thiết kế và chế tạo thiết bị chỉ thị độ đen khí xả của động cơ đốt trong bằng vi điều khiển

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Thạch
SVTH: Lê Minh Thức Lớp: 43DLTT - SG Trang 1
Lời nói đầu
Ngày nay, xu thế áp dụng tự động điều khiển và tự động hoá đang lan rộng trong
nhiều lĩnh vực khác nhau. Vì vậy, việc lắp đặt thêm các thiết bị tự động điều khiển trên các
động cơ nói chung và động cơ đốt trong nói riêng là một việc làm hết sức cần thiết, nhằm
tăng thêm năng suất trong lao động và sản xuất.
Qua quá trình tìm hiểu về động cơ đốt trong để góp phần tăng thêm tính hiện đại và
tự động cho động cơ em đã chọn đề tài “Thiết kế và chế tạo thiết bị chỉ thị độ đen khí xả
của động cơ đốt trong bằng vi điều khiển”.
Nội dung đề tài gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về các quá trình cháy của động cơ và nguyên nhân khói
đen trong khí xả.
Chương 2: Cảm biến và vi điều khiển.
Chương 3: Thiết kế và chế tạo thiết bị chỉ thị độ đen khí xả.
Mục đích của đề tài nhằm chế tạo ra một thiết bị đánh giá tình trạng kỹ thuật của
động cơ một cách đơn giản, chính xác. Với các chương trình được thiết lập trước trên vi
mạch xử lý.
Ứng dụng của loại thiết bị cảm biến này có thể dùng để kiểm tra độ đen khí xả cho
tất cả các loại động cơ đốt trong.
Và nhân đây em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của
TS.Nguyễn Thạch. Thầy đã cung cấp cho em rất nhiều ý kiến cũng như nhiều tài liệu để
cho em có thể hoàn thành đề tài này. Nhưng do vấn đề hạn hẹp về thời gian và kiến thức,
chắc chắn đề tài còn nhiều thiếu sót. Vì vậy em xin nhận được sự đóng góp ý kiến từ các
thầy và các bạn để đề tài này có thể hoàn thiện tốt hơn. Em xin chân thành cảm ơn.

Nha Trang tháng 06 năm 2006
Sinh viên thực hiện
Lê Minh Thức

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Thạch
SVTH: Lê Minh Thức Lớp: 43DLTT - SG Trang 2
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CHÁY CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
VÀ NGUYÊN NHÂN CÓ KHÓI ĐEN TRONG KHÍ XẢ

1.1. QUÁ TRÌNH CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG .
1.1.1.Khái niệm.
Cháy ở động cơ đốt trong (ĐCĐT) là một quá trình hoá học có kèm theo toả
nhiệt. Phương trình phản ứng hoá học giữa các phân tử nhiên liệu và không khí ở
ĐCĐT có thể biểu diễn như sau:
C
n
H
m
O
r
+ (
2
4
rm
n -+ ).(O
2
+3,76N
2
) = nCO
2
+

2
m
H
2
O+(
2
4
rm
n -+ )N
2
(1.1)
Ví dụ, phương trình (1.1) viết cho nhiên liệu là octane (C
8
H
18
) sẽ có dạng:
C
8
H
18
+(8+
4
18
).(O
2
+3,67N
2
) = 8CO
2
+9H

2
O+47N
2
(1.2)
Từ phương trình (1.2) ta thấy, để đốt cháy hoàn toàn một phân tử octane cần phải có
ít nhất 12,5 phân tử ôxy, tương đương với 59,5 phân tử không khí để đốt cháy hoàn
toàn 1kg octane.
Nếu sử dụng không khí nhiều hơn lượng không khí lý thuyết để có thể đốt
cháy hoàn toàn nhiên liệu trong điều kiện thực tế thì trong khí xả có ôxy dư.Ví dụ
phương trình hoá học của quá trình cháy octane với lượng không khí dư 20% sẽ có
dạng:
C
8
H
18
+1,2[(8+
4
18
).(O
2
+3,67N
2
) ]→ 8CO
2
+9H
2
O+47N
2
+2,5O
2

(1.3)
Nếu lượng không khí nạp vào động cơ ít hơn lượng không khí lý thuyết thì
nhiên liệu sẽ cháy không hoàn toàn và trong khí xả sẽ có thêm các sản phẩm khác,
như: CO, H
2
, C
n
H
m
, C,v.v. Ví dụ: phương trình cháy ocante với lượng không khí
bằng 80% lượng không khí lý thuyết sẽ có dạng:
C
8
H
18
+0,8[(8+
4
18
).(O
2
+3,67N
2
) ]→aCO+bCO
2
+cH
2
O+cd
2
+ eC+37,7N
2

(1.4)
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Thạch
SVTH: Lê Minh Thức Lớp: 43DLTT - SG Trang 3
Trong đó: a, b, c, d và e là số kmol của loại sản phẩm cháy.
Các phản ứng hoá học giữa nhiên liệu và ôxy giới thiệu ở trên là sự thể hiện
kết quả cuối cùng của hàng loạt quá trình lý-hoá diễn ra từ thời điểm các phân tử
nhiên liệu và ôxy chịu tác động của nhiệt độ và áp suất đủ cao để có thể diễn ra các
phản ứng ôxy hoá các phân tử nhiên liệu diễn ra với nhiều giai đoạn và theo kiểu
phản ứng dây chuyền, trong đó sự hình thành các phân tử hoạt tính trung gian đóng
vai trò quyết định trong sự mở đầu và phát triển của các phản ứng ôxy hoá. Cháy
hay nổ nhiệt là giai đoạn các phản ứng ôxy hoá nhiên liệu diễn ra với tốc độ lớn với
sự tồn tại của ngọn lửa nóng lan truyền từ khu vực cháy sang khu vực hỗn hợp khí
công tác chưa cháy. Sự cháy của nhiên liệu thường bắt đầu từ những trung tâm cháy
đầu tiên. Và gọi thời điểm xuất hiện những trung tâm cháy đầu tiên là thời điểm
phát hoả. Cơ chế hình thành trung tâm cháy đầu tiên, tức là cơ chế của sự phát hoả ở
động cơ đốt trong vẫn chưa được lý giải một cách hoàn chỉnh.
1.1.2. Hiện tượng cháy của nhiên liệu trong động cơ.
Hoà khí trong động cơ đốt trong được chia làm hai loại: hoà khí đều được
hoà trộn trước và hoà khí không được hoà trộn trước. Hiện tượng cháy của từng loại
có đặc trưng riêng.
1.1.2.1. Đặc điểm hiện tượng cháy trong động cơ xăng - Sự truyền lan của
màng lửa.
Đặc trưng chính của việc đốt cháy hoà khí đều, được hoà trộn trước ở động
cơ xăng là sự lan truyền màng lửa.
Màng lửa là một màng ngăn giữa hai khu vực đã cháy và chưa cháy. Màng
lửa chiếm một dung tích rất nhỏ, có hai loại màng lửa: màng lửa chảy tầng và màng
lửa chảy rối.
Màng lửa chảy tầng có chiều dày nhỏ. Tốc độ lan truyền màng lửa S
n

càng
lớn thì màng lửa càng mỏng. Tốc độ màng lửa chảy tầng chỉ phụ thuộc vào tính chất
vật lý – hoá của hoà khí như: tỷ lệ nhiệt, hệ số dẫn nhiệt, nhiệt trị của hoà khí, mà
không phụ thuộc loại bình chứa và trạng thái lưu động của dòng khí.
Tốc độ của màng lửa chảy tầng S
n

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Thạch
SVTH: Lê Minh Thức Lớp: 43DLTT - SG Trang 4
S
n
chỉ tốc độ di chuyển màng lửa tiên phong theo hướng pháp tuyến về phía hoà
khí, nên đôi khi còn gọi là tốc độ lan màng lửa theo hướng pháp tuyến như hình
vẽ1.1









Hình 1.1: Cấu tạo màng lửa cháy tầng
t-nhiệt độ; y
p
-mật độ sản vật cháy;
y
F

-mật độ hoà khí
S
n
= S
t
-S
n
(1.5)
Trong đó: S
f
-tốc độ lan truyền biểu kiến ( đo được khi thí nghiệm )
S
đ
- tốc độ đẩy màng lửa do giãn nở của sản vật cháy.
Nếu biết được áp suất trong quá trình cháy, thì sẽ xác định đư
ợc tỷ số:
÷
ø
ö
ç
è
æ
-+= 1
1
1
2
P
P
kS
S

n
f
(1.6)
Trong đó: k- chỉ số đoạn nhiệt
p
2
- áp suất cuối thời kỳ cháy.
p-áp suất tức thời trong quá trình.
Màng lửa chảy rối có chiều dày màng lửa lớn hơn màng lửa chảy tầng. Tốc
độ lan truyền màng lửa S
r
nhanh hơn so với chảy tầng. Quy mô chảy rối khác nhau
sẽ làm cho bề mặt màng lửa biến dạng khác nhau.
Dựa vào l=u
’
.t
’
(1.7)
Sn



d

Sn(cm/s)

YF

Yp

t( c)

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Thạch
SVTH: Lê Minh Thức Lớp: 43DLTT - SG Trang 5
(trong đó: u = tốc độ trung bình mạch động; t
’
- thời gian tồn tại trung bình của mạch
động) và chiều dày màng lửa δ, và cháy rối chia làm hai loại:
*) Cháy rối quy mô nhỏ l<< δ. Trong trường hợp này dạng màng lửa tương
tự như màng lửa chảy tầng








Hình 1.2:Màng lửa chảy rối
a)Mặt nhăn nhúm
b)Các khối hoà khí phân tán
1-hoà khí mới; 2-sản vật cháy
Nhưng trao đổi nhiệt và phân tử hoạt tính giữa màng lửa và lớp hoà khí lân
cận không chỉ dựa vào vận động phân tử, mà chủ yếu dựa vào chuyển động mạch
động của những khói khí nhỏ trong màng lửa, làm cho tốc độ truyền nhiệt và truyền
phân tử hoạt tính tới lớp hoà khí lân cận tăng lên đột ngột, làm cho tốc độ tăng theo
hướng pháp tuyến tăng lên khoảng 10 lần so với chảy tầng.
*) Chảy rối quy mô lớn l> δ. Trong trường hợp này hình dạng màng lửa bị
uốn cong và trở nên mấp mô làm tăng diện tích, tốc độ lan truyền theo hướng tiếp

tuyến vẫn tương tự như trường hợp chảy tầng, nhưng do diện tích tăng lên nhiều
làm cho tốc độ lan truyền tăng nhanh. Càng tăng quy mô chảy rối, các chuyển động
nhấp nhô của màng lửa tạo ra nhiều khối hoà khí phân tán (như hình vẽ 1.2) làm
tăng diện tích và tốc độ cháy, đó là trường hợp thường gặp trong kĩ thuật.
Tốc độ lan truyền màng lửa chảy rối S
r
được xác định:
S
r
= S
n
+U
r
(1.8)
d

d

1

2

a)

b)

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Thạch
SVTH: Lê Minh Thức Lớp: 43DLTT - SG Trang 6
cường độ chảy rối U

r
càng mạnh càng làm tăng S
r
, khi U
r
càng lớn thì vai trò của S
n

trong biểu thức (1.8) càng nhỏ.
1.1.2.2 Đặc điểm hiện tượng cháy trong động cơ diesel- ngọn lửa khuếch
tán
Ngọn lửa khuếch tán là do một lớp trong vùng phản ứng nhả nhiệt tạo thành,
nó tạo nên lớp ngăn cách giữa dòng nhiên liệu và các chất ôxy hoá (hình 1.3)


sản phẩm cháy


Hình 1.3
nhiên liệu và chất ôxy hoá đều tạo ra gradien đối với màng lửa, vì vậy chúng đều
khuếch tán vào khu vực phản ứng tạo nên hoà khí và bốc cháy. Tốc độ phản ứng
trong ngọn lửa khuếch tán cũng như sự tiến triển của ngọn lửa phuộc thuộc vào
nhiều nhân tố; sự khuếch tán; hoà trộn.v.v
Ngọn lửa khuếch tán có thể đồng pha có thể dị pha. Trong ngọn lửa khuếch tán
đồng pha, nhiên liệu và ôxy hoá đều ở dạng khí, trong ngọn lửa khuếch tán dị pha
nhiên liệu thể lỏng được cháy trong chất ôxy hoá thể khí.
So với ngọn lửa của hoà khí đều được chuẩn bị trước ở động cơ xăng, trong
ngọn lửa khuếch tán tốc độ phản ứng nhả nhiệt chậm hơn, khu vực phản ứng dày
hơn. Ngoài ra do ảnh hưởng của nhiệt độ lớn các hạt cacbon được phân giải từ
nhiên liệu, gây phản xạ ánh sáng làm cho ngọn lửa trở nên sáng rực.

1.1.3 Quá trình cháy trong động cơ.
1.1.3.1 Những đặc điểm của qúa trình cháy trong động cơ xăng.
a) Phương thức tạo hoà khí và đốt cháy trong động cơ xăng:
-Quá trình hình thành hỗn hợp không khí nhiên liệu được chuẩn bị trước từ
bên ngoài và kéo dài trong cả quá trình nạp và nén.
-Hỗn hợp cháy là đồng nhất.
vùng phản ứng hơi nhiên liệu
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Thạch
SVTH: Lê Minh Thức Lớp: 43DLTT - SG Trang 7
-Hỗn hợp được đốt cháy cưỡng bức bằng tia lửa điện.









Hình 1.4: biểu diễn quá trình cháy trong động cơ xăng .
I-Cháy trể, II-Cháy chính, III-Cháy rớt
1-đánh lửa, 2-hình thành màng lửa trung tâm, 3-áp suất lớn nhất p
z

b)Diễn biến của quá trình cháy trong động cơ xăng.
Quá trình cháy bình thường trong động cơ xăng có thể chia ra thành ba
giai đoạn:
*) Giai đoạn 1-giai đoạn cháy trể ( từ điểm 1
®

2)
Giai đoạn này bắt đầu khi buji đánh lửa đến khi áp suất trong xylanh cao
hơn đường cong áp suất thuần tuý.
Trong giai đoạn này là thời kỳ chuyển hoá để hình thành các trung tâm bốc
cháy đầu tiên và cháy một phần nhỏ nhiên liệu ở gần buji
Thông số đặc trưng cho giai đoạn này là thời gian cháy trể ký hiệu t
1
[s]
hoặc góc quay trục khuỷu: j
1
=2pnt
1
(1.9)
Trong đó: n-tốc độ quay của động cơ tính bằng vòng/phút.
*) Giai đoạn 2-giai đoạn cháy chính (từ điểm 2
®
3)
Bắc đầu từ khi nhiên liệu bốc cháy (điểm 2) đến khi áp suất trong động cơ
đạt giá trị cực đại (điểm 3)
100

80

60

4
0

20

0

20

40

60

80

7

14

21

28

35

42

p (10



pa)

5

q

1

2

II

I

j

3

III

Đ

CT

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Thạch
SVTH: Lê Minh Thức Lớp: 43DLTT - SG Trang 8
Nhiệt độ và áp suất trong xylanh tăng rất nhanh do quá trình cháy diễn ra một cách
mãnh liệt.
Nhiệt lượng cung cấp cho chu trình chủ yếu được toả ra từ giai đoạn này.
Một số thông số đặc trưng cho giai đoạn này là tốc độ tăng áp suất trung bình:

jjj
D

D
=
-
-
=
P
PP
W
tb
23
33
( 1.10)
trong đó :P
2
, p
3
– áp suất môi chất công tác tại điểm 2 và điểm 3.
j
2
, j3 – góc quay trục khuỷu ứng với điểm 2 và điểm 3.
Tốc độ tăng áp suất trung bình là thông số đánh giá về chế độ làm việc êm dịu của
động cơ. Động cơ xăng tỷ số nén e = 6í8 thường có W
tb
= (1,1í1,6) bar/
0
gqtk
*) Giai đoạn 3 – giai đoạn cháy rớt (từ điểm 3 – áp suất cực đại trở đi )
Là giai đoạn cháy sau khi áp suất trong xylanh đã giảm. Nếu thực hiện tốt
các biện pháp để đốt cháy nhiên liệu (điều chỉnh thành phần của hoà khí; góc đánh
lửa; tạo vận động rối của hỗn hợp cháy trong buồng cháy ) thì có thể kết thúc quá

trình cháy ở đầu quá trình giãn nở. Song trong thực tế quá trình cháy còn diễn ra
trên đường giản nở thậm chí trên đường ống xả.
Giai đoạn cháy rớt kéo dài làm cho động cơ quá nóng, công suất và hiệu
suất của động cơ giảm.
Trên động cơ xăng hiện tượng cháy rớt ít hơn động cơ diesel.
c) Nhũng đặc điểm của quá trình cháy trong động cơ xăng.
-Hỗn hợp nhiên liệu không khí được đốt cháy bằng tia lửa điện.
-Trung tâm cháy được xuất hiện đầu tiên gần hai cực buji.
-Quá trình cháy trong động cơ xăng là quá trình cháy bề mặt của hỗn hợp đồng
nhất.
1.1.3.2 Những hiện cháy không bình thường ở động cơ xăng.
a) Cháy kích nổ.
Hiện tượng: Là hiện tượng tự bốc cháy một phần hỗn hợp khi ngọn lửa
chưa lan truyền tới. Khi có hiện tượng kích nổ trong xylanh có thể nhận biết qua
một số biểu hiện sau đây:
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Thạch
SVTH: Lê Minh Thức Lớp: 43DLTT - SG Trang 9
-Xuất hiện tiếng gõ kim loại do sóng sung kích phản xạ nhiều lần trong buồng đốt.
-Động cơ xả khói đen do một phần nhiên liệu và sản phẩm cháy bị phân huỷ dưới
tác dụng của của áp suất và nhiệt độ rất cao tại khu vực kích nổ.
-Công suất của động cơ giảm, suất tiêu thụ nhiên liệu tăng do một phần năng lượng
phải tiêu hao cho sự lan truyền của sóng xung kích, tổn thất nhiệt cho môi chất làm
mát tăng, một phần năng lượng tiêu hao cho sự phân huỷ nhiên liệu và sản phẩm
cháy.
Nguyên nhân và bản chất hiện tượng kích nổ được lý giải là do hoạt
động hoá học mãnh liệt của các phân tử nhiên liệu ở phía trước màng lửa bị chèn ép
do kết quả nhả nhiệt của các hoà khí đã cháy tạo ra áp suất và nhiệt độ cao lại có sự
vận động va chạm gây ra sự phân huỷ cacbuahydro, các sản phẩm bị phân huỷ này
kết hợp với ôxy để hình thành các peoxyt có tính chất của cá hợp chất nổ (khả năng

bốc cháy cao). Khả năng xuất hiện kích nổ được quyết định bởi ba nhóm yếu tố sau
đây: -Tính chất của hỗn hợp cháy
-Đặc điểm của cấu tạo của động cơ.
-Chế độ làm việc của động cơ.
Với hỗn hợp cháy có thành phần khác nhau và loại nhiên liệu khác nhau,
tính chất và tốc độ của cá phản ứng tiền ngọn lửa sẽ khác nhau, có khả năng kích nổ
cũng khác nhau. Ví dụ xăng chứa nhiều hydrocacbon loại parafin mạch thẳng dễ bị
kích nổ hơn xăng chứa nhiều hydrocacbon loại aromatic mạch vòng do việc phá vở
cấu trúc của các phân tử aromatic khó hơn so với các phân tử parafin.
Đặc điểm cấu tạo động cơ (ví dụ: cấu hình của buồng đốt, số lượng và vị trí
của buji, tỷ số nén, vật liệu chế tạo piston và nắp xylanh,.v.v ) và chế độ làm việc
của động cơ (ví dụ: tốc độ quay, tải, chế độ làm mát .v.v ) có liên quan trực tiếp áp
suất và nhiệt độ của phần hoà khí chưa cháy. Tất cả những yếu tố góp phần làm
tăng áp suất và nhiệt độ của phần hoà khí cuối cũng như thời gian mà phần hoà khí
đó chịu tác dụng của áp suất và nhiệt độ cao đều có thể làm tăng khả năng kích nổ.


PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Thạch
SVTH: Lê Minh Thức Lớp: 43DLTT - SG Trang 10

b) Cháy sớm
Cháy sớm là hiện tượng hoà khí được đốt cháy bởi những vật thể có nhiệt
độ đủ cao (các cực của buji, nấm xupap xả, muội than đang cháy ,v.v) trước khi có
tia lửa điện của buji.
Quá trình lan truyền ngọn lửa trong trường hợp cháy sớm cũng tương tự
như khi cháy bình thường. Nếu hiện tượng cháy sớm xuất hiện đúng hoặc rất gần
thời điểm buji đánh lửa thì nó không gây ra tác hại gì đáng kể. Ngược lại, nếu hoà
khí được đốt cháy sớm hơn nhiều so với thời điểm đánh lửa tối ưu sẽ dẫn đến hàng
loạt hậu quả như:

-Công suất và hiệu suất động cơ giảm do tiêu hao cho quá trình nén tăng bởi vì
phải nén môi chất công tác có áp suất cao hơn.
-Phụ tải cơ và phụ tải nhiệt của động cơ tăng do áp suất và nhiệt độ cực đại
của môi chất công tác cao hơn.
-Cháy rất dễ kéo theo kích nổ do áp suất và nhiệt độ trong xylanh cao hơn.
-Cháy sớm có xu hướng xuất hiện sớm hơn. Ở động cơ nhiều xylanh, cháy
sớm thường xuất hiện và phát triển và không giống nhau trong các xylanh khác
nhau. Nếu cháy sớm chỉ xuất hiện trong một hoặc vài xyalnh thì rất khó phát hiện
do tiếng ồn của động cơ trong quá trình làm việc. Điều đó có thể gây ra hậu quả rất
nghiêm trọng như gẩy thanh truyền, trục khuỷu ,.v.v… nếu trong một xylanh nào đó
cháy sớm xảy ra khi piton còn ở rất xa so với động cơ trong hành trình nén.
Hiện tượng cháy sớm ở động cơ xăng có thể khắc phụ bằng cách chọn “độ
nóng” của buji phù hợp với đặc điểm của động cơ, ngăn ngừa hiện tượng kết muội
than trong buồng đốt,v.v…

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Thạch
SVTH: Lê Minh Thức Lớp: 43DLTT - SG Trang 11

Hình vẽ 1.5: Đồ thị công khi cháy bình thường
và đồ thị công khi cháy sớm (ac
s
z
s
ba)
c) Những hiện tượng cháy không bình thường khác.
•Nổ trong ống xả -là hiện tượng nhiên liệu phát hỏa trong đường ống xả của
động cơ. Nguyên nhân của hiện tượng này là do hỗn hợp cháy quá đậm (nhiên liệu
sẽ cháy không hoàn toàn) hoặc quá loãng (tốc độ cháy nhỏ, cháy rớt tăng), hoặc do
hiện bỏ lửa ở một vài xylanh ở một vài xylanh,v.v…dẫn đến tình trạng tồn tại một

lượng hỗn hợp cháy trong đường ống xả lượng hỗn hợp cháy này sẽ phát hỏa nếu
tiếp xúc với vật thể có nhiệt độ cao, ví dụ muội than nóng đỏ trong khí thải. Hiện
tượng nổ trong ống xả có thể khắc phục bằng cách điều chỉnh đúng bộ chế hòa khí
để hỗn hợp cháy có thành phần thích hợp và khắc phục hiện tượng bỏ lửa .
•Nổ trong ống nạp - Hiện tượng nổ trong ống nạp có thể xuất hiện trong quá
trình khởi động động cơ hoặc khi động cơ chạy ở chế độ tốc độ thấp. Nguyên nhân
của hiện tượng này là do sản phẩm cháy lọt vào đường ống nạp và nếu sản phẩm
cháy có nhiệt độ đủ cao hoặc trong sản phẩm cháy có những vật thể có nhiệt cao sẽ
làm cho hòa khí trong ống nạp phát hỏa.
•Hiện tượng khó tắt máy sau khi đã ngắt điện - trong một số trờng hợp
động cơ vẫn tiếp tục hoạt động ở chế độ không tải sau khi đã ngắt điện đến buji với
những tiếng nổ đanh và không ổn định. Nguyên nhân chủ yếu của hiện tượng này là
động cơ có tỷ số nén cao nên nhiệt độ khá cao ở cuối hành trình nén kết hợp với
những yếu tố khác (ví dụ trong buồng đốt có những vật thể nóng có nhiệt độ cao
v

P

Z

c

cs

a

bs

b

Zs

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Thạch
SVTH: Lê Minh Thức Lớp: 43DLTT - SG Trang 12

hơn bình thường) có khả năng làm cho nhiên liệu phát hỏa. Hiện tượng này được
khắc phục bằng cách trang bị một cơ cấu cho phép cắt hoàn toàn nhiên liệu đến
buồng đốt động cơ.
1.1.3.3 Những yếu tố ảnh chính ảnh hưởng tới quá trình cháy trong động
cơ xăng.
a) Tỷ số nén.
-Khi tăng tỷ số nén sẽ làm tăng thì hiệu suất động cơ càng cao nhưng đồng thời
cũng làm tăng khả năng kích nổ và làm cho động cơ làm việc cứng hơn .
b) Thành phần của hỗn hợp cháy.
Quá trình cháy có thể cháy hoàn toàn và kịp thời hay không phụ thuộc vào
tốc độ lan truyền màng lửa. Nhân tố chính ảnh hưởng đến tốc độ lan truyền màng
lửa là thành phần hòa khí. Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng thành phần hòa khí
khác nhau sẽ cho tốc lan truyền màng lửa khác nhau và do đó sẽ ảnh hưởng đến quá
trình cháy được tóm tắt như bảng sau.
Bảng 1: Ảnh hưởng của thành phần hoà khí (
a
) đến
quá trình cháy trong động cơ xăng.

c)Kết cấu buồng cháy và vị trí đặt buji.
Kết cấu buồng cháy và vị trí đặt buji có ảnh hưởng đến:
-Tốc độ tăng áp suất của động cơ.
Hệ số α Ảnh đến quá trình cháy
0,40÷0,50

Thiếu O
2
hòa khí không cháy được
Giới hạn trên của
thành pần hòa khí
0,50÷0,85 Hỗn hợp đậm: S
n
giảm, nhiên liệu cháy không hết → g
e
tăng
0,85÷0,95 {S
n
,T
z
,p
z
,N
i
} → max, t
i
→ min
Thành phần hòa khí.
Dễ kích nổ.
0,95÷0,105

Các giá trị thay đổi dần về hướng hòa khí tiết kiệm
1,05÷1,10 Nhiên liệu cháy hoàn toàn, η
i
→ max
Thành phần tiết kiệm

1,10÷1,30 Hòa khí loãng, cần có biện pháp thích hợp bảo đảm cho hòa khí cháy
1,30÷1,40
Hòa khí quá loãng, không thể lan truyền màng
lửa do khoảng cách giữa các phân tử nhiên liệu
quá lớn → không cháy được
Giới hạn dưới của
thành phần hòa khí
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Thạch
SVTH: Lê Minh Thức Lớp: 43DLTT - SG Trang 13

-Khả năng cháy kích nổ
Với tốc độ lan truyền ngọn lửa như nhau, tốc độ cháy và tốc độ áp suất trong xylah
sẽ tăng tỷ lệ thuận với bề mặt ngọn lửa.
Nếu đặc buji ở phần hẹp của buồng cháy, lượng hòa khí và ngọn lửa ban đầu nhỏ
dẫn đến tốc độ tăng áp suất ban đầu nhỏ.
Trong trường hợp ngược lại tốc độ tăng áp suất sẽ rất lớn ngay ở giai đoạn đầu của
quá trình cháy.
Nếu đặt buji gần sát xupap nạp, xupap xả sẽ làm tăng hơi nóng nâng cao nhiệt độ
khối hòa khí ở cuối hành trình màng lửa, do đó tăng khuynh hướng kích nổ. Vì vậy,
cần đặt buji sát khu vực giữa buồng cháy và gần bộ phận nóng nhất của buồng cháy.
Vị trí đặt buji trong buồng cháy khác nhau sẽ đòi hỏi số octan của nhiên liệu khác
nhau.
Hình dáng và kết cấu buồng cháy và vị trí đặt buji còn ảnh hưởng đến
khả năng cháy kích nổ của động cơ. Khả năng cháy kích nổ càng lớn khi thời gian
lan truyền ngọn lửa trong buồng đốt kéo dài.
d) Góc đánh lửa sớm
Góc đánh lửa sớm phải chọn được thời điểm có lợi nhất. Góc đánh lửa quá
sớm hoặc quá muộn cũng đều không có lợi cho quá trình công tác của động cơ.
e)Tốc độ của động cơ

Khi tăng tốc độ của động cơ, cải thiện được quá trình hòa trộn của hòa khí
trong khí nén, nhiệt độ cuối quá trình nén T
c
, do đó gia tăng quá trình chuẩn bị cháy
của hòa khí và kết quả sẽ làm tăng tốc độ lan truyền màng lửa, giảm kích nổ. Tuy
nhiên tăng tốc độ của động cơ sẽ làm tăng quá trình cháy rớt.
1.1.4. Quá trình cháy trong động cơ diesel
1.1.4.1 Yêu cầu và đặc điểm của quá trình cháy tong động cơ diesel.
Ø Yêu cầu
Bảo đảm cho nhiên liệu đựơc cháy hoàn toàn, cháy kịp cho hóa năng của
nhiên liệu chuyển hết thành nhiệt năng, rồi từ nhiệt trưng chuyển thành cơ năng một
cách có hiệu quả nhất.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Thạch
SVTH: Lê Minh Thức Lớp: 43DLTT - SG Trang 14

Ø Đặc điểm
-Nhiên liệu động cơ diesel có độ nhớt lớn, khó bay hơi nên không thể hòa trộn
trước ở bộ chế hòa khí như xăng, mà đươc phun dưới dạng sương mù vào trong
xylanh có áp suất và nhiệt độ rất cao cùng với sự chuyển động xoáy lốc mãnh liệt
của không khí trong buồng đốt, để tạo hỗn hợp bên trong động cơ .
- Quá trình hình thành hỗn hợp bao gồm: nhiên liệu được sấy nóng và bay hơi,
khuếch tán, bị phân hủy thành các gốc tự do, va chạm với các phân tử ôxy tạo thành
các phản ứng ôxy hóa ở tốc độ rất cao tạo nên quá trình cháy, thời gian của các
bước trên chỉ chiếm từ vài phần trăm đến vài phần nghìn giây (15÷35)
0
gqtk.
-Hỗn hợp cháy trong động cơ diesel là hỗn hợp không đồng nhất, yêu cầu hệ số a
lớn (a >1).
- Nhiên liệu được cấp vào xylanh trong một khoảng thời gian xác định, trong suốt

thời kì phun nhiên liệu, thành phần hỗn hợp khí biến động liên tục.
-Khác với động cơ xăng, trong động cơ diesel; là quá trình cháy thể tích, sự bốc
cháy đồng thời diễn ra ở nhiều trung tâm bốc cháy khác nhau.
1.1.4.2.Diễn biến quá trình cháy trong động cơ diesel.
Người ta phân quá trình cháy trong động cơ diesel làm 4 giai đoạn
I-giai đoạn cháy trể; II-giai đoạn cháy
nhanh; III-giai đoạn cháy chính;
IV-giai đoạn cháy rớt; 1-điểm phun
nhiên liệu; 2-điểm bắt đầu xuất nhưng
trung tâm cháy đầu tiên; 3-điểm có áp
suất và nhiệt độ đạt cực đại; 4-điểm ó
áp suất bắt đầu giảm;q -góc cháy trể
Hình vẽ 1.6: Quá trình cháy của động cơ diesel (gqtk)
a) Giai đoạn 1-giai đoạn cháy trể (giai đoạn chậm bốc cháy ) được tính từ khi
nhiên liệu bắt đầu được phun vào xylanh động cơ đến khi bắt đầu xuất hiện các
trung tâm bốc cháy (điểm 1 ® 2).


q

Đ

CT

0

I

II

III

IV

4

2

3

1

j

P

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Thạch
SVTH: Lê Minh Thức Lớp: 43DLTT - SG Trang 15

Thời gian cháy trể được tính bằng mili giây (t
i
) hoặc góc quay trục khuỷu (j
i
).
Lượng nhiên liệu phun vài trong thời gian cháy trể (g
i
). Thời gian cháy trể kéo dài
khoảng phần nghìn giây và trong thời gian đó khoảng 30 ÷40 % lượng nhiên liệu
cung cấp cho chu trình đã được phun vào. Ở các động cơ có tốc độ cao lượng nhiên

liệu có thể phun đến 100% g
ct
(g
i
=g
ct
).
b) Giai đoạn 2-giai đoạn cháy nhanh (ban đầu, không điều khiển ).Bắt đầu
khi đuờng cong áp suất tách khỏi đuờng cong nén trong xylanh đạt giá trị cực đại
(điểm 2® 3 ), trong các động cơ cao tốc p
z
thường xuất hiện ở vị trí (6÷ 10)
0
gqtk
sau ĐCT. Đặc điểm của thời kì này là:
- Nguồn lửa được hình thành, tốc độ cháy nhanh, tốc độ toả nhiệt thường rất
lớn, ở cuối hành trình này số nhiên liệu bốc cháy chiếm khoảng 1/3 nhiên liệu cung
cấp cho chu trình. Giai đoạn này có thể xem như là quá trình cấp nhiệt đẳng tích.
- Nhiệt độ và áp suất tăng nhanh, áp suất cao nhất tới (6 ÷ 9 Mpa).
- Nhiên liệu được phun vào buồng cháy, làm tăng nồng độ cháy trong hỗn hợp
cháy.
Các thông số đặc trưng cho thời kì này là:
Tốc độ tăng áp suất trung bình W
tb

W
tb
=
cz
cz

PP
jj
-
-
(1.11)
Áp suất cháy cực đại: P
3
= P
max

Tỉ số tăng áp l

c
z
P
P
=
l
(1.12)
Các thông số trên có ảnh hưởng đến sự làm việc của động cơ và sự hao mòn của cơ
cấu truyền lực. Chúng phục thuộc vào lượng nhiên liệu cung cấp trong thời kì cháy
trể và điều kiện chuẩn bị cho quá trình xuất hiện trung tâm cháy đầu tiên. Nếu g
i
và
t
i
lớn thì các giá trị W
tb
,P
z

và l sẽ lớn.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Thạch
SVTH: Lê Minh Thức Lớp: 43DLTT - SG Trang 16

c) Giai đoạn 3 – giai đoạn cháy chính (có điều khiển, cháy chậm )
Bắt đầu từ điểm 3 và kết thúc tại điểm 4 (điểm có nhiệt độ lớn nhất, khoảng sau
ĐCT ( 20 ÷ 25
0
gqtk ). Đặc điểm của thời kì này là:
-Quá trình cháy tiếp diễn với tốc độ cháy lớn, cuối thời kì này nhiệt lượng toả ra
chiếm khoảng 70 ÷ 80% nhiệt lượng cung cấp cho chu trình. Công suất của động
sinh ra chủ yếu trong giai đoạn này.
-Thời kỳ này thông thường đã kết thúc phun nhiên liệu, lượng khí trơ (hơi nước, khí
CO
2
, tăng nhanh làm giảm đáng kể lượng ôxy. Nếu chất lượng hoà trộn nhiên liệu
và không khí không tốt sẽ dẫn đến có khu vực trong buồng cháy còn tồn dư nhiều
nhiên liệu, hoặc các hạt nhiên liệu chưa được hoá hơi. Lượng ôxy còn lại rất khó
tiếp xúc với các phân tử nhiên liệu và ôxy hoá nó một cách hoàn toàn. Dưới tác
động của nhiệt độ cao các phân tử nhiên liệu lại dễ bị phân huỷ và cacbon có trong
nhiên liệu thường được giải phóng dưới dạng bồ hóng rất khó ôxy hoá, không được
đốt cháy ở giai đoạn sau bị thải ra ngoài nên khói có mầu đen.
-Giai đoạn có thể xem như cấp nhiệt đẳng áp.
d) Giai đoạn 4 – giai đoạn cháy rớt là hiện tượng kéo dài trên đường giãn nở.
Bắt đầu từ điểm 4 đến khi cháy kết thúc .Đặc điểm của giai đoạn này là:
-Tốc độ cháy giảm dần tới kết thúc cháy, do đó tốc độ toả nhiệt cũng giảm tới
không.
-Do thể tích môi chất công tác Trong xylanh tăng dần nên áp suất và nhiệt độ đều hạ

thấp.
Trên động cơ diesel hượng tượng cháy rớt thường nghiêm trọng hơn động cơ xăng,
do đó động cơ diesel thường phải có dư lượng không khí lớn (a =1,3÷ 2,0).
Cháy rớt là hiện tượng không có lợi vì:
-Tăng tổn thất nhiệt cho nước làm (do diện tích tiếp xúc của môi chất công tác với
vách xylanh tăng) làm giảm hiệu suất của động cơ.
-Tăng tổn thất nhiệt cho khí thải.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Thạch
SVTH: Lê Minh Thức Lớp: 43DLTT - SG Trang 17

-Tăng nhiệt độ của động cơ nhất là các chi tiết tiếp xúc trực tiếp với môi chất công
tác và diện tích lưu thông của xúpap thải.
Qua quá trình phân tích trên đối với quá trình cháy trong động cơ diesel
chúng ta nhận xét:
-Để động cơ diesel hoạt động tin cậy (đặc biệt khi khởi động lạnh), cần phải bảo
đảm cho nhiên liệu có điều kiện cháy tốt để tự bốc cháy.
-Để cho động cơ diesel chạy êm, ít gõ, có tuổi thọ cao thì tốc độ tăng áp suất dp/dw,
áp suất cực đại P
z
của giai đoạn 2 không đuợc vượt quá giới hạn cho phép. Phải có
biện pháp rút ngắn thời gian cháy trể t
i
, giảm lượng nhiên liệu trong thời gian cháy
trể g
i
và hỗn hộn cháy trong thời gian này cần phải chuẩn bị tốt.
-Để cho nhiên liệu cháy hoàn toàn, kịp thời năng cao các tính năng động lực và kinh
tế của động cơ, giảm khói đen, cần cải thiện và tăng cường hoà trộn giữa nhiên liệu
và không khí trong suốt quá trình cháy.

1.1.4.3 Ảnh hưởng của những nhân tố chính tới quá trình cháy trong
động cơ diesel.
a) Ảnh hưởng của tỷ số nén.
-Tăng tỷ số nén e làm tăng nhiệt độ và áp suất cuối quá trình nén, làm tăng tốc độ
sấy nóng, bay hơi và phản ứng hoá học, rút ngắn thời kỳ cháy trể, nên tốc độ tăng
áp suất của thời kỳ cháy ban đầu tương đối thấp. Tuy nhiên, nếu tỷ số nén quá lớn
sẽ làm cho p
z
tăng lên quá nhiều làm gia tăng quá mức phụ tải lên cơ cấu trục khuỷu
thanh truyền, làm giảm tuổi thọ, độ tin cậy của động cơ.
-Việc chọn tỷ số nén cho động cơ diesel cần dựa vào điều kiện cụ thể. Đối với động
cơ có đường kính xylanh nhỏ, buồng cháy dự bị, buồng cháy xoáy lốc cần chọn tỷ
số nén cao hơn so với buồng cháy thống nhất.
- Động cơ cao tốc do yêu cầu của hình thành hoà khí và khởi động lạnh cũng cần
chọn e cao để nhiệt độ và áp suất cuối quá trình nén T
c
, p
c
đủ lớn để dễ khởi động
lạnh cũng như chất lượng tạo hoà khí được tốt.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Thạch
SVTH: Lê Minh Thức Lớp: 43DLTT - SG Trang 18

b)Ảnh hưởng của qui luật cung cấp nhiên liệu.
Quy luật cung cấp nhiên liệu là sự thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp vào
trong xylanh động cơ theo góc quay trục khuỷu, phương trình mô tả : g
ct
=f(j) trên

hình vẽ 1.7










Hình 1.7: Ảnh của quy luật cung cấp nhiên liệu
Theo quy luật 1 thì lượng nhiên liệu phun vào trong xylanh trong thơì kỳ
cháy trể là g
i1
tương đối ít dẫn đến tốc độ tăng áp suất nhỏ, động cơ làm việc êm,
tuy nhiên quá trình cháy kéo dài sang đường giản nở làm giảm hiệu suất nhiệt.
cùng một lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình g
ct
, rút ngắn thời gian cung cấp
nhiên liệu theo quy luật 2, sẽ làm tăng nhiên liệu trong thời gian cháy trể g
i2
làm cho
tốc độ áp suất của thời kì cháy ban đầu lớn, rút ngắn được thời gian cháy làm tăng
công suất và hiệu suất của động cơ, tuy nhiên hoạt động của động cơ “cứng” hơn.
Vì vậy thay đổi quy luật cung cấp nhiên liệu là một biện pháp dùng để hạn chế tính
“cứng” và nâng cao hiệu suất của động cơ .
Quy luật phun nhiên liệu hợp lý nhất là: Lúc bắc đầu phun, cần phun nhỏ, áp suất
phun thấp, để giảm nhiên liệu vào xylanh trong thơì kì cháy trể. Giai đoạn đầu và
giai đoạn cuối quá trình phun cần tăng nhanh tốc độ và áp suất phun làm cho lượng

nhiên liệu phun vào xylanh tăng nhanh.
2

1

2

1

j

P

j

1

3

2

4

0

Đ

CT

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Thạch
SVTH: Lê Minh Thức Lớp: 43DLTT - SG Trang 19

Để giảm lượng nhiên liệu phun trong thời kì cháy trể, người ta còn áp dụng quy
luật phun phân cấp: hai quả đào nhiên liệu hoặc bơm cao áp hai piston.
c) Ảnh hưởng của góc phun sớm j
s

Khi tăng j
s
,(nghĩa là phun sớm hơn so với góc phun hợp lý ) do nhiên liệu
được phun vào khối không khí có áp suất và nhiệt độ không lớn, điều kiện chuẩn bị
vật lý và và hoá học cho quá trình cháy kém đã kéo dài thời kỳ cháy trể làm cho tốc
độ tăng áp suất và áp suất cực đại p
z
tăng cao, động cơ làm việc “cứng” hơn.
Khi giảm j
s
(nghĩa là phun muộn hơn so với góc phun hợp lý ) quá trình
cháy sẽ kéo dài sang kỳ giản nở, do đó làm giảm tốc độ tăng áp suất, tăng nhiệt độ
khí xả, tăng tổn thất nhiệt cho nước làm mát và giảm hiệu suất động cơ.
d) Ảnh hưởng của chất lượng phun nhiên liệu.
Chất lượng phun nhiên liệu ảnh hưởng rất lớn đến quá trình cháy trong
động cơ diesel.
Khi nhiên liệu không được phun tơi và phân bố không đồng đều trong
không gian buồng cháy sẽ gây khó khăn cho sự hình thành hoà khí, kéo dài thời gia
cháy rớt, làm giảm công suất và hiệu suất động cơ, ngoài ra còn thải khói đen gây ô
nhiểm môi trường, tích muội than trên thành buồng đốt làm cho động cơ không hoạt
động bình thường.
e) Ảnh hưởng của tốc độ quay của động cơ (n).

Tốc độ quay ảnh đến quá trình cháy theo hai chiều trái ngược nhau. Tốc độ
quay tăng sẽ làm cho chất lượng phun nhiên liệu và tăng cường độ chuyển động rối
của môi chất công tác, điều đó có ảnh hưởng đến quá trình cháy. Tuy nhiên, tốc độ
quay càng cao thì góc cháy càng lớn. Nếu tốc độ tạo hỗn hợp cháy không thoả đáng
thì lượng nhiên liệu cháy rớt sẽ tăng nhanh. Chính vì vậy để nâng cao chất lượng
quay của động cơ diesel, người ta phải áp dụng các biện pháp nhằm tăng tốc quá
trình tạo hỗn hợp cháy, phát hoả và cháy, ví dụ: sử dụng nhiên liệu có chỉ số octane
cao, hệ thống phun nhiên liệu kiểu bơm cao áp- vòi phun liên hợp với áp suất phun
rất lớn (tới 1500 bar) để phun nhiên liệu thành hạt rất nhỏ, buồng đốt ngăn cách để
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Thạch
SVTH: Lê Minh Thức Lớp: 43DLTT - SG Trang 20

tạo hiệu ứng nhiệt, hiệu ứng phun thứ cấp và chuyển động rối rất mạnh của môi chất
công tác,.v.v
f) Tải của động cơ.
Tải của động cơ cũng ảnh hưởng đến quá trình cháy theo hai chiều hướng
ngược nhau. Ở những chế độ tải lớn hơn, nhiệt độ và áp suất trong xylanh cao hơn
sẽ có tác dụng tăng tốc độ cháy. Tuy nhiên, để đốt cháy hoàn toàn lượng nhiên liệu
chu trình lớn hơn cần phải có nhiều thời gian hơn. Khác với động cơ xăng, mức độ
tăng tốc độ cháy thường không bù đắp hết mức độ tăng thời gian cháy nên ở động
cơ diesel thường phải tăng góc phun sớm khi tăng tải để đảm bảo yêu cầu cháy gần
ĐCT.
1.2 NGUYÊN NHÂN CÓ KHÓI ĐEN TRONG KHÍ XẢ .
Nguyên nhân gây nên khói đen trong khí xả có nhiều nguyên nhân gây nên
sau đây trình bày một vài nguyên nhân thương gặp:
Ø Áp suất phun thấp: vòi phun dùng để phun nhiên liệu theo một hướng xác định
với một vận tốc nhất định vào buồng đốt của động cơ dưới một áp suất thích đáng.
Theo nguyên lý làm việc, vòi phun được chia làm 2 loại vòi phun kín và vòi
phun hở.

Ở động cơ ЯM3-236 và ЯM3-238 vòi phun được đặt trên nắp xylanh, đầu vòi
phun hướng vào buồng cháy. Khi làm việc, nếu áp suất phun nhiên liệu thấp thì
không thể hình thành tia phun tốt và chất lượng hoá hơi của nhiên liệu cũng xấu. Khi
ấy công suất động cơ cũng giảm xuống, khí thải có màu đen, và động cơ làm việc rất
tệ ở số vòng quay thấp.
Ø Dầu nhớt lọt vào buồng cháy do các chi tiết của nhóm piston-xylanh bị mòn:
khi sử dụng động cơ lâu ngày nhóm piston-xylanh bị mòn, làm cho sự nén yếu đi.
Khi đó khả năng dầu nhờn từ cacte lọt vào buồng cháy tăng lên.
Dầu nhờn lọt vào buồng máy trong thời kì nén của động cơ và cháy dưới tác
dụng của nhiệt độ cao (600÷700
0
) của không khí nén trong buồng cháy. Trong
trường hợp đó, khí thải có màu đen.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Thạch
SVTH: Lê Minh Thức Lớp: 43DLTT - SG Trang 21

Ø Nhiệt độ nước trong hệ thống làm mát thấp: muốn cho động cơ làm việc tốt
nhất, nhiệt độ nước làm mát khi ra khỏi phải luôn luôn nằm trong phạm vi (85÷95
0
).
Nếu nhiệt độ nhỏ hơn 70
0
, nhiên liệu cháy không hết. Do đó khí thải có màu nâu.
Ø Lò xo kim phun bị gẫy: Lò xo kim phun có tác dụng tạo ra áp suất phun.
Trong quá trình sử dụng , lò xo kim phun có thể bị gãy và kim phun luôn luôn ở
trạng thái mở, khi ấy nhiên liệu sẽ vào buồng cháy của động cơ dưới dạng tia chất
lỏng (không dưới dạng sương). Tất nhiên, trường hợp đó công suất và hiệu suất động
cơ sẽ giảm và khí thải có màu đen.
Ø Van cao áp của bỏm cao áp không hoạt động: trong quá trình sử dụng lâu dài

có thể xảy ra hiện tượng đầu van cao áp của bơm cao áp bị gãy. Khi ấy nhiên liệu bị
nhỏ giọt ở đầu vòi phun. Khí thải có màu đen và công suất động cơ bị giảm.
Ø Ở động cơ xăng hỗn hợp cháy được hình thành bên ngoài buồng cháy, khi ấy
nhiên liệu đi qua jiclơ của bộ chế hoà khí nếu nhiên liệu không được dòng không khí
sé tơi, hoá hơi tốt mà còn những hạt to thì quá trình cháy sẽ diễn ra không tốt. Do
những hạt sẽ ôxyt hoá trong quá trình cháy tạo nên muội than. Khi ấy khí thải có
màu đen.
Ø Sự hình thành bồ hóng do nhiên liệu cháy không hoàn toàn tạo thành muội
than, khí thải có màu đen.
Trong trường hợp a < 1, do thiếu ôxy một phần C và H
2
không được ôxy hoá
hoàn toàn thành CO
2
và H
2
O và trong sản phẩm cháy sẽ có thêm CO và H
2
. Kết quả
phân tích thành phần sản phẩm cháy không hoàn toàn ở ĐCĐT cho thấy rằng: tỷ số
giữa hàm lượng hydro chưa cháy (
2
H
M và hàm lượng ôxyt cacbon (M
CO
) có trong
sản phẩm cháy hầu như không đổi và không phụ thuộc vào hệ số dư lượng không khí
(a). ký hiệu tỷ số này là K, ta có:
K =
CO

H
M
M
2
(1.13)
Trị số K chỉ phụ thuộc chủ yếu vào tỷ số giữa hàm lượng hydro (h) và hàm
lượng cacbon (c) của nhiên liệu có h/c = 0,17 ÷ 0,19 .
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Thạch
SVTH: Lê Minh Thức Lớp: 43DLTT - SG Trang 22

· Lượng CO
2
và CO.
Phương trình phản ứng hoá học giữa C và O
2
và phương trình cân bằng khối lượng
trong điều kiện thiếu ôxy có dạng như sau:
2C + O
2
= 2CO (1.14)
24[kg]C + 32[kg]O
2
= 56[kg]CO (1.15)
24[kmol]C +1[kmol]O
2
= 2[kmol]CO (1.16)
1[kg]C +
3
4

[kg]O
2
=
3
7
[kg]CO (1.17)
Ký hiệu φ
C
là phần cacbon bị ôxy hoá thành CO
2
ta có:
φ
C
.c[kg]C +
3
4
φ
C
. c[kg]O
2
=
3
7
φ
C
. c[kg]CO (1.18)
hoặc : φ
C
.c[kg]C +
24

.c
C
j
. c[kmol]O
2
=
12
.c
C
j
. c[kg]CO (1.19)
khi toàn bộ số C trong nhiên liệu cháy thành CO
2
và CO thì tổng sản phẩm cháy C sẽ
là:
2
CO
M + M
CO
=
12
c
(1-φ
C
) +
12
.c
C
j
=

12
c
( kmol/kg ) (1.20)
Trong đó: c -là hàm lượng tính theo khối lượng của Cacbon.
φ
C
- là phần cacbon bị ôxy hoá thành CO
2
.

2
CO
M
- là số kmol chất khí CO
2
có trong sản phẩm cháy.
M
CO
- là số kmol chất khí CO có trong sản phẩm cháy.
· Lượng H
2
O và H
2
.
Ký hiệu φ
H
là phần H
2
chưa cháy và (1- φ
H

) l à phần H
2
cháy thành H
2
O, ta có:
(1- φ
H
).h[kg]H
2
+
4
1
H
j
-
.h[kmol]O
2
=
2
1
H
j
-
.h[kmol]H
2
O (1.21)
Lượng H
2
có trong sản phẩm cháy:
hM

H
H
.
2
2
j
= ( kmol/kg ) (1.22)
Tổng lượng H
2
O và H
2
có trong sản phẩm cháy:
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Thạch
SVTH: Lê Minh Thức Lớp: 43DLTT - SG Trang 23

2
.
2
.
2
1
22
h
hhMM
HH
HOH
=+
-
=+

jj
( kmol/kg ) (1.23)
Trong đó: h-là hàm lượng tính theo khối lượng của Hydro.
φ
H
-là phần H
2
chưa cháy thành H
2
O
(1- φ
H
)- là phần H
2
cháy thành H
2
O

OH
M
2
- là số kmol chất khí H
2
O có trong sản phẩm cháy.
2
H
M - là số kmol chất khí H
2
có trong sản phẩm cháy.
· Tổng lượng sản phẩm cháy trong trường hợp cháy không hoàn toàn:

( M
2
)
a<1
=
2
CO
M
+ M
CO
+
OH
M
2
+
2
H
M
+
2
N
M
(1.24)
=
12
c
+
2
h
+0,79.a.M

0
( kmol/kg ) (1.25)
· Lượng ôxy cần thiết trong trường hợp cháy không hoàn toàn.
Để đốt cháy C thành CO
2
: (1-j
C
).
12
c
=
2
CO
M (1.26)
Để đốt cháy C thành CO:
2
24
.
COC
Mc
=
j
(1.27)
Để đốt cháy H
2
: (1- φ
H
).
4
h

=
2
2
OH
M
(1.28)
· Tổng lượng ôxy cần thiết
2
CO
M +
2
CO
M
+
2
2
OH
M
= 0,21.a.M
O
+
32
f
o
= a.(
12
c
+
4
h

-
32
f
o
) +
32
f
o
(1.29)
· Hàm lượng các chất khí trong sản phẩm cháy:
Từ các phương trình trên ta có:
M
CO
= 0,42.
K
+
-
1
1
a
.M
O
(kmol/kg) (1.30)
2
CO
M =
12
c
- 0,42.
K

+
-
1
1
a
.M
O
(kmol/kg) (1.31)
2
H
M
= 0,42.K.
K
+
-
1
1
a
.M
O
(kmol/kg) (1.32)
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Thạch
SVTH: Lê Minh Thức Lớp: 43DLTT - SG Trang 24

OH
M
2
=
2

h
- 0,42.K.
K
+
-
1
1
a
.M
O
(kmol/kg) (1.33)
2
N
M = 0,79.a.M
O
(kmol/kg) (1.34)
Tóm lại:
- Khí xả có màu đen là do nhiều nguyên nhân khác nhau; nhưng những nguyên
nhân đó có thể tóm tắt thành hai nguyên nhân chính:
® Sử dụng quá tải.
® Tình trạng kỹ thuật xấu đi ® cháy không hoàn toàn.
- Do vậy việc nhận biết khí xả có màu đen ® cảnh báo cho người sử dụng biết để
phân tích và tìm nguyên nhân khắc phục tình trạng của động cơ.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Thạch
SVTH: Lê Minh Thức Lớp: 43DLTT - SG Trang 25

Chương 2
CẢM BIẾN VÀ VI ĐIỀU KHIỂN

2.1 CẢM BIẾN DÙNG TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
2.1.1 Phân loại cảm biến dùng trên động cơ đốt trong.
Trên động cơ ngày nay người ta sử dụng rất nhiều cảm biến nhằm kiểm tra
động cơ thuận lợi chính xác an toàn hơn. Chúng được phân loại như sau:
2.1.1.1. Phân loại theo nguyên lý làm việc.
· Cảm biến quang .
· Cảm biến nhiệt độ.
· Cảm biến vị trí và dịch chuyển.
-Cảm biến cảm ứng.
-cảm biến tụ điện.
-Cảm biến truyền sóng đàn hồi.
· Cảm biến biến dạng.

· Cảm biến vận tốc.
· Cảm biến lực.
-Cảm biến điện.
-Cảm biến xúc tác.
-Cảm biến theo phép đo dịch chuyển.
· Cảm biến gia tốc và rung.
· Cảm biến đo vận tốc, lưu lượng và mức chất lỏng:
-Cảm biến độ dẫn.
-Cảm biến tụ điện.
· Cảm biến đo áp suất chất lưu:
-Cảm biến dùng màng dạng lưới.
-Cảm biến áp trở.
· Cảm biến đo chân không:
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com