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

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 hớng dẫn xupáp và làm mất
độ kín
Các thông số chẩn đoán đa số các trờng hợp đợc đặc trng bởi phơng
pháp chẩn đoán. Trong các phơng 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 lợng CO trong khí xả đợc xác định bằng cách đo cờng 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 phơng pháp đo cờng 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 ngời 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, CO
2
, NO
x
, CH, O
2
.



i






2 5 10
, MKM
C
2
H
4
C
2
H
4
CH
4
CO
CO
2
CH
4
CO
2

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


5




mỗi loại khí chỉ hấp thụ bức xạ hồng ngoại có bớc 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) đợc dùng trong phơng 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 lợng 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 lợng không đổi. Điều này gây ra
sự khác nhau về cờng độ lan truyền các tia hồng ngoại qua mỗi buồng,


6




khi tia hồng ngoại trong mỗi buồng bị chặn ngắt quãng bởi bộ tạo dao
động quay, năng lợng tia hồng ngoại bị hấp thụ bởi cảm biến đợc
chuyển thành áp suất và gây ra sự dao động trên màng mỏng của đầu thu
số tụ điện đợc gắn trong cảm biến. Dao động này đợc biến đổi thành tín
hiệu điện xoay chiều và đợc 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 đợc phản xạ bởi các gơng cầu (1) đi đến hai kênh
quang, bị ngắt sáu lần trong một giây bởi đĩa quay (3) đợc 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 đợc dẫn liên tục tuần hoàn qua cửa (4), ở
kênh dới 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) đợc
ngăn cách cân bằng nhờ cảm biến điện dung (8). Thành phần bức xạ đợc
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


7




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
đợc ổn định nhờ bộ phận làm mát. Trớc đó khí xả cần đợc lọc và tách
nớc ngng. Để đảm bảo nồng độ khí đi qua buồng làm việc, ngời ta sử
dụng bơm để giữ áp suất không đổi.

1 2
1. Buồng đón có V
1
và V
2

3 2. Đầu đo dòng khí
4 3. Buồng đo
4. Đĩa quay nhờ động cơ điện
5. Bộ phát hồng ngoại
5
X
M



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

Cũng sử dụng phơng pháp hấp thụ hồng ngoại, ngời ta còn dùng loại
buồng đo với cảm biến dòng khí (Hình 1.4)
Thiết bị gồm một bộ phát tia hồng ngoại đợc đốt nóng đến 700
0
C. Tia
hồng ngoại đợc 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 lợng 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 V
1
qua cầu đo dòng sang không gian V
2
. 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


8




gian V
1
và V
2
. Đầu đo dòng khí biến đổi tín hiệu dòng khí thành tín hiệu
điện đổi chiều. Phần khí cần đo có hàm lợng CO thay đổi đi qua buồng
hấp thụ một phần năng lợng bức xạ, do đó phần năng lợng này làm giảm
dòng khí cơ sở trong buồng đón qua đầu đo, nhờ đó độ lệch tín hiệu nhận
đợc so với tín hiệu đổi chiều cơ sở sẽ là số đo hàm lợng CO trong khí xả
cần đo. Đối với các thành phần khí xả khác nh CH, CO
2
, NO
x
cũng có
nguyên lý đo tơng tự.




1. Buồng cháy
2. Vòi phun
3. Điện trở cao
4. Cảm biến
5. Cực góp


A
Khí xả
Đầu ra
Dòn
g điện ion
5
4
3
1
2
Khí mẫu
HC
Khí nhiên liệu
H
2
, N
2
Khôn
g khí
Hình 1.5: Nguyên lý của FID

Ngời 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 lợng 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 đợc 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 đợc trộn ở phần A của vòi phun. Hỗn hợp
sau đó hoà trộn với không khí trong buồng cháy. Một điện áp âm cao đợc


9




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

O
3
NO
phón
g
4
3
2
1
PM
5 6
7








1.
ố
ng phản ứng 2. Chất phát sáng
3. Khuếch đại 4. Chỉ thị
5. Nguồn điện áp cao 6. Cảm biến
7. Lọc

Hình 1.6: Nguyên lý của CLD

Trong phép đo nồng độ NO
x
, một NDIR hay CLD (bộ phát hiện quang
hoá) đợc sử dụng.
ở
đây chúng ta sẽ miêu tả nguyên lý của một CLD, khi
NO tác dụng với O
3
, sẽ có một phản ứng hoá học xảy ra, đồng thời ánh
sáng của một bớc sóng đặc biệt cũng đợc phát ra, cờng độ ánh sáng
phát ra tỷ lệ với nồng độ NO. Hơn nữa ở nhiệt độ cao, NO
x
biến thành NO
tạo ra một phản ứng hoá học giống nh trên, cờng độ ánh sáng sinh ra tại
thời điểm này đợc đo lại.
Hình 1.6 mô tả nguyên lý của CLD. Khí NO và O
3
đợc đa vào ống
phản ứng và một phản ứng hoá học xảy ra. ánh sáng sinh ra đi xuyên qua


10




một thiết bị lọc và đợc đo bằng một máy khuếch đại quang học (PM), tại
đây nó đợc khuếch đại và đo để tính ra nồng độ NO trong khí xả.












Khí xả
5
32
1
4
0.8 1,0
1,2
U
s


1.
ố
ng xả 2. Điện cực
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 lợng O
2
còn lại trong khí xả đợc đo nhờ cảm biến Lambda đợc
lấy làm tín hiệu vào để hệ thống định lợng nhiên liệu điều chỉnh hỗn hợp
nhiên liệu - không khí trong quá trình cháy rất chính xác đến giá trị

= 1.
Một phần của đầu đo Creramic nằm trong dòng khí xả còn một phần khác
tiếp xúc với không khí môi trờng. Bề mặt của đầu đo Creramic Zr.O nối
với các điện cực đợc 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 vợt
quá 300
0
C. nếu thành phần O
2
ở hai phía khác nhau thì sẽ xuất hiện giữa


11




hai bề mặt giới hạn một điện áp. Điện áp này chính là số đo sai lệch hàm
lợng O
2
ở hai phía của đầu đo.
Trong khí xả của động cơ, cả khi cháy trong trạng thái thừa nhiên liệu
vẫn còn d hàm lợng O
2
. (Thí dụ

= 0,95 vẫn còn 0,2-0,3 % thể tích).
Hàm lợng O
2
trong khí xả phụ thuộc với mức độ mạnh vào thành phần
hỗn hợp nhiên liệu - không khí đa vào động cơ. Quan hệ này cho phép lấy
hàm lợng O
2
trong khí xả làm số đo hệ số thừa không khí

.
Phơng pháp phân tích khí xả hồng ngoại đợc 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 lợng cháy của hỗn hợp đốt có ảnh hởng lớn đến việc phát huy
công suất động cơ, chi phí nhiên liệu. Mặt khác, chất lợng 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 lợng 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 hớng nghiên cứu về chẩn đoán hiện đại.
Hiện nay, các thiết bị đo và phân tích khí xả đợc sử dụng để kiểm tra
lợng khí xả của các phơng tiện cơ giới tham gia giao thông theo luật
định. Những thiết bị đo và phân tích khí xả cũng còn là phơng tiện trợ
giúp hiệu lực để điều chỉnh tối u sự tạo thành hỗn hợp, quá trình đốt cháy
hỗn hợp, thời điểm đóng mở xupáp hơn nữa, các thiết bị này khi đợc
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.



12




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 đợc 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 nh điều khiển điện tử,
kỹ thuật tin học, thì việc giám sát, chẩn đoán bằng các phơng pháp
truyền thống thông thờng là hết sức hạn chế và rất khó thực hiện. Ví dụ
nh 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 đợc đi cùng với những thiết bị chuyên dùng tơng
ứng đợc trang bị ở các xởng 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 ngời ngày càng đợc coi
trọng. Vấn đề môi trờng và bảo vệ môi trờng đang đợc quan tâm và
liên tục đợc đề cập ở mọi khía cạnh của cuộc sống, nhất là đối với các
phơng 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 lu hành. Các khí CO, HC và NO
x
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 đợc các đòi hỏi
về môi trờng.


13




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 đợc thực hiện với phơng
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 đợc nhờ các thiết bị chuyên dùng hoặc đợc
cung cấp từ các hồ sơ kiểm định. Cụ thể là:
- Phân tích lý thuyết các yếu tố cơ bản ảnh hởng đến thành phần khí xả
- Tạo lập những h hỏng điển hình rồi tiến hành thực nghiệm để xác định
các thành phần khí xả tơng ứng với các h hỏng ở chế độ không tải của
động cơ.
- Tổng hợp, phân tích những số liệu có đợc để có thể rút ra những kết
luận cần thiết và những hớng nghiên cứu tiếp theo.
Với những khả năng có đợc về thời gian và kinh phí, đề tài đợc 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













14

Xem chi tiết: Khảo sát tính ổn định hướng chuyển động của liên hợp máy nông nghiệp mooc