Do không tháo rời các chi tiết , nên không thể trực tiếp phát hiện ra sự thay đổi trạng thái kĩ thuật, hư hỏng của hệ thống cung cấp nhiên liệu nói chung hay bơm cao áp và vòi phun nói riêng mà phải thông qua các triệu chứng- là những biểu hiện gián tiếp ra bên ngoài của sự thay đổi, các hư hỏng bên trong mà con người có thể nhận biết được.
Trong quá trình làm việc, các bộ phận của hệ thống cung cấp nhiên liệu bị biến xấu dần trạng thái kĩ thuật của chúng. Khi đó chúng sẽ dẫn đến một số biểu hiện ra bên ngoài của động cơ như sau:
-Động cơ khó khởi động; -Khói xả đen;
-Động cơ chạy không đều; -Công suất động cơ bị giảm; -Tiêu thụ nhiên liệu quá mức; -Tiếng gõ động cơ.
Khi có các triệu chứng trục trặc như ở trên ( được người sử dụng phản ánh) , tiến hành kiểm tra tất cả “ dấu hiệu và điểm kiểm tra”. Tương ứng với một hoặc nhiều nguyên nhân hỏng qua dấu “*”. Khi đó nguyên nhân có nhiều dấu “*” nhất có thể là nguyên nhân chính của hư hỏng.
Sau đây chúng ta sẽ xem xét lần lượt các biểu hiện hư hỏng, nguyên nhân và vị trí kiểm tra của các bộ phận trong hệ thống.
4.2.4.1.Động cơ khó khởi động:
- Không có nhiên liệu vào xi lanh: thanh răng không ở vị trí cấp nhiên liệu hoặc bị kẹt, van cao áp đóng không kín hoặc bị kẹt, cặp piston xilanh bơm bị mòn nghiêm trọng , kim phun bị kẹt hoặc lỗ phun tắc.
46
4.2.4.2.Khói xả đen:
khói đen là kết quả của sự cháy nhiên liệu không hoàn toàn, thường do các nguyên nhân sau:
- Phun nhiên liệu quá nhiều, không đủ không khí để cháy hết, nên lượng nhiên liệu còn lại thải ra cùng khí xả nên có màu đen.
- Thời điểm phun quá sớm, (Động cơ buồng cháy phụ), nhiên liệu được phun trước khi áp suất và nhiệt độ không khí trong buồng cháy đủ cao để tự bốc cháy. Kết quả của bị cháy rớt, khi đó hỗn hợp khí- nhiên liệu quá đậm cháy không hoàn toàn và khí xả có hạt muội than màu đen. Khi hiện tượng này xảy ra, thường kèm với tiếng gõ máy.
- Thời điểm phun quá trễ (động cơ với buồng cháy kiểu phun trực tiếp), nhiên liệu sẽ bốc cháy rất nhanh bởi nhiệt độ trong buồng cháy lúc này rất cao, một phần nhiên liệu được phun trực tiếp vào ngọn lửa đang cháy không tiếp xúc với không khí cháy và dẫn đến cháy không hoàn toàn. Kết quả khí xả có hạt muội than.
4.2.4.3.Khói xả trắng:
Khói xả trắng là do nhiên liệu cháy ở nhiệt độ tương đối thấp, không đủ cao để cháy hoàn toàn. Vì vậy nhiên liệu không cháy được xả ra ngoài dưới dạng hơi, gây ra khói trắng hay xanh da trời. hiện tượng này có thể do các nguyên nhân sau:
- Thời điểm phun quá trễ( động cơ với buồng cháy phụ), nhiên liệu được phun sau khi piston đi qua điểm chết trên, khi đó áp suất trong buồng cháy phụ đã giảm và một phần nhiên liệu không cháy được xả ra ngoài sinh ra khói trắng. hiện tượng này đồng thời xảy ra với công suất động cơ giảm.
- Thời điểm phun quá sớm ( động cơ với buồng cháy kiểu phun trực tiếp), việc phun nhiên liệu xảy ra quá sớm, nhiên liệu sẽ được phun vào trước khi áp
47
suất và nhiệt độ trong buồng cháy tăng đủ cao để cháy hoàn toàn. Vì vậy thành buồng cháy sẽ bị làm lạnh bởi chính nhiên liệu mà nhiệt độ buồng cháy sẽ giảm. kết quả làm một phần nhiên liệu không cháy sẽ được xả ra ngoài tạo khói trắng.
- Có nước trong nhiên liệu: nước trong nhiên liệu sẽ hạ thấp nhiệt độ buồng cháy , vì vậy một phần nhiên liệu sẽ được thải ra dưới dạng không cháy.
4.2.4.4.Động cơ hoạt động không đều:
- Hiện tượng bỏ máy hoặc nổ không đều: điều kiện cháy không đảm bảo, có xilanh không được cấp nhiên liệu.
- Hiện tượng rồ ga liên hồi: piston bơm cao áp bị kẹt, bộ điều tốc bị hỏng. - Tốc độ máy tăng quá cao: chỉnh sai vít hạn chế tốc độ, thanh răng bị kẹt.
4.2.4.5.Công suất động cơ giảm:
- Thời điểm phun quá trễ: ( động cơ với buồng cháy phụ), nhiên liệu được phun sau khi piston qua điểm chết trên, khi đó áp suất trong buồng cháy phụ đã giảm và một phần nhiên liệu không cháy, vì vậy công suất động cơ giảm.
- Van kim của vòi phun bị kẹt hoặc bị bụi bẩn giữ lại.
- Piston bơm kim phun bị kẹt: nói chung bơm phun có lắp nắp kiểm tra, khi động cơ làm việc có thể mở ra để kiểm tra, nếu phát hiện piston của bơm phun nào bị kẹt thì tháo bơm đó ra để kiểm tra và sửa chữa,
4.2.4.6.Mức tiêu hao nhiên liệu tăng:
Thường xảy ra do mòn vòi phun, nhiên liệu phun quá nhiều, bị nhỏ giọt…
4.2.4.7.Tiếng gõ động cơ:
Tiếng gõ động cơ thường gây bởi một lượng lớn nhiên liệu được phun quá sớm trong quá trình cháy, kết quả là áp suất cháy tăng bất bình thường gây ra tiếng gõ động cơ. Bên cạnh đó khi động cơ làm việc có tiếng gõ có thể còn do thời gian phun quá sớm hoặc chất lượng phun không tốt.
48
Chương 5
ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT TẬP MỜ CHẨN ĐOÁN TRẠNG THÁI KỸ THUẬT HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL
TRÊN XE TẢI CỠ NHỎ 5.1. Cơ sở lý thuyết
Trước khi tiến hành chẩn đoán kỹ thuật chúng ta cần tìm hiểu kỹ về đặc điểm kết cấu, quá trình làm việc và các nhân tố tác động đến hệ thống cung cấp nhiên liệu trong quá trình làm việc. Sử dụng các mô hình toán học biểu diễn cấu trúc cũng như quá trình làm việc của hệ thống và các thông số chẩn đoán được lựa chọn trên cơ sơ phân tích mô hình toán học của hệ thống. Bên cạnh đó chúng ta cũng có thể căn cứ vào đặc điểm làm việc, các dấu hiệu kèm theo để lựa chọn thông số chẩn đoán. Quá trình chẩn đoán kỹ thuật của hệ thống cung cấp nhiên liệu được tiến hành theo sơ đồ sau:
49
5.2. Xây dựng ma trận chẩn đoán cho hệ thống cung cấp nhiên liệu.
Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ diesel là một cụm phức tạp cả về mối quan hệ trong thông số kết cấu và các thông số chẩn đoán, tuy nhiên cùng một lúc phân tích đầy đủ tất cả các bộ phận ấy thì bài toán chẩn đoán hệ thống cung cấp nhiên liệu theo logic mờ sẽ trở nên rất cồng kềnh, phức tạp, hơn nữa trong đó có những bộ phận ảnh hưởng không đáng kể đến sự thay đổi trạng thái kỹ thuật của động cơ hoặc các bộ phận này thường được thay thế, bảo dưỡng định kỳ, ví dụ như bộ lọc nhiên liệu, thùng chứa…. Do đó luận văn nghiên cứu đến sự thay đổi trạng thái kỹ thuật của các cụm bộ phận tiêu biểu nhất của hệ thống cung cấp mà ảnh hưởng của nó quyết định đến tình trạng kỹ thuật của hệ thống động cơ: bơm cao áp, van triệt hồi và vòi phun.
Hơn nữa việc chọn lựa các biến vào phù hợp sẽ tối giản được hệ chẩn đoán mờ mà vẫn đảm bảo sự chính xác cần thiết. Dưới đây là trình bày các thông số tổng quát và trong mối quan hệ đơn giản nhất.
5.2.1. Các thông số kết cấu
Các hư hỏng chính được quan tâm là:
H1: mòn các chi tiết nhóm piston-xylanh bơm cao áp.
Sẽ làm giảm lượng cấp nhiên liệu chu trình, thay đổi độ không đồng đều giữa các nhánh phun, thay đổi hệ số dư không khí, giảm công suất động cơ, tăng tiêu hao nhiên liệu, màu sắc khí xả thay đổi, động cơ khó khởi động, nhiệt độ động cơ cao hơn.
H2: hỏng van triệt hồi.
Sẽ làm động cơ chạy không đều, giảm công suất động cơ, tăng tiêu hao nhiên liệu, màu sắc khí xả thay đổi, giảm áp suất dầu bôi trơn.
H3: hư hỏng vòi phun.
Sẽ ảnh hưởng xấu tới chất lượng chùm tia phun, làm xấu chất lượng tạo hỗn hợp, giảm công suất động cơ, tăng tiêu hao nhiên liệu,màu sắc khí xả thay đổi, động cơ nóng hơn.
50
H4: sai áp suất phun.
Sẽ ảnh hưởng xấu tới chất lượng chùm tia phun, làm xấu chất lượng tạo hỗn hợp, động cơ nóng, công suất động cơ giảm, tăng tiêu hao nhiên liệu, màu sắc khí xả thay đổi.
H5: sai thời điểm phun.
Sẽ làm động cơ khó khởi động, công suất động cơ giảm, tăng tiêu hao nhiên liệu, màu sắc khí xả thay đổi, động cơ nóng, có tiếng gõ.
H6: độ đồng đều giữa các nhánh bơm không đảm bảo.
Sẽ làm động cơ khó khởi động, giảm công suất động cơ, có tiếng gõ động cơ.
5.2.2. Các thông số chẩn đoán
Nếu tập các thông số chẩn đoán càng lớn thì càng có điều kiện để đánh giá chính xác trạng thái kỹ thuật của hệ thống. Trong thực tế việc đánh giá tất cả các biến đổi có ảnh hưởng tới tình trạng kỹ thuật của một bộ phận là rất phức tạp, vì thế trong các biến đổi ấy ta cần chọn ra những biến đổi có ảnh hưởng nhiều nhất tới khả năng làm việc của bộ phận. Trên cơ sơ đó ta có thể lựa chọn được một tập các thông số chẩn đoán.
Bên cạnh đó, khi lựa chọn các thông số chẩn đoán nói chung ta cũng cần phải đảm bảo thoả mãn những yêu cầu sau:
5.2.2.1.Đảm bảo tính hiệu quả:
Cho phép ta có thể căn cứ vào thông số đó để chẩn đoán được tình trạng kỹ thuật của đối tượng hoặc của một của đối tượng chẩn đoán. Các thông số được chọn theo yêu cầu này thường là thông số hiệu quả của đối tượng. Ví dụ như công suất động cơ đánh giá chất lượng của toàn bộ động cơ khi làm việc.
51
5.2.2.2.Đảm bảo tính đơn trị:
Mối quan hệ của thông số kết cấu và thông số chẩn đoán là các hàm đơn trị trong khoảng đo, tức là trong khoảng xác định thì ứng với mỗi giá trị của thông số kết cấu chỉ có một giá trị của thông số chẩn đoán và ngược lại ( xét trong khoảng đo, hàm B = f(H) không có cực trị).
5.2.2.3.Đảm bảo tính nhạy
Tính nhạy của thông tin trong quan hệ giữa thông số kết cấu và thông số chẩn đoán đảm bảo khả năng phân biệt sự biến đổi tương ứng giữa thông số chẩn đoán theo sự biến đổi của thông số kết cấu tương ứng.
Giả sử chúng ta có hai thông số biểu hiện kết cấu cho cùng một kết cấu cần lựa chọn một thông số biểu hiện kết cấu để làm thông số chẩn đoán. Trong khoảng diễn biến thực tế của H chọn quan hệ có độ nhạy cảm cao hơn sẽ đảm bảo tính chính xác cao hơn và dễ thực hiện hơn.
5.2.2.4.Đảm bảo tính ổn định
Tính ổn định được đánh giá bằng sự phân bố giá trị của thông số chẩn đoán khi đo nhiều lần, trên nhiều đối tượng đồng dạng.
Sự biến động của các giá trị biểu hiện quy luật giữa thông số biểu hiện kết cấu và thông số kết cấu có độ lệch nhỏ.
5.2.2.5.Đảm bảo tính công nghệ
Các thông số chẩn đoán cần được chọn sao cho thuận lợi cho việc đo, khả năng của thiết bị đo, giá thành đo nhỏ…
Đây là yếu tố luôn thay đổi tuỳ thuộc vào tiến bộ của khoa học kỹ thuật đo lường. Sử dụng các thiết bị đo tiên tiến, các quá trình đo thuận lợi hơn, tạo điều kiện cho việc tự động hoá trong chẩn đoán kỹ thuật.
52
Điều này ảnh hưởng tới giá thành của quá trình đo, do vậy đảm bảo tính công nghệ còn có nghĩa là đảm bảo tính kinh tế.
Việc lựa chọn các thông số biểu hiện kết cấu làm thông số chẩn đoán cần xem xét kỹ các tính chất này. Khi lựa chọn đúng thông số chẩn đoán cho phép dễ dàng phân tích và quyết định trạng thái kỹ thuật của đối tượng chẩn đoán.
Trên cơ sở phân tích các thông số chẩn đoán đối với hệ thống cung cấp nhiên liệu, chúng ta có thể đưa ra một số nhận xét sau:
5.2.2.6.Các thông số quan trọng:
Đối với hệ thống cung cấp nhiên liệu nói riêng và với động cơ nói chung là : công suất và tính kinh tế nhiên liệu.
5.2.2.7.Các thông số có thể xác định thuận lợi:
Thành phần và màu khí thải, nhiệt độ động cơ, tiếng gõ động cơ, tăng lượng tiêu thụ nhiên liệu, giảm công suất động cơ.
Từ những nhận xét trên, sau khi tham khảo tài liệu chuyên môn và ý kiến của các chuyên gia, chúng ta có thể sử dụng các thông số chẩn đoán sau đây:
C1: giảm công suất động cơ; C2: tăng lượng nhiên liệu tiêu thụ;
C3: thành phần và màu sắc khí xả thay đổi; C4: nhiệt độ động cơ cao;
53
5.2.3. Mờ hoá các thông số chẩn đoán và kết cấu (giá trị ngôn ngữ)
5.2.3.1. Biến mờ:
Bảng 5.1. Tổng hợp các thông số chẩn đoán và thông số kết cấu.
Tên biến ngôn ngữ Kiểu biến STT
biến
Đơn vị
C1: giảm công suất động cơ Vào 1 %
C2: tăng nhiên liệu tiêu thụ Vào 2 %
C3: thành phần và màu sắc khí xả Vào 3 %
C4: nhiệt độ động cơ tăng cao Vào 4 %
C5: tiếng gõ động cơ Vào 5 %
H1: mòn piston-xylanh bơm cao áp Ra 6 %
H2: hỏng van triệt hồi Ra 7 %
H3: hỏng vòi phun Ra 8 %
H4: sai áp suất phun Ra 9 %
H5: sai thời điểm phun Ra 10 %
H6: độ không đồng đều Gct tăng Ra 11 %
5.2.3.2. Cơ sở tri thức
Mỗi biến vào (thông số chẩn đoán) được định lượng bằng các tập mờ con (các giá trị ngôn ngữ) : “ Tốt” , “Khá”,“ Trung bình” và “ Yếu” được ký hiệu ngắn gọn như sau: “Tốt -T”, “ Khá- K”, “Trung bình- TB” và “Yếu-Y”.
Biến ra (thông số kết cấu) cũng được định nghĩa bằng các tập mờ con (các giá trị ngôn ngữ): “ Tốt - T”, “ Trung bình - TB” và “ Yếu - Y”.
Dạng hàm thuộc của các tập mờ được lựa chọn dạng hình thang - trapmf ( hình 5.2a, dạng hình tam giác – trimf ( hình 5.2b).
54
Hình 5.2. Các dạng hàm thuộc lựa chọn
Các thông số đã nêu đều có các giá trị vật lý bao gồm: trị số đang khai thác X, trị số xác định trạng thái kỹ thuật còn mới X0, Trị số xác định giới hạn yêu cầu phải thay thế hoặc bảo dưỡng sửa chữa Xgh.
Thông thường một chi tiết hoặc một cụm chi tiết được phép khai thác khi X0 < X< Xgh.
Khoảng giới hạn δx = | Xgh – X0 | được xem là khoảng giá trị cho phép và được quy đổi thành khoảng 0÷ 100%.
Ví dụ như Khảo sát đối với động cơ trên xe vinaxuki 860kg ở tốc độ là 3000 vòng/phút.
Gía trị công suất động cơ bị suy giảm do sự mài mòn của piston xylanh bơm đến giới hạn cần phải bảo dưỡng sửa chữa khi đo được bị giảm khoảng 20% (28,8 kw). Khoảng giá trị thay đổi này được quy đổi thành khoảng 0÷ 100. Trị số 100% là giới hạn phải bảo dưỡng, sửa chữa hoặc thay thế chi tiết mới, còn trị số 0% là trị số kỹ thuật khi động cơ còn mới.
55
Hình 5.3. Biến mờ theo công suất
Khảo sát khí xả đối với động cơ Diesel, độ đục khí xả cho phép từ 0 2.96 m-1( tiêu chuẩn về khí thải – cục DKVN) trong đó 2.96 là giá trị độ đục giới hạn cần phải sửa chữa, 0 là giá trị độ đục khí xả mà tình trạng kỹ thuật động cơ còn mới.
Khoảng giá trị thay đổi này được quy đổi tương ứng thành 0÷ 100%, trị số 100% là giới hạn cần phải sửa chữa, còn trị số 0% là tình trạng kỹ thuật động cơ còn mới.
Khi đó biến mờ theo độ đục khí xả được phân loại như hình 5.4 sau đây:
Hình 5.4. Biến mờ theo độ đục khí xả
Cơ sở tri thức của bài toán được thiết lập theo bảng, đồng thời mô tả các biến mờ theo dạng đồ thị.
56
Bảng 5.2. giá trị ngôn ngữ của các thông số chẩn đoán và thông số kết cấu
STT
biến Khái niệm
Tên khái niệm
Các thông số hàm phụ thuộc
1
Công suất bình thường T 0 0 20 40
Công suất giảm ít K 20 40 60 -
Công suất giảm khá TB 40 60 80 -
Công suất giảm nhiều Y 60 80 100 100
2
Tiêu hao nhiên liệu bình thường
T 0 0 20 40
Tiêu hao nhiên liệu ít K 20 40 60 -