nghiên cứu ảnh hưởng của tải trọng đến các thành phần khí xả

luận văn thạc sĩ, tiến sĩ, cao học, luận văn

Lời cam đoan - Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và cha hề đợc sử dụng để bảo vệ một học vị nào. - Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã đợc cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã đợc chỉ rõ nguồn gốc. Bộ giáo dục và đào tạo Trờng đại học nông nghiệp i Phan trờng giang Nghiên cứu ảnh hởng của tảI trọng đến các thành phần khí xả Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Thiết bị máy và Cơ giới hoá Nông lâm nghiệp Mã số: 60 52 14 Ngời hớng dẫn khoa học: pgs.ts Bùi Hải Triều Hà Nội - 2005 1 Lời cam đoan - Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và cha hề đợc sử dụng để bảo vệ một học vị nào. - Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã đợc cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã đợc chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả Phan Trờng Giang 2 Lời cám ơn Tôi xin trân trọng cám ơn PGS-TS Bùi Hải Triều ngời đã trực tiếp hớng dẫn tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn của mình. Xin trân trọng cám ơn các thầy giáo, cô giáo trong bộ môn cơ khí động lực khoa Cơ-Điện cũng nh các thầy giáo, cô giáo Khoa Cơ-Điện, Khoa Sau đại học Trờng ĐHNN1-Hà Nội đã hớng dẫn và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn. Xin trân trọng cám ơn các đồng nghiêp trong Khoa Cơ khí trờng CNCKNN1-TW đã cộng tác, giúp đỡ tôi thực hiện luận văn. Tôi xin trân trọng cám ơn BGH trờng CNCKNN1- TW đã tạo điều kiện và hỗ trợ kinh phí trong quá trình thực hiên và hoàn thành luận văn. Tác giả Phan Trờng Giang 3 Mục lục Lời cam đoan i Lời cám ơn ii Mục lục iii n hững chữ viết tắt và ký hiệu dùng trong luận văn vi Mở đầu 1 Chơng 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu 4 1.1. Khái quát về chẩn đoán động cơ .4 1.2. Phân tích các thành phần khí xả 6 1.2.1. Những nguyên tắc chung .6 1.2.2. Nguyên lý một số thiết bị đo 7 1.3. Phân tích khí xả để chẩn đoán động cơ .13 1.4. Những kết quả đo và nghiên cứu về khí xả ôtô đã đợc công bố .14 1.4.1. Các tiêu chuẩn khí xả của Mỹ 14 1.4.2. Các tiêu chuẩn khí xả Châu âu .16 1.4.3. Các tiêu chuẩn khí xả của Nhật 17 1.4.4. Tiêu chuẩn về khí xả của hãng Toyota .19 1.4.5. Kết quả nghiên cứu về khí xả để chẩn đoán động cơ .20 1.5. Mục đích và nhiệm vụ của luận văn 21 Chơng 2: Phơng pháp nghiên cứu 23 2.1. Phơng pháp đo các tín hiệu chẩn đoán 23 2.1.1. Sơ đồ nguyên lý của thiết bị .23 2.1.2. Nguyên lý hoạt động của thiết bị .24 2.1.3. Mô tả cấu tạo máy 24 2.1.4. Cách nối các đầu dây và lắp ráp máy 27 2.1.5. Sử dụng máy phân tích .29 2.1.6. Các thao tác trớc khi kiểm tra 31 2.1.7. Thực hiện đo và lấy số liệu 34 4 2.2. Phơng pháp tạo tải trọng cho động cơ chẩn đoán .37 2.2.1. Phơng pháp dùng bệ thử con lăn 37 2.2.2. Phơng pháp gia tốc 39 2.3 Phơng pháp thực nghiệm đơn yếu tố 40 Chơng 3: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết 42 3.1. Sự hình thành các thành phần khí xả chính 42 3.2. Các yếu tố ảnh hởng đến thành phần khí xả .43 3.2.1. Tỷ lệ khí - nhiên liệu lý thuyết .43 3.2.2. ô xít các bon (CO) 44 3.2.3. Khí hydro cacbon (HC) 45 3.2.4. Các oxit nitơ (NO x ) 47 3.2.5. Chế độ lái xe và các khí xả 48 3.3. ả nh hởng của trạng thái kỹ thuật động cơ .49 3.3.1. ả nh hởng của trạng thái kỹ thuật cơ cấu biên tay quay .49 3.3.2. ả nh hởng của trạng thái kỹ thuật hệ thống nạp và xả 50 3.3.3. ả nh hởng của trạng thái kỹ thuật hệ thống đánh lửa .51 Chơng 4: Kết quả nghiên cứu thực nghiệm 53 4.1. Chuẩn bị phơng tiện, thiết bị .53 4.2. ả nh hởng của tải trọng đến các thành phần khí xả .55 4.3. ả nh hởng của sức cản nạp 57 4.4. ả nh hởng của độ kín buồng nén .65 4.5. ả nh hởng của thời điểm đánh lửa .73 4.6. Đánh giá kết quả và thảo luận 81 Kết luận và đề nghị .97 Tài liệu tham khảo 98 Phụ lục . .99 5 những chữ viết tắt và Ký hiệu dùng trong luận văn Những chữ viết tắt dùng chung: BDC.Điểm chết dới BTDC.Trớc điểm chết trên CHK Chế hoà khí CLD.Bộ phát điện quang hoá CVSThiết bị lấy mẫu theo thể tích không đổi EFI.Phun xăng điện tử FID.Máy đo sự ion hoá của ngọn lửa EX.Xả NDIR.Hồng ngoại không phân tán n đc tần số quay động cơ PPM.Phần triệu TDC.Điểm chết trên TĐĐL . Thời điểm đánh lửa .Hệ số không khí thừa Các ký hiệu hoá học: C Các bon COOxít các bon CO2 Các bonic C 8 H 8 ốc tan (Xăng) H 2 .Hidro HC .Hidro Cácbon H 2 O .Nớc N 2 Nitơ NO x Các ôxít nitơ 6 Mở đầu Động cơ đốt trong là một tổ hợp phức tạp của nhiều cụm và chi tiết máy. Trong quá trình vận hành, dới tác dụng của các yếu tố nh ma sát, tải trọng, vận tốc trợt, nhiệt độ Gây ra các h hỏng (mài mòn, tróc rỗ, mỏi, xâm thực, ăn mòn) làm thay đổi kích thớc chi tiết và biến dạng hình dáng hình học (cong, vênh, uốn, xoắn) hoặc làm thay đổi cơ tính của vật liệu. Kết quả là các trạng thái làm việc nh khe hở lắp ghép của bạc trục ngày càng tăng, độ kín khít nhóm xy lanh xec măng pittông suy giảm, quy luật nạp - thải khí, cung cấp nhiên liệu bị thay đổi v.v Tất cả những điều đó làm xấu đi tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ đến mức không thể tiếp tục làm việc đợc và phải đa chúng vào sửa chữa. Khả năng hạn chế của việc kiểm tra thờng xuyên trạng thái kỹ thuật của ôtô trong quá trình sử dụng dẫn đến hậu quả là các h hỏng chỉ đợc phát hiện khi nó đã xuất hiện một cách rõ rệt. Các h hỏng liên quan đến việc giảm thiểu chút ít công suất, tăng chi phí nhiên liệu, tăng lợng thải độc hại ở khí xả, biến dạng phần truyền lực, di động, giảm hiệu quả phanh, có thể ngay cả ngời lái cũng không nhận biết đợc. Các h 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 đợc các tập hợp dấu hiệu ngời ta sẽ xác định, dự kiến các phơng pháp xử lý thông tin nhận đợc từ quá trình chẩn đoán. Việc chẩn đoán ôtô máy kéo và liên hợp máy tự chạy thờng đợc tiến hành theo các cụm lắp ráp, các phần cấu trúc. Tơng ứng với các phần cấu trúc mà ngời ta phân nhóm các thiết bị chẩn đoán sử dụng cho ôtô máy kéo và các liên hợp máy 7 tự chạy. Việc đánh giá tình trạng kỹ thuật của ôtô máy kéo và các liên hợp máy tự chạy thờng đợc tiến hành trong quá trình sử dụng, trong khoảng giữa các thời kỳ sửa chữa, chăm sóc, bảo dỡng kỹ thuật. Để đánh giá tình trạng kỹ thuật một cách tổng thể ngoài việc sử dụng các thiết bị đợc trang bị trên ôtô máy kéo nh đồng hồ tốc độ, công tơ mét, đồng hồ báo mức nhiên liệu, áp suất dầu nhờn, nhiệt độ nớc làm mát, đồng hồ hoặc đèn báo nạp Ngời ta còn sử dụng các thiết bị chuyên dùng cho chẩn đoán và đánh giá kỹ thuật ôtô máy kéo. Trên các ôtô máy kéo hiện đại đợc 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 dù 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 trờng hợp hỏng hóc là nhiệm vụ quan trọng nhất của các trạm dịch vụ bảo dỡng, sửa chữa hiện nay. Giữa kiểm tra và chẩn đoán cũng cần đợc 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 tơng 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 h hỏng, thành phần h hỏng. Hiện nay, với sự trợ giúp của các thiết bị chuyên dùng ngời 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 dỡng, sửa chữa xe hơi hiện đại thờng đợc trang bị các hệ thống chẩn đoán kiểm tra đợc điều khiển bằng máy tính điện tử và bao gồm những phần cấu trúc cơ bản có tính chất vạn năng, 8 tự động hoá và không chịu ảnh hởng 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. Việc xác định các thành phần khí xả để đánh giá về vấn đề môi trờng đã đợc các nhà khoa học trên thế giới và ở Việt Nam quan tâm nghiên cứu từ những năm cuối của thập kỷ 50, đầu thập kỷ 60. Song việc xác định các thành phần khí xả để chẩn đoán tình trạng kỹ thuật của động cơ vẫn còn ít đợc quan tâm. Xuất phát từ lý do đó tôi chọn và thực hiện đề tài luận văn: Nghiên cứu ảnh hởng của tải trọng đến các thành phần khí xả Với mục đích góp phần xây dựng cơ sở khoa học để đánh giá và chẩn đoán tình trạng kỹ thuật của động cơ thông qua việc phân tích các thành phần khí xả khi động cơ làm việc có tải trọng. 9 Chơng 1. tổng quan về vấn đề nghiên cứu 1.1. Khái quát về chẩn đoán động cơ Động cơ cũng là máy móc, tơng tự các máy móc khác, động cơ bị mài mòn dần trong quá trình sử dụng bình thờng. Nhng trong suốt quá trình sử dụng, từ khi chế tạo tới khi bị loại bỏ, động cơ có thể có có nhiều loại sự cố khác nhau. Sự cố động cơ là tình trạng bất thờng ảnh hởng xấu đến sự vận hành của động cơ. Nguyên nhân sự cố động cơ có thể ở các bộ phận cơ học của động cơ (hệ thống cơ học động cơ). Tuy nhiên, nguyên nhân thờng ở một hoặc nhiều hệ thống hỗ trợ động cơ (nhiên liệu, bôi trơn, làm nguội, đánh lửa), hoặc các hệ thống khác liên quan đến động cơ, bao gồm hệ thống xả, khởi động, và điều khiển động cơ bằng điện tử (EEC). Xác định nguyên nhân sự cố là chẩn đoán sự cố. Các nguyên nhân cơ bản của các sự cố trên động cơ thờng là hở đờng 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 lợng các chi tiết làm kín kém, các chi tiết không đợc xiết đủ chặt, điều chỉnh không đúng 10