Khảo sát tính ổn định hướng chuyển động của liên hợp máy nông nghiệp mooc

Khảo sát tính ổn định hướng chuyển động của liên hợp máy nông nghiệp mooc

Mở đầu

Khả năng hạn chế của việc kiểm tra thường xuyên trạng thái kỹ thuật của

ôtô trong quá trình sử dụng dẫn đến hậu quả là các hư hỏng chỉ được phát hiện khi nó đã xuất hiện một cách rõ rệt Các hư hỏng liên quan đến việc giảm thiểu chút ít công suất, tăng chi phí nhiên liệu, tăng lượng thải độc hại ở khí xả, biến dạng phần truyền lực, di động, giảm hiệu quả phanh…,

có thể ngay cả người lái cũng không nhận biết được Các hư hỏng loại này trong thời kỳ phát sinh chỉ có thể nhận biết nhờ chẩn đoán

Trong các thông số chẩn đoán biểu diễn các quá trình làm việc của các phần cấu trúc ôtô máy kéo có thể chứa một số dấu hiệu chẩn đoán Khi đã

có được các tập hợp dấu hiệu người ta sẽ xác định, dự kiến các phương pháp xử lý thông tin nhận được từ quá trình chẩn đoán Việc chẩn đoán ôtô máy kéo và liên hợp máy tự chạy thường được tiến hành theo các cụm lắp ráp, các phần cấu trúc Tương ứng với các phần cấu trúc mà người ta phân nhóm các thiết bị chẩn đoán sử dụng cho ôtô máy kéo và các liên hợp máy

tự chạy Việc đánh giá tình trạng kỹ thuật của ôtô máy kéo và các liên hợp máy tự chạy thường được tiến hành trong quá trình sử dụng, trong khoảng giữa các thời kỳ sửa chữa, chăm sóc, bảo dưỡng kỹ thuật Để đánh giá tình trạng kỹ thuật một cách tổng thể ngoài việc sử dụng các thiết bị được trang

bị trên ôtô máy kéo như đồng hồ tốc độ, công tơ mét, đồng hồ báo mức nhiên liệu, áp suất dầu nhờn, nhiệt độ nước làm mát, đồng hồ hoặc đèn báo nạp… Người ta còn sử dụng các thiết bị chuyên dùng cho chẩn đoán và

đánh giá kỹ thuật ôtô máy kéo Các xe hơi hiện đại được thiết kế để ít cần thiết phải kiểm tra, chăm sóc, còn các hệ thống điện tử trên xe có thể làm việc mà không cần chăm sóc Mặc dầu vậy, vẫn có thể xuất hiện hỏng hóc

do hoạt động của động cơ và hệ thống điện tử bị tác động bởi hao mòn, bẩn và ăn mòn hoá học hoặc các giá trị điều chỉnh có thể bị thay đổi Do

đó chẩn đoán nhanh và chắc chắn trong các trường hợp hỏng hóc là nhiệm

vụ quan trọng nhất của các trạm dịch vụ xe hơi hiện nay Giữa kiểm tra và chẩn đoán cũng cần được phân biệt, khi kiểm tra cần xác định những giá trị đo nhất định để so sánh với giá trị cần thiết còn khi chẩn đoán cần đặt sai lệch giữa các trạng thái trong tương quan với hoạt động của hệ thống, các quan hệ hỏng hóc, các kiến thức kinh nghiệm và mục đích chính là xác

định loại hư hỏng, thành phần hư hỏng

Hiện nay, với sự trợ giúp của các thiết bị chuyên dùng người ta có thể phân tích dầu nhờn để chẩn đoán động cơ, có thể đánh giá hao mòn nhờ phân tích phóng xạ…, đối với các động cơ hiện đại điều khiển điện tử, sự

đánh lửa và tạo thành hỗn hợp đốt luôn trở nên đồng bộ hơn và cũng phức tạp hơn, vì vậy trong các trạm bảo dưỡng, sửa chữa xe hơi hiện đại thường

được trang bị các hệ thống chẩn đoán kiểm tra được điều khiển bằng máy tính điện tử và bao gồm những phần cấu trúc cơ bản có tính chất vạn năng,

tự động hoá và không chịu ảnh hưởng chủ quan Các hệ thống chẩn đoán tiêu biểu bao gồm:

- So sánh áp suất nén nhờ quá trình dòng điện ở máy đề

- So sánh công suất các xi lanh nhờ làm ngắn mạch riêng phần bộ phận

đánh lửa hoặc nhờ phân tích chuyển động tròn đều qua phân tích tần số quay của động cơ

- Phân tích quá trình điện áp sơ cấp và thứ cấp trong hệ thống đánh lửa

- Xác định các thành phần khí xả

Trong luận văn này tôi xin đề cập đến việc chẩn đoán tình trạng kỹ thuật của động cơ nhờ việc phân tích các thành phần khí xả

Chương 1: tổng quan về vấn đề nghiên cứu

1.1 Khái quát về chẩn đoán động cơ

Trong quá trình sử dụng, công 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 không nhạy điều chỉnh của các hệ thống trong động cơ

và không thể làm cơ sở để gửi đi sửa chữa lớn Trong đa số các trường hợp hao tổn công suất và giảm tính tiết kiệm chi phí nhiên liệu có thể được khắc phục ngay ở cơ sở vận tải hoặc các trạm bảo dưỡng, các gara sửa chữa nhỏ, đặc biệt khi ở đó có các thiết bị định lượng đánh giá chỉ tiêu này

Các nguyên nhân cơ bản của các hỏng hóc trên động cơ thường là hở

đường nạp không khí, điều chỉnh không đúng hoặc thay đổi góc bắt đầu phun hoặc góc đánh lửa, kẹt tắc các thiết bị phun nhiên liệu và nói chung

là sai lệch trạng thái hoạt động đúng của hệ thống cung cấp nhiên liệu và

hệ thống đốt cháy Đối với mỗi dạng cấu trúc của các hệ thống này, các sai lệch có thể có những biểu hiện riêng, thí dụ đối với hệ thống cung cấp

điezel là sai lệch các trạng thái của vòi phun hoặc bơm cao áp Đối với hệ thống cung cấp chế hoà khí là sai lệch trạng thái của cacbuarator, còn đối với hệ thống phun xăng điện tử là sai lệch trạng thái của vòi phun hoặc mạch điều khiển điện tử 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, cân bằng không đủ cho động cơ, 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 pít tông xi lanh, mòn cổ biên và cổ

chính trục khuỷu, mất điều chỉnh trong cơ cấu xupáp và các sai lệch trong

hệ thống cung cấp nhiên liệu, hệ thống đốt cháy, cơ cấu biên tay quay và nhóm pít tông xi lanh

Sự thay đổi trạng thái kỹ thuật của hệ thống cung cấp hỗn hợp đốt ở động cơ chế hoà khí như thay đổi mức nhiên liệu trong buồng phao, lượng cung cấp xăng từ bơm, áp suất nhiên liệu của bơm và độ chân không trong

đường nạp…, sẽ làm xấu quá trình cháy và do đó làm giảm các chỉ tiêu công suất, tính tiết kiệm nhiên liệu và thành phần khí xả Cũng dẫn đến kết quả như vậy khi xuất hiện trục trặc ở hệ thống điều khiển điện tử trên các

xe hiện đại, được trang bị để điều khiển động cơ, thí dụ đứt hoặc ngắt mạch, hao mòn, bẩn hoặc ăn mòn hoá học

Số hỏng hóc tương đối lớn nhất trong quá trình sử dụng ở động cơ chế hoà khí xuất hiện ở hệ thống đốt cháy Sự thay đổi giá trị cần thiết của góc

đánh lửa, thời điểm đánh lửa, trạng thái điều chỉnh góc đánh lửa, các thông

số của mạch sơ cấp và thứ cấp, khe hở budi…, dẫn đến làm xấu các chỉ tiêu hoạt động của động cơ

Hao mòn còn tác động lớn hơn nữa đến các liên kết vòng găng-pít tông, các gối đỡ chính và gối đỡ biên Khi đó thường gặp hơn cả trong các gối

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

Sai lệch chủ yếu của hệ thống bôi trơn là giảm ấp suất dầu trong mạch dầu chính do các nguyên nhân sau: Mức dầu trong các te thấp, mòn liên kết trong cơ cấu biên tay quay, giảm lượng cung cấp của bơm dầu, mất

điều chỉnh van dòng hoặc van an toàn, độ nhớt dầu thấp…

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 Việc giảm công suất xảy ra khi điều chỉnh không đúng cơ cấu, cháy hoặc biến dạng xupáp, mòn mặt cam trên trục phân phối, giảm độ đàn hồi của lò xo xupáp Hao

tổn dầu tăng là do dầu lọt qua các bộ phận làm kín, thông hơi các te kém, mòn vòng găng, pít tông và xi lanh, mòn bạc hướng dẫn xupáp và làm mất

độ kín…

Các thông số chẩn đoán đa số các trường hợp được đặc trưng bởi phương pháp chẩn đoán Trong các phương pháp chẩn đoán hiện đại có hệ thống chẩn đoán động cơ theo thành phần khí xả

1.2 Kiểm tra thành phần khí xả

1.2.1 Những nguyên tắc chung

Hàm lượng CO trong khí xả được xác định bằng cách đo cường độ ôxi hoá xúc tác CO hoặc sự hấp thụ hồng ngoại của khí xả Đơn giản nhất là các máy phân tích khí dựa trên phương pháp đo cường độ ôxi hoá xúc tác

CO, tuy nhiên lại không đảm bảo độ chính xác cần thiết Để đảm bảo độ chính xác cao hơn người ta sử dụng máy phân tích khí xả hồng ngoại Mẫu máy phức tạp nhất cho phép phân tích, xác định riêng biệt tất cả các thành phần khí xả cơ bản: CO, CO2, NOx, CH, O2

Hình 1.1: Phổ hấp thụ hồng ngoại của các thành phần khí khác nhau

Nguyên lý làm việc của máy phân tích khí xả hồng ngoại dựa trên tính chất hấp thụ chọn lọc bức xạ hồng ngoại của các phần tử khí, có nghĩa là

mỗi loại khí chỉ hấp thụ bức xạ hồng ngoại có bước sóng nhất định

(H.1.1) Mức hấp thụ i tỷ lệ thuận với nồng độ thành phần hấp thụ

1.2.2

Nguyên lý một số thiết bị đo

Hình 1.2 giới thiệu nguyên lí của máy phân tích NDIR Tia hồng ngoại

không phân tán (NDIR) được dùng trong phương pháp này

1 Mô tơ tạo dao động

2 Bộ tạo dao động

3 Buồng so sánh

4 Bộ phận ghi

5 Cảm biến

6 Khuếch đại chính

7 Khuếch đại sơ bộ

8 Màng

9 Buồng đo

10 Buồng sáng

8 7

9

10 1

2

3

4 5 6

Hình 1.2: Nguyên lý của máy phân tích NDIR

Tia hồng ngoại từ nguồn phát xuyên qua buồng đo và buồng so sánh

Khi nồng độ của khí đo trong buồng đo thay đổi, một phần các tia hồng

ngoại bị hấp thụ và năng lượng của các tia tác dụng lên cảm biến cũng

thay đổi tỷ lệ Do buồng so sánh chứa khí không hấp thụ tia hồng ngoại

nên nó luôn gửi đến cảm biến một năng lượng không đổi Điều này gây ra

sự khác nhau về cường độ lan truyền các tia hồng ngoại qua mỗi buồng,

khi tia hồng ngoại trong mỗi buồng bị chặn ngắt quãng bởi bộ tạo dao

động quay, năng lượng tia hồng ngoại bị hấp thụ bởi cảm biến được chuyển thành áp suất và gây ra sự dao động trên màng mỏng của đầu thu

số tụ điện được gắn trong cảm biến Dao động này được biến đổi thành tín hiệu điện xoay chiều và được gửi đến bộ phận ghi của máy phân tích

1 2 3 4 6 7

MS

5’

5

Hình 1.3: Sơ đồ máy phân tích khí xả hồng ngoại cảm biến điện dung

Hình 1.3 giới thiệu sơ đồ máy phân tích khí xả hồng ngoại với cảm biến

điện dung Nguồn bức xạ hồng ngoại là hai sợi đốt bằng hợp kim Nicrom (2) Dòng bức xạ được phản xạ bởi các gương cầu (1) đi đến hai kênh quang, bị ngắt sáu lần trong một giây bởi đĩa quay (3) được truyền động bởi một động cơ đồng bộ ở kênh dẫn quang trên bố trí buồng làm việc (5), qua đó khí xả cần phân tích được dẫn liên tục tuần hoàn qua cửa (4), ở kênh dưới có buồng so (5’) nạp đầy nitơ hoặc không khí sạch Sau đó dòng bức xạ đi qua bộ lọc (6), bộ lọc này hấp thụ các thành phần bức xạ hồng ngoại không cần đo và đi đến buồng hấp thụ vi sai (7) Buồng (7) được ngăn cách cân bằng nhờ cảm biến điện dung (8) Thành phần bức xạ được khí xả hấp thụ làm nóng khí trong buồng hấp thụ và làm tăng áp suất khí Khi tăng nồng độ của thành phần cần đo trong khí xả, dòng bức xạ đi vào buồng hấp thụ trên bị yếu đi, do vậy nhiệt độ và áp suất ở đó giảm và thay

đổi theo tần số ngắt của đĩa quay Tín hiệu thay đổi điện dung từ cảm biến (8) đi qua bộ khuếch đại và máy dò pha đến bộ phận hiển thị Máy phân tích khí xả hồng ngoại nhạy cảm với nhiệt độ do đó nhiệt độ của khí xả

được ổn định nhờ bộ phận làm mát Trước đó khí xả cần được lọc và tách nước ngưng Để đảm bảo nồng độ khí đi qua buồng làm việc, người ta sử dụng bơm để giữ áp suất không đổi

Hình 1.4: Buồng đo hồng ngoại với cảm biến dòng khí

Cũng sử dụng phương pháp hấp thụ hồng ngoại, người ta còn dùng loại buồng đo với cảm biến dòng khí (Hình 1.4)

Thiết bị gồm một bộ phát tia hồng ngoại được đốt nóng đến 7000C Tia hồng ngoại được phát ra từ thiết bị đi qua buồng đo (3) đến buồng đón (1) Khi đo CO, Khí xả trong buồng đón đã có hàm lượng CO xác định Trong buồng đón, một phần bức xạ hồng ngoại bị hấp thụ Sự hấp thụ bức xạ hồng ngoại là nguyên nhân gây ra sự tăng nhiệt độ khí, tạo nên một dòng khí đi từ không gian V1 qua cầu đo dòng sang không gian V2 Do bức xạ hồng ngoại từ bộ phát tia đến buồng đón bị ngắt theo nhịp bởi một đĩa quay chắn ngang nên tạo ra một dòng khí cơ sở đổi chiều giữa hai không

gian V1 và V2 Đầu đo dòng khí biến đổi tín hiệu dòng khí thành tín hiệu

điện đổi chiều Phần khí cần đo có hàm lượng CO thay đổi đi qua buồng hấp thụ một phần năng lượng bức xạ, do đó phần năng lượng này làm giảm dòng khí cơ sở trong buồng đón qua đầu đo, nhờ đó độ lệch tín hiệu nhận

được so với tín hiệu đổi chiều cơ sở sẽ là số đo hàm lượng CO trong khí xả cần đo Đối với các thành phần khí xả khác như CH, CO2, NOx cũng có nguyên lý đo tương tự

5

4 3

Hình 1.5: Nguyên lý của FID

Người ta cũng có thể thực hiện việc đo nồng độ HC theo nguyên lý của FID Đây là một thiết bị phát hiện sự ion hoá của ngọn lửa Nguyên lý của phép đo là: Nếu có một lượng nhỏ các hydro cácbon trong ngọn lửa hydro, nhiệt độ trong ngọn lửa sẽ làm các hydro cácbon này phân chia, tạo ra ion Những ion này được sinh ra tỷ lệ với nồng độ hydro cácbon Hình 1.5 giới thiệu nguyên lý kết cấu và hoạt động của FID

Một khí mẫu và nhiên liệu được trộn ở phần A của vòi phun Hỗn hợp sau đó hoà trộn với không khí trong buồng cháy Một điện áp âm cao được

đặt vào vòi phun và một điện áp dương cao được đặt vào cực góp Cảm biến xác định cường độ dòng điện (dòng ion) đi giữa 2 cực (vòi phun và cực góp) bằng cách đếm sự thay đổi số lượng ion được sinh ra trong ngọn lửa hydro Nồng độ HC được tính theo đó, kết quả được gửi về bộ phận ghi

O3

NO

phóng

4 3

2

1

PM

5 6

Hình 1.6 mô tả nguyên lý của CLD Khí NO và O3 được đưa vào ống phản ứng và một phản ứng hoá học xảy ra ánh sáng sinh ra đi xuyên qua

một thiết bị lọc và được đo bằng một máy khuếch đại quang học (PM), tại

đây nó được khuếch đại và đo để tính ra nồng độ NO trong khí xả

3 Tiếp điểm 4 Tiếp xúc với vỏ

5 Lớp gốm bảo vệ Us Điện áp cảm biến

Hình 1.7: Cảm biến lambda

Hàm lượng O2 còn lại trong khí xả được đo nhờ cảm biến Lambda được

lấy làm tín hiệu vào để hệ thống định lượng nhiên liệu điều chỉnh hỗn hợp

nhiên liệu - không khí trong quá trình cháy rất chính xác đến giá trị λ = 1

Một phần của đầu đo Creramic nằm trong dòng khí xả còn một phần khác

tiếp xúc với không khí môi trường Bề mặt của đầu đo Creramic Zr.O nối

với các điện cực được phủ một lớp mỏng Platin có thể cho khí đi qua vật

liệu Creramic của đầu đo có thể dẫn điện (Các ion oxy), khi nhiệt độ vượt

quá 3000C nếu thành phần O2 ở hai phía khác nhau thì sẽ xuất hiện giữa

hai bề mặt giới hạn một điện áp Điện áp này chính là số đo sai lệch hàm lượng O2 ở hai phía của đầu đo

Trong khí xả của động cơ, cả khi cháy trong trạng thái thừa nhiên liệu vẫn còn dư hàm lượng O2 (Thí dụ λ = 0,95 vẫn còn 0,2-0,3 % thể tích) Hàm lượng O2 trong khí xả phụ thuộc với mức độ mạnh vào thành phần hỗn hợp nhiên liệu - không khí đưa vào động cơ Quan hệ này cho phép lấy hàm lượng O2 trong khí xả làm số đo hệ số thừa không khí λ

Phương pháp phân tích khí xả hồng ngoại được các hãng CAN (Mỹ), Hofman và Infralit (Đức), Jahagimoto (Nhật), Tecnotest (Italy)…, ứng dụng

1.3 Phân tích khí xả để chẩn đoán động cơ

Chất lượng cháy của hỗn hợp đốt có ảnh hưởng lớn đến việc phát huy công suất động cơ, chi phí nhiên liệu Mặt khác, chất lượng cháy của hỗn hợp lại phụ thuộc vào tình trạng kỹ thuật của nhiều hệ thống, chi tiết của

động cơ - Mà một phần kết quả của quá trình cháy là khí xả Nói cách khác, các thành phần khí xả là biểu hiện chất lượng đốt cháy hỗn hợp cũng

có nghĩa là biểu hiện tình trạng kỹ thuật của động cơ nói chung Vì vậy, việc phân tích các thành phần khí xả để chẩn đoán động cơ cũng là một trong những hướng nghiên cứu về chẩn đoán hiện đại

Hiện nay, các thiết bị đo và phân tích khí xả được sử dụng để kiểm tra lượng khí xả của các phương tiện cơ giới tham gia giao thông theo luật

định Những thiết bị đo và phân tích khí xả cũng còn là phương tiện trợ giúp hiệu lực để điều chỉnh tối ưu sự tạo thành hỗn hợp, quá trình đốt cháy hỗn hợp, thời điểm đóng mở xupáp… hơn nữa, các thiết bị này khi được tận dụng và khai thác triệt để nó cũng sẽ là những công cụ trợ giúp đắc lực cho việc phán đoán sự cố khi tiền hỏng hóc ở động cơ

1.4 Mục đích và nhiệm vụ của luận văn

Chẩn đoán kỹ thuật tiền hỏng hóc là công việc có vị trí rất quan trọng

Đây là công đoạn đầu tiên phục vụ cho việc tháo lắp, thay thế và điều chỉnh một cơ cấu, một hệ thống thậm chí toàn bộ động cơ để đạt lại những tiêu chuẩn kỹ thuật ban đầu Với những ôtô được trang bị những loại động cơ ngày càng hoàn thiện, phức tạp và đồng bộ với sự tham gia của hầu hết những thành tựu khoa học và công nghệ tiên tiến như điều khiển điện tử,

kỹ thuật tin học…, thì việc giám sát, chẩn đoán bằng các phương pháp truyền thống thông thường là hết sức hạn chế và rất khó thực hiện Ví dụ như việc kiểm tra bằng cách tháo các bộ phận, chi tiết nào đó rồi xác định các thông số sẽ làm sự ổn định của các mối ghép thay đổi, điều này làm xấu đi hiệu quả hoạt động của bộ phận, chi tiết đó Chính vì thế nên khoa học chẩn đoán hiện đại được đi cùng với những thiết bị chuyên dùng tương ứng được trang bị ở các xưởng chuyên môn, đồng thời cũng xuất hiện ngày càng nhiều các thiết bị cầm tay nhỏ gọn, linh hoạt và tiên tiến Mặt khác, trong điều kiện kỹ thuật ngày càng phát triển, những yêu cầu về đảm bảo các điều kiện tốt nhất cho sức khoẻ đời sống con người ngày càng được coi trọng Vấn đề môi trường và bảo vệ môi trường đang được quan tâm và liên tục được đề cập ở mọi khía cạnh của cuộc sống, nhất là đối với các phương tiện xe-máy tham gia giao thông ở nhiều quốc gia đã có những bộ luật với những qui định bắt buộc về thành phần khí xả (nhất là những thành phần độc hại) của các xe đang lưu hành Các khí CO, HC và NOx trong khí xả ôtô (cùng với các khí xả ra từ các nhà máy) là nguồn lớn nhất tạo ra các chất ô nhiễm không khí Khí xả ôtô gây ra những vấn đề đặc biệt nghiêm trọng ở thành thị, nơi có mật độ ôtô rất cao Điều này đã làm xuất hiện những thiết bị kiểm tra khí xả để đánh giá việc đáp ứng được các đòi hỏi

về môi trường

Dựa vào các thiết bị và điều kiện sẵn có, tôi chọn vấn đề khí xả để thực hiện đề tài “Nghiên cứu một số cơ sở khoa học để xây dựng hệ thống chẩn

đoán động cơ theo thành phần khí xả” Đề tài được thực hiện với phương pháp thực nghiệm cộng với phân tích lý thuyết - tổng hợp với mục tiêu cuối cùng là chẩn đoán tình trạng kỹ thuật của động cơ dựa vào các số liệu

về thành phần khí xả đo được nhờ các thiết bị chuyên dùng hoặc được cung cấp từ các hồ sơ kiểm định Cụ thể là:

Với những khả năng có được về thời gian và kinh phí, đề tài được tiến hành trên hai loại động cơ xăng của hãng TOYOTA đó là động cơ xăng sử dụng chế hoà khí 1RZ đặt trên xe TOYOTA HIACE đời 1998 và động cơ phun xăng điện tử EFI đặt trên TOYOTA CAMRY 2000

Chương 2: Phương pháp nghiên cứu

2.1 Phương pháp đo các tín hiệu chẩn đoán

Với điều kiện thực tế và những thiết bị hiện có, chúng tôi tiến hành xây dựng qui trình chẩn đoán động cơ nhờ phân tích khí xả bằng thiết bị Tecnotest - 473 do Italy sản xuất

2.1.1 Sơ đồ nguyên lý của thiết bị

7 8 6

54

15

16 17

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý của thiết bị Tecnotest - 473

1 Cảm biến đo dòng khí 10 Cảm biến O2

2 Bơm màng 11 Giá lọc tiêu chuẩn

3 Bộ phát tia hồng ngoại 12 Bộ lọc ly phân ngưng

4 Mô tơ đồng bộ 13 Bộ lọc ngoài trong suốt

5 Tế bào quang điện 14 Đầu lấy mẫu

6 Bộ lọc quang học 15 Lọc bằng than hoạt tính

7 Bộ thu tia hồng ngoại 16 Van điện từ

8 Bộ khuếch đại (Tự động hiệu chỉnh về 0)

9 Cảm biến NOx (Đặt thêm) 17 Van điện từ (Lấy chuẩn)

2.1.2 Nguyên lý hoạt động của thiết bị

Thiết bị này được sử dụng để xác định nồng độ các khí CO, CO2, HC và

O2 Các khí được lấy từ đuôi của ống xả bằng ống lấy khí mẫu (14) Chúng

được tách nước sau khi đã đi qua bộ lọc ngưng (12) và đưa vào bộ đo (5) Với ánh sáng hồng ngoại được phát ra bởi bộ phát (3), gửi qua bộ lọc quang học (6) và được đo đạc bởi bộ phận (7)

Các khí chứa trong bộ phận 5 có các bước sóng khác nhau phụ thuộc vào hàm lượng của chúng

Các khí H2, N2, O2 do không hấp thụ được các tia hồng ngoại phát ra nên không xác định được nồng độ đậm đặc thông qua hệ thống tia hồng ngoại Tuy nhiên, máy phân tích này được lắp với một cảm biến hoá học (10), thông qua nó ta đo được nồng độ % của O2

Các khí CO, CO2 và các khí HC nhờ các phân tử của chúng hấp thụ các tia hồng ngoại nên xác định được các bước sóng riêng của chúng

2.1.3 Mô tả cấu tạo máy

+ Mặt trước của máy:

Hình 2.2: Mặt trước máy

1 Tấm che phía trước 2 Vỏ che 3 Đế máy

Tấm che phía trước của máy không lắp với màn hiển thị hoặc bộ điều khiển nào, do đó việc điều khiển thiết bị phụ thuộc hoàn toàn vào máy vi tính hoặc bộ điều khiển đa chức năng FLEX (mô đun 515 có cổng Multiflex)

+ Mặt sau của máy:

Hình 2.3: Mặt sau máy

4 Đầu ống ngắn trong suốt: Để giữ bộ lọc phân ly ngưng

5 Bộ lọc phân ly ngưng: Cho phép lọc phần ngưng từ khí xả

6 Đầu ống dài trong suốt: Để giữ bộ lọc tiêu chuẩn

7 Bộ phận lọc tiêu chuẩn: Để lọc các tạp chất từ khí xả

8 Mác máy: Ghi các đặc tính kỹ thuật của máy

9 Nắp cao su bịt ống

10 Cổng AUX.1: Cổng nối máy với bộ Flex

11 Cổng 1St CYL: Nối với cảm biến tín hiệu số vòng quay (máy 1)

12 LAMDA Tap: Đầu cắm cho đầu dò Lamda

13 Bảng nguồn cung cấp: Có công tắc, đầu cắm và cầu chì 2A

14 Cổng TEMP 0C: Cổng nối với cảm biến nhiệt độ

15 Bộ lọc bằng than hoạt tính: Nó phân ly phần xăng thừa và tạp chất từ khí được hút vào để làm sạch bộ khí động bên trong

16 Đầu nối CAL GAS IN: Để nối với bình khí mẫu

17 Đầu nối ZERO GAS IN: Nối với đầu khí vào dùng cho việc làm sạch bộ khí động bên trong

18 Cảm biến O2: Để đo hàm lượng % của O2 trong khí xả

19 Đầu nối OUT GAS: Đầu ra của khí cần phân tích

20 Đầu cắm kiểm tra độ kín

21 đầu nối OUT WATER: Đầu ra của phần ngưng (nước) trong khí đã phân tích

22 Đầu nối IN GAS: Đầu vào của ống khí xả

+ Các cổng nối tiếp:

Hình 2.4: Các cổng nối tiếp của máy

Máy phân tích có một cổng AUX 1 để ghép nối tiếp Cổng này cho phép nối tới bộ đa sử lý VISA/VISA COMPACT Máy phân tích khí được chứa

trong một ca bin của bộ sử lý trung tâm thuộc họ VISA Khi nối máy phân tích với máy tính, tất cả các thao tác điều khiển đều được thực hiện thông qua bàn phím, các kết quả hiển thị trên màn hình của máy tính và có thể in

ra qua máy in

2.1.4 Cách nối các đầu dây và lắp ráp máy

Hình 2.5: Cách nối các đầu dây và lắp ráp máy

a Tháo các nút bảo vệ đã được cắm vào các cổng và các đầu nối

b Cắm ống (2) vào đầu ngưng (3) để đưa nước ngưng ra xa máy phân tích

c Nối dây cáp nguồn (1) vào cổng đặt trong bộ VISA

d Để nối đúng điện áp cung cấp, hãy đảm bảo rằng cổng có các đặc tính Điện áp/Tần số giống với Điện áp/Tần số ghi trên nhãn máy Nối đất là rất cần thiết

e Nối kẹp cảm ứng (11) vào cổng 1st CYL (5)

f Nối cảm biến nhiệt độ (10) vào cổng TEMP 0C

g Nối dây (8) vào cổng LAMBDA (7)

h Nối dây cáp SHUNT (9) vào dây (8)

i Nối với bình khí mẫu nếu bình khí được cung cấp

Hình 2.6: Cách nối cảm biến khí xả

j Cắm dây liên kết máy tính (13) vào cổng AUX.1 của máy phân tích, đầu kia cắm vào cổng COM của máy tính

k Lắp hệ thống nạp khí theo các nguyên tắc sau:

+ Cắm đầu dò khí mẫu (16) vào đường ống dài 6m (15)

+ Nối với đường ống có bộ lọc ngoài (14) đã được nối với đường ống dài 80 cm

+ Cắm bộ đã lắp ráp trên vào cổng khí vào (12)

Chú ý:

Cảm biến ôxy (17) là loại cảm biến hoá học và nó phải được thay thế khi hết hạn sử dụng Để thay thế cảm biến khí xả, cần phải yêu cầu có sự trợ

giúp của nhân viên kỹ thuật Để tránh thay đổi các kết quả đo, hãy để đầu nối ra OUT-GAS tự do

Hình 2.7: Cảm biến ôxy

2.1.5 Sử dụng máy phân tích

Các thông báo lỗi được hiển thị trên màn hình máy tính cùng với việc gửi

ra một tín hiệu nghe được

a Các điều kiện kiểm tra

Sau khi thực hiện các điều kiện ban đầu, trước khi tiến hành đo và lấy số liệu cho chế độ kỹ thuật tiêu chuẩn, cần phải kiểm tra lại và bảo đảm rằng:

- Phạm vi nhiệt độ môi trường nằm trong khoảng từ 50C đến 400C

Cảm biến nhiệt độ phải được cắm vào lỗ thăm dầu Nhúng vào độ sâu vừa đủ (điều chỉnh nút cao su 1 sao cho độ dài phần nhúng vào đúng bằng

độ dài của que thăm dầu)

Hình 2.8: Cách nối cảm biến nhiệt độ

Chú ý: Khi cắm cảm biến nhiệt độ vào, không để dây cáp nối cạnh

những nguồn gây nhiễu mạnh (Cuộn dây, cáp budi, bộ chia điện) Đặc biệt, không được xoắn các dây cáp trong buồng động cơ

c Sử dụng bộ đếm số vòng quay

Trong khi thực hiện việc phân tích khí, cần phải vận hành động cơ ở chế

độ chạy không tải (Giá trị do nhà sản xuất qui định) Để làm việc này, có thể sử dụng bộ đếm số vòng quay cảm ứng đi cùng với máy phân tích Bộ

đếm số vòng quay đã được đặt trước cho các động cơ 4 kỳ, tuy nhiên có thể đặt lại để đo động cơ 2 kỳ bằng cách sử dụng các nút trên bàn phím

Hình 2.9: Cách nối cảm biến số vòng quay

+ Nối kẹp cảm ứng (1) vào dây cáp đánh lửa của xi lanh thứ nhất theo hướng chỉ bởi mũi tên (2)

+ Khi động cơ chạy, số vòng quay sẽ hiển thị trên hộp RPM ở màn hình máy tính

Nếu trong khi kiểm tra, số vòng quay không ổn định (Số chỉ theo hướng các giá trị không bình thường), Điều này có nghĩa một vài tín hiệu kí sinh hoặc một vài tín hiệu khác nhiễu vào từ hệ thống đánh lửa của các máy khác không liên quan đến xi lanh được kẹp cảm ứng kẹp vào

Các lý do tạo nên sự mất mát này là rất nhiều, chúng có thể là:

+ Các tiếp xúc budi không tốt gây ra điện trở vượt quá giới hạn

+ Điện áp ra của dây cao áp quá lớn

+ Khoảng cách giữa các điện cực budi quá lớn

+ Các dây cáp budi quá gần nhau và cách điện không tốt

+ Các dây cáp và budi bị ẩm

Để loại trừ được các mất mát này, ngoài việc can thiệp trực tiếp vào các khiếm khuyết trên, ta còn có thể giảm (damp) độ nhạy của kẹp điện từ Cơ cấu này được cung cấp bởi một công tắc ở trên kẹp

Trên một số động cơ thông thường, để điều khiển cho nó chạy nhanh, có thể cần phải giữ độ nhạy ở vị trí tiêu chuẩn (Standard), và để điều khiển chạy chậm, phải để ở vị trí chậm (damped)

Chú ý: Hãy kiểm tra và đảm bảo rằng không có sự phóng điện giữa dây cáp budi và kẹp, vì điều này có thể gây hư hỏng máy phân tích một cách nghiêm trọng

2.1.6 Trước khi kiểm tra

a Nguồn

Để đo các giá trị khí xả, trước tiên hãy bật máy tính và máy phân tích: + Bật công tắc máy tính

+ Thông qua bàn phím:

- Dùng các phím từ F1 đến F10

- Di chuyển các mũi tên lựa chọn trên màn hình bằng cách nhấn các phím mũi tên Để thực hiện chức năng hiện thời, nhấn phím ENTER

+ Thông qua bộ điều khiển từ xa:

Các phím mũi tên và ENTER trên bộ điều khiển từ xa có chức năng giống với các phím mũi tên và ENTER trên bàn phím

c Lựa chọn ban đầu

ngay khi hệ thống được khởi động, sau thời gian ngắn cho phép nạp hệ

điều hành, chương trình tự nó tự động hiển thị trang đầu

Khi trang giới thiệu được hiển thị, nhấn phím ENTER trên bàn phím, trang INITIAL SELECTION hiển thị

Hình 2.11: Màn hình máy tính của thiết bị khi bắt đầu khởi động

Hình 2.13: Màn hình máy tính của thiết bị khi đặt Zero tự động

Trong trường hợp sinh ra một vài lỗi chuẩn định (ví dụ do cảm biến nóng

hoặc hỏng) sẽ xuất hiện thông báo REPLACE O2 SENSOR

Nếu lỗi vẫn tiếp tục xảy ra, phải có sự can thiệp của nhân viên kỹ thuật

của hãng cung cấp thiết bị

2.1.7 Thực hiện đo và lấy số liệu

a Thực hiện các kiểm tra

Để thực hiện đo giá trị, cần phải:

- Thực hiện tăng tốc không tải nhanh 2 lần và để động cơ trở về trạng

thái chạy chậm

- Đưa đầu lấy khí mẫu vào ống xả sâu hết mức, ít nhất là 300 mm

- Nếu ống xả không cho phép đưa đầu lấy mẫu vào đúng yêu cầu thì cần

phải thêm ống nối và vặn chặt các vùng nối

Máy phân tích hiển thị các giá trị của các khí, hệ số lambda, số vòng

quay và nhiệt độ động cơ

Giá trị các khí (CO2, CO, O2) được biểu diễn theo hàm lượng phần trăm

Các giá trị HC & NOx được biểu diễn theo hàm lượng phần triệu (PPM VOL)

Hệ số Lambda được tính thông qua công thức toán học quốc tế:

2

CO

λ =

1 + - 0,0088 x (CO1,7261 2 + CO + 6 x HC)

4

đưa vào để xem xét chỉ khi giá trị Corrected CO in ra khác với giá trị CO Corrected CO chỉ ra giá trị CO của động cơ phát ra ngay cả khi hệ thống khí xả của xe không bắt chặt

Cũng như các chất khác, các giá trị của khí được pha trộn bởi cổ hút khí, nên chúng không được tin cậy Hệ số λ luôn được tính kèm với giá trị CO,

đây là lý do Corrected CO luôn được in dưới dạng các kí tự nhỏ

Kết thúc kiểm tra, có thể thực hiện các thủ tục sau:

+ Chọn ESC để thoát khỏi phần đo và trở về phần trước EXHAUST GAS ANALYSIS

+ Chọn F1 để bắt đầu thủ tục CAR DATA

+ Chọn F2 để in các giá trị đo được thông qua một máy in 80 cột

+ Chọn F3 để in theo chế độ đồ họa các giá trị tìm được

+ Chọn F4 để thực hiện đặt giá trị 0 cho các thông số

b Dữ liệu về xe

Nếu có đĩa mềm (3,5 inch) chứa các giá trị khí xả cho phép đẫ được các nhà sản xuất định ra (ngân hàng dữ liệu), ta có thể so sánh chúng với các giá trị vừa đo được

Cần phải khởi động thủ tục CAR DATA

Hình 2.14: Màn hình máy tính của thiết bị khi khởi động CADATA

+ Đ−a đĩa mềm vào ổ đĩa cần đọc

+ Chọn hãng sản xuất và loại xe bằng cách sử dụng các phím mũi tên và xác nhận bằng cách nhấn phím ENTER

Hình 2.15: Màn hình máy tính của thiết bị khi xác nhận hãng xe

Sau khi đợi một lát, màn hình sẽ tự động trở về phần EXHAUSTED GAS ANALYSIS và hộp CAR DATA đã được điền các giá trị hoàn toàn

Hình 2.16: Màn hình máy tính của thiết bị trước khi chọn in kết quả

Sau khi đã nhận được các dữ liệu liên quan tới xe đã được kiểm tra, ta có thể:

+ Chọn ESC để thoát khỏi phần MEASURE và trở về phần trước đó

+ Chọn F1 để vào lại thủ tục CAR DATA

+ Chọn F2 để in các kết quả đo được ra máy in

+ Chọn F3 để in đồ thị các giá trị tìm được

+ Chọn F4 để thực hiện đặt lại giá trị 0 cho các thông số

c In các kết quả

Hình 2.17: Màn hình máy tính của thiết bị khi chọn in kết quả

Chọn F2 từ phần EXHAUST GAS ANALYSIS để in các giá trị đo được Hộp thoại in sẽ hiển thị trên màn hình để ta có thể nhập thêm các dữ liệu của xe được kiểm tra từ bàn phím

Hình 2.18: Màn hình máy tính của thiết bị khi cần ghi thông tin

+ Sau khi đã vào hết các dữ liệu, ta nhấn phím ENTER

+ Chọn F1 để in ra máy in

Chú ý: Nếu máy in chưa sẵn sàng (chưa nối với máy tính, chưa bật công tắc, hết giấy…) sẽ hiển thị thông báo PRINTER NOT READY 3 lần

+ Tiếp tục đặt lại máy in để thực hiện in và lặp lại các thao tác trên

Khi kết thúc in hộp thoại EXHAUST GAS ANALYSIS hiển thị trở lại Sau khi in các dữ liệu, có thể:

+ Chọn ESC để thoát khỏi phần MEASURE và trở về phần trước đó

+ Chọn F1 để vào lại thủ tục CAR DATA

+ Chọn F2 để in kết quả đo được ra máy in

Để in theo chế độ đồ họa các giá trị đo được thông qua máy in 80 cột, sử dụng chức năng F3 Nếu máy in chư sẵn sàng, hiển thị sẽ thông báo lỗi Khi đó ta phải khắc phục lỗi rồi tiếp tục đặt máy in để thực hiện in và lặp lại các thao tác như trên

Khi kết thúc in, hộp thoại EXHAUST GAS ANALYSIS hiển thị trở lại Sau khi in các dữ liệu, có thể:

+ Chọn ESC để thoát khỏi phần MEASURE và trở về phần trước đó

+ Chọn F1 để vào lại thủ tục CAR DATA

+ Chọn F2 để in kết quả đo được ra máy in

+ Chọn F3 để in đồ thị các giá trị tìm được

+ Chọn F4 để thực hiện đặt lại giá trị 0 cho các thông số

e Đặt lại giá trị Zero tự động

Chức năng Autozero cho phép máy chuyển các giá trị về 0 Thông báo Autozero tự động hiện lên tuỳ theo các tham số đặt trước hoặc bất kỳ lúc nào người sử dụng lựa chọn chức năng

Bất kỳ lúc nào máy bắt đầu hoạt động đều tự động đặt lại giá trị 0, nó còn tự động thực hiện chuẩn định giá trị O2 Nếu có bất kỳ một lỗi chuẩn

định nào (Ví dụ cảm biến hỏng hoặc nóng) trên màn hình sẽ xuất hiệnthông báo: REPLACE O2 SENSOR.

Hình 2.20: Màn hình máy tính của thiết bị khi đặt Zero tự động

Sau khi có các dữ liệu liên quan đến xe đang kiểm tra, có thể thực hiện:

+ Chọn ESC để thoát khỏi phần MEASURE và trở về phần trước đó

+ Chọn F1 để vào lại thủ tục CAR DATA

+ Chọn F2 để in kết quả đo được ra máy in

+ Chọn F3 để in đồ thị các giá trị tìm được

+ Chọn F4 để thực hiện đặt lại giá trị 0 cho các thông số

2.2 Phương pháp tạo tải trọng cho động cơ chẩn đoán 2.2.1 Ph ương pháp gia tốc

Các thông số cơ bản để đánh giá một cách tổng hợp trạng thái kỹ thuật của động cơ như công suất, mô men quay trên trục khuỷu, chi phí nhiên liệu… có thể được đánh giá có hiệu quả nhất trong điều kiện sử dụng nhờ phương pháp động lực học Phương pháp này dựa trên sự phân tích của quá trình chuyển tiếp xảy ra trong động cơ khi tăng tốc tự do (không có tải trọng ngoài) có nghĩa là khi tác động kích thích tức thời làm tăng lượng cung cấp hỗn hợp hay nhiên liệu (qua bướm ga hay tay thước nhiên liệu)

đến giá trị cực đại Công suất hiệu dụng và mô men quay của động cơ

được xác định theo giá trị gia tốc của quá trình tăng tốc tự do (tỷ lệ thuận với đạo hàm bậc nhất của vận tốc góc)

Khi tăng tốc trục khuỷu động cơ phương trình chuyển động có dạng: J

Hoặc theo tần số quay của trục khuỷu n: Ne= J

động cơ trong khi không cần tải trọng ngoài Trên các thiết bị chẩn đoán gia tốc hiện đại về nguyên lý cơ bản vẫn dựa trên cơ sở tạo tải trọng nhờ tăng vận tốc quay của động cơ và phân tích các thông tin nhận được trong quá trình chuyển tiếp

2.2.2 Phương pháp dùng bệ thử con lăn

Để có thể xác định chính xác lượng khí thải độc hại từ một xe thải ra người ta tiến hành thử nghiệm xe trên một thiết bị kiểm tra khí xả trong những điều kiện nhất định Thiết bị được sử dụng phổ biến nhất là bộ phanh, con lăn Nhờ các con lăn có thể mô phỏng ma sát mặt đường và lực cản gió tương ứng với lực cản của các con lăn khi quay Tải trọng trên bộ phanh được tạo bởi các cơ cấu phanh cơ học (ma sát, thuỷ lực, dòng điện xoáy hoặc các cơ cấu phanh khác) Thông thường cơ cấu phanh dòng điện xoáy hay được sử dụng hơn cả do đảm bảo tính ổn định cao ở đặc tính phanh và có khoảng điều chỉnh bình ổn rộng Điều này rất quan trọng để xây dựng chương trình chế độ tải trọng Để đo lực kéo trên bánh chủ động

ôtô (công suất động cơ có tính đến hiệu suất truyền lực) các bộ phận phanh

được trang bị các bộ phận đo mô men kiểu con lắc, kiểu thuỷ lực, kiểu

động cơ điện hoặc điện trở Tenzo Trên các bàn điều khiển thường bố trí các thiết bị chỉ thị kiểu kim chia theo KN, KW, Km/h và có thể có thêm thiết bị đo số để xác định chi phí nhiên liệu trên 1km đường chạy Trong trường hợp có bàn điều khiển mô men phanh từ xa, chỉ cần một kỹ thuật viên cùng với người lái ôtô là có thể thực hiện được công việc chẩn đoán Trên một số bệ còn được trang bị các cụm thiết bị xách tay, trong thời gian chẩn đoán có thể đặt vào cabin Ngoài ra trên các bệ thử còn được trang bị

đồng bộ các quạt gió đặt trước két nước để tăng cường làm mát và cả các

Hình 2.21: Sơ đồ bệ thử công suất kiểu phanh con lăn

Các con lăn chủ động 2 và 3 liên kết với bánh đà 1 và cơ cấu tạo tải 4 Cơ cấu tạo tải là một phanh dòng điện xoáy hai đĩa, có Stato được treo cân bằng, tựa trên đầu đo lực bẩy qua tay đòn Hệ thống đo tần số quay của con lăn trên bệ gồm các đầu đo tần số quay 5 và 6, bộ biến đổi tần số thành tín hiệu analog 8 và 9, bộ biến đổi chức năng 11 và một trong những thiết bị ở khối đo 19 Hệ thống đo mô men, ngoài đầu đo 7 còn có các bộ biến đổi tín hiệu chuẩn 10 và bộ biến đổi chức năng 13 Khối 17 thực hiện phép nhân hai tín hiệu analog - tần số quay và mô men để xác định công suất Khối 14 để xác định thời gian khởi hành và đường chạy trong khoảng

tốc độ đã cho Hệ thống điều chỉnh tự động công suất gồm đầu đo 12 để đo tần số quay, đầu đo 16 để đo mô men, các bộ 15 và 18 dùng để điều chỉnh, sau đó nhờ khối chuyển mạch 20, bộ biến đổi thyristor 21 điều chỉnh dòng

điện kích thích của phanh 4

ở Liên Xô cũ đã chế tạo và vận hành các dạng bệ thử: 4817, 4819, các

bệ mã K∏ Tại các nước khác người ta sử dụng bệ thử của các hãng SAN (Mỹ), Kripton (Anh), HPA (Đan Mạch), Hofman và Bosch (Đức)

2.3 Phương pháp thực nghiệm đơn yếu tố

Trong quá trình nghiên cứu, nhất là các nghiên cứu thực nghiệm người ta

có thể áp dụng nhiều phương pháp trong đó có phương pháp thực nghiệm

đơn yếu tố Khi đó, người ta chỉ thay đổi một yếu tố có ảnh hưởng đến kết quả thực nghiệm còn các yếu tố khác được giữ nguyên (không thay đổi) Nhiệm vụ của nghiên cứu đơn yếu tố là xác minh có sự ảnh hưởng của một thông số nào đó trên các chỉ tiêu đánh giá, so sánh mức độ ảnh hưởng

đơn lẻ của từng yếu tố lên các thông số chỉ tiêu Thường thì các thông số vào (còn gọi là các yếu tố hoặc biến ảnh hưởng) phải là các thông số định lượng, điều chỉnh được và có ảnh hưởng rõ nét đến các chỉ tiêu đánh giá Trên cơ sở đó, đề tài tiến hành xem xét một số yếu tố hư hỏng thông thường tác động đến thành phần khí xả Các yếu tố được chọn là áp suất nén của buồng đốt (lọt hơi), thời điểm đánh lửa và mức cản trở đường nạp Thực nghiệm được tiến hành nhiều lần với mức độ thay đổi hoặc trạng thái khác nhau của từng yếu tố Phân tích, tập hợp các số liệu thu được cho ta thấy mức độ ảnh hưởng tới chỉ tiêu chung là thành phần khí xả, từ đó có thể rút ra những kết luận cần thiết

Chương 3: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết

3.1 Sự hình thành các thành phần khí xả chính

Khi động cơ đốt trong hoạt động, sản phẩm của quá trình đốt cháy trong trường hợp cháy hoàn toàn sẽ gồm nước (H2O) và khí các boníc (CO2) Trong trường hợp cháy hoàn toàn, sản phẩm cháy sẽ gồm có:

- Các bua hidro không cháy CnHm (Paraphin, olephin, Aromatic)

- Các bua hidro không cháy từng phần CnHmCHO (Andehyt); CnHmCO (Ketone); CnHmCOOH (Axit cacbon; CO (Oxit cacbon)

- Các sản phẩm crackinh nhiệt như C2H2, C2H4, H2, muội than và các thành phần Cacbua hydro cao phân tử

Trong khi đốt cháy nhiên liệu còn kèm theo sự ôxy hoá nitơ trong không khí tạo thành NO và NO2, ôxy hoá các phụ gia tạo thành ôxít chì hoặc các muối Hanogen của chì đồng thời ôxy hoá hợp chất lưu huỳnh thành ôxít lưu huỳnh Dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời còn làm xuất hiện các chất tạo thành từ các thành phần khí xả như các peroxít hữu cơ, ôzon và các peroxincylnitrat Các thành phần chính của khí xả là khí Cácboníc, Nitơ và hơi nước Các chất này không độc, tuy nhiên lượng khí thải CO2 phụ thuộc chủ yếu vào chi phí nhiên liệu sẽ góp phần đáng kể làm tăng hiệu ứng nhà kính

Các thành phần khác:

- Ôxít cácbon (CO) là khí không màu, không mùi, có vị khó chịu, nếu

có 0,3% theo thể tích không khí để thở có thể làm chết người trong 30 phút Khi động cơ chạy không, hàm lượng CO trong khí xả lớn do vậy không được cho phép động cơ chạy không trong gara kín

- Mônô ôxít ni tơ (NO) cũng là khí không màu, không mùi và có vị khó chịu Trong môi trường không khí NO sẽ dần biến thành NO2 Khí NO2

dạng tinh khiết có màu đỏ nâu là loại khí độc Với nồng độ lớn trong không khí có thể làm hỏng da NO và NO2 được gọi chung là NOx

- Cácbuahidro trong khí xả có nhiều dạng, trong môi trường không khí

và ánh sáng mặt trời có thể tạo thành các ôxít và các chất ôxi hoá

- Các sản phẩm không ở thể khí gồm các vật chất (trừ nước không liên kết) mà trong điều kiện bình thường ở dạng rắn (tro, muội than) hoặc dạng lỏng trong ống xả

3.2 Các điều kiện ảnh hưởng đến thành phần khí xả

3.2.1 Tỷ lệ khí - nhiên liệu lý thuyết

Tỷ lệ khí - nhiên liệu lý thuyết là tỷ số giữa khối lượng không khí trên khối lượng nhiên liệu trong hỗn hợp khí - nhiên liệu Như ta đã biết, xăng

là hỗn hợp của một vài hydro cacbon mà chiếm ưu thế nhất là ốc tan (C8H18)

Nếu một lượng nhất định ốc tan bốc cháy hoàn toàn, nó sẽ kết hợp với

ôxy trong không khí theo tỷ lệ ở bên trái mũi tên trong phản ứng hoá học dưới đây để tạo ra năng lượng Kết quả của phản ứng này là (bên cạnh năng lượng) khí CO2 và H2O, theo tỷ lệ ở bên phải mũi tên

Tỷ lệ khí - nhiên liệu lý thuyết là tỷ lệ không khí trên nhiên liệu sao cho vừa đủ O2 để nhiên liệu cháy hoàn toàn Trong trường hợp C8H18 nguyên chất, tỷ lệ này là 15:1 Tuy nhiên xăng dùng trong phần lớn các động cơ

ôtô không phải là ốc tan nguyên chất mà là hỗn hợp giữa ốc tan và các hydro cacbon khác Vì lý do này, tỷ lệ khí - nhiên liệu cho xăng thường nhỏ hơn 15 một chút Tỷ lệ khí - nhiên liệu lý thuyết đóng vai trò rất quan trọng Nếu tỷ lệ này của một hỗn hợp cụ thể nhỏ hơn tỷ lệ lý thuyết cho xăng (ví dụ 10:1) Hỗn hợp sẽ quá đậm và sẽ không đủ O2 trong hỗn hợp cho sự cháy của tất cả nhiên liệu Mặt khác, nếu tỷ lệ khí - nhiên liệu cao hơn lý thuyết cho xăng (ví dụ 20:1), hỗn hợp sẽ quá nhạt và có quá nhiều

ôxy cho sự cháy hoàn toàn

3.2.2 ôxít các bon (CO)

Khí CO sinh ra do sự cháy không hoàn toàn của nhiên liệu do thiếu O2trong buồng cháy (có nghĩa là hỗn hợp quá đậm) Theo lý thuyết, CO sẽ không sinh ra nếu có nhiều O2 theo lượng lý thuyết yêu cầu ( nghĩa là hỗn hợp quá nhạt) nhưng trong thực tế CO vẫn sinh ra trong cả trường hợp đó

Có ba nguyên nhân sau:

- CO biến thành CO2 bởi phản ứng ôxy hoá (2CO + O2 2CO2) nhưng phản ứng này rất chậm và không thể biến tất cả lượng CO còn lại thành

CO2 được Vì lý do này, CO được sinh ra ngay cả khi hỗn hợp nhạt

- Sự cháy không đều của hỗn hợp khí - nhiên liệu do sự phân bố vốn đã không đều của nhiên liệu trong buồng cháy

- Nhiệt độ xung quanh thành xi lanh thấp, gây ra “sự dập tắt” có nghĩa là nhiệt độ quá thấp cho sự cháy xảy ra nên ngọn lửa không thể với tới những vùng này của xi lanh (ngọn lửa sau khi được châm ngòi bởi bugi lan truyền ra khắp buồng cháy đến tận khi nó gặp phải thành xi lanh, mặt dưới nắp qui lát, mặt dưới các xu páp và đỉnh pít tông Nhiệt độ ngọn lửa đột nhiên giảm xuống ở những vùng này hoặc những vùng làm cho nó bị tắt do

sự phân tán nhiệt trước khi nó chạm vào thành xi lanh… những vùng này vì vậy được gọi là vùng dập tắt Nhiên liệu không cháy còn lại trong những vùng dập tắt sau đó được xả ra khỏi xi lanh khi pít tông đi lên trong kỳ xả.) Nồng độ CO (theo thể tích) trong khí xả nhìn chung được quyết định bởi

tỷ lệ khí - nhiên liệu Nồng độ CO thay đổi khác với sự thay đổi tỷ lệ khí - nhiên liệu Điều này được chỉ ra ở đồ thị dưới Đồ thị này chỉ ra nồng độ

CO trong khí xả của một động cơ xăng thực tế giảm khi tỷ lệ khí - nhiên liệu tăng (có nghĩa là khi hỗn hợp nhạt đi) Đồ thị này chỉ rõ cách tốt nhất

để giảm nồng độ CO trong khí xả là thúc đẩy sự cháy hoàn toàn bằng cách tạo ra tỷ lệ khí - nhiên liệu cao (nhạt đến mức có thể)

CO (%)

Đậm hơn Tỷ lệ khí - nhiên liệu Nhạt hơn

19 16

Cũng như đối với CO, nếu xăng cháy hoàn toàn trong buồng đốt sẽ không sinh ra HC trong khí xả nhưng trong thực tế HC vẫn sinh ra trong trường hợp đó Lý do được giải thích như sau:

- Do tỷ lệ khí - nhiên liệu không đúng: Đến một điểm xác định lượng HC trong khí xả tăng khi hỗn hợp khí - nhiên liệu trở nên đậm hơn điều đó gây nên sự cháy không hoàn toàn do thiếu ôxy Tuy nhiên nếu hỗn hợp trở nên quá nhạt, nồng độ HC cũng sẽ lại tăng thay cho việc phải giảm xuống Nguyên nhhân là do thiếu nhiên liệu sẽ làm chậm sự lan truyền của ngọn lửa, kết quả là nhiên liệu sẽ bị đẩy ra khỏi buồng cháy trước khi nó có thể cháy hoàn toàn và hiện tượng bỏ máy sẽ xảy ra

- Do áp suất nén thấp: Khi chạy theo quán tính hay giảm ga, bướm ga

đóng hoàn toàn Kết quả là hầu như không có khí nạp vào trong xi lanh, chỉ có một ít nhiên liệu hút vào qua mạch tốc độ thấp và như vậy hỗn hợp

sẽ rất đậm áp suất nén thấp và thiếu O2 sẽ gây ra bỏ máy dẫn đến sự cháy không hoàn toàn của nhiên liệu Kết quả là HC không cháy trong khí xả

B.D.C

Xu páp xả mở

Xu páp Xả đóng