Xây dựng cơ sở dữ liệu chẩn đoán động cơ có ứng dụng logic mờ

Khoa Cơ khí Động lực
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN


























Hưng Yên, ngày tháng năm 2010
Giáo viên hướng dẫn
1

Trang 1
Đồ án tốt nghiệp
1
Khoa Cơ khí Động lực
MỤC LỤC
Nội dung Trang
2
Trang 2
Đồ án tốt nghiệp
2
Khoa Cơ khí Động lực
LỜI NÓI ĐẦU
Trong nền kinh tế quốc dân Ôtô - Máy kéo đã trở thành những phương tiện vô
cùng quan trọng và không thể thiếu được. Nó giúp con người giảm nhẹ sức lao động,
góp phần nâng cao năng suất lao động tạo ra nhiều của cải vật chất cho xã hội, mặt
khác còn góp phần giảm sự cách biệt giữa nông thôn và thành thị. Đặc biệt nó giữ vai
trò hết sức quan trọng trong ngành giao thông vận tải cũng như trong lĩnh vực cơ khí
hoá sản xuất trong nông nghiệp và nông thôn. Vì vậy việc đưa máy móc vào các
nghành sản xuất như đánh bắt thuỷ hải sản, vận chuyển Nhất là trong các khâu canh
tác, gieo trồng, chăm sóc, thu hoạch chế biến và bảo quản nông sản trong nghành nông
nghiệp là hết sức cần thiết, nhằm ngày một nâng cao năng suất, giảm cường độ lao
động, tăng chất lượng sản phẩm đáp ứng nhu cầu tiêu thụ và xuất khẩu các sản phẩm
nông nghiệp hiện nay.
Để đáp ứng nhu cầu phục vụ cho nền kinh tế quốc dân những năm trước đây và
hiện nay Việt Nam đã và đang nhập khẩu rất nhiều Ôtô - Máy kéo từ các nước Liên
xô, Đông Đức, Trung Quốc, Tiệp khắc, Rumani, Hàn Quốc, Đài Loan Vì vậy việc
chăm sóc bảo dưỡng, sửa chữa cũng gặp không ít những khó khăn như: thiếu thốn tài
liệu kỹ thuật sửa chữa, thiết bị, phương tiện sửa chữa và đặc biệt là vật tư phụ tùng
thay thế. Điều đó đã dẫn đến thời gian xe nằm sửa chữa bảo dưỡng kéo dài, chấ lượng
sửa chữa chưa cao gây tổn thất không nhỏ về kinh tế.

Vấn đề hiện nay đang được cả thế giới quan tâm là làm thế nào để có thể dự báo
trước được thời gian làm việc và tuổi thọ của động cơ. Để từ đó chúng ta có thể đưa ra
kế hoạch bảo dưỡng định kỳ phù hợp nhăm nâng cao năng xuất và hiệu quả kinh tế của
động cơ.
Đặc biệt đối với động cơ Diesel dùng trong máy nông nghiệp, thì một số thói
quen trong sử dụng, sửa chữa, bảo dưỡng vẫn là sử dụng các phương pháp chẩn đoán
đơn giản bằng cảm giác con người hay các dụng cụ đơn giản, còn chẩn đoán dựa vào
các thiết bị chẩn đoán hiện đại chưa được sử dụng nhiều. Nhất là khi công nghệ chẩn
đoán ôtô ngày nay đã có những bước phát triển đột phá và có thể góp phần vào công
việc sửa chữa và bảo dưỡng giúp nâng cao hiệu quả sử dụng của động cơ Diesel dùng
trong máy nông nghiệp. Đặc biệt là các thiệt bị chẩn đoán hiện đại có ứng dụng mô
hình trợ giúp Logic mờ.
Do đó Để nghiên cứu, tìm hiểu sâu hơn về những ứng dụng Logic mờ trong
chẩn đoán động cơ, em đã được giao đề tài nghiên cứu về “Xây dựng cơ sở dữ liệu
chẩn đoán động cơ có ứng dụng Logic mờ”.
3
Trang 3
Đồ án tốt nghiệp
3
Khoa Cơ khí Động lực
Tuy đã cố gắng thực hiện thật tốt trong công việc nghiên cứu này, nhưng do
kiến thức, kinh nghiệm và thời gian thực hiện có hạn nên đồ án của em có thể còn
nhiều thiếu sót, rất mong được sự chỉ bảo tận tình, sự góp ý của các thầy cô giáo và
các bạn để bản đồ án này của em được hoàn thiện hơn.
Em xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến các thầy, cô giáo trong khoa Cơ khí động
lực, đặc biệt là thầy giáo Th.s Đào Chí Cường đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện cho
em hoàn thành đồ án này.
Hưng Yên, ngày 10 tháng 08 năm 2010
Sinh viên thực hiện
Lê Văn Nhân

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Định nghĩa Ký hiệu
Piston-Xécmăng-Xylanh P-X-X
Hư hỏng kết cấu - nhóm (Piston-Xécmăng-Xylanh) HHKC-nhóm (P-X-X)
4
Trang 4
Đồ án tốt nghiệp
4
Khoa Cơ khí Động lực
Áp suất Các te ở tốc độ thấp và có khe hở TDT-KH
Áp suất Các te ở tốc độ trung bình và có khe hở TDTB-KH
Áp suất Các te ở tốc độ cao và có khe hở TDC-KH
DANH MỤC CÁC BẢNG
Tên bảng Trang
Bảng 1: Các thông số và kết quả tính toán
57
Bảng 2: Các thông số kỹ thuật của động cơ 76
Bảng 3: Bảng các biến mờ 90
Bảng 4: Bảng xác định biến mờ 91
Bảng 5: Bảng luật phù hợp 94
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Tên hình Trang
Hình 1.1: Tương quan giữa thông số kết cấu và quãng đường xe chạy
14
Hình 2.1: Nguyên lý hoạt động của động cơ Diesel bốn kỳ 23
Hình 2.2: Sơ đồ chịu lực của nhóm Piston-Xécmăng-Xylanh
25
Hình 2.3: Thân máy kiểu thân Xy lanh - hộp trục khuỷu 32
Hình 2.4: Quy luật phân bố áp suất khí thể trên Xy lanh 32
Hình 2.5: Áp lực Xéc măng tác dụng lên Xy lanh 32

Hình 2.6: Phương của lực ngang tác dụng lên Xy lanh 32
Hình 2.7: Áp suất (do N) tác dụng lên thành Xy lanh 33
Hình 2.8: Dạng mòn theo hướng trục của Xy lanh 33
Hình 2.9: Dạng mòn hướng kính của Xy lanh 33
Hình 2.10: Kết cấu Piston 34
Hình 2.11: Xéc măng 35
Hình 2.12: Hao mòn Xéc măng 36
Hình 2.13: Kiểm tra lực bung của Xéc măng 36
Hình 2.14: Áp kế cầm tay 43
Hình 2.15: Dụng cụ đo lọt khí qua nhóm bao kín buồng cháy 44
Hình 2.16: Dụng cụ đo lọt khí xuống Các te 45
5
Trang 5
Đồ án tốt nghiệp
5
Khoa Cơ khí Động lực
Hình 2.17: Các thành phần áp suất nén trong Xy lanh (mô hình hóa) 47
Hình 2.18: Sai số khi mô hình hóa áp xuất nén theo mô hình (2.1) 48
Hình 2.19: Áp suất cháy - dãn nở và đường cong nén trong Xy lanh 48
Hình 2.20: Sự phụ thuộc tiết diện đường truyền tương đương của bộ chẩn
đoán Xy lanh- Piston vào tần số quay của trục khuỷu
49
Hình 2.21: Phụ thuộc ngưng của các khí cácte trong động cơ từ nhiệt độ
nước làm mát của môi trường
56
Hình 2.22: Chia nhỏ thông tin trong thông số chẩn đoán và kết cấu 59
Hình 2.23: Đặc tính của hàm phụ thuộc 60
Hình 2.24: các dạng hàm thường chọn trong chẩn đoán 61
Hình 2.25: Phép hợp và phép giao của hai tập mờ 62
Hình 2.26: Phép bù logic 63

Hình 2.27: Biểu diễn hàm phụ thuộc nhiệt 64
Hình 2.28: Biểu diễn đồ thị các ứng dụng Mandan và Larsen 67
Hình 2.29: Biểu diễn luật hợp thành nhiều điều kiện 69
Hình2.30: Biểu diễn hàm liên thuộc hai điều kiện 69
Hình 2.31: Biểu diễn hàm liên thuộc của luật hợp thành nhiều điều kiện 70
Hình 2.32: Các phương pháp giải mờ 71
Hình 2.33: cơ cấu hệ thống chuyên gia mờ 72
Hình 3.1: Cảm biến đo số vòng quay 75
Hình 3.2: Cảm biến áp suất cácte 77
Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý thiết bị đo khói 78
Hình 3.4 : Sơ đồ hệ thống gom và xử lý tín hiệu đo 78
Hình 3.5: Worksheet đo trong phần mềm DasyLab7.0 79
Hình 3.6 : Áp suất cácte thay đổi theo tốc độ quay và khe hở Xéc măng 82
Hình 3.7: Độ khói thay đổi theo tốc độ quay và khe hở Xéc măng khí 82
Hình 4.1: Sự phân khoảng mờ đối với biến ngôn ngữ “áp suất cácte ở tốc
độ thấp”
92
Hình 4.2: Sự phân khoảng mờ đối với biến ngôn ngữ “áp suất cácte ở tốc
độ trung bình”
92
Hình 4.3: Sự phân khoảng mờ đối với biến ngôn ngữ “áp suất cácte ở tốc
độ cao”
93
Hình 4.4: Sự phân khoảng mờ đối với biến ngôn ngữ “hư hỏng kết cấu 93
6
Trang 6
Đồ án tốt nghiệp
6
Khoa Cơ khí Động lực
nhóm P-X-X”

Hình 4.5: Ứng dụng fuzzy trong toobox của Matlab 95
Hình 4.6: Giao diện xác định số biến vào và biến ra để chẩn đoán chất
lượng làm việc của nhóm P-X-X
96
Hình 4.7: Biến áp suất Các te ở tốc độ thấp 97
Hình 4.8: Biến áp suất Các te ở tốc độ trung bình 97
Hình 4.9: Biến áp suất Các te ở tốc độ cao 98
Hình 4.10: Biến chất lượng làm việc nhóm P-X-X 98
Hình 4.11: Bảng các tập luật điều khiển 99
Hình 4.12: Giao diện thể hiện kết quả của các luật điều khiển 100
7
Trang 7
Đồ án tốt nghiệp
7
Khoa Cơ khí Động lực
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Động cơ diesel là phát minh của Rudolf Diesel, người đã tốt nghiệp Đại học Kỹ
thuật ở Munich, Đức, với số điểm cao nhất trong lịch sử của trường. Ông đã được cấp
bằng sáng chế cho động cơ diesel đầu tiên vào năm 1892. Từ đó đến nay công nghệ
động cơ diesel không ngừng được cải tiến và đã có những bước phát triển vượt bậc.
Động cơ diesel có rất nhiều ưu điểm vượt trội như khả năng tiết kiệm nhiên liệu của
chúng. Đặc biệt khi giá xăng trên thế giới trở nên quá đắt đỏ, thì nhu cầu sử dụng xe có
động cơ chạy bằng dầu diesel ngày một tăng cao. Nhiều hãng sản xuất đã coi đây là thị
trường tiềm năng và đang phát triển mạnh các loại xe động cơ diesel để đáp ứng nhu
cầu.
Theo tính toán, xe dùng động cơ Diesel tiết kiệm nhiên liệu trung bình từ 25%
đến 40% so với động cơ xăng. Dầu Diesel được trộn với không khí và nén với áp suất
lớn khi phun vào buồng đốt, làm tăng hiệu suất của động cơ, tiết kiệm nhiên liệu do tỷ
lệ trộn là tối ưu. Động cơ thế hệ mới còn sử dụng hệ thống turbo tăng áp giúp hoàn

thiện quá trình phun nhiên liệu, làm tăng 30% công suất động cơ và giảm mức tiêu hao
nhiên liệu.
Ngoài ra, động cơ Diesel tạo mômen xoắn lớn, giúp xe có sức kéo mạnh hơn,
khả năng leo dốc và vượt địa hình phức tạp cao. Độ bền của động cơ Diesel được tăng
cường nhờ áp dụng công nghệ mới, làm giá trị bán lại của xe thường cao hơn các dòng
xe khác. Những lợi thế trên khiến các xe trang bị động cơ Diesel càng ngày càng thu
hút được sự quan tâm của người sử dụng trên toàn thế giới.
Cùng với việc sử dụng và khai thác động cơ Diesel thì chẩn đoán hư hỏng động
cơ Diesel là một khâu rất quan trọng. Ngày nay chẩn đoán động cơ Diesel được thực
hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau như: được thực hiện bằng trực giác của con
người, bằng máy móc thiết bị đơn giản hoặc bằng các thiết bị hiện đại trên cơ sở mô
hình trợ giúp. Tuy nhiên việc chẩn đoán động cơ Diesel ở nước ta hiện nay chủ yếu
được chấn đoán bằng trực giác qua kinh nghiệm của con người và sử dụng các thiết bị
đơn giản (Đặc biệt đối với động cơ Diesel sử dụng trong nông nghiệp), còn chẩn đoán
động cơ bằng các thiết bị hiện đại trên cơ sở mô hình trợ giúp còn chưa được sử dụng
nhiều.
Phương pháp chẩn đoán động cơ Diesel bằng các thiết bị hiện đại dựa trên mô
hình trợ giúp, đặc biệt là mô hình trợ giúp có ứng dụng logic đã đem lại hiệu quả chẩn
đoán cao và giá thành lại rẻ, giảm được nhiều thời gian trong công tác chẩn đoán.
8
Trang 8
Đồ án tốt nghiệp
8
Khoa Cơ khí Động lực
nhưng việc ứng dụng Logic mờ trong chẩn đoán ở Việt Nam hiện nay chưa được phổ
biến rộng rãi, do đó trước nhu cầu về bảo dưỡng, chăm sóc kỹ thuật, đặc biệt là công
tác chẩn đoán để dự báo hư hỏng nhằm phòng ngừa và đồng thời làm tăng hiệu quả sử
dụng của động cơ. Em đã được giao đề tài “Xây dựng cơ sở dữ liệu chẩn đoán động cơ
Diesel có ứng dụng Logic mờ” nhằm góp phần tăng khả năng khai thác và sử dụng
động cơ Diesel dựa trên cơ sở mô hình ứng dụng của Logic mờ.

1.2. TỔNG QUAN VỀ CHẨN ĐOÁN KỸ THUẬT
1.2.1. Khái niệm chẩn đoán kỹ thuật
Chẩn đoán kỹ thuật là ngành khoa học nghiên cứu các hình thái, quy luật
biến xấu trạng thái kỹ thuật và các phương pháp, thiết bị xác định trạng thái kỹ
thuật của tổng thành và máy mà không phải tháo chúng ra. Trên cơ sở đó, có thể
dự đoán thời hạn sử dụng còn lại của tổng thành và máy. Để ngày càng hoàn
thành tốt hơn nhiệm vụ của mình, chẩn đoán kỹ thuật còn nghiên cứu công nghệ
chẩn đoán và việc tổ chức các quá trình công nghệ chẩn đoán.
1.2.2. Mục đích và ý nghĩa của chẩn đoán kỹ thuật
1. Mục đích của chẩn đoán kỹ thuật
Trong sử dụng, độ tin cậy làm việc của ôtô luôn suy giảm, mức độ suy giảm độ
tin cậy chung của ôtô phụ thuộc vào độ tin cậy của các hệ thống và chi tiết, bởi vậy để
duy trì độ tin cậy chung cần thiết phải tác động kỹ thuật vào đối tượng.
Các tác động kỹ thuật trong quá trình khai thác rất đa dạng và được thiết lập
trên cơ sở xác định tình trạng kỹ thuật hiện thời (có thể gọi tắt là trạng thái kỹ thuật),
tiếp sau là kỹ thuật bảo dưỡng, kỹ thuật thay thế hay kỹ thuật phục hồi. Như vậy tác
động kỹ thuật đầu tiên trong quá trình khai thác là xác định trạng thái kỹ thuật của ôtô.
Để xác định trạng thái kỹ thuật của ôtô có thể tiến hành bằng nhiều cách khác
nhau:
- Tháo rời, kiểm tra, đo đạc, đánh giá. Phương thức này đòi hỏi phải chi phí
nhân lực tháo rời, và có thể gây nên phá huỷ trạng thái tiếp xúc của các bề mặt lắp
ghép. Phương thức này được gọi là xác định tình trạng kỹ thuật trực tiếp.
- Không tháo rời, sử dụng các biện pháp thăm dò, dựa vào các biểu hiện đặc
trưng để xác định tình trạng kỹ thuật của đối tượng. Phương thức này được gọi là chẩn
đoán kỹ thuật.
Giữa hai phương thức trên phương thức chẩn đoán có nhiều lợi thế trong khai
9
Trang 9
Đồ án tốt nghiệp
9

Khoa Cơ khí Động lực
thác và sử dụng ôtô.
Về mặt quan niệm trong khai thác ôtô, chẩn đoán kỹ thuật có thể được coi là:
- Một phần của công nghệ bảo dưỡng sữa chữa, như vậy vai trò của nó là chỉ
nhằm chủ động xác định nội dung, khối lượng công việc mà không mang tính chất
phòng ngừa hữu hiệu.
- Tác động kỹ thuật cưỡng bức, còn bảo dưỡng sửa chữa là hệ quả theo nhu cầu
của chẩn đoán. Như vậy tác động của chẩn đoán vừa mang tính chủ động, vừa mang
tính ngăn chặn các hư hỏng có thể xảy ra.
Tính tích cực của chẩn đoán kỹ thuật được thể hiện ở chỗ nó dự báo một cách
tốt nhất và chính xác những hư hỏng có thể xảy ra mà không cần phải tháo rời ôtô,
tổng thành máy. Vì vậy chẩn đoán kỹ thuật được áp dụng rộng rãi trong ôtô, ngày nay
được quan tâm thích đáng và nó đóng vai trò quan trọng không thể thiếu được, đồng
thời khoa học chẩn đoán đang có nhiều tiến bộ vượt bậc, nhất là trên các thiết bị có các
kết cấu phức hợp, đa dạng.
Kết luận : Chẩn đoán kỹ thuật ô tô là một loại hình tác động kỹ thuật vào quá
trình khai thác, sử dụng ô tô nhằm đảm bảo cho ô tô hoạt động có độ tin, an toàn và
hiệu quả cao, bằng cách phát hiện và dự báo kịp thời các hư hỏngvà tình trạng kỹ
thuật hiện tại mà không cần phải tháo rời ô tô hay tổng thành máy.
2. Ý nghĩa của chẩn đoán kỹ thuật
- Nâng cao độ tin cậy của xe và an toàn giao thông, nhờ phát hiện kịp thời và dự
đoán trước được các hư hỏng có thể xảy ra, nhằm giảm thiểu tai nạn giao thông, đảm
bảo năng suất vận chuyển.
- Nâng cao độ bền lâu, giảm chi phí về phụ tùng thay thế, giảm được độ hao
mòn các chi tiết do không phải tháo rời các tổng thành.
- Giảm được tiêu hao nhiên liệu, dầu nhờn do phát hiện kịp thời để điều chỉnh
các bộ phận đưa về trạng thái làm việc tối ưu.
- Giảm giờ công lao động cho công tác bảo dưỡng kỹ thuật và sửa chữa.
1.2.3. Các khái niệm và định nghĩa sử dụng trong chẩn đoán kỹ thuật
1. Các định nghĩa cơ bản

Hệ thống chẩn đoán: Là hệ thống tổ chức được tạo nên bưởi công cụ chẩn
đoán và đối tượng chẩn đoán, với mục đích xác định trạng thái kỹ thuật của đối tượng
chẩn đoán. Để đánh giá chất lượng, hiện trạng, những sự cố đã xảy ra và khả năng sử
dụng trong tương lai.
10
Trang 10
Đồ án tốt nghiệp
10
Khoa Cơ khí Động lực
Công cụ chẩn đoán: Là tập hợp các trang bị kỹ thuật, phương pháp và trình
tự để tiến hành đo đạc, phân tích và đánh giá tình trạng kỹ thuật.
Đối tượng chẩn đoán: Là đối tượng áp dụng chẩn đoán kỹ thuật. Đối tượng
chẩn đoán có thể là một cơ cấu, tập hợp các cơ cấu hay toàn bộ hệ thống.
Tình trạng kỹ thuật của đối tượng: Là tập hợp các đặc tính kỹ thuật bên trong
tại một thời điểm, tình trạng kỹ thuật biểu thị khả năng thực hiện, chức năng yêu cầu
của đối tượng trong điều kiện sử dụng xác định.
2. Khái niệm về thông số kết cấu
Số lượng các tổng thành, các hệ thống, các khâu và từng chi tiết trong ôtô rất
lớn. Chúng được chế tạo theo các bản vẽ có kích thước và dung sai quy định, có các
yêu cầu kỹ thuật cụ thể. Tất cả các chi tiết lắp thành nhóm, cụm khâu, tổng thành, toàn
bộ ôtô, được gọi là kết cấu. Mỗi đối tượng chẩn đoán có kết cấu cụ thể, đảm nhiệm
một chức năng cụ thể. Tập hợp các kết cấu trên ôtô đảm nhận chức năng di chuyển và
vận tải của ôtô.
Kết cấu được đánh giá bằng các thông số kết cấu và tại một thời điểm nhất định
được gọi là thông số trạng thái kỹ thuật của kết cấu. Các thông số kết cấu biểu thị bằng
các đại lượng vật lý có thể xác định được giá trị của chúng như: kích thước (độ dài,
diện tích, thể tích); cơ (lực, áp suất, tần số, biên độ); nhiệt (độ, calo)…các thông số
này xuất
hiện khi ôtô hoạt động hay tồn tại cả khi ôtô không hoạt động.
Trong quá trình sử dụng ôtô các thông số kết cấu biến đổi từ giá trị ban đầu H

0
-
nào đó đến giá trị giới hạn H
gh
, tức là từ mới đến hỏng, liên quan chặt chẽ tới thời gian
sử dụng. Trên ôtô thời gian sử dụng thường thay bằng quãng đường xe chạy.
Một ví dụ về quan hệ này là thông số kết cấu của một bộ liên kết bạc trục, thông
qua khe hở H trong liên kết với quãng đường xe chạy(km). mối tương quan này có thể
biểu thị trên hình 1.1 với trục toạ độ xuất phát từ giá trị khe hở ban đầu.
11
Trang 11
Đồ án tốt nghiệp
11
Khoa Cơ khí Động lực
Hình 1.1: Tương quan giữa thông số kết cấu và quãng đường xe chạy
0L
1
– quãng đường xe không hỏng; L
1
L
2
– quãng đường xe có trục trặc
Các giá trị trên hình cho thấy:
Trong quá trình xe chạy OL
1
liên kết hoạt động có độ tin cậy cao, giá trị khe hở
H biến đổi từ H
0
đến H
cp

kết cấu không gây nên hư hỏng, độ tin cậy làm việc cao, chất
lượng khai thác tốt. ở vùng này được coi là vùng làm việc tốt.
Trong khoảng L
1
L
2
tương ứng với giá trị H biến đổi từ H
cp
đến H
gh
mối liên kết
bị lỏng và xuất hiện các sự cố trục trặc như thiếu dầu bôi trơn, có tiếng gõ nhẹ, ma sát
tăng dẫn đến nhiệt độ của dầu bôi trơn cao hơn bình thường, tổn thất công suất do ma
sát nhiều… Vùng này là vùng có xuất hiện sự cố nhưng không nặng, kèm theo các
biểu hiện hư hỏng có thể xác định được. Tính chất hư hỏng tăng dần theo quãng đường
xe chạy, độ tin cậy giảm nhanh, chức năng của đối tượng được khai thác hoàn thành
kém…
Với ôtô sau quãng đường xe chạy được L
2
trở đi, hư hỏng xuất hiện lớn lên, xe
không hoàn thành chức năng của nó và vật tư tiêu hao: xăng, dầu tốn nhiều…Trên
hình vẽ đó là vùng hỏng. Giá trị H
gh
biểu thị mối liên kết đã không thoả mãn chức
năng của kết cấu mối ghép.
Các đặc trưng trong các giai đoạn làm việc của thông số kết cấu là:
- Giá trị ban đầu H
0
của thông số kết cấu: đã được tính toán theo yêu cầu kỹ
thuật do nhà chế tạo quy định, thường ghi trong bản vẽ hoặc trong các tài liệu hướng

dẫn. Trong quá trình sử dụng giá trị các thông số kết cấu có thể tăng hoặc giảm dẫn
đến trạng thái kỹ thuật xấu đi cuối cùng là hỏng. Trong khai thác thiết bị, giá trị này
thường lấy làm giá trị gốc để so sánh mức độ xấu đi của đối tượng chẩn đoán.
12
Trang 12
Đồ án tốt nghiệp
12
Khoa Cơ khí Động lực
- Giá trị cho phép H
cp
của thông số kết cấu: là ranh giới xuất hiện hư hỏng, máy
bắt đầu trục trặc, các tính năng sử dụng bắt đầu bị giảm, nhưng vẫn còn khả năng làm
việc.
- Giá trị H
cp
cho biết độ tin cậy của đối tượng khảo sát đã bị suy giảm tới mức
không còn khả năng sử dụng lâu dài, cần thiết tiến hành tác động kỹ thuật để khôi
phục lại trạng thái của đối tượng.
- Giá trị giới hạn H
gh
của thông số kết cấu: là giới hạn mà đối tượng mất hoàn
toàn khả năng làm việc, không thể hoàn thành chức năng tối thiểu quy định. Nếu tiếp
tục sử dụng thì có thể sảy ra các hư hỏng lớn có ảnh hưởng chung tới toàn bộ đối
tượng, phải lập tức đình chỉ sử dụng, hay nói một cách khác là đối tượng đã hết tuổi
thọ khai thác.
Trong quá trình khai thác, không nên sử dụng cho tới khi giá trị của thông số
kết cấu vượt qua giá trị H
cp
nhưng vì giới hạn này trong sử dụng biến đổi không thể
lường trước, do vậy đôi khi có thể vượt qua giá trị này.

Ngoài việc đánh giá thông số kết cấu bằng giá trị, trong thực tế còn có thể dùng
ở các phần trăm(%) chất lượng:
- Ứng với giá trị ban đầu H
0
kết cấu được coi là có 100% chất lượng,
- Ứng với trạng thái cho phép H
cp
kết cấu được coi là 0% chất lượng,
- Ứng với trạng thái bất kỳ H
x
kết cấu được coi là X% chất lượng.
Các giá trị trên được coi là ngưỡng của thông số kết cấu.
3. Khái niệm về thông số chẩn đoán
a. Thông số biểu hiện kết cấu
Thông số biểu hiện kết cấu là các thông số biểu thị các quá trình lý hoá, phản
ánh tình trạng kỹ thuật bên trong của đối tượng khảo sát. Các thông số này con người
hay thiết bị đo có thể nhận biết được và chỉ xuất hiện khi đối tượng khảo sát hoạt động
hay ngay sau khi vừa hoạt động.
Các thông số biểu hiện kết cấu đặc trưng cho đối tượng khảo sát có thể đo được
trên ôtô, ví dụ như: công suất động cơ, số vòng quay động cơ, tốc độ ôtô, nhiệt độ
nước làm mát, áp suất dầu, tiếng ồn động cơ, độ dung của cụm tổng thành khảo sát,…
Các thông số biểu hiện kết cấu luôn luôn phụ thuộc vào tình trạng kết cấu và
thay đổi theo sự thay đổi của các thông số kết cấu.
Ví dụ: sự tăng khe hở trong mối lắp trục và ổ đỡ của động cơ sẽ làm giảm áp
suất dầu trong hệ thống dầu bôi trơn cưỡng bức, tăng va đập, độ ồn, độ dung cụm tổng
thành động cơ…
13
Trang 13
Đồ án tốt nghiệp
13

Khoa Cơ khí Động lực
Một thông số kết cấu có thể có nhiều thông số biểu hiện kết cấu và ngược lại
một thông số biểu hiện kết cấu có thể biểu hiện nhiều thông số kết cấu bên trong. Các
quan hệ này đan xen và phức tạp.
Thông số biểu hiện kết cấu của các đối tượng có chung tên gọi nhưng khác nhau
về chủng loại có thể khác nhau. Tính quy luật trong quan hệ chỉ có được khi các đối
tượng chuẩn đoán có tính đồng dạng cao.
Biểu hiện kết cấu của các cụm khác nhau lại cùng có thể là giống nhau, vì vậy
các thông số biểu hiện kết cấu có tính chất đan xen biểu hiện kết cấu bên trong. Việc
thu thập các thông số biểu hiện kết cấu cần hết sức thận trọng và hạn chế sự nhầm lẫn
ảnh hưởng tới kết quả của chẩn đoán.
b. Thông số chẩn đoán
Trong quá trình chẩn đoán chúng ta cần có thông số biểu hiện kết cấu, để xác
định trạng thái bên trong, vì vậy thông số chẩn đoán là thông số biểu hiện kết cấu được
chọn trong quá trình chẩn đoán, nhưng không phải toàn bộ các thông số biểu hiện kết
cấu sẽ được coi là thông số chẩn đoán.
Như vậy trong chẩn đoán coi đối tượng chẩn đoán phức tạp được tạo nên bởi
tập hợp các thông số kết cấu. Đối tượng chẩn đoán có tập hợp các thông số biểu hiện
kết cấu. Các thông số biểu hiện kết cấu được chọn để xác định tình trạng kỹ thuật của
đối tượng cũng là một tập hợp các thông số chẩn đoán. Mối quan hệ của các tập này
biến đổi theo nhiều quy luật, đan xen.
Trong khi tiến hành chẩn đoán xác định tình trạng của một kết cấu có thể chỉ
dùng một thông số biểu hiện kết cấu, xong trong nhiều trường hợp cần chọn nhiều
thông số khác để có thể thêm cơ sở suy luận.
Khi lựa chọn đúng thông số biểu hiện kết cấu được dùng làm thông số chẩn
đoán sẽ cho phép dễ dàng phân tích và quyết định trạng thái kỹ thuật của đối tượng
chẩn đoán.
c. Yêu cầu của thông số chẩn đoán
Các thông số biểu hiện kết cấu được dùng làm thông số chẩn đoán là những
thông số thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật.

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 một phần của đối tượng chẩn đoán. Các thông số được chọn
theo yêu cầu này thường là thông số hiệu quả của đối tượng chẩn đoán.
Đảm bảo tính đơn trị
14
Trang 14
Đồ án tốt nghiệp
14
Khoa Cơ khí Động lực
Mối quan hệ của thống số kết cấu và thông số chẩn đoán là hàm đơn trị trong
khoảng đo, tức là khoảng xác định thì ứng với mỗi giá trị số của thông số kết cấu chỉ
có một trị số của thống số chẩn đoán và ngược lại.
Nếu dùng quan hệ hàm - biểu diến giữa thông số chẩn đoán C với tình trạng kỹ
thuật H (tưc là C=f(H)) thì trong khoảng xét nào đó C=f(H) không có cực trị.
Đảm bảo tính nhạy
Tính nhạy của thông tin trong quan hệ giữa thông số kết cấu H và thông số chẩn
đoán C 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.
Giử sử chúng ta có được hai mối tương quan của C
1
=f
1
(H) và C
2
=f
2
(H), tức là
có hai khả năng quan hệ f
1

, f
2
của thông số biểu hiện kết cấu cho cùng một thông số
kết cấu, cần lựa chọn dùng một thông số biểu hiện kết cấu (C
1
hoặc C
2
) làm thông số
chẩn đoán. Trong khoảng diễn biến thực tế của chọn quan hệ có độ nhạy cao hơn, sẽ
đảm bảo độ chính xác cao và dễ thực hiện hơn.
Đảm bảo tính ổn định
Tính ổn định được đánh giá bằng sự phân bố giá trị của thông số chẩn đoán C
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 H có độ lệch quân
phương phải nhỏ.
Cần chú ý rằng: mối quan hệ của độ nhạy và độ ổn định là không đồng nhất, khi
độ nhạy cao có thể dẫn tới độ ổn định thấp (Mất ổn định).
Đảm bảo tính thông tin
Các thông số chẩn đoán cần phải thể hiện rõ hiện tượng và trạng thái kỹ thuật,
do vậy thông tin phản ánh được rõ nét khi mật phân bố của các trạng thái kỹ thuật càng
tách biệt.
Khi xét đối tượng hỏng f
1
(H) và hỏng f
2
(H), mức độ trùng điệp của đường phân
bố càng ít thì tính thông tin càng cao và khả năng chính xác càng lớn. Nhưng mặt khác
khi tính thông tin càng cao thì độ không xác định càng giảm.
Đảm bảo tính công nghệ
Các thông số chẩn đoán cần được chọn sao cho thuận tiện cho việc đo, khả

năng có thiết bị đo, quy trình đo đơn giản, giá thành đo nhỏ, Đây là một yếu tố luôn
thay đổi tùy thuộc vào các tiến bộ trong khoa học kỹ thuật đo lường. Ngày nay do có
nhiều thiết bị tiên tiến, nên quá trình đo và công nghệ đo thuận tiện hơn nhiều, tạo điều
15
Trang 15
Đồ án tốt nghiệp
15
Khoa Cơ khí Động lực
kiện tự động hóa trong chẩn đoán kỹ thuật. Yếu tố ảnh hưởng tới giá thành của quá
trình đo, do vậy khi đảm bảo tính công nghệ còn có nghĩa là đảm bảo tính kinh tế.
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.
1.2.4. Phân loại các phương pháp chẩn đoán
Trong chẩn đoán kỹ thuật việc sử dụng các trang thiết bị chẩn đoán phụ thuộc
vào tình hình và điều kiện sử dụng cụ thể. Vì vậy quá trình chẩn đoán thường xảy ra
theo su hướng tận dụng các thông tin chẩn đoán, vai trò của các cán bộ kỹ thuật có
kinh nghiệm tham gia công tác chẩn đoán là hết sức quan trọng, các kinh nghiệm có
thể gọi là trí tuệ chuyên gia, là những tài sản quý báu của xã hội, đóng góp này không
chỉ trong các chẩn đoán đơn giản mà còn giúp ích một cách tích cực trong chẩn đoán.
Công tác chẩn đoán có thể phân chia như sau:
- Phân loại theo phương pháp chẩn đoán.
+ Xác xuất thống kê, thực nghiệm.
+ Theo khinh nghiệm trực tiếp thông qua các giác quan của con người.
+ Phương pháp tìm dấu vết nhận dạng: Đó là thăm dò dấu vết trong dầu bôi trơn
xác định dấu vết bằng bằng âm học, xác định dao động cơ học, quang học, điện từ.
+ Mô hình hoá: theo thuật suy luận logic, tôpo logic, Logic mờ ,mạng noron…
- Phân loại theo công cụ chẩn đoán.
+ Các cộng cụ chẩn đoán đơn giản: Chủ yếu dựa vào cảm giác của con người,
sử dụng các thiết bị đo lường thông dụng, được áp dụng khi số lượng đối tượng chẩn

đoán không nhiều hay đối tượng ít có tính đồng nhất.
+ Tự chẩn đoán: Là công nghệ chẩn đoán tiên tiến, ngày nay đang được áp dụng
phổ biến, đặc biệt tiện ích trên các hệ thống tự động phức tạp của ô tô.
+ Phương pháp chẩn đoán trên thiết bị chuyên dùng và hệ chuyên gia chẩn đoán
máy ngày càng phát triển nhất là lĩnh vực tự động hoá chẩn đoán, phương pháp này có
thể áp dụng cho cùng một số đối tượng với số lượng lớn.
16
Trang 16
Đồ án tốt nghiệp
16
Khoa Cơ khí Động lực
1.3. CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU VỀ CHẨN ĐOÁN CÓ ỨNG
DỤNG LOGIC MỜ
1. Phát hiện trực tiếp sự nổ ngược của động cơ ở tốc độ thấp sử dụng nhiều
các đặc điểm làm việc phức hợp và sự trợ giúp của mô hình mờ
Công trình này đưa ra một kỹ thuật để trực tiếp phát hiện ra sự chớm nổ ngược
của động cơ dựa vào các đặc điểm làm việc phức hợp và sự trợ giúp của mô hình mờ.
Kỹ thuật này đòi hỏi ngay lập tức phải đo được tín hiệu tốc độ góc. Bằng sự tính toán
phương trình động lực học trong miền tần số góc, bốn đặc điểm làm việc phức hợp này
để tìm ra sự nổ ngược của động cơ, cùng với việc trợ giúp của các đặc điểm của các
thuật toán. Bằng sự phân tích trực tiếp dạng sóng của tín hiệu tốc độ góc và gia tốc
góc, sáu đặc điểm làm việc phức hợp khác cũng đã được rút ra. Qua sự trợ giúp của
mô hình mờ, tất cả các đặc điểm liên kết lại với nhau thành một véc tơ mờ. Véc tơ này
nhận biết động cơ có tốt hoặc bị lỗi hay không và sau đó xác định vị trí của một Xy
lanh nổ ngược hay của các Xy lanh nếu cần thiết. Công việc thí nghiệm đã dẫn đến
việc chế tạo các động cơ hoạt động ở tốc độ thấp để xác nhận rằng kỹ thuật này có thể
được tiến hành với thông tin dư thừa và thông tin bổ xung của tất cả các đặc điểm dẫn
tới cải thiện việc chẩn đoán một cách đáng tin cậy. Điều đó hoàn toàn được mong đợi
rằng kỹ thuật này sẽ là đơn giản để thực hiện và sẽ cung cấp một thiết bị thực hành
hữu ích cho việc kiểm tra trực tiếp và chẩn đoán thời gian thực của sợ nổ ngược của

động cơ trong các Xy lanh riêng biệt.
2. Nghiên cứu phương pháp hợp nhất sự tích phân hóa mạng lưới nơ ron và
ứng dụng chẩn đoán lỗi vào động cơ ô tô
Một phương pháp hợp nhất mới đã được đề xuất, nó được kết hợp giữa phương
pháp mạng lưới trung lập tích phân BP và phương pháp suy luận rõ ràng D-S, để giải
quyết các vấn đề có tỉ lệ độ chính xác thấp trong việc chẩn đoán lỗi động cơ ô tô bằng
hệ thống chuyên gia truyền thống. Phương pháp của công trình nghiên cứu này không
chỉ nhận ra mức đặc tính hợp nhất của tất cả các dữ liệu của đối tượng quan sát và các
thí nghiệm chuyên gia trên các phần khác nhau của kỹ sư, mà còn nhận ra được ưu thế
bù của các phương pháp khác nhau. Trong thí nghiệm mô phỏng, bằng việc so sánh
giữa hai phương pháp, phương pháp đã được đề nghị trong công trình nghiên cứu này
có thể cải tiến độ chính xác chẩn đoán hơn 7,1 % so với hệ chuyên gia truyền thống và
làm giảm mức độ phức tạp của vấn đề.
3. Kỹ thuật cao cho việc kiểm tra trạng thái hoạt động của động cơ Diesel và
cách chẩn đoán lỗi
17
Trang 17
Đồ án tốt nghiệp
17
Khoa Cơ khí Động lực
Công trình nghiên cứu này trình bày một kỹ thuật để chẩn đoán các lỗi của
động cơ, gây bất lợi tới hiệu quả cháy của động cơ Diesel. Phép chẩn đoán được tạo ra
bằng cách kết hợp phép chứng minh của hai tính toán riêng biệt về tải động cơ với các
đầu ra từ việc dự đoán mô hình mờ của tốc độ động cơ.
Một vài lỗi ảnh hưởng tới tính chu kỳ của tín hiệu tốc độ động cơ. Sự biến thiên
trong chu kỳ, tải trọng ước lượng từ một độ phổ của công suất, của tín hiệu tốc độ
động cơ là không nhạy. Vấn đề này được đo bằng cài đặt mô hình tham chiếu để dự
đoán tốc độ dao động với sự chú ý tới góc tay quay. Mô hình này có thêm lợi ích là
đầu ra của nó có thể được sử dụng để tìm ra các triệu chứng hư hỏng sảy ra định kỳ
trong tín hiệu tốc độ. Vì vậy, có thể nhận biết hư hỏng của từng Xy lanh riêng biệt qua

lỗi đã xác định.
Một hệ thống quy tắc mờ được phát triển để chẩn đoán lỗi dựa vào các tải trọng
ước lượng và các số dư lấy từ các mô hình tham chiếu. Hệ thống kiểm tra chẩn đoán
với dự liệu chuẩn, và 2 trạng thái lỗi riêng biệt khác của động cơ, kết quả là tỷ lệ thành
công hơn 90% trong mỗi trường hợp.
1.4. MỤC TIÊU, NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ
TÀI
1.4.1. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài
Trên cơ sở phân tích các công trình nghiên cứu như đã trình bày ở trên, mục
tiêu của đề tài nghiên cứu “Xây dựng cơ sở dữ liệu chẩn đoán động cơ Diesel có ứng
dụng Logic mờ” là: Ứng dụng logic mờ chẩn đoán chất lượng làm việc nhóm Pittông-
Xécmăng-Xylanh (P-X-X) theo áp suất các te. Có các mục tiêu chính như sau:
- Nghiên cứu góp phần phát triển các phương pháp chẩn đoán động cơ dựa vào
các đặc tính kỹ thuật áp suất Các te của động cơ, nhằm góp phần nâng cao chất lượng
khai thác và sử dụng của động cơ trong thực tế.
- Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết tập mờ, trên cơ sở đó ứng dụng vào chẩn đoán
chất lượng làm việc của nhóm P-X-X theo áp suất Các te.
Với đề tài tốt nghiệp này em đã xây dựng được một hệ trợ giúp chẩn đoán động
cơ có ứng dụng Logic mờ. Hệ trợ giúp này có ý nghĩa thực tế rất cao và được ứng
dụng trong thực tế rất nhiều, đặc biệt là trong việc phát triển ứng dụng Logic chẩn
đoán cụm chi tiết hoặc tổng thành máy.
18
Trang 18
Đồ án tốt nghiệp
18
Khoa Cơ khí Động lực
1.4.2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu của đề tài
1. Giới hạn và phạm vi nghiên cứu
Đề tài đồ án này của em nghiên cứu về việc ứng dụng Logic mờ trong việc chẩn
đoán động cơ Diesel. Phạm vi ứng dụng của Logic mờ rất rộng, chúng ta có thể ứng

dụng Logic mờ trong chẩn đoán toàn bộ ôtô hoặc chẩn đoán đến từng bộ phận của ôtô,
thậm trí ta có thể chẩn đoán xác định tình trạng của từng chi tiết nhỏ trong ôtô. Logic
mờ có thể ứng dụng để chẩn đoán với bất kỳ loại xe, loại động cơ nào chỉ cần có đầy
đủ các thông số chẩn đoán của loại xe, động cơ đó. Do kiến thức, kinh nghiệm và thời
gian thực hiện đề tài còn hạn chế nên nhóm em chỉ nghiên cứu trình bày được về vấn
đề ứng dụng Logic mờ trong việc chẩn đoán chất lượng làm việc Nhóm P-X-X theo áp
suất Các te.
2. Nội dung chẩn đoán chất lượng làm việc Nhóm Piston-Xécmăng-Xylanh
Xét sự gây ảnh hưởng bất lợi của hư hỏng nhóm bao kín buồng cháy tới hiệu
quả chu trình công tác của động cơ đốt trong của động cơ dẫn đến giảm công suất và
giảm tính tiết kiệm nhiên liệu của động cơ Diesel. Dựa trên cơ sở đó công trình nghiên
cứu sẽ trình bày một kỹ thuật chẩn đoán chất lượng làm việc của nhóm P-X-X theo áp
suất Các te của động cơ Diesel.
Trong công việc nghiên cứu này sẽ sử dụng các tín hiệu áp suất Các te và tín
hiệu vòng quay của động cơ (các tín hiệu này được đo được bằng các cảm biến áp suất
và cảm biến tốc độ vòng quay) được xử lý bằng một phần mềm Dasylab 7.0. Sử dụng
kỹ thuật chẩn đoán bằng việc xây dựng mối liên hệ của sự thay đổi áp suất Các te
tương ứng với sự gia tăng khe hở miệng của các Xéc măng khí và sự thay đổi số vòng
quay (tương ứng với mức ga của động cơ), từ đó đưa ra sự phương thức chẩn đoán
chính xác hơn dựa trên cớ sở ứng dụng mô hình mờ.
3. Đối tượng và khách thể nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Động cơ Diesel S1100 - Dong Feng.
- Khách thể nghiên cứu: Ứng dụng Logic mờ trong chẩn đoán công suất động
cơ Diesel dựa vào áp suất Các te.
4. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết:
- Nghiên cứu tổng quan về chẩn đoán động cơ
- Nghiên cứu lý thuyết và ứng dụng Logic mờ trong chẩn đoán kỹ thuật
- Nghiên cứu về hư hỏng nhóm P-X-X, tác hại của hư hỏng và các thông số
chẩn đoán.

- Ứng dụng Fuzzy logic vào chẩn đoán chất lượng làm việc nhóm P-X-X theo
áp suất cácte
19
Trang 19
Đồ án tốt nghiệp
19
Khoa Cơ khí Động lực
Nghiên cứu thực nghiệm:
- Khảo sát áp suất cácte
- Khảo sát áp suất nén
Tổng hợp, phân tích:
Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết để đưa ra các phương án thực nghiệm, thì việc
chẩn đoán đưa ra chẩn đoán chất lượng làm việc nhóm P-X-X theo áp suất Cácte có
thể rễ dàng thực hiện được. Do đó việc ứng dụng trên thực tế dựa trên cơ sở nghiên
cứu đưa ra, sẽ đem lại hiệu quả chấn đoán nhanh, chính xác và đơn giản.
5. Ý nghĩa lý luận và thực tiễn của đề tài
Lý luận: Tạo ra được cơ sở khoa học được kiểm chứng bằng thực nghiệm về sự
liên quan giữa áp suất Các te với hư hỏng của nhóm P-X-X.
Thực tiễn: Với kết quả thu được đề tài góp phần nâng cao chất lượng chẩn đoán
hư hỏng của động cơ trên cơ sở ứng dụng lý thuyết mờ.
20
Trang 20
Đồ án tốt nghiệp
20
Khoa Cơ khí Động lực
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CHẨN ĐOÁN ĐỘNG CƠ DIESEL
2.1. LÝ THUYẾT CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ DIESEL
2.1.1. Nguyên lý làm việc của động cơ Diesel
Hình 2.1 hiển thị sơ đồ nguyên lý làm việc của động cơ Diesel bốn kỳ. Trong
quá trình làm việc của động cơ trục khuỷu (4) quay theo chiều mũi tên chiều (kim

đồng hồ, xem hình vẽ). Piston (2) chuyển động tịch tiến trong Xy lanh, thanh truyền
(3) biến chuyển động lên xuống của Piston thành chuyển động quay của trục khuỷu.
Để tiện cho việc nghiên cứu ta hãy bắt đầu khi Piston ở vị trí điểm chết trên (ĐCT),
lúc đó thể tích Xy lanh là nhỏ nhất tức bằng V
c
, góc quay φ của trục khuỷu cũng được
tính bắt đầu từ vị trí đó. Đối với động cơ Diesel bốn kỳ, trong mọi chu trình công tác
góc quay φ thay đổi từ 0
0
- 720
0
(tưng ứng với hai vòng quay của trục khuỷu). Chu
trình công tác của động cơ bốn kỳ được thực hiện như sau:
Hình 2.1: Nguyên lý hoạt động của động cơ Diesel bốn kỳ
Hình a: Kỳ hút;
Hình b: Kỳ nén;
Hình c: Kỳ cháy giãn nở sinh công;
Hình d: Kỳ xả.
1. Xupáp xả;
2. Piston;
3. thanh truyền;
4. Trục khủy;
5. Xupáp nạp.
a. Kỳ nạp (quá trình hút)
Trong kỳ nạp (Quá trình hút), Piston (2) chuyển động từ ĐCT xuống ĐCD
đồng thời Xupáp nạp (5) trong khi Xupáp xả đóng. Không khí sạch được đưa vào
trong Xy lanh của động cơ từ thể tích do Piston vẽ ra. Sự chênh áp giữa đường ống
21
Trang 21
Đồ án tốt nghiệp

21
Khoa Cơ khí Động lực
nạp và Xy lanh động cơ P=(0,08
÷
0,095) MPa, nhiệt độ không khí cuối kỳ nạp
t=( 30
÷
50)
o
C.
b. kỳ nén
Trong kỳ nén, Piston (2) chuyển động từ ĐCD lên điểm ĐCT, đồng thời các
Xupáp nạp và xả sẽ đóng kín. Piston thực hiện quá trình nén làm tăng áp suất và do đó
làm tăng nhiệt độ của không khí đã nạp vào trước đó. Môi chất bên trong Xy lanh
động cơ Diesel được nén với tỉ số nén ε = (14
÷
22) và có nhiệt độ áp suất cao, t =
(600
÷
650)
0
C, P = (3,5
÷
4,0)MPa.
b. kỳ cháy dãn nở sinh công
Vào những thời điểm cuối quá trình nén khi Piston chuyển động đến gần hoặc
qua ĐCT, nhiên liệu được phun vào dưới dạng các hạt bụi nhỏ. Các hạt nhiêu liệu
được phun vào môi trường có khí ôxy và nhiệt độ cao, bắt đầu bay hơi, hòa trộn với
ôxy và cháy. Quá trình cháy nhiên liệu sảy ra rất nhanh có tính chất như một vụ nổ.
Năng lượng nhiệt do cháy nhiên liệu tạo ra trong buồng đốt khi cháy có nhiệt độ và áp

suất cao. Sự dãn nở sinh công của khối cháy đẩy Piston đi xuống. Ở kỳ này nhiệt độ và
áp suất trong buồng cháy rất cao t = (1800
÷
2000)
0
C, P = (6
÷
8)MPa. Cuối kỳ áp
suất còn khoảng P = 0,5 MPa, t = (600
÷
700)
0
C.
c. Kỳ thải (xả)
kỳ xả bắt đầu khi Piston từ ĐCD lên ĐCT đồng thời Xupáp xả (1) đang mở
trong khi Xupáp nạp (5) đang đóng. Do Xupáp xả mở, khí cháy sẽ tự do thải ra ngoài
giai đoạn đầu và bị Piston cưỡng bức đẩy ra ngoài vào giai đoạn cuối. Khí cháy được
thải ra ngoài để chuẩn bị cho kỳ nạp của chu trình kế tiếp sẵn sàng thực hiện.
2.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng làm việc của nhóm P-X-X
Các

chi

tiết

nhóm P-X-X phải

làm

việc

trong

những

điều

kiện

khắc nghiệt
như

nhiệt

độ

cao,

môi

trường

có

chất

ăn

mòn,

màng

dầu

bôi

trơn

luôn

bị

nhiên

liệu
làm loãng,

dầu

bôi

trơn

và

nhiên

liệu

có

lẫn

cặn

bẩn,

v.v
Trong toàn bộ hình trình của Piston, những vị trí khác nhau của Xy lanh chịu
những điều

kiện

ma

sát

khác

nhau

và

do

đó

độ

mòn

của

Xy lanh

theo

chiều

trục
không

đồng

đều.

Phía đỉnh

Xy lanh

bị

mòn

nhiều

hơn

phần
dưới

,

do

đó

Xy lanh
sau

thời

gian

làm

việc

có

dạng

côn, theo

chiều

hướng

kính

xyanh

bị

mòn

theo

hình
ô

van.

Lư
ợng

mài

mòn

lớn

nhất

trong

Xy lanh ứng

với

điểm

chết

trên

của

Xéc măng
thứ

nhất.

Sở

dĩ

như

vậy,

là

vì

ở

điểm

chết

trên

của Xéc măng

thứ

nhất

điều

kiện

làm
việc

của

Xy lanh

là

xấu

nhất,

áp

suất

của

Xéc măng

lên

Xy lanh là

lớn

nhất,

nhiệt

độ
cháy

cao

nhất

và

bôi

trơn

kém

nhất.
22

Trang 22
Đồ án tốt nghiệp
22
Khoa Cơ khí Động lực
Các ký hiệu trên hình 2.2:
P
0
- Áp lực khí (N/mm
2
);
P
i
; P
i
’
; P
i+1
- lần lượt là lực ma sát giữa các Xéc măng và vách Xéc măng
(N);
F
zi
- Lực ma sát trên Xéc măng thứ i (N);
X
y
- Áp lực căng màng dầu của váy Piston (N);
v; E - lần lượt là tốc độ Vận động hướng trục của Piston và tốc độ
chuyển động ngang (m/s).
Hình 2.2: Sơ đồ chịu lực của Nhóm Piston-Xécmăng-Xylanh
2.1.2.1. Ảnh hưởng của áp suất tác dụng lên Xéc măng
Áp

suất

của

Xéc măng

tác

dụng

lên

Xy lanh

phụ

thuộc

vào

sức

bật

của

Xéc
măng

và

áp lực

của

khí

cháy

tác

dụng

lên

lưng

Xéc măng.

Nếu

coi

áp

suất

của

khí
cháy

là

100%

thì

áp

lực

tác

dụng

lên

các

Xéc măng

lần

lượt

sẽ

là

khoảng

76%,
20%

và

7,6%.

Áp

lực

tác

dụng

lên Xéc măng

thứ

nhất

là

lớn

nhất.

Khi

Piston

đi
xuống,

áp

lực

trong

Xy lanh

giảm

dần,

do

đó

áp suất

tác

dụng

lên

Xy lanh

cũng
23
Trang 23
Đồ án tốt nghiệp
23
Khoa Cơ khí Động lực
giảm

dần.

Khi

lực

tác

dụng

vuông

góc

với

mặt

ma

sát

càng

lớn

thì

những

phân

tử
của

các

mặt

ma

sát

găm

vào

nhau

càng

nhiều

và

do

đó

phần

trên

của

Xy lanh

bị

mòn
nhiều

nhất.

Dạng

đường

cong

đặc

tính

mài

mòn

tương

tự

như

dạng

đường

cong
phân bổ

áp

lực

trong

Xy lanh

theo

chiều

trục

và

điều

đó

đã nói

lên

ảnh

hưởng

của
áp

lực

đối

với

độ mòn.

Trong

quá

trình

làm

việc

cũng

như

không

làm

việc

Xéc măng

luôn

áp

sát

vào
thành Xy lanh,

để

giải

thích

sự

mài

mòn

của

Xéc măng

có

hai

trường

hợp:
- Đẳng áp: Trong trường hợp này áp lực Xéc măng lên thành Xy lanh là đồng
đều nhưng nó

chỉ

dùng

trên

lý

thuyết

để

tính

toán,

trong

thực

tế

thì

không

có,

vì
có

khe

hở

miệng

của Xéc măng.

Qua

thời

gian

sử

dụng

và

thực

tế

nhiều

lần

đo

đạc
khảo

sát,

thấy

rằng

khu

vực

gần miệng

Xéc măng

là

chịu

mài

mòn

lớn

nhất.

Do

đó

khi

lắp

Xéc măng

vào

Piston

người

ta

phải phân

bố

đều

hướng

miệng

Xéc măng

để
tránh

hiện

tượng

lọt

khí

xuống

Các te,

bảo

đảm

cho

sự bao

kín

buồng

cháy.
- không đẳng áp: hiện tượng phân bố lực theo hình trái lê mà áp lực ở miệng
Xéc măng

là

lớn

nhất

(có

giá

trị

bằng

3P).

Sau

quá

trình

làm

việc

thì

áp

lực

3P

giảm
xuống

còn

từ

1P

đến

2P

do

có

sự

mài

mòn,

do

đó

áp

lực

lớn

nhất

còn

ở

khu

vực

từ
120
0

đến

240
0
.

Đây

là

trường

hợp mới

được

nghiên

cứu

và

áp

dụng.

Hiện

nay

trong
công

nghệ

chế

tạo

Xéc măng

người

ta

mạ

một lớp

crôm

xốp

gần

miệng

Xéc măng

có
chiều

dày

lớn

hơn

ở

vị

trí

khác

trên

Xéc măng.
Tác

dụng

của

Xéc măng

là

bao

kín

buồng

cháy

và

phải

đảm

bảo

lượng

lọt

khí
nhỏ

nhất. Xéc măng

phải

khít

với

thành

Xy lanh,

khe

hở

giữa

Xéc măng

và

rãnh
Xéc măng

phải

đảm

bảo

ở trị số nhỏ nhất. sự kín khít giữa Xéc măng và Xy lanh đảm
bảo được là do áp lực khí cháy giãn nở

và

sức

bật

của

Xéc măng.

Ngoài

quá

trình
giãn

nở,

thì

ở

các

quá

trình

khác

sức

ép

của

khí trong

Xy lanh

không

đáng

kể.

Do
đó

tuổi

thọ

của

Xéc măng

có

thể

coi

là

thời

gian

mà

Xéc măng còn

ép

khít

được

với
Xy lanh

do

sức

bật

của

bản

thân

nó.
Sức

bật

của

Xéc măng

sẽ

giảm

dần

trong

quá

trình

sử

dụng

do

bị

mòn

theo
hướng

kính và

nơi

mòn

nhiều

nhất

là

miệng

của

Xéc măng.

Theo

các

nghiên

cứu

cho
thấy,

thì

Xéc măng

thứ nhất

sau

khi

sử

dụng

bị

mòn

nhiều

nhất

và

như

vậy

sức

bật
của

nó

cũng

giảm

nhiều

nhất.

Các Xéc măng

càng

ở

phía

sau

bị

mòn

càng

ít.

Ngoài
ra,

nhiệt

độ

cao

cũng

làm

cho

sức

bật

của Xéc măng giảm.

Trong

rãnh

Xéc măng
thứ

nhất

còn

tồn

tại

cả

mài

mòn

do

cặn

bẩn,

do

đó

độ

hở của Xéc măng
và rãnh tăng
lên.
Sự

mài

mòn

của

Xy lanh

có

tác

dụng

tương

hỗ

với

sự

mài

mòn

của

Xéc
măng.

Đặc

điểm mòn

của

Xéc măng

là

chiều

dày

mòn

nhiều,

chiều

cao

mòn

ít,

Xéc
24
Trang 24
Đồ án tốt nghiệp
24
Khoa Cơ khí Động lực
măng

khí

mòn

nhiều

hơn Xéc măng

dầu,

trong

đó

Xéc măng

khí

thứ

nhất

do

chịu

áp
lực

lớn

nhất,

bôi

trơn

kém

nhất,

nhiệt

độ

cao

nhất

là

do

đó

bị

mòn

nhiều

nhất.
Để

kéo

dài

tuổi

thọ

của

Xéc măng

và

làm

giảm

hao

mòn

của

nó

cũng

như

Xy
lanh,

người

ta

thường

mạ

crôm

xốp

cho

những

Xéc măng

thứ

nhất

là

Xéc măng

làm
việc

ở

những

điều

kiện khắc

nghiệt

nhất.
2.1.2.2. Ảnh hưởng của điều kiện nhiệt độ
Nhiệt

độ

ở

các

vị

trí

khác

nhau

trong

Xy lanh

cũng

khác

nhau.

Nhiệt

độ

của
phần

trên Xy lanh

cao

nhất,

chẳng

hạn

trong

một

số

động

cơ

làm

mát

bằng

nước

tuần
hoàn,

nhiệt

độ

bình quân

của

khu

vực

điểm

chết

trên

của

Piston

lên

tới

khoảng
350
0
C

và

ở

khu

vực

điểm

chết dưới

là

khoảng

200
0
C.

Đối

với

một

số

động

cơ

làm
mát

bằng

không

khí,

thì

các

nhiệt

độ

đó

có thể

lên

tới

khoảng

430
0
C

và

220
0
C.

Nhiệt

độ

của

Xéc măng

thứ

nhất

ở

điểm

chết

trên

còn

cao hơn

nhiệt

độ

của

Xy lanh.

Nhiệt
độ

tăng

làm

cho

độ

nhớt

của

dầu

giảm

và

do

đó

làm

yếu

màng dầu,

thậm

chí

màng
dầu

tại

nơi

nhiệt

độ

cao

còn

có

thể

bị

cháy,

mặt

khác

sự

cung

cấp

dầu

cho phần

trên
của

Xy lanh

cũng

khó

khăn

và

đó

cũng

là

lý

do

để

giải

thích

tại

sao

phần

trên

của
Xy lanh

lại

bị

mòn

nhiều.

Khi

động

cơ

làm

việc,

trong

Xy lanh

hình

thành

ba

khu

vực
nhiệt

độ:
- Khu vực nhiệt độ cao
Dầu

nhờn

trong

vùng

nhiệt

độ

cao

không

có

tác

dụng

bôi

trơn,

màng

dầu

bị
phá

hủy,

áp

suất

của

nhiên

liệu

phun

sương

mạnh

cũng

làm

ảnh

hưởng

đến

màng
dầu

bôi

trơn,

đặc

tính

và

trị

số

hao

mòn

của

Xy lanh

phụ

thuộc

vào

chế

độ

nhiệt,

kết
cấu

động

cơ

và

mức

độ

làm

mát khác

nhau

của

Xy lanh

trong

cùng

một

động

cơ.

Khi
nhiệt

độ

thành

Xy lanh

giảm

thấp

hơn

nhiệt nhiệt độ tạo sương của các sản phẩm
cháy trên thành Xy lanh thì hơi nước bị ngưng tụ, các loại axit cao phân tử, lưu huỳnh
và các hợp chất lưu huỳnh trong nhiên liệu cũng làm tăng nhanh sự hao mòn. Dầu
nhờn

trong

vùng

này

bị

cháy

tạo

ra

muội

than

và

nhựa

bám

vào

các

chi

tiết

của
Piston,

Xéc măng,

Xy lanh

làm

xấu

quá

trình

công

tác,

giảm

khả

năng

truyền

nhiệt,
gây

tắc

Vòi phun,

tạo

sự

mài

mòn

các

bề

mặt

kim

loại.

Khi

nhiên

liệu

bị

đốt

cháy,
nhiệt

độ

tăng

cao,

màng dầu

bôi

trơn

bị

giãn

nở

cục

bộ,

bị

làm

loãng

do

nhiên

liệu
phun

vào

có

tốc

độ

cao,

do

luồng khí

nạp

thổi

vào

Xy lanh,

do

sự

thay

đổi

áp

suất

ở
thời

kỳ

giản

nở,

do

sự

giảm

tốc

độ

của Piston

cho

tới

không

và

do

sự

đổi

hướng
chuyển

động

của

nó,

dẫn

đến

sự

phá

huỷ

hoặc

làm giảm

chiều

dầy

của

màng

dầu
bôi

trơn,

làm

cho

các

bề

mặt

kim

loại

tiếp

xúc

trực

tiếp

với nhau.

Những

yếu

tố

trên
làm

tăng

ma

sát

và

gây

ra

hao

mòn

không

đồng

đều

trên

chiều

dài Xy lanh.

Độ
25
Trang 25
Đồ án tốt nghiệp

25