Chẩn đoán kỹ thuật động cơ bằng phương pháp ferrograph khi phân tích dầu bôi trơn

Chẩn đoán kỹ thuật là một loại hình tác động kỹ thuật vào quá trình khai thác sử dụng ô tô, nhằm đảm bảo cho hoạt động của ô tô có độ tin cậy, an toàn và hiệu quả cao bằng cách phát hiện

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các kết quả nghiên cứu trong luận văn này là của riêng tôi và hoàn toàn trung thực cũng như chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác!

Hà Nội, tháng 03 năm 2014

Học viên

Đỗ Mạnh Tường

LỜI CẢM ƠN

Với tư cách là tác giả của bản luận văn này, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến

GS TS Phạm Minh Tuấn, người đã tạo điều kiện và hướng dẫn, góp ý hữu ích về mặt chuyên môn để tôi hoàn thành bản luận văn này

Đồng thời tôi cũng xin trân trọng cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Động cơ đốt trong – Viện Cơ khí Động lực, Viện Đào tạo Sau đại học đã giúp đỡ về cơ sở vật chất trong suốt thời gian tôi học tập và làm luận văn

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình và bạn bè, những người đã động viên và chia sẻ với tôi rất nhiều trong suốt thời gian tôi học tập và làm luận văn

Học viên

Đỗ Mạnh Tường

MỤC LỤC 1.1.1Vấn đề chung của chẩn đoán động cơ đốt trong 10

1.1.2 Chẩn đoán động cơ trên cơ sở mô hình trợ giúp 11

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 18

2.1CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CHẨN ĐOÁN MÒN CỦA ĐỘNG CƠ 22

2.1.1 Phương trình giữa nồng độ hạt mài trong dầu và tốc độ mòn khi không tính đến hiệu quả lọc 22

2.1.2 Phương trình giữa nồng độ hạt mài và tốc độ mòn bề mặt ma sát có tính đến hiệu quả lọc 29 2.2CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HƯ HỎNG DO MÒN CỦA VẬT LIỆU 33

2.2.1 Thông số cơ bản của vật liệu ma sát 33

2.2.2 Vật liệu cặp ma sát 34

2.2.3 Tập hợp tải ma sát 35

2.2.4 Điều kiện tiếp xúc 35

2.3QUY LUẬT MÒN CỦA CÁC CHI TIẾT MA SÁT TRONG ĐỘNG CƠ .38

2.3.1 Các dạng hao mòn và hư hỏng của bề mặt ma sát 38

2.3.2 Quy luật mòn của các chi tiết ma sát trong động cơ 38

2.4DẦU BÔI TRƠN ĐỘNG CƠ 42

2.4.1 Thành phần hoá học và phân đoạn dầu mỏ 42

2.4.2 Thành phần của dầu bôi trơn 42

2.4.3 Biến chất dầu bôi trơn động cơ Điezen 43

2.5CÁC TÍNH CHẤT LÝ - HOÁ DẦU BÔI TRƠN ĐỘNG CƠ DÙNG CHUẨN ĐOÁN 45 3.1PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ ĐỂ XÁC ĐỊNH HỐI LƯỢNG CÁC HẠT MÀI MÒN TRONG DẦU BÔI TRƠN 51

3.1.1Sự xuất hiện của phổ hấp thụ nguyên tử 51

3.1.2Nguyên tắc của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) 52

3.1.3Kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu 53

3.1.4Trang bị của phép đo AAS 53

3.2PHƯƠNG PHÁP TÁCH HẠT MÀI MÒN TRONG DẦU BÔI TRƠN 55

3.2.1Phương pháp tách các hạt mài mòn kim loại trong dầu bôi trơn 55

3.2.2Kỹ thuật lấy mẫu dầu 58

3.2.3Chuẩn bị và pha loãng mẫu 59

3.2.4Kỹ thuật Ferrograph 60

3.2.5Đọc các Ferrogram 61

3.2.6Xử lý nhiệt các Ferrogram 62

3.3CÁC HẠT MÀI MÒN VÀ NGUỒN GỐC CỦA CHÚNG 65

3.3.1Hình thái các dạng mài mòn chủ yếu và các hạt mài mòn tương ứng từ các chi tiết chịu ma sát trong động cơ Điezen 65

3.3.2Các kim loại tách ra từ các chi tiết động cơ 71

3.4 CHẨN ĐOÁN ĐỘNG CƠ ĐIEZEN 3408 LẮP TRÊN XE CAT 769C 80

3.4.1Các thông số về dầu dùng để chạy chẩn đoán trên động cơ 3408 80

3.4.2 Hệ thống bôi trơn động cơ 3408 81

3.4.2.1 Sơ đồ đường dầu bôi trơn từ các te dầu đến đường dầu chính 81

3.4.2.2 Sơ đồ đường dầu bôi trơn bên trong động cơ điezen 3408 82

3.4.3 Chẩn đoán động cơ bằng phương pháp kiểm tra lấy mẫu định kỳ 83

3.4.3.1 Phương pháp lấy mẫu và phân tích mẫu dầu bôi trơn định kỳ 83

3.4.3.2 Phương pháp chạy chẩn đoán động cơ 84

3.4.3.3 Những triệu chứng dùng trong chẩn đoán 85

3.4.3.4 Các bước tiến hành chẩn đoán 85

3.4.4Ví dụ chẩn đoán động cơ xe CAT 769C số 15 88

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1 : Phương pháp nhận biết lỗi trên cơ sở mô hình trợ giúp 12

Hình 1 : Quan hệ hư hỏng- Triệu chứng theo ý nghĩa vật lý và khi chẩn đoán 13

Hình 2 : Đồ thị ảnh hưởng của nồng độ hạt mài theo thời gian 23

Hình 2 : Đường cong thay đổi nồng độ hạt mài mòn 25

Hình 2 : Những thông số quan trọng của hệ thống ma sát 33

Hình 2 : Cấu tạo khu vực bề mặt kim loại 34

Hình 2 : Các dạng cơ bản của tải ma sát 35

Hình 2 : Các loại ma sát động cơ bản 36

Hình 2 : Đồ thị phụ thuộc của lượng mòn U vào thời gian 40

Hình 2 : Sơ đồ đơn giản của quá trình biến chất dầu động cơ 45

Bảng 2 : Những chỉ tiêu đánh giá dầu bôi trơn động cơ 45

Bảng 2 : Các nguyên nhân chủ yếu làm thay đổi độ nhớt 47

Hình 2 : Nhớt kế chảy ngược 48

Hình 2 : Dụng cụ đo nhiệt độ chớp cháy cốc hở 49

Hình 3 : Thể hiện mẫu lắng đọng trên Ferrogram 56

Hình 3 : Máy phân tích Ferrograph Hình 3 : Ferroscope 57

Bảng 3 : Độ phóng đại của kính hiển vi quang học 57

Hình 3 : Sự phân bố các hạt mài trên Ferrogram 58

Bảng 3 : Thời gian lấy mẫu cho thiết bị 59

Hình 3 : Đường truyền ánh sáng trong kính hiển vi lưỡng sắc 60

Hình 3 : Phương pháp đọc Ferrogram 62

Hình 3 : Giao thoa của ánh sáng trên bề mặt hợp kim 63

Hình 3 : Cơ chế tạo thành hạt mài hình cầu 69

Hình 3 : Hạt mài hình cầu 69

Bảng 3 : Cách nhận biết các hạt mài mòn không từ tính màu trắng 72

Bảng 3 : Vật liệu một số chi tiết chịu ma sát trong động cơ Điezen 79

Bảng 3.5: Các thông số và giới hạn sử dụng của dầu chạy chẩn đoán 80

trên động cơ 3408 80

Hình 4 : Sơ đồ đường dầu bôi trơn 81

trong động cơ Điezen 3408 từ các te dầu đến đường dầu chính 81

Hình 4 : Sơ đồ của đường dầu bôi trơn 82

bên trong động cơ Điezen 3408 82

Hình 3.12: Lưu đồ chẩn đoán động cơ Điezen 3408 87

Bảng 3.6: Áp suất dầu bôi trơn động cơ của xe CAT 15 88

Bảng 3.7: Kết quả phân tích mẫu dầu xe CAT 15 88

Hình 3.13: Đồ thị biến đổi độ nhớt ở 400C 89

Hình 3.14: Đồ thị biến đổi độ nhớt ở 1000C 90

Hình 3.15: Đồ thị biến đổi nhiệt độ chớp cháy 90

Hình 3.16: Đồ thị biến đổi trị số kiềm tổng ( TBN) 90

Hình 3.17: Hạt hợp kim đồng trước khi xử lý nhiệt 91

Hình 3.18: Hạt hợp kim đồng cùng loại sau khi đã được xử lý nhiệt 92

MỞ ĐẦU

Trong quá trình khai thác, tính năng kỹ thuật của máy móc tổng thành nói chung và của động cơ nói riêng thay đổi dần theo hướng xấu đi Kết quả là phương tiện sẽ giảm tính năng động lực, giảm tính an toàn, tính kinh tế, giảm độ tin cậy và

thường xuyên xảy ra các sự cố kỹ thuật làm tăng thời gian sửa chữa Để giải quyết vấn

đề này, một trong những nhiệm vụ đặt ra đối với nhà quản lý là cần đánh giá đúng thực trạng của máy móc thiết bị và có phương án xử lý thích hợp Trên cơ sở cách nhìn nhận như vậy, việc nghiên cứu xác định tình trạng kỹ thuật và dự báo thời hạn sử dụng của một số chi tiết trong động cơ đốt trong sử dụng trên các phương tiện giao thông vận tải là hết sức cần thiết Kết quả nghiên cứu có thể giúp cơ sở quản lý và khai thác phương tiện làm tốt công tác vật tư dự phòng, nâng cao năng lực khai thác của phương tiện, đảm bảo tính tin cậy, khả năng hoạt động và hiệu quả khai thác là cao nhất Chẩn đoán kỹ thuật là một loại hình tác động kỹ thuật vào quá trình khai thác sử dụng ô tô, nhằm đảm bảo cho hoạt động của ô tô có độ tin cậy, an toàn và hiệu quả cao bằng cách phát hiện và dự báo kịp thời các hư hỏng, tình trạng kỹ thuật hiện tại và tuổi thọ làm việc tiếp tục mà không cần phải tháo máy nhằm nâng cao độ tin cậy, an toàn và hiệu quả sử dụng máy, nâng cao độ bền lâu, giảm chi phí về phụ tùng thay thế, giảm độ hao mòn chi tiết do không phải tháo rời các tổng thành, giảm tiêu hao nhiên liệu, dầu bôi trơn nhờ phát hiện và điều chỉnh kịp thời các bộ phận máy, đưa về trạng thái làm việc tối ưu, giảm giờ công lao động cho công tác bảo dưỡng kỹ thuật và sửa chữa

Trên thế giới hiện nay, dầu nhờn vẫn là chất bôi trơn chủ yếu trong các ngành công nghiệp và dân dụng Với vai trò quan trọng của mình, dầu nhờn đã trở thành một loại vật liệu công nghiệp không thể thiếu cùng với sự phát triển của xã hội các loại máy móc, thiết bị, công cụ được đưa vào ứng dụng trong công nghiệp và dân dụng ngày càng nhiều Trước vấn đề cấp thiết đó, các tập thể khoa học lớn đang không ngừng nghiên cứu thành phần, tính chất của dầu mỏ nói chung và các câu tử nói riêng

để hoàn thiện các phương pháp khai thác và chế biến nguồn tài nguyên quý giá này Khi sử dụng dầu nhờn làm chất lỏng bôi trơn giữa các bề mặt lớp tiếp xúc của các chi tiết máy móc nhằm mục đích giảm mài mòn, giảm ma sát, tản nhiệt, làm mát Nhờ vậy giảm được tiêu hao năng lượng để thắng lực ma sát sinh ra khi các chi tiết máy chuyển động Nói chung, dầu nhờn có ứng dụng rất rộng rãi trong đời sống hiện nay Đặc biệt

nó có tầm quan trọng lớn đối với các loại máy móc, nếu thiếu chúng thì máy móc thiết

bị không thể làm việc được Phân tích dầu nhờn có thể cho chúng ta biết được tình trạng mài mòn của các cặp chi tiết trong động cơ và thiết bị đó cũng là nội dung mà

tác giả lấy đề tài nghiên cứu: “Chẩn đoán kỹ thuật động cơ bằng phương pháp ferrograph khi phân tích dầu bôi trơn” làm nội dung luận văn của mình.

Mục đích nghiên cứu: Dựa vào những kết quả phân tích tính chất lý hoá cùng

với những hạt mài mòn kim loại lắng đọng trong dầu bôi trơn đã qua sử dụng để kịp thời phát hiện ra sự cố trong quá trình vận hành tránh những hư hỏng đáng tiếc xảy ra Phương pháp chẩn đoán ở đây được lấy làm tiền đề cho phương pháp bảo dưỡng phòng ngừa theo tình trạnh thiết bị thay thế cho các phương pháp bảo dưỡng cũ lạc hậu

Đối tượng nghiên cứu: Áp dụng phương pháp nghiên cứu để theo dõi phân

tích các mẫu dầu của động cơ 3408 lắp trên xe ô tô vận tải CAT 769C ở các kỳ thay dầu khác nhau

Phương pháp nghiên cứu: Từ những lý thuyết chung về chẩn đoán động cơ,

về hệ thống bôi trơn động cơ ô tô cùng lý thuyết và thực tiễn về ma sát mài mòn các chi tiết của động cơ đốt trong tác giả đã theo dõi chẩn đoán quá trình mài mòn không bình thường của những động cơ qua từng chu kỳ thay dầu qua đó rút ra những đánh giá chất lượng hệ thống bôi trơn Với phương pháp nghiên cứu này tác giả đưa ra quy trình chẩn đoán kỹ thuật động cơ, công việc mà trước đây mới chỉ được làm một cách rời rạc qua theo dõi các thông số của thiết bị Bằng phương pháp ferrograph được sử dụng để tách các hạt mài mòn kim loại có kích thước lớn hơn 5µm ra khỏi dầu bôi trơn động cơ nhằm phát hiện quá trình mài mòn bất thường của các cặp ma sát từ đó tìm ra nguyên nhân và biện pháp khắc phục giảm thiểu hư hỏng thiết bị

Nội dung chính của luận văn bao gồm:

Chương I: Tổng quan về chẩn đoán động cơ đốt trong

Nêu lên những vấn đề chung nhất của chẩn đoán động cơ đốt trong, đánh giá việc sử dụng thiết bị khai thác ở các đơn vị sản xuất sau đó nêu khái quát tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước trong chẩn đoán động cơ từ đó thấy rõ hơn nữa tính cấp thiết của đề tài

Chương II: Cơ sở lý thuyết về mòn các chi tiết động cơ đốt trong và phân tích dầu bôi

trơn trong chẩn đoán mòn

Nêu lên sự biến đổi nồng độ hạt mài mòn trong dầu bôi trơn theo thời gian hoạt động và tốc độ mài mòn của cặp ma sát trong các trường hợp có bầu lọc và không có bầu lọc dầu.

Tiếp theo là cơ chế và đặc tính mòn phụ thuộc vật liệu tiếp xúc của cặp ma sát, tải ma sát của các chi tiết nói chung, cơ sở lý thuyết về mài mòn của các chi tiết chịu

ma sát trong động cơ Kết hợp cùng các biến đổi của các chi tiêu hoá lý điển hình của dầu và các hạt mài mòn từ các chi tiết được tách ra trong dầu bôi trơn ở các chương tiếp theo tạo nên một bức tranh toàn cảnh về chế độ mài mòn trong động cơ giúp chẩn đoán chính xác và khắc phục kịp thời nhờ đó hoàn toàn có thể làm chủ được thiết bị và

dự trù những chi tiết thay thế một cách hợp lý giảm thời gian dừng máy không cần thiết

Phần cuối của chương này tác giả giới thiệu cơ sở lý thuyết phân tích dầu bôi trơn trong chẩn đoán mòn gồm về phân đoạn dầu mỏ cũng như thành phần hoá học của dầu bôi trơn động cơ, với trên 20 chỉ tiêu hoá lý của dầu bôi trơn động cơ làm cơ

sở cho việc chẩn đoán ban đầu đối với động cơ Căn cứ vào sự biến đổi 5 chỉ tiêu hoá

lý điển hình có thể đoán nhận được quá trình bôi trơn không bình thường trong động

cơ và sớm đưa ra hành động khắc phục

Chương III: Phương pháp và thiết bị chẩn đoán động cơ qua phân tích các hạt mài

mòn trong dầu bôi trơn

Giới thiệu phương pháp phân tích hạt mài mòn bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) Nồng độ hạt mài mòn được định lượng qua đó đánh giá hiện tượng mài mòn không bình thường của các chi tiết chịu ma sát khi khối lượng hạt mài này vượt quá giới hạn cho phép Hạn chế của phương pháp AAS là chỉ định lượng các hạt mài mòn với kích thước chính nhỏ hơn 5µm Đối với những hạt có kích thước lớn hơn phải áp dụng phương pháp Ferrograph

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ CHẨN ĐOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

1.1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CHẨN ĐOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

1.1.1 Vấn đề chung của chẩn đoán động cơ đốt trong

Hàng năm, các đơn vị sản xuất tập trung đã phải chi một khoản tiền khá lớn để phục vụ các công tác sửa chữa, bảo dưỡng thiết bị Việc dừng thiết bị không định trước do hỏng hóc đã gây nhiều bất lợi cho sản xuất cũng như công tác quản lý và thực hiện bảo dưỡng, lập kế hoạch sửa chữa, kế hoạch dừng máy và mua sắm thiết bị phụ tùng thay thế Nếu chủ động được những việc trên sẽ làm giảm tối đa chi phí trong công tác bảo dưỡng và tăng hiệu quả của việc đầu tư thiết bị Công tác nghiên cứu phát triển các phương pháp bảo dưỡng tiên tiến nhằm đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của một đơn vị sản xuất công nghiệp đã và đang được phát triển rất mạnh ở các nước công nghiệp phát triển và là nhu cầu bức xúc của các đơn vị sản xuất tập trung ở nước ta

Việc bảo dưỡng và sửa chữa tiên tiến trong các đơn vị sản xuất ở nước ta dần được áp dụng và có tác động tích cực đến quá trình vận hành và khai thác Khái quát quá trình phát triển các phương pháp bảo dưỡng thiết bị sản xuất nói chung và động cơ đốt trong nói riêng trên thế giới bao gồm 3 phương pháp chủ yếu:

- Phương pháp bảo dưỡng khi hư hỏng

- Phương pháp bảo dưỡng phòng ngừa theo thời gian

- Phương pháp bảo dưỡng phòng ngừa theo tình trạng thiết bị

Với thực tế sản xuất ở nước ta do có quá nhiều chủng loại thiết bị với nhiều xuất xứ khác nhau nên cả ba hệ thống bảo dưỡng trên cùng song song tồn tại Tuy nhiên với những thiết bị quan trọng, có giá trị kinh tế lớn người ta thường triển khai áp dụng phương pháp bảo dưỡng cuối cùng- Phương pháp bảo dưỡng phòng ngừa theo tình trạng thiết bị Đây chính là phương pháp bảo dưỡng hiện đại và mới được áp dụng trong khoảng thập kỷ 90 của thế kỷ trước Nội dung chính của phương pháp này là: trạng thái làm việc của thiết bị được giám sát bởi hệ thống phần mềm giám sát và chẩn đoán Hệ thống này sẽ giám sát các hiện tượng xuất hiện trong quá trình làm việc của thiết bị như tiếng ồn, độ rung, nhiệt độ để kiểm tra tình trạng thực tế của thiết bị, đồng thời phát hiện các trạng thái bất thường của thiết bị qua đó xác định xu hướng hư hỏng Hệ thống chẩn đoán sẽ chịu trách nhiệm phân tích các kết quả thu được từ hệ

thống giám sát kiểm tra mức độ hư hỏng giúp người sử dụng kịp thời điều chỉnh hoặc thay thế các phần hư hỏng tránh các hư hỏng theo dây truyền.

Trong thực tế người ta chia ra các dạng chẩn đoán đặc trưng:

- Chẩn đoán được thực hiện nhờ đo trực tiếp: Các dấu hiệu chẩn đoán được đo

để đánh giá trạng thái cần chẩn đoán

- Chẩn đoán được thực hiện khi không ngắt hoạt động và tháo máy hoặc thiết

bị Các dấu hiệu chẩn đoán hoặc được xác lập từ quan sát hoạt động hoặc từ các phương pháp nghiên cứu đặc biệt từ bên ngoài hệ thống

Mục đích chẩn đoán là xác định trạng thái kỹ thuật một cách lượng hoá, đánh giá trạng thái hiện tại và đánh giá dự báo Các bước tiến hành chẩn đoán kỹ thuật và

mô hình chẩn đoán hiện đại:

- Mô tả trạng thái: trong bước này cần phân tích đối tượng chẩn đoán Những tính chất nào của thiết bị có thể giám sát và được phép giám sát

- Lựa chọn tín hiệu chẩn đoán và dấu hiệu chẩn đoán: Tín hiệu và dấu hiệu chẩn đoán là một đại lượng vật lý đo được, phản ánh gián tiếp trạng thái tương ứng với các tính chất đặc trưng của đối tượng chẩn đoán

- Mô hình chẩn đoán: xây dựng mối quan hệ định lượng giữa dấu hiệu chẩn đoán và trạng thái cần nhận dạng

- Đánh giá trạng thái kỹ thuật: trong giai đoạn làm việc, có thể xác định trạng thái hiện tại của đối tượng nhờ đưa vào mô hình chẩn đoán các dấu hiệu chẩn đoán đo được tại một đối tượng chẩn đoán có trạng thái chưa biết

- Giải pháp chẩn đoán: Đây là công việc cuối cùng trong chẩn đoán kỹ thuật

để dẫn đến việc bảo trì trạng thái

1.1.2 Chẩn đoán động cơ trên cơ sở mô hình trợ giúp

Những thiết bị phục vụ sản xuất ở các đơn vị khai thác được nhập khẩu từ các nước phát triển đã có phần mềm chuyên dụng để chẩn đoán trạng thái kỹ thuật của động cơ trong quá trình sử dụng Hai bước quan trọng trong chẩn đoán đó là quá trình nhận biết lỗi và chẩn đoán:

Nhận biết lỗi: Giám sát và nhận dạng lỗi, tạo dấu hiệu lỗi so sánh với trạng thái

chuẩn xác định triệu chứng hư hỏng

Chẩn đoán: Cô lập lỗi và phân tích lỗi, xây dựng quan hệ giữa lỗi và triệu

chứng hư hỏng

Thành phần quan trọng của chẩn đoán động cơ bằng phần mềm chuyên dụng hay chẩn đoán động cơ trên cơ sở mô hình trợ giúp là các kiến thức về quá trình hoạt động của đối tượng chẩn đoán, có thể tách thành hai khối kiến thức:

- Kiến thức chuyên gia: là loại kiến thức không thể mô tả chính xác mà chỉ thể hiện ở dạng quan hệ định tính, định lượng không chính xác Thông thường các kiến thức này xuất phát từ kinh nghiệm của người sử dụng hoặc các chuyên gia và có thể là các quy luật bằng ngôn ngữ

- Kiến thức giải tích: dựa trên cơ sở các phương trình toán học, các thuật toán biểu diễn chính xác các kiến thức về quá trình, các dạng tiêu biểu để biểu diễn kiến thức giải tích là các công thức vật lý hoặc các quan hệ tham số toán học

Phương pháp nhận biết lỗi trên cơ sở mô hình trợ giúp:

Kết quả chẩn đoán lỗi phụ thuộc chính vào năng lực biểu hiện, tính tổng quát và chất lượng của dấu hiệu chẩn đoán và triệu chứng hư hỏng tạo ra từ quá trình nhận biết lỗi Đến nay người ta đã sử dụng rất nhiều phương pháp nhận biết lỗi, có thể phân chia thành hai nhóm: phương pháp nhận biết lỗi trên cơ sở mô hình quá trình và phương pháp nhận biết lỗi trên cơ sở mô hình tín hiệu

Hình 1 : Phương pháp nhận biết lỗi trên cơ sở mô hình trợ giúp

Các dấu hiệu chẩn đoán nhận được từ các mô hình tín hiệu hoặc mô hình quá trình được so sánh với các tín hiệu chuẩn, có nghĩa là so với các tính chất quá trình không có lỗi Nếu dấu hiệu quá trình thay đổi một độ lệch nhận biết được so với trạng thái chuẩn thì sẽ tạo ra một triệu chứng thông báo về trạng thái có lỗi, có hư hỏng của quá trình Để chẩn đoán chính xác lỗi cần tiếp tục đánh giá các triệu chứng trong giai đoạn chẩn đoán lỗi.

Phương pháp chẩn đoán lỗi trên cơ sở mô hình trợ giúp:

Chẩn đoán lỗi bao gồm hai giai đoạn cơ bản: cô lập lỗi và phân tích lỗi hay còn gọi là nhận dạng hư hỏng Trong giai đoạn cô lập lỗi tiến hành tách lỗi từ các triệu chứng và phân loại chúng Mỗi trường hợp hư hỏng sẽ có một biểu hiện của triệu chứng khác nhau Trong giai đoạn phát triển một hệ thống chẩn đoán người ta xác định các quan hệ giữa các hư hỏng thực xuất hiện hoặc các hư hỏng nhân tạo với các dấu hiệu từ phân tích lý thuyết hoặc đánh giá các số liệu thực nghiệm và lưu giữ chúng ở một dạng thích hợp Khi chẩn đoán người ta đối thoại với cơ sở dữ liệu đó để tìm ra một lời giải phù hợp

Trong khi theo ý nghĩa vật lý thì hư hỏng là nguyên nhân của triệu chứng, còn khi chẩn đoán, hư hỏng lại được kết luận theo triệu chứng

Khi phân tích lỗi cần xác định trạng thái có lỗi của quá trình và hư hỏng theo thời gian của hư hỏng cũng được quan tâm.gây ra theo loại, trị số và nguyên nhân hư hỏng Nhiều khi cả sự xuất hiện

Hình 1 : Quan hệ hư hỏng- Triệu chứng theo ý nghĩa vật lý và khi chẩn đoán

Phân tích hư hỏng trong các trường hợp phụ thuộc vào chất lượng của triệu chứng tạo lập được Việc đánh giá cường độ tác động các triệu chứng cho biết trị số của hư hỏng Có thể xảy ra cả các trường hợp nhiều hư hỏng khác nhau tác động khác nhau vào một triệu chứng Việc xác định loại hư hỏng cho biết rằng đây có phải là một

hư hỏng hệ thống hay hư hỏng ngẫu nhiên Cuối cùng việc phân tích tính chất thời gian cho khả năng phân biệt theo dạng hư hỏng thường xuyên, hư hỏng nhất thời, hư hỏng gián đoạn, hư hỏng không quy luật hoặc hư hỏng kéo dài Trung tâm của chẩn đoán lỗi thiết lập biểu diễn kiến thức chẩn đoán đạt được qua quan hệ hư hỏng- triệu chứng Trong trường hợp lý tưởng việc tạo lập triệu chứng đã cung cấp một kết quả sử dụng được, nếu mỗi triệu chứng phản ánh một hư hỏng xác định Sau đó chỉ cần giám sát mỗi triệu chứng mỗi khi vượt quá ngưỡng trên và ngưỡng dưới là đủ Đa số các trường hợp không có được điều kiện này và cần có một sự đánh giá chi tiết hơn các triệu chứng để phân tích hư hỏng

1.1.3 Phương pháp chẩn đoán động cơ hiện đang được dùng trên ô tô

Trong quá trình sử dụng, công suất có ích của động cơ giảm chậm và chi phí nhiên liệu riêng tăng chậm Các chỉ tiêu này bị làm xấu dần đi thường là do có sai lệch đối với các thông số điều chỉnh của các hệ thống trong động cơ và không thể làm cơ sở

để gửi đi sửa chữa lớn Phần lớn các trường hợp giảm nhỏ về công suất và suất tiêu hao nhiên liệu có thể được khắc phục ngay ở cơ sở vận tải hoặc các trạm bảo dưỡng nhỏ, đặc biệt khi ở đó có các thiết bị đánh giá định lượng các chỉ tiêu này

Các nguyên nhân cơ bản của các hỏng hóc trên động cơ thường là do hở đường nạp không khí, điều chỉnh sai hoặc có thay đổi góc bắt đầu phun, kẹt tắc các thiết bị phun nhiên liệu và nói chung là sai lệch trạng thái hoạt động đúng của hệ thống cung cấp và đốt cháy nhiên liệu Đối với mỗi dạng cấu trúc của các hệ thống này, các sai lệch sẽ có những biểu hiện riêng, thí dụ đối với hệ thống cung cấp nhiên liệu của động

cơ Diezen là sai lệch các trạng thái của vòi phun hoặc bơm cao áp Các nguyên nhân khác là chất lượng các chi tiết làm kín kém, các chi tiết không được xiết đủ chặt, điều chỉnh không đúng các cơ cấu và hệ thống, làm sạch kém các bộ phận lọc dầu, rò rỉ ở

hệ thống làm mát Khả năng làm việc của động cơ được đánh 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 động, mức ồn và gõ Những sai lệch chủ yếu ảnh hưởng đến khả năng làm việc của động cơ là: hao mòn các chi tiết của nhóm pittông- xi lanh, mòn cổ thanh

truyền và cổ chính của trục khuỷu, sai lệch về điều chỉnh trong cơ cấu xu páp và ở hệ thống cung cấp và đốt cháy nhiên liệu

Hao mòn thường có ở các liên kết vòng găng pittông, các ổ đỡ chính và ổ đỡ thanh truyền Thường gặp hơn cả trong các ổ đỡ là sự phá hủy lớp chống ma sát, xước trên bề mặt cổ trục, làm nóng chảy hoặc ép vỡ tróc lớp chống ma sát, gây tắc lỗ dẫn dầu

Trong nhóm pittông- xi lanh các hư hỏng và sai lệch chủ yếu là: tăng khe hở hướng kính giữa xi lanh và pittông, khe hở trong liên kết giữa vòng găng hơi và dầu trên pittông, khe hở ở trong chốt pittông, giảm đàn hồi và vỡ gẫy vòng găng hơi, dầu Nếu nhóm pittông xi lanh không kín khít sẽ làm tăng lọt khí từ không gian bên trên pittông xuống các te Điều đó làm xấu chất lượng tạo hỗn hợp và đốt cháy nhiên liệu và tiếp theo làm tăng chi phí nhiên liệu riêng, tăng độ khói khí xả, tăng ô nhiễm môi trường

Sai lệch chủ yếu của hệ thống bôi trơn là giảm áp suất dầu trong mạch dầu chính do các nguyên nhân sau: mức dầu trong các te thấp, mòn liên kết trong cơ cấu trục khủy thanh truyền, giảm lượng cung cấp của bơm dầu, sai lệch về điều chỉnh van

an toàn, độ nhớt dầu thấp.v.v

Sai lệch trong cơ cấu phân phối khí dẫn đến giảm công suất động cơ, tăng chi phí nhiên liệu gây ồn gõ, tăng hao tổn dầu nhờn Hao tổn dầu tăng là do lọt qua các bộ phận làm kín, thông hơi các te kém, mòn vòng găng pittông, pit tông và xi lanh, mòn bạc dẫn hướng xu páp và làm mất độ kín

Các thông số chẩn đoán trong đại đa số các trường hợp được đặc trưng bởi phương pháp chẩn đoán Các phương pháp hiện đại để chẩn đoán động cơ dựa trên việc đo các thông số chẩn đoán cơ bản sau:

- Các thông số biên độ- pha của các quá trình làm việc tạo bởi độ nhớt làm việc của chất lỏng hoặc khí, trong hệ thống bôi trơn, hệ thống cung cấp nhiên liệu, hệ thống trao đổi khí của động cơ

- Các thông số đặc trưng cho trạng thái hoạt động của các phần tử trong mạch điều khiển điện tử Trên đa số các động cơ hiện đại ứng dụng điều khiển điện tử được

bố trí chức năng tự giám sát, chẩn đoán và lưu trữ các trạng thái hoạt động của mạch điều khiển

- Các thông số đặc trưng của dao động hoặc ồn tạo bởi tác động qua lại của các cặp liên kết động học Khi chẩn đoán động cơ nhiều xi lanh, để có năng suất chẩn đoán lớn nhất người ta sử dụng các xung được tạo ra bởi các hệ thống khác nhau nối tiếp

nhau theo tất cả các xi lanh tương ứng với trình tự làm việc của chúng Để phân tích hệ thống nhiên liệu trong động cơ Diezen có thể sử dụng các xung áp suất nhiên liệu được tạo ra ở các nhánh bơm nhiên liệu Để phân tích độ kín của nhóm pittông xi lanh

có thể sử dụng xung áp suất khí tạo ra trong cac te; Để phân tích trạng thái của cơ cấu phân phối khí có thể sử dụng xung áp suất khí tạo ra trong đường nạp và đường thải

Để phân tích quá trình nén trong xi lanh có thể sử dụng xung dòng điện và điện áp ở chế độ quay không động cơ

Thực tế khi động cơ đốt trong hoạt động, có rất nhiều hiện tượng phát sinh Việc chẩn đoán trạng thái hoạt động động cơ đốt trong được dựa trên biểu hiện của các hiện tượng này để dự báo tình trạng thực tế của chúng

Trong bảo dưỡng, người ta phân loại ra một số hiện tượng cơ bản và qua đó nghiên cứu, áp dụng các phương pháp phân tích, chẩn đoán cho phù hợp Các hiện tượng làm việc bất thường khi động cơ hoạt động cũng như các dấu hiệu chẩn đoán đi cùng với chúng bao gồm:

- Dao động: Khi động cơ xuất hiện các hiện tượng bất thường, phần lớn sẽ làm

thay đổi biên độ và tần số dao động của máy Do đó nếu dao động được đo và phân tích, ta có thể xác định được các hư hỏng của chúng mà không cần dừng hoặc tháo máy Đây chính là lý do tại sao dao động được coi là một đại lượng chỉ thị về tình trạng kỹ thuật của động cơ

- Nhiệt độ: Khi hoạt động mỗi chi tiết trong động cơ làm chức năng thu hoặc

phát nhiệt năng Nếu xác định được nhiệt độ làm việc phù hợp của động cơ và giám sát được quá trình thay đổi nhiệt độ của chúng thì có thể dự báo được khả năng hư hỏng

có thể xảy ra, xác định chính xác được vị trí cũng như mức độ hư hỏng Thực tế phương pháp xác định nhiệt độ được áp dụng để nhận biết nhiệt độ của các ổ đỡ trục khủy, xác định trạng thái quá tải ở động cơ

- Chất bôi trơn: Kiểm tra, phân tích sự thay đổi tính chất vật lý và hoá học của

các chất bôi trơn trong quá trình làm việc của động cơ có thể giám sát được trạng thái bôi trơn, mài mòn của các chi tiết cũng như khả năng sử dụng các chất bôi trơn

- Nứt và rò rỉ: Các vết nứt tế vi và rò rỉ nếu không phát hiện kịp thời sẽ gây hư

hỏng nặng cho các liên kết và cả hệ thống Để xác định các vết nứt và rò rỉ thông thường người ta hay dùng siêu âm, khí nhóm Halogen, từ trường, độ cách điện, dòng điện xoáy, sóng siêu âm, bức xạ

- Độ ồn: Độ ồn gây ra trong quá trình hoạt động của động cơ được đo và phân tích

cũng có thể cho ta biết về tình trạng của động cơ cũng như các hư hỏng có thể xảy ra

- Độ mòn: Giám sát độ mòn của các chi tiết trong hệ thống bôi trơn cũng cho

phép xác định được tình trạng hoạt động của hệ thống và qua đó đưa ra các giải pháp cần thiết để tăng tuổi thọ của động cơ

Với sáu dấu hiệu chẩn đoán nói trên thì chẩn đoán trên cơ sở phân tích dầu bôi trơn có chứa hạt mài mòn kim loại là một trong những dấu hiệu phù hợp áp dụng cho chẩn đoán động cơ đốt trong được người sử dụng đánh giá cao vì:

- Khả năng chẩn đoán tương đối chính xác;

- Phương pháp mang lại giá trị kinh tế cao đặc biệt với các đơn vị được quản lý tập trung và với số lượng thiết bị đủ lớn;

- Thời gian kiểm tra và phân tích các chỉ tiêu liên quan đến việc chẩn đoán nhanh;

- Quá trình chẩn đoán không cần phải tháo rời từng chi tiết của thiết bị nên phần nào giảm được giá thành của việc chẩn đoán;

- Trong quá trình đưa ra kết luận cuối cùng các thiết bị vẫn được hoạt động bình thường giảm thời gian thiết bị phải ngừng hoạt động;

- Ngoài việc chẩn đoán động cơ đốt trong trên cơ sở phân tích dầu bôi trơn phương pháp còn đánh giá khả năng thích ứng của dầu bôi trơn với động cơ qua từng giai đoạn phân tích;

- Phương pháp chẩn đoán thông qua dầu bôi trơn không chỉ được dùng để chẩn đoán tình trạng hoạt động của động cơ đốt trong mà phương pháp còn được ứng dụng

để chẩn đoán những hệ thống được bôi trơn khác như: hệ thống thuỷ lực, hệ thống hộp giảm tốc, các tuabin lớn của nhà máy phát điện Mở rộng hơn có thể ứng dụng để chẩn đoán tình trạng hoạt động của những thiết bị được bôi trơn bằng mỡ, tuy nhiên cũng cần phải chú ý về cách lấy mẫu, cách pha dung dịch để làm Ferrogram khi phân tích (sẽ được nói kỹ ở phần sau)

Với phương pháp này thay vì sửa chữa, bảo dưỡng phòng ngừa theo thời gian người sử dụng sẽ giám sát, chẩn đoán tình trạng của động cơ đốt trong thông qua các phép đo theo các chu kỳ Tuỳ theo tình trạng của động cơ mức độ phức tạp và quan trọng của nó người ta xác định các khoảng thời gian đo phù hợp và như vậy người bảo dưỡng có thể làm chủ được công việc của mình

1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯƠC

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Tình hình trong nước về vấn đề chẩn đoán động cơ đốt trong về mặt bôi trơn, mài mòn thực tế không có nhiều mà chủ yếu các nghiên cứu về hao mòn và hư hỏng từng cặp chi tiết chịu ma sát có ảnh hưởng đến tính kinh tế kỹ thuật của động cơ Tuy nhiên các nghiên cứu này cũng là cơ sở cho việc chẩn đoán của động cơ đốt trong sau này

Khởi nguồn về nghiên cứu hao mòn và hư hỏng nhóm chi tiết cơ bản của động cơ: xi lanh, trục khuỷu, xupáp v.v ở nước ta được bắt đầu từ những năm 1960 do các nhà cơ khí nông nghiệp Việt nam tiến hành, với sự giúp đỡ của Giáo sư tiến sỹ Alêchxandrôv [1] Nhưng do hạn chế về mặt thời gian và điều kiện khảo sát nên số máy được nghiên cứu quá ít, các số liệu thu được về hao mòn không đủ để rút ra quy luật mòn của xi lanh cũng như các chi tiết khác của động cơ sử dụng ở nước ta thời gian đó

Năm 1969 trong luận án phó tiến sỹ ở Liên xô ‘Nghiên cứu khả năng ứng dụng các phương pháp nghiên cứu hao mòn các chi tiết quan trọng nhất của máy kéo, máy nông nghiệp đang dùng ở Liên xô vào điều kiện Việt Nam’ tác giả Tào Văn Chiêu đã dùng phương pháp thống kê đo lường để nghiên cứu quy luật mòn của trục khuỷu động cơ SMD-14 với kích thước mẫu thử là 100 Cũng nghiên cứu về vấn đề này năm

1981 tác giả Nguyễn Bình trong luận án phó tiến sỹ của mình tại Việt nam đã dùng phương pháp thống kê để khảo sát quy luật mòn của trục khuỷ động cơ D50 Với hai công trình nghiên cứu này các tác giả đã đưa đến kết luận cuối cùng là: số lớn động cơ hao mòn xảy ra đúng như biểu đồ tổng hợp lực gây hao mòn đã nêu trong các giáo trình về thiết kế động cơ đốt trong Tuy vậy trong nhiều trường hợp do biến dạng khi lắp ghép, do tác động của tải trọng, do thay đổi tính chất vật liệu của trục và thân máy quy luật mòn cổ trục có sai khác đôi chút so với lý thuyết

Năm 1984 đã có nghiên cứu về hao mòn các nhóm chi tiết chính động cơ Điezen ngành địa chất của tác giả Nguyễn Văn Bào [1] Trong công trình nghiên cứu của mình tác giả có đề cập đến quy luật hao mòn nhóm các chi tiết chính ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của động cơ: xi lanh, trục khuỷu, mối lắp ghép xu páp- bạc dẫn hướng và đặc biệt trạng thái mòn của bộ đôi chính xác bơm cao áp Tuy

nhiên để đưa ra quy luật mòn các chi tiết chính nói trên tác giả đã phải khảo sát một số lượng động cơ khổng lồ, tháo rời từng chi tiết ma sát đo trực tiếp các bề mặt làm việc làm tốn rất nhiều thời gian, công sức và chi phí cho công việc này: ví dụ muốn khảo sát dạng mòn của xi lanh động cơ phải tháo rời đo trực tiếp 272 xi lanh các loại, khảo sát quy luật mòn của bộ đôi Pittông- xilanh bơm cao áp phải đo 492 bộ đôi Pittông bơm cao áp và 270 cặp van nén bơm cao áp của các động cơ điezen

Về chẩn đoán thiết bị đặc biệt động cơ đốt trong ở lĩnh vực nghiên cứu cũng như thực tế sản xuất ở nước ta không có nhiều Trong lĩnh vực nghiên cứu, năm 2000

Viện nghiên cứu cơ khí đã thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học ‘ứng dụng công nghệ

thông tin trong giám sát và chẩn đoán tình trạng thiết bị dựa trên kỹ thuật dao động’

Tuy nhiên do quy mô nhỏ của đề tài, mức độ nghiên cứu chỉ dừng lại ở việc đánh giá ảnh hưởng của dao động đến tình trạng hoạt động của hệ thống thiết bị, đưa ra mô hình tổng quát cho các hệ thống giám sát và chẩn đoán tình trạng thiết bị dựa trên kỹ thuật giám sát và chẩn đoán dao động máy Chưa có các nghiên cứu sâu và cụ thể về ảnh hưởng của dao động cũng như các yếu tố khác (nhiệt độ, dầu bôi trơn, độ ồn ) đến tình trạng hoạt động của hệ thống thiết bị nói chung và động cơ đốt trong nói riêng

1.2.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Ngay từ đầu những năm 50 của thế kỷ 20, kỹ thuật chuẩn đoán thiết bị tiên tiến

đã liên tục phát triển và ứng dụng rộng rãi tại các dây chuyền sản xuất của các nước công nghệ phát triển Hàng loạt các phương pháp chuẩn đoán và sau đó phương pháp bảo dưỡng tiên tiến ra đời thay thế cho các phương pháp cũ lạc hậu trong các dây chuyền sản xuất như bảo dưỡng khi hư hỏng và bảo dưỡng theo các chu kỳ thời gian Một trong những điểm khác biệt chủ yếu của các hệ thống giám sát và chuẩn đoán tình trạng thiết bị phục vụ công tác bảo dưỡng

Đến năm 1972 D.ANDERSON đã ứng dụng Ferrograph chuẩn đoán trên các trang bị cho đơn vị Hải lục không quân của Mỹ Bằng những thông tin lấy được trên các hạt mài mòn kim loại lẫn trong dầu bôi trơn Anderson đã tổng kết và đưa ra những

hư hỏng thường thấy ở cáx chi tiết được bôi trơn cưỡng bức, động cơ tuabin khí, hộp giảm tốc của máy bay trực thăng Tuy rằng vào thời điểm này vẫn chưa tìm ra được các dạng hạt mài bằng Perrogaph được hình thành và mở ra một hướng nghiên cứu mới cho các nhà khoa học ngành tribology

Cùng ứng dụng phương pháp Ferrograph chuẩn đoán trên các trang bị cho hải quân Mỹ, năm 1979 BOWEN.ER VÀ BOWEN.JP đã phân tích các hạt mài mòn kim loại trong mỡ bôi trơn và đây cũng là một trong những ứng dụng quan trọng của phương pháp Ferrograph Điểm chú ý quan trọng trong nghiên cứu của các tác gải là việc pha chế và lấy mẫu khi thực hiện phương Ferrograph khác xa so với việc thực hiện với chất bôi trơn lỏng Bằng hàng loạt phép phân tích và đánh giá trên các chi tiết được bôi trơn bằng mỡ tác giả đã đưa ra được hình dạnh, màu sắc, kích thước của các hạt mài mòn có khác đôi chút so với các chi tiết được bôi trơn với các chi tiết chịu tải trọng khác nhau.

ROYLANCE BJ và PÔCCK G năm 1983 theo một hướng khác đã nghiên cứu hiện tượng mài mòn các chi tiết ma sát thông qua nồng độ các htạ mài mòn kim lại trong dầu bôi trơn Theo các tác giả nồng độ phân bố các hạt mài mòn kim loại trong dầu bôi trơn quyết định tuổi thọ của chi tiết cũng như tuổi thọ của dầu bôi trơn, tuy nhiên những nghiên cứu này của tác giả chỉ dừng lại ở những hạt mài mòn có kích thước lớn hơn 10µm còn những hạt có kích thứoc nhỏ hơn thì ngoài phạm vi nghiên cứu do thiết bị không đáp ứng vào thời điểm đó

Năm 1984 phát triển cùng với những phương pháp chuẩn đoán trước đây BECK JW và JOHNSON JH đã ứng dụng phương pháp Ferrograph phân tích những hạt mài mòn trong dầu bôi trơn qua đó phát hiện những bất thường của động cơ Điezen

Năm 1991 người học trờ của ANDERSON là J.S STECKI đã nghiên cứu và đưa ra việc giám sát điều kiện hoạt động của động cơ đốt trong bằng các hạt mài mòn được giữ lại trên các bầu lọc và trên Ferrograph Việc ứng dụng các thành tựu của lý thuyết này được áp dụng rộng rãi với các trang bị động lực cỡ lớn sau này

Trong tài liệu IN-SERVICE OIL MONITOR gần đây của hãng Caltex xuất bản năm 1993 có đề cập nhiều đến lợi ích của việc phân tích dầu bôi trơn đã qua sử dụng :

- Sớm cung cấp những hư hỏng tiềm tàng trong thiết bị;

- Xác định những điều kiện vận hành không bình thường của thiết bị;

- Xác định việc sử dụng hợp lý sản phẩm dầu bôi trơn (thời điểm thay dầu bôi trơn thích hợp nhất)

Cùng với các nhà nghiên cứu Anh, Mỹ đến năm 2000 ISTRAN BALOGH ngưòi Hunggary đưa ra lý thuyết điều kiện tạo thành hạt mài mòn hình cầu ở các chi

tiết bôi trơn và đi đến kết luận có ý nghĩa rất quan trọng: chỉ các chi tiết chịu tải trọng lớn, chế đọ bôi trơn kém, nhiệt độ làm việc cao mới tạo thành các hạt mài hình cầu Trong khi nghiên cứu các hạt mài mòn kim loại trong dầu bôi trơn thì khi hạt mài hinh cầu xuất hiện lập tức phải dừng thiết bị ngay trước khi xảy ra những hư hỏng đáng tiếc.

Qua những nội dung của chương 1 có thể đi đến kết luận:

- Phương pháp bảo dưỡng kỹ thuật dự phòng theo kế hoạch trước đây do không nắm chắc trạng thại mamì mòn của mýa trong các kỳ bảo dưỡng định kỳ nên các phần việc liên quan đến tháo, thay mới các cụm hoặc chi tiết của máy do đảm bảo tính dự phòng, thường được làm quá sớm, gây lãng phí do không tận dụng hết tiềm năng sử dụng tiếp của chúng và phá vỡ mối ăn khớp tốt của các chi tiết và các cụm khi tháo và thay thế gây ra Nhờ nắm chắc được trạng thái mài mòn của động cơ qua phân tích dầu chưa các hạt mài mòn sẽ khắc phục được lãng phí này

- Phương pháp chuẩn đoán bôi trơn, mài mòn áp dụng trong bảo dưỡng phòng ngừa theo tình trạng thết bị có thể duy trì tình trạng kỹ thuật tốt đồng thời đảm bảo chi phí chung cho bảo dưỡng và sửa chữa động cơ là hợp lý nhất

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MÒN CÁC CHI TIẾT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG VÀ

PHÂN TÍCH DẦU BÔI TRƠN TRONG CHẨN ĐOÁN MÒN

2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CHẨN ĐOÁN MÒN CỦA ĐỘNG CƠ

Tiêu chuẩn chính đánh giá trạng thái kỹ thuật của những cặp ma sát được bôi trơn trong động cơ đốt trong là tốc độ mài mòn bề mặt các cặp ma sát Nhưng tốc độ mòn của từng cặp ma sát nói riêng và toàn bộ động cơ nói chung là rất khó xác định và thậm chí không thể kiểm tra được trong quá trình sử dụng

Khi động cơ hoạt động có thể lấy mẫu dầu bôi trơn và đánh giá trạng thái bề mặt ma sát theo thông số hạt mài mòn chứa trong mẫu dầu vì chúng chứa đựng những thông tin tỉ mỉ về quá trình mòn các cặp ma sát trong động cơ Các thông số đó gồm: nồng độ hạt mài mòn và kim loại trong dầu bôi trơn, sự phân bố kích thước hạt mài mòn, hình dáng, tỷ lệ kích thước và thành phần của hạt, trạng thái bề mặt hạt, và sự có mặt các tạp chất phi kim loại có nguồn gốc khác nhau, qua đó đánh giá cường độ mài mòn, dạng mòn xảy ra trong miền tiếp xúc, các cụm chi tiết bị mòn nhiều nhất, điều kiện ma sát và bôi trơn trong động cơ

Một trong những thông số quan trọng nhất là nồng độ hạt mài mòn trong dầu Muốn hiểu bản chất của chẩn đoán ma sát học cần phải lập mối liên hệ giữa tốc độ mài mòn các cụm chi tiết của hệ thống được bôi trơn và giá trị nồng độ các hạt mài mòn trong dầu, chúng phụ thuộc vào đặc tính của hệ thống bôi trơn

2.1.1 Phương trình giữa nồng độ hạt mài trong dầu và tốc độ mòn khi không tính đến hiệu quả lọc

Một trong những mô hình tính toán đầu tiên liên hệ giữa nồng độ hạt mài trong dầu và tốc độ hình thành hạt mài mòn trong các cặp ma sát của động cơ được D Lotanôm đưa ra với giả thiết cho rằng: tốc độ hình thành hạt mài và tốc độ mất mát dầu của hệ thống là hằng số Tuy nhiên mô hình này không để ý đến khối lượng hạt mài bị giữ lại trên lọc và trên bộ phận khác của hệ thống bôi trơn

Phương trình cân bằng các hạt mài mòn trong dầu của hệ thống bôi trơn được viết:

(V q.dt)(C dC)dt

.q.Cdt.mC

Trong đó: C- Nồng độ các hạt kim loại mài mòn trong dầu;

V- Thể tích dầu dùng trong hệ thống bôi trơn;

m- Khối lượng hạt mài mòn kim loại cuốn vào hệ thống bôi trơn trong một đơn vị thời gian;

t- Thời gian;

T- Tổng số thời gian hoạt động của động cơ.

Cho rằng số hạt mài mòn bị mất mát khỏi hệ thống bôi trơn là do số dầu bị mất mát đi.Trong khoảng thời gian từ t đến t+dt, các thông số của hệ thống bôi trơn thay đổi như sau:

Hình 2 : Đồ thị ảnh hưởng của nồng độ hạt mài theo thời gian

Sau khi rút gọn phương trình ta được

dC.Vdt

Số lượng dầu còn lại trong hệ thống, sau thời gian t:

t

qV

V= 0−

Do đó

(V qt.)dCdt

qV

dt

0

=

−Nhân hai vế với –q, tích phân hai vế sẽ được

m

C.qt

qV

(2.3)Xác định hằng số tích phân K:

Khi t=0, C=C'0,

m

C.qVlogK

t=0

V=V0

t+dtt

C

t

Trong đó

C’- Nồng độ các hạt kim loại sau khi thêm dầu

Thay K vào biểu thức trên, lấy t1 và C1 là giá trị tương ứng cuối khoảng thời gian t1, sẽ được biểu thức tính tốc độ hình thành của hạt mài mòn m

0 1

t

qV

Vlog

CCqm

V

t

q1log

0 1

1 0

1

V

tV

t

q1log −  =−và

0 1

t

q1log

V

t

q1log

CCqm

0 1

' 0

2.1.1.1 Thay đổi nồng độ hạt mài mòn khi đổ thêm dầu

Gọi Va0 là lượng dầu đổ thêm

Có thể cho rằng số lượng hạt mài mòn trong hệ thống bôi trơn vẫn giữ nguyên sau khi đổ thêm dầu :

'

V1CC

2.1.1.2 Thay đổi nồng độ hạt mài mòn trong suốt thời gian hoạt động

Thay giá trị C vào phương trình động học nhiễm bẩn dầu bằng các hạt mài mòn '0

sẽ được:

m

CCqV

t

q1log

' 0 1 0

V1CCqV

t

q1

0 0

1 0

xung thêm dầu được thể hiện trên hình 2.2

Hình 2 : Đường cong thay đổi nồng độ hạt mài mòn

Biểu thức tương ứng với từng giai đoạn giữa các lần bổ xung dầu như sau:

mV

V1CCqV

t

q1

0 0

1 0

V1CCqV

t

q1

1 1

2 0

V1CCqV

t

q1

2 2

3 0

V

V1CC

qV

t

q1

2 an 2

n 1 n 0

t

q1

1 an 1

n n 0

VC

V

VCV

VCV

VCC

C

q

0

1 an 1 n 0

2 2 0

1 1 0

0 0 0

0

VCV

1

∑−

=

Nếu coi q=const, thì lượng dầu đổ thêm Van =qt.n

Nếu tn=const thì Ci sẽ tính được

Lúc ấy:

mV

C

CCCVCCq

0

1 n 2

1 0 an 0

V

CV

C

CCCVCCq

0

n an 0

1 n 2

1 0 an 0

++++

Sau khi rút gọn ta được:

tn = 1+ 2+ 3 + nCộng vế trái của phương trình (2.6) được

n 0

2 0

1

nV

T.q1lognV

t

q1

V

t

q1V

t

q1

−

=

0

0 A

0 0

A n

nV

T.q1logn

nV2/1nV1CnV2/1nV1

=

0 A

0 A

A 0

A B

nV

V1

1log

n

nV2/1nV1CnV2/1nV1

1lognnV

T.q1logn

=

0

0 A

B 0

A B

nV

T.q1

1log

n

nV2/1nV1CnV2/1nV1

V

m= 0 B − A

T.q1

1log

n

V

V.C

nV

T.qnV

T.q1

1logq

0 A 0

1

V

t

q1log

V

V1CCqm

Biểu thức này đã có trong phần trên

2.1.1.3 Công thức của hãng Roll-Roy

Nếu n đủ lớn và qt rất nhỏ so với Vo thì:

(n−1)/n→1(n+1)/n→1

0 0 n

0 0

V

qTnV

nqTnV

T.q1

1log

nV

T.q1

1log

C

q

m

0 A 0 A 0 A 0 B

0

0 0

A A

0 A B

−

−+

=

=

−

−+

CM = B+ A

- Nồng độ trung bình của hạt mài giữa hai lần lấy mẫu

M 0

0

A A 0

B B

dt

dCVV

2

qTCCV2

qTCCT

CM và dC/dt sẽ tương ứng với biến thiên của m

2.1.1.4 Cơ sở chọn khoảng cách giữa hai lần lấy mẫu

Rõ ràng m phụ thuộc vào qT/V0 tức là phụ thuộc số phần trăm dầu mới bổ xung giữa hai lần lấy mẫu

Do đó xác định khoảng thời gian đảm bảo qT/V0 là hằng số là điều hợp lý Muốn vậy, cần lấy một giá trị qT/V0 bằng một hệ số bất kỳ nào đó chẳng hạn 2/3 tức là T= 2V0/3q sẽ tìm được thời gian lấy mẫu

Do mục đích kỹ thuật T thông thường không vượt quá 100-125 giờ

Riêng với động cơ cỡ lớn giá trị này có thể thay đổi

2.1.2 Phương trình giữa nồng độ hạt mài và tốc độ mòn bề mặt ma sát có tính đến hiệu quả lọc

Trong công trình [17] giới thiệu mô hình toán học và phương pháp xác định tốc

độ hình thành các hạt mài mòn trong động cơ điezen Trong mô hình này bình lọc nhiên liệu là bộ phận tích giữ các hạt mài mòn được hình thành trong động cơ

Trong mô hình toán học sử dụng các giả thiết sau:

- Các hạt mài mòn sau khi vào hệ thống bôi trơn được hoà trộn tức thời với dầu nhờn chứa trong hệ thống thành một dung dịch đồng nhất

- Thể tích dầu trong bình lọc bằng không, nói khác đi thể tích bình lọc nằm trong thể tích toàn phần của hệ thống dầu bôi trơn

- Tốc độ hình thành hạt mài mòn, lưu lượng dầu đi qua hệ thống (Q), thể tích toàn phần VS và hiệu quả lọc dầu trong suốt thời gian động cơ hoạt động được coi là không thay đổi

- Thể tích đường ống dẫn dầu nằm trong thể tích toàn phần VS của hệ thống, tốc

độ hình thành các hạt mài mòn được xác định như sau:

i N 1 i

* hat

*

'm'

=

=

(2.10)Trong đó:

i - Chỉ số của bề mặt mài mòn,

N – Số lượng mặt mài mòn tạo ra các hạt

m’hat – Tốc độ hình thành hạt theo khối lượng, mg/phút.

Các hạt mài mòn, được hình thành trong từng cặp ma sát của động cơ có luật phân phối nhất định theo kích thước Tốc độ hình thành hạt mài mòn có thể tính theo luật phân phối về kích thước của những hạt đó, vì cơ cấu loại trừ hạt mài mòn như bình lọc dầu, chủ yếu phụ thuộc kích thước hạt Tốc độ hình thành hạt theo khối lượng

có thể được tính theo sự phân phối kích thước của hạt, được tạo ra trên mỗi bề mặt ma sát:

j K 1 j

* hat

*

'm'

* hat

*

'm'

m

(2.11)Tuy nhiên phải thấy một hiện tượng là sự phân phối kích thước của các hạt trên động cơ thực tế còn chịu ảnh hưởng của việc các hạt lớn còn bị nghiền giữa các mặt

ma sát để tạo nên những hạt nhỏ hơn

Phương trình cân bằng của hệ thống từ thời gian t=0 đến thời gian t có dạng :

∫

∫ −+

0

* t

0

* 0 0 S ) t

C

(2.12)Trong đó :

C(t)- Nồng độ hạt mài mòn trong dầu tại thời điểm t, phía sau bầu lọc (mg/ml)VS- Thể tích dầu trong hệ thống dầu bôi trơn động cơ

Co- Nồng độ hạt mài mòn ban đầu khi t=0, mg/ml

Hiệu quả lọc có thể biểu thị qua biểu thức sau:

) qualoc ( hat

*

) giulai ( hat

* K

1

m

=γ

=

=

(2.13)

''

m - Tốc độ hạt đi vào lọc, tính theo khối lượng, mg/phút

Hiệu quả toàn phần của bình lọc là hàm của lực phân phối theo kích thước hạt,

do đó hiệu quả lọc sẽ tăng khi tăng kích thước hạt

Lưu lượng khối lượng hạt mài qua lọc sẽ là:

) t ( )

denloc ( hat

*

C.Q''

Trong đó:

Q- Lưu lượng dầu qua lọc

Lúc ấy, tốc độ hạt mài mòn bị giữ lại ở bình lọc

) t ( )

giulai ( hat

*

C.Q.''

0

* ) t ( t

0

* i

¸ 0 S ) t

C

(2.16)Chia hai vế cho VS và vi phân hai vế sẽ đươc :

S

* ' S

) t ( )

t (

V

mV

CQ.dt

dC

=γ

+

(2.17)Giả thiết γ, Q, VAvà *

'mV

Qt.expQ

'mCC

* S

* 0 )

số theo thời gian Đặc điểm cơ bản của phương trình là đạt tới nồng độ cân bằng và thời gian đạt được trạng thái cân bằng ấy Thời gian đạt tới nồng độ cân bằng là thời gian τ làm cho nồng độ các hạt mài mòn trong dầu đạt tới trạng thái cân bằng:

Q

VSγ

=

τ

(2.19)Trong đó

τ- Thời gian đạt nồng độ hạt mài cân bằng

τ là hàm của tính hiệu quả lọc γ, thể tích dầu toàn phần và lưu lượng dầu đi qua hệ thống dầu

Thể tích toàn phần và lưu lượng dầu là những đặc tính đã biết của động cơ Tính hiệu quả của bình lọc- là giá trị chưa biết và là hàm số của kích thước lỗ của lưới lọc

và quy luật phân phối kích thước của hạt mài mòn Trong khi kích thước hạt mài mòn

có ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian đạt tới trạng thái cân bằng được tính theo biểu thức C(d) khi động cơ hoạt động lâu dài và t tiến tới vô cực:

Q

mC

C(p)- Nồng độ cân bằng của hạt mài mòn, mg/ml

Biểu thức tính C(p) xác định giá trị nồng độ cân bằng của các hạt mài mòn của động

cơ khi động cơ hoạt động ở một chế độ không đổi Nồng độ cân bằng của các hạt mài mòn phụ thuộc ba yếu tố- trong đó chỉ biết rõ một yếu tố đó là: lưu lượng dầu qua động cơ Như vậy, về mặt lý thuyết đã khẳng định rằng đối với một động cơ bất kỳ khi hoạt động ở một chế độ nhất định với chế độ mài mòn bình thường thì luôn luôn tồn tại một giá trị nồng độ cân bằng của hạt mài mòn trong dầu, giá trị này không đổi trong suốt thời gian hoạt động của động cơ Sự tăng trưởng giá trị nồng độ này chỉ rõ chế độ mài mòn không bình thường, lúc ấy trạng thái kỹ thuật của động cơ có thể không đáp ứng được yêu cầu hoạt động tiếp Sự tăng trưởng giá trị nồng độ hạt mài vượt quá giới hạn cân bằng sẽ không thể xảy ra đối với các cặp ma sát mài mòn bình thường

2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HƯ HỎNG DO MÒN CỦA VẬT LIỆU

2.2.1 Thông số cơ bản của vật liệu ma sát

Hình 2 : Những thông số quan trọng của hệ thống ma sát

Có hai đặc trưng của cặp ma sát gây nên hư hỏng bề mặt:

- Cường độ mòn ;

- Đặc trưng mòn (dạng mòn và phoi)

Tính chất của cặp ma sát trong quá trình mòn được miêu tả với hai nội dung:

- Vật liệu, đặc biệt là vật liệu kề cận với vùng tiếp xúc (thành phần, tổ chức kim tương) Vật liệu bôi trơn và môi trường với tư cách là môi chất trung gian có ảnh hưởng rõ rệt tới sự tương tác ma sát;

- Điều kiện tiếp xúc cặp ma sát dưới tác dụng của tải ma sát gồm: Biến dạng hình học, nhiệt độ tiếp xúc…

Tải ma sát được thể hiện:

- Tập hợp tải (tải trọng, tốc độ tương đối, dạng chuyển động, quá trình chuyển động và nhiệt độ môi trường) ;

- Thời gian duy trì tải và phương thức gia tải

bề mặt vật liệu của cặp ma sát phân cách hai phần tử ma sát Lớp biên bao gồm: lớp

biên trong và lớp biên ngoài (hình 2.4)

Hình 2 : Cấu tạo khu vực bề mặt kim loại

Khi ma sát, ôxyt phát sinh trên bề mặt kim loại biến dạng dẻo, lớp ôxyt đã hình thành thậm chí dày hơn 200 lần lớp ôxyt sinh ra ở nhiệt độ thấp trên bề mặt sắt không biến dạng Còn chất bôi trơn có phụ gia tạo mạng chống mòn, giảm ma sát, dưới tác dụng của tải ma sát cũng sinh ra lớp biên ngoài không đồng nhất trên bề mặt ma sát Khác với tính không đồng nhất lớp biên ngoài của chi tiết chưa nhiệt luyện, lớp biên trong thường có thành phần hoá học tương đồng với vật liệu nền thể hiện tính đồng nhất Do cường hoá cục bộ và biến dạng dẻo, lớp biên trong có độ cứng, kết cấu tổ

chức, cường độ và tính dẻo không đồng đều, là nguồn gốc hình thành các vết nứt của vật liệu Có thể thông qua biện pháp xử lý bề mặt và phủ bề mặt làm thay đổi thành phần hoá học của lớp biên trong qua đó làm thay đổi kết cấu tổ chức và đặc tính mòn.

2.2.3 Tập hợp tải ma sát

Tải ma sát có thể không đổi hoặc biến đổi giữa giới hạn trên và dưới; dao động hoặc va đập; ngoài ra còn các dạng chuyển động khoan (vừa quay tròn vừa tịnh tiến), lăn thuần tuý (khi tiếp xúc không biến dạng) Trong các cặp ma sát loại cầu/ mặt phẳng, cầu/ cầu, cầu/ổ đỡ hình cầu, trụ/ mặt phẳng, trụ/ trụ, trụ/ bạc đỡ hình trụ.v.v

(hình 2.5), sự phân bố ứng suất không đều cả trên và ở sâu dưới lớp bề mặt.

Hình 2 : Các dạng cơ bản của tải ma sát

Mòn là một quá trình động lực học, vì vậy đặc tính mòn của hệ thống ma sát có liên quan tới thời gian gia tải Do đó cần phải khảo sát thêm các mặt sau :

- Trạng thái bắt đầu mòn;

- Quá trình mòn;

- Trạng thái kết thúc mòn

Vì vậy cần phải đề cập tới :

- Kết cấu hệ thống khi bắt đầu mòn (vật liệu, tải và chuyển động);

- Những thông số của quá trình mòn (ma sát, nhiệt độ, tiếng ồn);

- Lượng mòn kết thúc (cường độ mòn, hình dạng mòn)

2.2.4 Điều kiện tiếp xúc

ở trạng thái ma sát khô và ma sát hỗn hợp, tiếp xúc của cặp ma sát chỉ phát sinh trên các điểm tiếp xúc không liên tục Các điều kiện tiếp xúc (tính chất biến dạng, hình học tiếp xúc, trạng thái ma sát, nhiệt độ trong tiếp xúc ma sát) dưới tác dụng của tập hợp tải ma sát đối với đặc tính mòn của hệ thống ma sát là cực kỳ quan trọng Tại các

vị trí tiếp xúc này, cơ chế mòn trực tiếp phát huy tác dụng và như vậy gây nên hư hỏng

do mòn

2.2.4.1 Biến dạng tiếp xúc

Khi hai thành phần của cặp ma sát tiếp xúc trên nhiều điểm không liên tục, sẽ xuất hiện những biến dạng sau:

Trong đó diện tích tiếp xúc thực có ý nghĩa quan trọng nhất

Mức độ phù hợp về hình dáng vĩ mô hai bề mặt ma sát tiếp xúc có thể khác nhau rất lớn

2.2.4.3 Trạng thái ma sát

Hình 2 : Các loại ma sát động cơ bản

Ma sát là một tổn thất cơ năng trong quá trình chuyển động tương đối tại miền vật liệu tiếp xúc từ khi bắt đầu cho tới khi kết thúc

Hệ số ma sát luôn được quyết định bởi điều kiện của hệ thống ma sát cụ thể Hệ

số ma sát tỷ lệ giữa hai lực, và từ đó quyết định nó chịu sự chi phối của đặc điểm động lực rất rõ nét của quá trình ma sát ở điều kiện thông thường, hệ số ma sát  đo được rất phân tán; mặt khác, trong tình trạng mòn khốc liệt thì trị số  ngược lại hầu như không

đo ra được sự khác biệt gì

Căn cứ điều kiện tiếp xúc của cặp ma sát, ta có các dạng ma sát động: ma sát khô, ma sát tới hạn và ma sát ướt cũng như một vài loại cơ bản của ma sát hỗn hợp (ma sát ướt và ma sát khô, ma sát ướt và ma sát tới hạn )

hư hỏng cơ bản do mòn gây nên, cần biết các đặc trưng sau:

- Loại chuyển động tương đối;

- Nguyên tố tương tác;

- Cơ chế mòn chủ đạo

Hiển nhiên kết hợp ba đặc trưng này lại với nhau có thể biết được dạng mòn

Để xác định đặc tính mòn một cách định lượng hơn, người ta cần phải quan tâm tới những đặc điểm:

- Công đưa vào: phụ tải pháp tuyến, hệ số ma sát, quãng đường ma sát;

- Tính năng vật liệu có liên quan tới mòn;

- Cường độ mòn;

- Hình dạng ngoài của bề mặt mòn

Nói chung trong tất cả các dạng mòn, tác dụng cơ học của ma sát sẽ gây ra kích hoạt sự hấp thụ ma sát hoặc phản ứng hoá học ma sát, mà chúng thường xảy ra đồng thời, từ đó làm cho lớp biên ngoài của chi tiết ma sát phát sinh biến dạng Sự biến dạng trên diện tích tiếp xúc này đóng vai trò gia tốc (cơ chế tổn thương trước) hoặc là giữ vai trò khống chế (cơ chế bảo vệ) đối với sự phát sinh của cơ chế mòn cơ bản Đây thực ra không phải là cơ chế cơ bản của mòn mà là cơ chế dẫn dắt và kích hoạt phản ứng hoá học và hấp phụ một cách máy móc của quá trình ma sát Đối với sự thay đổi phát sinh trên diện tích tiếp xúc này, năng lượng bề mặt của chi tiết ma sát là nhân tố

có tính quyết định, dưới tác dụng của tải ma sát, năng lượng bề mặt ma sát có thể đạt tới giá trị vô cùng cao Trạng thái kích thích cao này sẽ kích hoạt phản ứng hoá học ma sát Trong quá trình mòn thường xuyên phát sinh cơ chế mòn chồng xếp lên nhau, có liên quan tới kết cấu cơ bản của hệ thống ma sát Do đặc trưng có tính ngẫu nhiên của

quá trình mòn cục bộ có thể được xem như một quá trình xác suất Trong quá trình này, đặc trưng thống kê của điều kiện tiếp xúc và sự hình thành vụn mài chiếm ưu thế.

2.3 QUY LUẬT MÒN CỦA CÁC CHI TIẾT MA SÁT TRONG ĐỘNG CƠ 2.3.1 Các dạng hao mòn và hư hỏng của bề mặt ma sát

Các dạng phá hoại khi ma sát:

Cho phép (hao mòn):

- Hao mòn cơ hoá bình thường do ô xy hoá;

- Hao mòn cơ hoá bình thường do bong dần các lớp màng mỏng có nguồn gốc khác ô xýt;

- Dạng cơ hoá của mài mòn

Không cho phép (hư hỏng):

- Tróc loại 1;

- Tróc loại 2;

- Quá trình Fretting (tróc ô xy hoá động);

- Cắt cào xước (dạng cơ học của mài mòn);

- Mỏi khi ma sát lăn;

- Các dạng hư hỏng khác (ăn mòn, xói mòn, bào mòn, dập)

2.3.2 Quy luật mòn của các chi tiết ma sát trong động cơ

Khi vận hành, mòn của tất cả các chi tiết làm việc của động cơ là quá trình tất nhiên và không thể tránh khỏi Mối quan tâm chủ yếu là mòn của các chi tiết gây ảnh hưởng quyết định tới tuổi thọ của động cơ Trước hết đó là: trục khuỷu và blốc xi lanh, các chi tiết mài mòn của chúng làm ảnh hưởng lớn đến các chỉ số vận hành của động

cơ, còn thay thế chúng là việc làm nặng nhọc (bạc lót trục khuỷu, bạc lót thanh truyền, pittông và vòng găng) Mòn của các chi tiết cơ cấu phân phối khí có thể gây hậu quả xấu đáng kể đối với vận hành của động cơ Tuy nhiên chúng không phải là dấu hiệu hư hỏng để đưa động cơ vào sửa chữa lớn là do có thể thay thế nhanh Hơn nữa, mòn của các chi tiết của cơ cấu trên có thể làm động cơ ngừng hoạt động, nhưng không làm giảm tuổi thọ động cơ

Số lớn các nhà nghiên cứu về hao mòn động cơ cho rằng nhóm chi tiết chính quyết định tuổi thọ, chất lượng làm việc của động cơ Điêzen là xi lanh trục khuỷu, mối ghép xupáp, nhóm chi tiết chính xác bơm cao áp Riêng xi lanh, trục khuỷu còn được lấy làm căn cứ chính để quyết định cấp sửa chữa đại tu hay trung tu động cơ

Tuy quy luật mòn các chi tiết cơ bản của động cơ đã được nghiên cứu ở các nước phát triển nhưng trong điều kiện sử dụng ở nước ta, các yếu tố có ảnh hưởng quyết định đến quy luật mòn như: địa hình, khí hậu, nguyên vật liệu, nhiên liệu dầu

mỡ, phụ tùng thay thế, trình độ công nhân vận hành và bảo dưỡng sửa chữa v.v mà dựa chủ yếu vào quy luật mòn của nước ngoài thì không hoàn toàn thích hợp nên phải điều chỉnh cho phù hợp với đặc thù ở Việt Nam Do đó quy luật mòn của các chi tiết này được đặc biệt chú ý nghiên cứu.

Kinh nghiệm cho thấy tính chịu mòn không chỉ phụ thuộc độ cứng và tải trọng Tính đàn hồi của vật liệu, chế độ làm việc (tải, tốc độ, nhiệt độ), điều kiện bên ngoài (môi trường, bôi trơn) và đặc trưng kết cấu cặp ma sát v.v là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới mòn

Trong quá trình các nhấp nhô tế vi trượt khi ma sát, nảy sinh ứng suất nén và ứng suất ở các vùng khác nhau Mỗi phần tử vật liệu chịu biến dạng đổi chiều Biến dạng lặp đi lặp lại nhiều lần dẫn đến thay đổi tính năng lý hoá của lớp bề mặt, tích tụ những hư hỏng và làm bong những hạt mòn

ứng suất tương đương σeff là ứng suất khi bong hạt mòn:

r ml eff =k.π=kf .P

VI

a

=Trong đó:

L: Chiều dài đường ma sát;

VE: Thể tích vật liệu bị mòn trên đường ma sát L;

U: Lượng mòn

Cần lưu ý rằng, chỉ có diện tích tiếp xúc thực tế mới tham gia vào quá trình ma sát, ta

có khái niệm lượng mòn riêng:

dA

Vi

r

d

h =Trong đó:

d: Đường kính trung bình của vết tiếp xúc;

Vd: Thể tích vật liệu bong khỏi diện tích Ar, khi trượt trên đường d (kết quả một lần tương tác của các nhấp nhô bề mặt)

Từ đó ta có:

r

a h a

r

PiA

Ai

Trong một lần tương tác của các nhấp nhô, ta có chiều dày lớp mòn là:

n

U

Vh = vTrong đó

n: Số chu kỳ dẫn tới sự bong thể tích vật liệu Uv

Mòn là quá trình phá huỷ lớp bề mặt của vật thể dưới tác dụng của vật thể khác hoặc môi trường xung quanh

Đặc tính biến đổi đại lượng mòn và cường độ mòn các chi tiết phần lớn các máy móc, trong đó có động cơ đốt trong phụ thuộc vào quãng đường ma sát có quy

luật chung theo hình 2.7, có thể chia rõ ràng thành ba giai đoạn: I - chạy rà; II - làm

việc; III - mòn khốc liệt

Hình 2 : Đồ thị phụ thuộc của lượng mòn U vào thời gian Giai đoạn chạy rà.

Là khoảng không cân bằng của quá trình mòn, khoảng này nằm trong tuổi thọ của chi tiết với biểu hiện tiếp xúc nhỏ và được đặc trưng bởi cường độ mòn giảm dần

dLdU

dU

=

Giai đoạn mòn khốc liệt.

Có đặc trưng cường độ mòn tăng vọt

U

II

t (h)