luận văn
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ……………………… i BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ------------------ CAO XUÂN ðỨC “NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH KHÓI XẢ ðỂ XÂY DỰNG DẤU HIỆU CHẨN ðOÁN ðỘNG CƠ DIESEL” LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành : Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá Nông-Lâm nghiệp Mã ngành : 60-52-14 Người hướng dẫn khoa học : PGS-TS. Bùi Hải Triều HÀ NỘI - 2008 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ……………………… i Lời cam ñoan Tôi xin cam ñoan, những số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào. Tôi xin cam ñoan rằng mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này ñã ñược cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả Cao Xuân ðức Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ……………………… ii Lời cảm ơn Trong quá trình thực hiện ñề tài này, tôi ñã nhận ñược sự hướng dẫn, chỉ bảo và giúp ñỡ tận tình của các thầy, cô giáo trong Khoa Cơ ðiện và các thầy cô trong trường. Nhân dịp này, cho phép tôi ñược bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc ñến: Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS. Bùi Hải Triều ñã chỉ bảo từ việc ñịnh hướng ban ñầu, giải quyết từng nội dung ñề tài, ñến sửa ñổi những sai sót ñể hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể cán bộ, giáo viên bộ môn ðộng Lực - Khoa Cơ ðiện và toàn thể các thầy cô giáo trong Khoa Cơ ðiện - Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành ñến các thầy cô giáo ñã trực tiếp giảng dạy tôi trong quá trình học tập tại trường và các thầy cô giáo Khoa Sau ðại Học - Trường ðại học nông nghiệp Hà Nội. Tôi xin chân thành cảm ơn sự nhiệt tình giúp ñỡ của gia ñình và người thân ñã luôn luôn ñộng viên tạo mọi ñiều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này. Một lần nữa tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất của mình tới tất cả những tập thể và cá nhân ñã dành cho tôi mọi sự giúp ñỡ quý báu trong quá trình hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Tác giả Cao Xuân ðức Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut iii MC LC Li cam ủoan i Li cm n ii MC LC iii Mở ĐầU . i CHƯƠNG I TổNG QUAN 3 1.1. KHáI QUáT Về CHẩN ĐOáN ĐộNG CƠ ĐốT TRONG 3 1.1.1. Chẩn đoán kỹ thuật .3 1.1.2. Chẩn đoán kỹ thuật động cơ đốt trong 3 1.2. Tình hình nghiên cứu chẩn đoán động cơ đốt trong . 7 1.2.1. Chẩn đoán công suất 7 1.2.2. Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật của động cơ theo các thông số từ dòng khí thải 10 1.2.3. Chẩn đoán hao mòn nhờ phân tích dầu bôi trơn động cơ 14 1.2.4. Chẩn đoán trực tuyến (OBD Onboard Diagnostic) .15 Kết luận chơng I . 17 1.3. Mục đích và nhiệm vụ của đề tài . 18 1.3.1. Mục đích: .18 1.3.2. Nhiệm vụ: 18 CHƯƠNG II CƠ Sở Lý THUYếT 19 2.1. quá trình biến đổi năng lợng trong động cơ Diesel . 19 2.1.1. Các yếu tố ảnh hởng đến quá trình biến đổi năng lợng trong động cơ diesel .19 2.1.2. Các khả năng đánh giá quá trình biến đổi năng lợng .28 Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut iv 2.1.3. Tác động qua lại giữa quá trình biến đổi năng lợng và năng lợng khí thải .30 2.2. Sự hình thành các thành phần khí thải của động cơ Diesel. 35 2.3.Cơ chế tạo hạt thải rắn trong buồng cháy động cơ Diesel . 36 2.3.1. Hình thành hạt muội than .37 2.3.2. Phát triển hạt muội than .39 2.3.3. Quá trình oxy hoá hạt muội than 39 2.4. màu sắc của khói xả và những h hỏng có thể của động cơ diesel 40 2.5. Các phơng pháp đo khói trong khí thải động cơ Diesel 44 2.5.1. Phơng pháp đo độ khói bằng giấy lọc .45 2.5.2. Phơng pháp đo độ mờ khí thải 47 2.6. Tạo tải trọng cho động cơ bằng phơng pháp gia tốc 49 CHƯƠNG III XÂY DựNG DấU HIệU NHậN BIếT TRạNG THáI Kỹ THUậT ĐộNG CƠ DIESEL NHờ PHÂN TíCH KHóI THảI . 51 3.1. THIếT Kế THIếT Bị ĐO KHóI 51 3.1.1.Lựa chọn nguyên lý thiết bị .51 3.1.2.Tính toán thiết kế thiết bị 52 3.1.3. Nguyên lý hoạt động của các thiêt bị đo .57 3.2. Xây dựng hệ thống đo và xử lý tín hiệu chẩn đoán 59 3.2.1. Lựa chọn thông số và đối tợng chẩn đoán .59 3.2.2. Lựa chọn cảm biến .60 3.2.3. Xây dựng hệ thống đo và xử lý tín hiệu 60 3.2.4. La chn v to lp cỏc trng thỏi h hng ủin hỡnh .63 3.3. KếT QUả NGHIÊN CứU THựC NGHIệM 64 3.3.1. Xõy dng ủc tớnh khúi ca ủng c D240 .64 Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut v 3.3.2.Phân tích dấu hiệu nhận dạng h hỏng theo đặc tính ngoài M e và D của động cơ Diesel .68 KếT LUậN Và Đề NGHị 77 KếT LUậN . 77 Đề NGHị 78 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ……………………… 1 MỞ ðẦU ða phần các máy tự hành sử dụng trong Nông – Lâm nghiệp, xây dựng và vận tải ñược trang bị ñộng cơ Diesel, ñặc biệt là những xe có trọng tải lớn và các xe chuyên dùng. Các loại máy này ñã góp phần giải phóng một lượng lớn sức lao ñộng, rút ngắn thời gian thực hiện công việc, nâng cao hiệu quả kinh tế và cải thiện ñáng kể chất lượng công việc mà nó ñảm nhận. Do vậy, việc tổ chức khai thác sử dụng các phương tiện này một cách có hiệu quả sẽ mang lại những lợi ích kinh tế và kỹ thuật vô cùng to lớn. Trong ñó công tác chẩn ñoán, bảo dưỡng và sửa chữa chúng là một việc làm hết sức quan trọng có ý nghĩa then chốt trong việc tổ chức khai thác sử dụng thiết bị này ñạt hiệu quả cao nhất. Khoa học chẩn ñoán ra ñời ñã lâu, nó bắt ñầu từ việc chẩn ñoán trạng thái sức khoẻ của con người và tiếp sau ñó ñược mở ra lĩnh vực chẩn ñoán trạng thái kỹ thuật của máy móc, thiết bị. Tuy ra ñời từ rất lâu, song sự phát triển của nó ñã gặp nhiều khó khăn, chủ yếu là thiếu các thiết bị ño lường có ñộ tin cậy cao. Ngày nay, với sự bùng nổ của công nghệ thông tin và kỹ thuật ñiện tử, các thiết bị ño lường nói riêng và kỹ thuật ño lường nói chung ñã có những bước tiến mạnh mẽ về cả chất lượng lẫn chức năng của nó. Theo ñó, kỹ thuật chẩn ñoán ngày nay ñã có những bước tiến bộ vượt bậc. Nhờ vậy mà xu hướng phát triển của chẩn ñoán kĩ thuật ngày càng có những yêu cầu khắt khe hơn theo hướng có lợi cho tình trạng kỹ thuật của máy móc và sự an toàn ñối với người sử dụng [5]. Ở Việt Nam hiện nay, có rất nhiều loại ñộng cơ ñang hoạt ñộng nhưng không ñược trang bị các hệ thống tự chẩn ñoán trên xe. Hơn nữa, chúng thường hoạt ñộng ở các ñịa bàn cách xa trung tâm chẩn ñoán, bảo dưỡng, sửa chữa. Do vậy, việc chẩn ñoán ñộng cơ trong ñiều kiện dã ngoại ñược ñặt ra như một hướng ñi tất yếu. Việc chẩn ñoán trong ñiều kiện dã ngoại xuất hiện Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ……………………… 2 sẽ giảm thiểu ñược những chi phí bảo dưỡng, sửa chữa, chẩn ñoán, nâng cao tính an toàn cho người và thiết bị từ ñó nâng cao hiệu quả kinh tế của hoạt ñộng kinh tế có sử dụng xe. Mặt khác, thành phần khí xả trong khí thải ñộng cơ là thông số quan trọng nhất khi chẩn ñoán ñộng cơ Diesel. Nếu ta chọn “khói xả” làm thông số chẩn ñoán thì thiết bị kèm theo nó là thiết bị ño ñộ ñen “khói xả” và phương pháp chẩn ñoán ñược thực hiện khi xem xét quá trình gia tốc hay quá trình chuyển tiếp của ñộng cơ [21]. Như vậy, ñây là một hướng nghiên cứu có nhiều tiêu chí thuận lợi theo xu hướng phát triển kỹ thuật chẩn ñoán hiện ñại. Thiết bị ño tương ñối ñơn giản, có thể chế tạo với chi phí thấp, cho kết quả rất nhanh và tương ñối rõ nét về thông tin tình trạng kỹ thuật ñộng cơ, gọn nhẹ và có thể mang theo một cách cơ ñộng ñể chẩn ñoán dã ngoại, phương pháp tạo tải nhờ gia tốc cũng là một phương pháp dễ thực hiện và không cần chi phí, tạo lập các phương án thí nghiệm rất linh hoạt và thuận lợi. Nhằm xây dựng các dấu hiệu ñể chẩn ñoán ñộng cơ Diesel từ việc phân tích khói xả, chúng tôi tiến hành nghiên cứu ñề tài: “ Nghiên cứu phân tích khói xả ñể xây dựng dấu hiệu chẩn ñoán ñộng cơ Diesel”. ðây là một hướng nghiên cứu mới dựa theo các tiêu chí kỹ thuật chẩn ñoán hiện nay. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ……………………… 3 CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1. KHÁI QUÁT VỀ CHẨN ðOÁN ðỘNG CƠ ðỐT TRONG 1.1.1. Chẩn ñoán kỹ thuật Chẩn ñoán kỹ thuật là môn khoa học nghiên cứu về các hình thái xuất hiện hư hỏng, các phương pháp và công cụ xác ñịnh trạng thái kỹ thuật của ñối tượng chẩn ñoán, dự báo kịp thời các hư hỏng và tình trạng kỹ thuật hiện tại mà không phải tháo rời các tổng thành và cụm máy. Do không tháo rời cụm và các tổng thành của ñối tượng kỹ thuật chẩn ñoán nên không thể trực tiếp phát hiện các hư hỏng mà phải thông qua các triệu chứng. Triệu chứng là các biểu hiện ra bên ngoài của các hư hỏng bên trong mà người ta có thể nhận biết ñược. Thông số chẩn ñoán là những ñại lượng ñịnh mức của triệu chứng [1,5,17,18]. Hệ thống chẩn ñoán ñược tạo nên bởi công cụ chẩn ñoán và ñối tượng chẩn ñoán với mục ñích xác ñịnh trạng thái kỹ thuật của ñối tượng chẩn ñoán. Qua việc xác ñịnh trạng thái kỹ thuật có thể ñánh giá chất lượng hiện tại, những sự cố ñã xảy ra và khả năng sử dụng trong tương lai. Một hệ thống chẩn ñoán kỹ thuật của một ñối tượng nào ñó thường bao gồm những phần tử chủ yếu sau: ðối tượng chẩn ñoán, các thông số chẩn ñoán, các chỉ tiêu ñịnh mức, phương pháp và thiết bị chẩn ñoán, con người ñiều khiển quá trình chẩn ñoán, [5,11]. 1.1.2. Chẩn ñoán kỹ thuật ñộng cơ ñốt trong. Trong quá trình sử dụng, công suất hiệu dụng của ñộng cơ giảm chậm và chi phí nhiên liệu riêng tăng chậm. Tuy nhiên, các chỉ tiêu này bị làm xấu ñi thường là do sự không nhạy ñiều chỉnh của các hệ thống trong ñộng cơ và không thể làm cơ sở ñể gửi ñi sửa chữa lớn. Trong ña số các trường hợp hao tổn công suất và giảm tính tiết kiệm chi phí nhiên liệu có thể ñược khắc phục Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ……………………… 4 ngay ở cơ sở vận tải hoặc các trạm bảo dưỡng nhỏ, ñặc biệt khi ở ñó có các thiết bị ñánh giá ñịnh lượng các chỉ tiêu này [1,5,9,15,19,]. Các nguyên nhân cơ bản của các hỏng hóc trên ñộng cơ thường là hở ñường nạp không khí, ñiều chỉnh không ñúng hoặc thay ñổi góc bắt ñầu phun hoặc góc ñánh lửa, kẹt tắc các thiết bị phun nhiên liệu và nói chung là sai lệch trạng thái hoạt ñộng ñúng của hệ thống cung cấp nhiên liệu và ñốt cháy. ðối với mỗi dạng cấu trúc của các hệ thống này, các sai lệch sẽ có những biểu hiện riêng, thí dụ ñối với hệ thống cung cấp diesel là sai lệch các trạng thái của vòi phun hoặc bơm áp suất cao, ñối với hệ thống cung cấp chế hoà khí là sai lệch trạng thái của cácburatơ còn ñối với hệ thống phun xăng ñiện tử là sai lệch trạng thái của vòi phun hoặc mạch ñiều khiển ñiện tử…Các nguyên nhân khác là chất lượng các chi tiết làm kín kém , các chi tiết không ñược xiết ñủ chặt, ñiều chỉnh không ñúng các cơ cấu và hệ thống, cân bằng không ñủ cho ñộng cơ, làm sạch kém các bộ phận lọc dầu, rò rỉ ở hệ thống làm mát. Khả năng làm việc của ñộng cơ ñược ñánh giá cơ bản bằng các chỉ tiêu công suất và tính tiết kiệm nhiên liệu (chi phí nhiên liệu riêng) cũng như chất lượng khởi ñộng, mức ồn và gõ. Những sai lệch chủ yếu ảnh hưởng ñến khả năng làm việc của ñộng cơ là: hao mòn các chi tiết của nhóm pittông - xilanh, mòn cổ biên và cổ chính của trục khuỷu, mất ñiều chỉnh trong cơ cấu xupáp và các sai lệch trong hệ thống cung cấp nhiên liệu, hệ thống ñốt cháy. ða số các hư hỏng và sai lệch xảy ra ở hệ thống cung cấp nhiên liệu, hệ thống ñốt cháy, cơ cấu biên tay quay và nhóm pittông – xilanh [20,21]. Trên thiết bị nhiên liệu của ñộng cơ diesel, số hư hỏng lớn nhất xuất hiện ở bơm nhiên liệu và vòi phun. Lượng cung cấp nhiên liệu trong một chu trình thay ñổi khi mòn cặp pittông - xilanh bơm và mất ñiều chỉnh các phần tử khác của thiết bị nhiên liệu. Hao mòn cặp pittông – xilanh bơm dẫn ñến làm muộn thời ñiểm phun và tăng vọt nhiên liệu. Do mòn không ñều cặp pittông - [...]... Diesel ðây cũng chính là lý do ch y u ñ xây d ng ñ tài: Nghiên c u phân tích khói x ñ xây d ng d u hi u ch n ñoán ñ ng cơ Diesel 1.3 M C ðÍCH VÀ NHI M V C A ð TÀI 1.3.1 M c ñích: Xây d ng m t s cơ s khoa h c cho k thu t ch n ñoán dã ngo i ñ ng cơ Diesel dùng trong Nông – Lâm nghi p, xây d ng, c u ñư ng… t vi c phân tích khói trong khí th i 1.3.2 Nhi m v : - Phân tích cơ s lý thuy t c a vi c hình thành... s k t qu nghiên c u phân tích d n bôi trơn ñ ñánh giá tr ng thái k thu t ñ ng cơ Diesel ð ng cơ Diesel ñư c ñánh giá sơ b trên cơ s phân tích ch t l ng l trong d u bôi trơn.Vi c phân tích h t mài ñư c th c hi n b ng thi t b g n nh , thu n ti n cho công vi c ch n ñoán giã ngo i Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c s k thu t……………… ……………………… 14 T k t qu phân tích h t mài ñ ng cơ nghiên c... năng lư ng ñ ng cơ ñ t trong - Phân tích nh hư ng c a tr ng thái k thu t ñ ng cơ ñ n tính ch t các thành ph n khí th i và khói x c a ñ ng cơ Diesel - L a ch n nguyên lý và thi t k thi t b ño khói - Xây d ng h th ng ño các thông s ch n ñoán - Nghiên c u th c nghi m phân tích các d u hi u ch n ñoán t khói và các thông s ñ ng l c h c c a ñ ng cơ Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c s k thu... cơ Diesel nh phân tích khói x ñ ng cơ Trong ch n ñoán ñ ng cơ xăng nh phân tích khí th i, các thành ph n khí th i ñư c quan tâm và ch a các thông tin ch n ñoán chính ñó là CO, CO2, HC, NOx Các phương án thí nghi m v i s tr giúp c a các thi t b ño và phân tích các thành ph n khí th i chuyên d ng Tuy nhiên ñ i v i ñ ng cơ Diesel, thành ph n khí th i quan tr ng – ch a nhi u thông tin ch n ñoán ñó là khói. .. làm vi c c a chúng ð phân tích h th ng nhiên li u trong ñ ng cơ diesel có th s d ng các xung áp su t trong nhiên li u ñư c t o ra các nhánh bơm nhiên li u ð phân tích h th ng ñ t cháy ngư i ta có th s d ng các xung ñi n áp c a các cu n dây sơ c p và th c p ð phân tích ñ kín c a nhóm piston xilanh có th s d ng xung áp su t khí t o ra trong các te; ñ phân tích tr ng thái c a cơ c u phân ph i khí có th... i ñã ñ c p và gi i quy t các m c ñ khác nhau - Ch n ñoán ñ ng cơ xăng nh phân tích thành ph n khí th i Trong [9] ñã ñ c p ñ n vi c nghiên c u và phân tích các thành ph n khí th i ñ ph n ánh các tình tr ng k thu t c a ñ ng cơ Trong khi nghiên c u, tác gi ñã xây d ng ñư c m t s phương án thí nghi m ñ mô t các l i c a ñ ng cơ nh m m c ñích xây d ng các d u hi u ch n ñoán Các phương án ñó có th nêu tên... tin ch n ñoán ñó là khói x M c ñ khói c a thành ph n khí x có th s d ng làm m t thông s Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c s k thu t……………… ……………………… 12 ch n ñoán quan tr ng khi ch n ñoán ñ ng cơ Diesel Phân tích khói x cho kh năng ch n ñoán ñ ng cơ theo phương pháp ñ nh tính (theo màu s c c a khói) v i s tr giúp c a các chuyên gia ho c ch n ñoán ñ ng cơ theo phương pháp ñ nh lư ng nh... th c hi n ch ñ không t i c a ñ ng cơ K t qu , tác gi ñã xây d ng ñư c m t s m i quan h gi a các thành ph n khí th i và tình tr ng ho t ñ ng c a ñ ng cơ ñ có nh ng k t lu n bư c ñ u vê tình tr ng k thu t c a ñ ng cơ Cũng phân tích các thành ph n khí th i c a ñ ng cơ, cũng các phương án tương t như trên, nhưng m t tác gi khác l i ti n hành ño và phân tích khí x ñ ng cơ trong quá trình “chuy n ti p” Trong... thu t c a ñ ng cơ - Ch n ñoán ñ ng cơ Diesel theo nhi t ñ khí th i Nghiên c u ch n ñoán ñ ng cơ theo nhi t ñ khí th i ñư c gi i thi u trong [21] Tác gi ñã phân tích tương ñ i ñ y ñ các m i quan h tác ñ ng qua l i tính ch t dòng khí th i, năng lư ng dòng khí th i v i các quá trình bi n ñ i năng lư ng trong ñ ng cơ, quá trình t o h n h p ñ t, quá trình phun và quá trình cháy trong ñ ng cơ Diesel Xa hơn... [14] Nh m t o cơ s ñ xây d ng các d u hi u ch n ñoán, ngư i ta ñã k t h p xây d ng và t o l p các phương án thí nghi m trên c mô hình lý thuy t l n th c t ñ phân tích, ñánh giá các thông s trong quá trình chuy n ti p c a ñ ng cơ [14] Mô hình lý thuy t và ñ ng cơ thí nghi m là ñ ng cơ D12A Cũng theo phương pháp này, m t tác gi khác [24] ñã xây d ng mô hình ñ ng l c h c c a h th ng ñ ng cơ Turbin lùa . xây dựng các dấu hiệu ñể chẩn ñoán ñộng cơ Diesel từ việc phân tích khói xả, chúng tôi tiến hành nghiên cứu ñề tài: “ Nghiên cứu phân tích khói xả ñể xây. “NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH KHÓI XẢ ðỂ XÂY DỰNG DẤU HIỆU CHẨN ðOÁN ðỘNG CƠ DIESEL LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành : Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá Nông-Lâm