cháy trong động cơ, sự hao hụt nhiên liệu trong quá trình cháy Từ đĩ ta cĩ thể đưa ra các nhận định sơ bộ ban đầu về tình trạng kỹ thuật của động cơ như: hệ thống phun, hệ thống nạp khí, độ bao kín của buồng cháy, gĩc phun sớm (hoặc đốt sớm),…[22]

1.2.3 Chẩn đốn hao mịn nhờ phân tích dầu bơi trơn động cơ

Tính dị thường của một quá trình hoặc một trạng thái cấu trúc cĩ thể biểu diễn bởi thành phần hoặc tính chất của mơi chất Trên cơ sở đĩ cĩ thể xây dựng các dấu hiệu chẩn đốn nhờ các phép đo thích hợp và xây dựng các dấu hiệu nhận dạng trạng thái chẩn đốn phù hợp Dầu bơi trơn động cơ là một mơi chất hoạt động chứa rất nhiều thơng tin về hao mịn các bề mặt ma sát trong động cơ cũng như trạng thái hoạt động của động cơ [1]

Phân tích dầu bơi 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 mịn 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 mịn ổ trượt, mạt sắt xuất hiện từ mặt răng, vịng găng hoặc ổ lăn, mạt gang từ mài mịn mặt gương xilanh, mạt kim loại nhẹ từ piston…

Trong [23] giới thiệu một số kết quả nghiên cứu phân tích dần bơi trơn

để đánh giá trạng thái kỹ thuật động cơ Diesel ðộng cơ Diesel được đánh giá

sơ bộ trên cơ sở phân tích chất lỏng lạ trong dầu bơi trơn.Việc phân tích hạt mài được thực hiện bằng thiết bị gọn nhẹ, thuận tiện cho cơng việc chẩn đốn giã ngoại

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sỹ kỹ thuậtẦẦẦ ẦẦẦ 15

Từ kết quả phân tắch hạt mài ựộng cơ nghiên cứu ựược ựánh giá theo các mức ựộ: hoạt ựộng an toàn, hoạt ựộng an toàn giới hạn hoặc hoạt ựộng với xác suất hư hỏng cao [23]

1.2.4 Chẩn ựoán trực tuyến (OBD Ờ Onboard Diagnostic)

Ảnh hưởng quyết ựịnh ựến sự phát triển kỹ thuật của các hệ thống OBD xuất phát từ California để giảm ô nhiễm môi trường không khắ từ các phương tiện giao thông, tại California ựã triển khai 1988 qui ựịnh về hệ thống chẩn ựoán trực tuyến trong tất cả các xe ô tô chạy xăng bên cạnh ựể tự giám sát phát thải cùng với việc thắt chặt qui ựịnh 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 ựịnh vị kết nối trực tiếp với hệ thống ựiều khiển ựiện tử trên ựộng cơ để lái xe có thể nhận biết các lỗi hoạt ựộng trong mạch ựiều khiển phát thải ựược kiểm tra trong OBD, người ta qui ựịnh lắp ựặt một ựèn báo lỗi trên xe đèn báo lỗi này ựảm nhận việc ựọc các thông tin ựã lưu giữ qua mã lỗi Từ năm

1994 bắt ựầu giai ựoạn chuyển tiếp 2 năm, tiếp theo là qui ựịnh về OBD II đồng thời khi ựó luật khắ thải với hệ thống OBD có hiệu lực trên toàn nước

Mỹ cùng với việc thắt chặt hơn nữa các giá trị giới hạn phát thải, việc giám sát các bộ phận ựơn giản từ lúc này tại Mỹ qui ựịnh giám sát tất cả hệ thống liên quan ựến khoảng giá trị phát thải cho phép Mã ựọc lỗi ựược thay thế bởi một hệ thống truyền dữ liệu tiêu chuẩn qua một cổng chuẩn hóa trên xe ô tô Qua cổng chuẩn hóa này có thể ựọc ựược các số liệu hoạt ựộng của ựộng cơ

ựã ựược lưu giữ bổ sung khi xuất hiện một sai lệch hoặc hư hỏng nào ựó bên cạnh khả năng ựọc mã lỗi

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

có ựộng cơ ựánh lửa cưỡng bức (EOBD) Nội dung của ựạo luật này cơ bản giống với các qui ựịnh tại Mỹ Hệ thống chẩn ựoán 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 ơ tơ trong điều kiện hoạt động tiêu chuẩn là 5 năm hoặc theo quãng đườn chạy là 80.000 km Từ các mẫu xe năm 2003 yêu cầu

cả với xe mới cĩ động cơ tự bốc cháy và từ năm 2005 với các xe tải phải trang bị đơn nguyên chẩn đốn tương ứng [23]

Cả OBD và EOBD đều cĩ các yêu cầu cơ bản sau:

- Giám sát thường xuyên tất cả các bộ phận liên quan đến việc

giữ phát thải trong khoảng cho phép

- Nhận biết ngay lập tức sự tăng phát thải

- Giữ lâu dài lượng phát thải thấp

- Bảo vệ các bộ phận cĩ nguy cơ hư hỏng (thí dụ Katalysator)

- Lưu giữ thơng tin về sự xuất hiện hư hỏng

- Truyền thơng tin đã lưu giữ đến hệ thống chẩn đốn tại xưởng

hoặc trạm bảo dưỡng

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 (1,75 khi chẩn đốn Katalysator) so với giá trị phát thải giới hạn theo luật Tại châu Âu việc thực hiện các giá trị giới hạn khơng phụ thuộc lẫn nhau Mục đích của hệ thống OBD và do đĩ 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 cĩ lỗi ðể đảm bảo giữ các giá trị giới hạn phát thải và tránh phát tín hiệu báo động đồng thời thì khoảng cách giữa giá trị giới hạn OBD và giá trị giới hạn phát thải mang ý nghĩa quyết định Mục đích ở đây là khơng cĩ một xe nào cĩ giá trị phát thải

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 17

nhỏ hơn giới hạn và lớn hơn giới hạn OBD ñược thông báo là có hư hỏng xuất hiện

Bảng 1.1 Các thông số do OBD II và EOBD giám sát

ðộng cơ ñánh lửa cưỡng bức ðộng cơ tự bốc cháy

- Hoạt ñộng của Katalysator

- Hệ thống hồi lưu khí thải

- Thông hơi thùng xăng

- Thông hơi cácte

- Van ổn nhiệt nước làm mát

- Hồi lưu khí thải

- ðiều khiển tự ñộng áp suất khí nạp

xây dựng các trạm bảo dưỡng, chẩn đốn khu vực cĩ bổ sung các phương tiện chẩn đốn từ xa Tuy nhiên, ở nước ta, các loại xe chuyên dụng và máy kéo đang được sử nhụng mà chưa được trang bị các hệ thống điều khiển điện tử nên cần thiết được chẩn đốn ngay tại địa bàn hoạt đọng Do đĩ, cần phải xây dựng một hệ thống chẩn đốn dã ngoại gọn nhẹ, hiệu quả và chi phí thấp Các thơng số đo và thiết bị đo tương ứng cũng cần phải dễ đo, đủ gọn nhẹ để cĩ thể mang theo, cho kết quả nhanh và đủ chính xác Từ việc phân tích tổng quan cĩ thể kết luận, mức khĩi trong khí thải là một thơng số chẩn đốn tin cậy cùng với thiết bị đo mức độ khĩi cĩ thể đáp ứng các yêu cầu của cơng việc chẩn đốn dã ngoại động cơ Diesel ðây cũng chính là lý do chủ yếu để xây dựng đề tài: ”Nghiên cứu phân tích khĩi xả để xây dựng dấu hiệu chẩn đốn động cơ Diesel”

1.3 MỤC ðÍCH VÀ NHIỆM VỤ CỦA ðỀ TÀI

1.3.1 Mục đích:

Xây dựng một số cơ sở khoa học cho kỹ thuật chẩn đốn dã ngoại động

cơ Diesel dùng trong Nơng – Lâm nghiệp, xây dựng, cầu đường… từ việc phân tích khĩi trong khí thải

- Lựa chọn nguyên lý và thiết kế thiết bị đo khĩi

- Xây dựng hệ thống đo các thơng số chẩn đốn

- Nghiên cứu thực nghiệm phân tích các dấu hiệu chẩn đốn từ khĩi và các thơng số động lực học của động cơ

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 19

CHƯƠNG II

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 QUÁ TRÌNH BIẾN ðỔI NĂNG LƯỢNG TRONG ðỘNG CƠ DIESEL

Hoạt động biến đổi năng lượng của động cơ cho phép đánh giá các quá trình bên trong động cơ, khi đĩ cân bằng nhiệt đặc trưng cho chất lượng năng lượng của động cơ [21]

Việc xác định bằng thực nghiệm hoạt động biến đổi năng lượng dựa trên việc xác định quá trình biến đổi áp suất trong xilanh cần cĩ hệ thống đo

kỹ thuật cao và đắt tiền Việc xác định các thơng số cần thiết cho cân bằng nhiệt như các thơng số nhiệt, lưu khối khí mới nạp, dịng khí thải và mỗi chất hoạt động yêu cầu một số lượng lớn các điểm đo

Các phương pháp này cĩ thể sử dụng để chẩn đốn quá trình chuyển đổi năng lượng trong động cơ một cách liên tục hay gián đoạn Mục đích của chẩn đốn khi đánh giá liên tục cĩ thể nhìn nhận là để xác định các nhiễu xuất hiện trong quá trình một cách nhanh chĩng nhất

2.1.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến đổi năng lượng trong động cơ diesel

Biến đổi năng lượng trong động cơ diesel là một quá trình phức tạp, tích hợp các quá trình hố học và nhiệt động lực học Cùng với những thay đổi trạng thái nhiệt động trong vùng áp suất và nhiệt độ rộng bên trong xilanh

do chuyển động của piston xuất hiện các quá trình trao đổi nhiệt qua thành buồng đốt và các quá trình làm thay đổi thành phần hố học trong xilanh do trao đổi khí, phun nhiên liệu và đốt cháy hỗn hợp Do nguyên lý làm việc của động cơ diesel nên các quá trình này đều cĩ tính chất khơng dừng, cĩ chu kỳ

và ngẫu nhiên từng phần [21]

Trên hình 2.1 giới thiệu quá trình biến đổi năng lượng trong động cơ ở dạng phức hợp, kết nối song song và nối tiếp các quá trình thành phần Các

quá trình này chịu ảnh hưởng bởi rất nhiều các yếu tố riêng rẽ ñược hệ thống hoá theo cấu trúc, năng lượng vật liệu và nhiệt cũng như trạng thái kỹ thuật của ñộng cơ Các ñiều kiện biên bên ngoài ñối với quá trình biến ñổi năng lượng ñược cho trước theo một ñộng cơ diesel 4 kỳ tăng áp phun trực tiếp có công suất khoảng 100kW

Mục ñích của quá trình cháy là chuẩn bị sẵn công suất hữu ích yêu cầu với chi phí nhiên liệu nhỏ nhất có thể và phát thải tối thiểu Do có tính nghịch biến giữa hai mục ñích nên cần có một thương lượng giữa tính chất kinh tế và tính chất thân thiện môi trường của ñộng cơ Ngoài ra người ta còn cố gắng ñể làm tối thiểu tải trọng cơ học và tải trọng nhiệt lên các chi tiết và giảm phát thải ồn của ñộng cơ ðể thực hiện các yêu cầu trên yêu cầu quá trình cháy ñược thực hiện với quá trình cháy nốt ngắn, cường ñộ cao, thời gian cháy ngắn mà quá trình bắt ñầu cháy mềm mại

Các thông số vật liệu

QUÁ TRÌNH CHÁY

TẠO THÀNH HỖN HỢP

Các thông số năng lượng

Các thông số cấu trúc

Kết cấu ñộng cơ tạo nên ảnh hưởng tổng thể ñến việc tạo thành hỗn hợp và quá trình biến ñổi năng lượng Các thông số ảnh hưởng kết cấu ñược hiểu ở ñây là các thông số xác ñịnh cấu trúc buồng ñốt, quá trình phun nhiên liệu cũng như lượng khí nạp và chuyển ñộng của mồi mới nạp trong buồng ñốt

Tăng áp suất quá trình cháy có thể làm tăng ñáng 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 ñổi năng lượng nhờ tăng áp suất và nhiệt ñộ cuối kỳ nén ðồng thời cũng cần tối ưu hoá áp suất nạp và quá trình trao ñổi khí Tăng không có giới hạn áp suất cực ñại trong quá trình cháy là không có ý nghĩa bởi vì khả năng tiết kiệm nhiên liệu nhờ tăng áp suất cực ñại là rất nhỏ (tăng áp suất cực ñại từ 12 lên 13 Mpa tiết kiệm nhiên liệu 3.0g/KWh và từ 17 lên 18 Mpa tiết kiệm ñược khoảng 2.0 g/KWh), ñồng thời làm tăng hao tổn nhiệt trong buồng ñốt và phát thải NOx một cách ñáng kể

Do tải trọng cao của cơ cấu biên tay quay làm tăng hao tổn cơ học và các chi tiết cần ñược thiết kế ổn ñịnh ñảm bảo an toàn hoạt ñộng

Quá trình biến ñổi năng lượng cũng có thể ñược ñiều khiển nhờ quá trình phun nhiên liệu tương ứng với các yêu cầu nêu trên

Nhờ thay ñổi cấu trúc tại hệ thống phun thí dụ dạng cam, hành trình bơm cao áp, ñường kính xilanh bơm và hình dạng lỗ phun có thể làm tăng áp suất phun và giảm thời gian phun Nhờ phân bố nhiên liệu tốt hơn trong buồng ñốt có thể giảm thời gian cháy Việc giảm tối thiểu chi phí nhiên liệu cũng có thể ñược thực hiện nhờ tối ưu hoá áp suất phun phụ thuộc tải trọng Tiếp tục tăng áp suất phun không làm giảm nhiều lượng phát thải NOx mà tiếp tục giảm lượng phát thải hạt rắn, tuy nhiên làm tăng chi phí nhiên liệu và

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 23

tăng tốc ñộ biến thiên áp suất trong xilanh Phát thải của quá trình cháy có thể giảm ñược nhờ thay ñổi thời ñiểm cung cấp nhiên liệu phụ thuộc tải trọng tuy nhiên lại làm tăng chi phí nhiên liệu

Phương pháp phun nhiên liệu cũng ảnh hưởng mạnh ñến quá trình cháy Khi phun trực tiếp sẽ xuất hiện nguy cơ tạo ra áp suất và nhiệt ñộ cực ñại trong xilanh cao do tốc ñộ phản ứng khi bắt ñầu cháy tăng cao và nguy cơ tăng cao lượng NOx Trong khi ñó tại các ñộng cơ có buồng xoay hoặc buồng trước, quá trình cháy xảy ra ñiều hoà hơn nên tải trọng tác ñộng lên các chi tiết, tiếng ồn cũng như phát thải ñộc hại hợp lý hơn Nhược ñiểm của những ñộng cơ này là chi phí nhiên liệu cao hơn do thời gian cháy dài hơn và hao tổn nhiệt trong buồng ñốt lớn hơn nhiều so với ñộng cơ phun trực tiếp Cũng có ý nghĩa quyết ñịnh ñối với quá trình cháy là lượng và trạng thái khí mới nạp vào buồng ñốt Việc chuẩn bị sẵn một lượng không khí cần thiết ở vùng nhiệt ñộ và áp suất theo yêu cầu ñược thực hiện trên các ñộng cơ hiện ñại 4 kỳ diesel có tốc ñộ quay trung bình nhờ tăng áp bằng turbin khí thải và làm mát khí nạp Tăng lượng khí nạp so với ñộng cơ không tăng áp

ñã làm tăng tốc ñộ cháy và làm ngắn quá trình cháy Do công suất chi phí cho quá trình trao ñổi khí và nén khí trên các ñộng cơ tăng áp tăng lên nên cần có quan ñiểm thương lượng giữa việc tối ưu hoá nhiệt ñộng lực học với tính kinh tế chung của ñộng cơ

ðể cải thiện tính chất hoạt ñộng với tải trọng từng phần và tải trọng biến ñổi của ñộng cơ tăng áp bằng turbin khí thải ñã có rất nhiều công trình nghiên cứu như cánh dẫn ñiều khiển ñược trên turbin và máy nén khí, ñiều khiển rãnh vòng hoặc thiết kế turbin thay ñổi hình dạng…

Hình 2.2 Các thông số của quá trình cháy

: Nhiệt lượng truyền qua vách ñộng cơ αZV: Thời gian hãm cháy

Pα: Quá trình áp suất trong xilanh QB: Tích phân của dQB/dα

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 25

αVE: Thời ñiểm kết thúc quá trình cháy

Các thông số năng lượng

Các thông số năng lượng là các yếu tố liên quan ñến ñiểm làm việc của ñộng cơ, ñặc trưng bởi tần số quay và momen quay, thí dụ, nhiệt ñộ và áp suất khí nạp, hao tổn nhiệt, hao tổn trao ñổi khí, dòng năng lượng khí thải… Phụ thuộc vào ñiểm làm việc tức thời mà lượng phun trong ñộng cơ diesel ñược thay ñổi, thời ñiểm bắt ñầu cung cấp và thời ñiểm phun cũng ñược thay ñổi từng phần Từ ñó có thể làm giảm cả chất lượng phân bố nhiên liệu trong buồng ñốt ðồng thời ñối với ñộng cơ tăng áp bằng turbin khí thải

sẽ làm giảm áp suất nạp khi giảm tải, do ñó làm giảm lượng khí nạp và giá trị

áp suất nhiệt ñộ khí tại cuối kỳ nén Kết quả dẫn ñến làm tăng thời gian hãm cháy, làm muộn thời ñiểm bắt ñầu bốc cháy khi giảm tải của ñộng cơ Luợng hỗn hợp có khả năng bốc cháy ñược tạo thành lớn hơn sẽ làm tăng tốc ñộ phản ứng trực tiếp sau khi bắt ñầu bốc cháy, do ñó giá trị cực ñại của quá trình cháy sẽ dịch chuyển theo hướng thay ñổi của thời ñiểm bắt ñầu bốc cháy và ảnh hưởng trực tiếp ñến hao tổn nhiệt trong buồng ñốt, hao tổn cơ học và dòng khí thải

Các thông số nêu trên như thời gian hãm cháy, giá trị cực ñại của quá trình cháy ñược mô tả trên hình 2.2

Các thông số vật liệu

Chất lượng nhiên liệu ñược xác ñịnh tương ứng với tiêu chuẩn quốc gia hoặc quốc tế Trong ñó cho biết các yếu tố như nhiệt trị, ñộ nhớt, tính bốc cháy, hàm lượng S và tính chất hoá cốc, xác ñịnh quá trình tạo thành hỗn hợp ñốt và quá trình cháy theo các tiêu chí: thời gian hãm cháy, tốc ñộ cháy, phát thải ñộc hại, chi phí nhiên liệu và chi phí không khí cũng như tiềm năng năng lượng

Khi sử dụng dầu nặng thay thế nhiên liệu diesel cần ñặc biệt chú ý ñến các ảnh hưởng của ñộ nhớt cao ñến khả năng phát tán nhiên liệu trong buồng ñốt, ñến tải trọng của bơm nhiên liệu và khả năng hoá cốc cao cũng như khả năng bốc cháy và ñến nhiệt trị thấp của nhiên liệu này ðồng thời cũng cần quan tâm ñến các thành phần không mong muốn của dầu nặng như vanadium, lưu huỳnh triôxit làm tăng khả năng tạo muội trong buồng ñốt Ngoài ra ảnh hưởng của chất lượng nhiên liệu ñến quá trình cháy và lượng phát thải ñộc hại cũng tương tự như ảnh hưởng của dầu bôi trơn có trong buồng ñốt Có thể kể ñến như khả năng tạo phát thải hạt rắn như các sản phẩm hoá già, cặn bẩn sau quá trình cháy, mạt kim loại hoặc là các thành phần hỗn hợp cần thiết của dầu bôi trơn…

Các thông số nhiệt

Ảnh hưởng nhiệt của quá trình biến ñổi năng lượng là các ảnh hưởng của dòng nhiệt vận chuyển bởi nước làm mát và dầu bôi trơn và cũng như các tác ñộng làm mát của khí nạp, của nhiên liệu phun vào buồng ñốt Nhờ làm mát các chi tiết cấu thành buồng ñốt mà một phần nhiệt lượng tạo ra trong quá trình cháy ñược dẫn ñi không ñược biến thành năng lượng cơ học Mặt khác do yêu cầu về an toàn hoạt ñộng mà yêu cầu quá trình làm mát bằng nước và một phần bằng dầu bôi trơn Nhờ sự tương thích chính xác của

hệ thống làm mát mà lượng nhiệt dẫn ñi ñược giảm ñến một giá trị cần thiết nào ñó Theo một số tác giả việc ñiều khiển nhiệt ñộ nước làm mát và nhiệt

ñộ khí nạp theo tải trọng tức thời, hàm lượng lưu huỳnh hoặc tính chất bốc cháy của nhiên liệu sử dụng có ý nghĩa quan trọng ñối với quá trình cháy và

do ñó ñối với tính kinh tế cũng như tính thân thiện môi trường của ñộng cơ

Trạng thái kỹ thuật

Trạng thái kỹ thuật của một ñộng cơ tác ñộng trực tiếp ñến quá trình tạo hỗn hợp ñốt và ñến quá trình cháy theo các lĩnh vực ảnh hưởng khác nhau

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 27

Trạng thái không kín của buồng ñốt (thí dụ không kín giữa ñế xupáp

và ổ ñặt, vòng găng piston hoặc mặt gương xilanh mòn…) dẫn ñến làm giảm

áp suất nạp, giảm các giá trị áp suất và nhiệt ñộ cuối kỳ nén Kết quả có thể làm tăng thời gian hãm cháy, kéo dài quá trình cháy và giảm áp suất cháy cực ñại Do ñó làm tăng hao tổn nhiệt qua khí thải, tăng chi phí nhiên liệu và tăng phát thải ñộc hại

Sự thay ñổi trong hệ thống phun dẫn ñến làm sai lệch mạnh quá trình biến ñổi năng lượng do tác ñộng trực tiếp vào quá trình tạo thành hỗn hợp ñốt Các trạng thái nhiễu hệ thống nhiên liệu có thể xảy ra là thay ñổi áp suất

mở vòi phun, thay ñổi thời ñiểm thời ñiểm phun, sai lệch lượng phun, sai lệch cấu trúc hình học vòi phun (tắc, cốc hoá, treo kim phun…) tăng hao tổn lọt nhiên liệu, gãy lò xo van, van áp suất không kín và một số hiện tượng khác

Trạng thái nhiễu hệ thống nhiên liệu làm xấu quá trình tạo thành hỗn hợp do phân bố nhiên liệu không tối ưu trong buồng ñốt (sai lệch thời ñiểm phun, lượng phun không tương thích, thời gian phun không ñúng làm xấu quá trình phun tơi, chùm tia phun không ñều…) Tác ñộng của trạng thái kỹ thuật vào quá trình cháy sẽ rất khác nhau Thời gian hãm cháy kéo dài có thể dẫn ñến quá trình cháy có dạng gần với cháy kích nổ mặt khác dẫn ñến khả năng kéo giãn quá trình cháy với giai ñoạn cháy sau dài hơn hoặc thậm chí dẫn ñến không cháy hết Kết quả có thể là làm thay ñổi áp suất cháy cực ñại, nồng ñộ các thành phần khí thải cũng như phát thải hạt rắn, thay ñổi năng lượng dòng khí thải, thay ñổi hao tổn trao ñổi nhiệt trong buồng ñốt và theo quy luật sẽ làm tăng chi phí nhiên liệu Sự thay ñổi chất lượng nhiên liệu hoặc tăng nồng ñộ dầu bôi trơn trong buồng ñót, thí dụ hỏng vòng găng, thay ñổi ñộ nhớt dầu bôi trơn cấp dầu quá nhiều ñể bôi trơn mặt gương xilanh có thể tác ñộng làm xấu quá trình cháy và làm xấu trạng thái phát thải

Một số thí dụ ñã cho thấy trạng thái kỹ thuật tức thời có ảnh hưởng rất mạnh ñén chất lượng quá trình biến ñổi năng lượng của ñộng cơ diesel và do

ñó ảnh hưởng ñến chi phí nhiên liệu và tính thân thiện với môi trường của một ñộng cơ diesel Các yếu tố ñã nêu ảnh hưởng ñến quá trình biến ñổi năng lượng ñã cho thấy tính chất phức hợp của quá trình này và các tác ñộng từng phần của các thông số ñó, do ñó cần phải nghiên cứu thương lượng hợp lý giữa tính kinh tế và tính thân thiện với môi trường của một ñộng cơ

Khi ñánh giá một ñộng cơ theo quan ñiểm thương lượng giữa tính kinh

tế và tính thân thiện với môi trường thì việc ñánh giá quá trình biến ñổi năng lượng có ý nghĩa quan trọng

2.1.2 Các khả năng ñánh giá quá trình biến ñổi năng lượng

Khi phát triển ñộng cơ việc tính toán phác thảo ñầu tiên và ñánh giá quá trình biến ñổi năng lượng thường ñược thực hiện theo con ñường lý thuyết Khi ñó các thông số cấu trúc mong muốn ñược nghiên cứu như là các ñiều kiện khung cùng với các giá trị kinh nghiệm của các công trình nghiên cứu trước ñó Bằng cách ñó có thể xác ñịnh ảnh hưởng của các thông số cấu trúc hoặc các thông số khác ñến quá trình biến ñổi năng lượng mà không cần chi phí thí nghiệm lớn

Các phương pháp ñã biết hiện nay ñược Vibe xây dựng Mô hình này dựa trên các giả thiết một quá trình cháy dạng phản ứng dây chuyền của nhiên liệu phun vào và các thông số trạng thái ñồng ñều trong không gian buồng ñốt trong cùng thời gian

Quá trình biến ñổi năng lượng ñược mô tả theo công thức sau:

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 29

φ – Thời ñiểm cháy tức thời

φv – Thời gian cháy Giá trị 6,908 trong hàm mũ thoả mãn cho các quá trình cháy ñược giả thiết có mức chuyển ñổi năng lượng ≥ 0,999 Số mũ m biểu diễn một yếu tố về dạng quá trình cháy ñặc trưng ñược mô tả trong ðối với ñộng cơ diesel giá trị thông số này thường lấy trong khoảng 0,1 - 1,0 Các giá trị nhỏ ñược dùng cho các quá trình cháy phát triển trực tiếp từ khi bắt ñầu quá trình và do ñó có tốc

ñộ tăng áp suất lớn Các phương pháp lý thuyết khác sử dụng ñịnh luật phun hoặc tính toán trên cơ sở các mô hình chảy rối ña chiều cho quá trình cháy Các mô hình này yêu cầu chi phí tính toán rất lớn và ñòi hỏi có rất nhiều kinh nghiệm Việc ñánh giá quá trình biến ñổi năng lượng trên các ñộng cơ nghiên cứu ñược thực hiện chính xác nhất nhờ phân tích quá trình áp suất ño ñược trong xilanh Trên cơ sở ñồ thị chỉ thị của xilanh và sử dụng các mô hình ñể tính toán biến ñổi năng lượng tức thời phụ thuộc vào góc quay trục khuỷu (hàm cháy), tích phân của nó cũng như quá trình trao ñổi năng lượng giữa thành buồng ñốt và không gian bên trong xilanh và các thông số (hình 2.3) Ngoài quá trình cháy và quá trình áp suất trong xilanh có thể sử dụng các thông số ñánh giá khác, thí dụ hiệu suất chỉ thị, áp suất chỉ thị trung bình

và chi phí nhiên liệu riêng chỉ thị hoặc các thông số hữu ích như hiệu suất hữu ích, chi phí nhiên liệu riêng hữu ích và áp suất hữu ích trung bình

Việc sử dụng các thông số trạng thái của nhiên liệu khí nạp mới và dòng khí thải, như áp suất, nhiệt ñộ và lưu khối cho khả năng tìm cân bằng giữa năng lượng ñưa vào ñộng cơ từ nhiên liệu với phần năng lượng hao tổn

và năng lượng sử dụng cũng như xác ñịnh cân bằng nhiệt và cân bằng công suất

Các kết quả xác ñịnh bằng các mô hình ñã nêu trên cho phép ñánh giá rất có hiệu quả quá trình biến ñổi năng lượng Do chúng yêu cầu chi phí tính

tốn và đo lường quá lớn đặc biệt là việc đo các thơng số chỉ thị yêu cầu các cảm biến áp điện cĩ độ nhạy rất cao nên phương pháp này khơng thích hợp cho việc giám sát hoạt động của động cơ dưới các điều kiện làm việc thực tế tại thời điểm hiện tại Cĩ thể ứng dụng để đo kiểm tra định kỳ trong khuơn khổ cơng tác chẩn đốn định kỳ

Từ các lý do đĩ việc nghiên cứu thực nghiệm dịng khí thải theo ý nghĩa chẩn đốn quá trình biến đổi năng lượng trở nên rất đáng quan tâm ðiều này yêu cầu xác định các thơng số hàm chứa thơng tin (các thơng số chẩn đốn) từ dịng khí thải, thí dụ nhiệt độ khí thải sau xilanh, các thơng số xác định từ nhiệt độ động lực học của dịng khí thải hoặc phát thải NOx, hạt rắn… mặt khác cần xác định các ảnh hưởng đến việc biến đổi năng lượng do thay đổi điểm làm việc và cả ảnh hưởng nhiễu xác định từ trạng thái kỹ thuật của động cơ

Các thơng số chẩn đốn thiết lập từ dịng khí thải được đánh giá so sánh với các kết quả cĩ được trên cơ sở quá trình áp suất trong xilanh về quá trình biến đổi năng lượng

2.1.3 Tác động qua lại giữa quá trình biến đổi năng lượng và năng lượng khí thải

Tính chất hàm chứa thơng tin của dịng khí thải

ðây là kết quả trực tiếp của quá trình biến đổi năng lượng nên dịng khí thải cần được đặc biệt chú ý theo hai khía cạnh tương tác lẫn nhau sau đây:

Năng lượng hàm chứa trong khí thải là một phần của năng lượng đưa vào động cơ mà khơng được biến đổi thành năng lượng cơ học, do đĩ phần năng lượng này đối với động cơ khơng tăng áp sẽ là năng lượng hao tổn trong cân bằng năng lượng của động cơ Ngược lại đối với động cơ tăng áp

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 31

bằng turbin khí thải thì năng lượng hàm chứa trong khí thải lại ñóng vai trò quyết ñịnh cho tính kinh tế của cả ñộng cơ

Khía cạnh thứ 2 là thành phần hoá học của dòng khí thải, từ các thành phần của khí thải có thể thiết lập các thông tin về chất lượng của quá trình cháy ðể xác ñịnh các thành phần khí thải có thể kể ñến hàng loạt các phương pháp, tuỳ theo các ñiều kiện xác ñịnh mà mỗi phương pháp sẽ cho kết quả ñủ chính xác Tuy nhiên tất cả các phương pháp này ñều có chi phí thí nghiệm và thiết bị quá lớn nên ñến thời ñiểm hiện tại vẫn chưa ñược ứng dụng ñể ño liên tục thành phần khí thải trong khuôn khổ một thiết bị giám sát hoạt ñộng của ñộng cơ diesel

Nghiên cứu năng lượng dòng khí thải dựa trên việc xác ñịnh nhiệt ñộ khí thải sau xilanh, cũng như trước và sau turbin tăng áp và một phần xác ñịnh cả áp suất khí thải Nhiệt lượng khí thải cũng như Entalpi của khí thải ñược xác ñịnh theo cân bằng năng lượng của ñộng cơ Phương pháp này có lợi thế hơn phương pháp xác ñịnh thành phần khí thải ở chỗ nó phù hợp với việc giám sát liên tục hoạt ñộng của ñộng cơ và cho phép ñánh giá từng xilanh riêng biệt và ñánh giá chung cả ñộng cơ

Ảnh hưởng của thành phần hoá học và năng lượng hàm chứa trong dòng khí thải

Quá trình tạo thành hỗn hợp và quá trình cháy ñược thiết lập một cách thương lượng giữa các tiêu chí: công suất hữu ích cao, chi phí nhiên liệu nhỏ

và thân thiện với môi trường

ðối với các ñộng cơ diesel hiện ñại tăng áp bằng turbin khí thải có một quan hệ rất chặt chẽ giữa nguyên lý hoạt ñộng với nhiệt ñộ khí thải phụ thuộc vào tần số quay của ñộng cơ Theo ñó ñối với ñộng cơ diesel 4 kỳ tốc ñộ quay trung bình với công suất trong vùng 100-1200kW có giá trị nhiệt ñộ khí thải cực ñại (ñầy tải) trung bình là 4500C

Khi ñốt cháy nhiên liệu diesel và dầu nặng, ngoài các sản phẩm cháy chính CO2 và H2O, ñối với ñộng cơ diesel cần ñặc biệt chú ý ñến lượng phát thải NOx, chiếm khoảng 80% lượng thải và lượng phát thải hạt rắn gồm chủ yếu là muội than chiếm khoảng 5,5% Các thành phần còn lại như Andehyt (RCHO) chiếm 5,3%, CO chiếm 2,3% và CH chiếm ≤ 1% Khi sử dụng dầu nặng do có hàm lượng lưu huỳnh lớn (3 - 5%) nên phát thải SO2 chiếm khoảng 6,1%

Mọi sự thay ñổi về mức năng lượng và thành phần của khí thải do nguyên lý làm việc, do kết cấu hoặc do ñiểm tải trọng của một ñộng cơ ñều

là kết quả ảnh hưởng của tất cả các yếu tố dẫn ñến làm sai lệch quá trình tạo thành hỗn hợp và quá trình cháy Các sai lệch hoặc ảnh hưởng nhiễu có thể xuất hiện chỉ tác ñộng gián tiếp ñến dòng khí thải thông qua quá trình tạo thành hỗn hợp và quá trình cháy Hình 2.4 giới thiệu tổng hợp về các yếu tố ảnh hưởng chủ yếu ñến nhiệt ñộ và thành phần khí thải

Trước hết là những thay ñổi tạo bởi ñiểm làm việc tức thời của ñộng

cơ Khi ñó sẽ có hàng loạt các thông số trong hệ thống phun nhiên liệu bị thay ñổi, thí dụ thời ñiểm bắt ñầu cung cấp và bắt ñầu phun, lượng phun và thời gian phun, các thông số này ảnh hưởng ñến quá trình tạo thành hỗn hợp

và quá trình cháy do ñó làm thay ñổi thời gian hãm cháy, thời ñiểm bắt ñầu bốc cháy và vận tốc cháy, diễn biến quá trình cháy và áp suất cháy cực ñại, mức nhiệt ñộ, lượng phát thải ñộc hại và các thông số khác

Tính chất của nhiên liệu sử dụng như ñộ nhớt, nhiệt trị , khả năng hoá cốc, tính tự cháy, hàm lượng lưu huỳnh và chất lượng dầu bôi trơn cần ñược chú ý khi ñánh giá tiềm năng năng lượng và hàm lượng các chất thải trong dòng khí thải

Các yếu tố tác ñộng ñến năng lượng hàm chứa trong khí thải và ñến lượng phát thải có thể cũng hình thành bởi trạng thái kỹ thuật của các chi tiết

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 33

cấu trúc buồng ñốt và bởi hệ thống phun Mòn, gãy hoặc bó cứng vòng găng piston, hao mòn mạnh rãnh vòng găng, không kín giữa vòng găng và mặt gương xilanh… là những khả năng gây ảnh hưởng không mong muốn ñến dòng khí thải Nhiễu trong hệ thống phun dẫn ñến làm thay ñổi quá trình tạo thành hỗn hợp ñốt và quá trình cháy, thí dụ phun nhỏ giọt, treo kim phun, cốc hoá ñầu kim phun, sai lệch áp suát mở vòi phun, sai lệch thời ñiểm cung cấp hoặc van áp suất không kín dẫn ñến làm thay ñổi nhiệt ñộ và thành phần hoá học của khí thải

Nhiễu trong quá trình trao ñổi khí tại xupáp nạp và xupáp xả quá ẩm hoặ tắc bình lọc khí hoặc cung cấp không ñủ khí mới nạp trước xylanh có thể dẫn ñến cháy không hoàn toàn hoặc cháy trễ làm thay ñổi nhiệt ñộ và thành phần hoá học của khí thải

Từ một số thí dụ ñã nêu có thể nhận ra rằng, dòng khí thải bị ảnh hưởng bởi rất nhiều khả năng ñến tiềm năng năng lượng và thành phần hoá học của nó Tính chất năng lượng và thành phần hoá học của khí thải phụ thuộc mạnh vào tải trọng

Hình2.3 Các yếu tố ảnh hưởng ñến dòng khí thải

- Nhiệt trị nhiên liệu

- Lượng cung cấp dầu bôi trơn

- Thời gian phun

- Diễn biến quá trình