Xây dựng mô hình chuẩn đoán động cơ xăng trên cơ sở kết quả phân tích thành phần khí thải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI



ðINH QUANG HÙNG


XÂY DỰNG MÔ HÌNH CHẨN ðOÁN ðỘNG CƠ XĂNG
TRÊN CƠ SỞ KẾT QUẢ PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN KHÍ THẢI



LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT




Chuyên ngành : KỸ THUẬT MÁY VÀ THIẾT BỊ
CƠ GIỚI HOÁ NÔNG LÂM NGHIỆP
Mã số : 60.52.14



Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. BÙI HẢI TRIỀU



HÀ NỘI – 2009

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp……………….

i


LỜI CAM ðOAN


Tôi xin cam ñoan những số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn
này là trung thực và chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào.
Tôi xin cam ñoan rằng mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này
ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã ñược chỉ rõ
nguồn gốc.
Tác giả


ðinh Quang Hùng

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp……………….



ii
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện ñề tài này, tôi ñã nhận ñược sự hướng dẫn,
chỉ bảo và giúp ñỡ tận tình của các thầy, cô giáo trong Khoa Cơ ðiện và các
thầy cô trong trường. Nhân dịp này, cho phép tôi ñược bày tỏ lòng biết ơn
chân thành và sâu sắc ñến quý thầy cô.
Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS. Bùi Hải Triều ñã chỉ bảo
hướng dẫn từ việc ñịnh hướng ban ñầu, giải quyết từng nội dung ñề tài, ñến
sửa ñổi những sai sót ñể hoàn thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể cán bộ, giáo viên bộ môn ðộng Lực
- Khoa Cơ ðiện và toàn thể các thầy cô giáo trong Khoa Cơ ðiện - Trường
ðại học Nông nghiệp Hà Nội.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành ñến các thầy cô giáo ñã trực tiếp
giảng dạy tôi trong quá trình học tập tại trường và các thầy cô giáo Viện Sau
ðại Học - Trường ðại học nông nghiệp Hà Nội.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh ñạo và các ñồng nghiệp khoa
Công nghệ ô tô Trường Cao ñẳng nghề kỹ thuật Việt ðức Nghệ An ñã giúp
ñỡ tôi thực hiện luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự nhiệt tình giúp ñỡ của gia ñình và người
thân ñã luôn luôn ñộng viên tạo mọi ñiều kiện thuận lợi cho tôi trong quá
trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này.
Một lần nữa tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất của mình tới tất cả
những tập thể và cá nhân ñã dành cho tôi mọi sự giúp ñỡ quý báu trong quá
trình hoàn thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Tác giả

ðinh Quang Hùng

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp……………….



iii

MỤC LỤC

Lời cam ñoan i
Lời cảm ơn ii
Mục lục ii
Danh mục các từ viết tắt vi
Danh mục các bảng viii
Danh mục các hình ix
MỞ ðẦU 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 12
1.1 Khí thải ñộng cơ ñốt trong 12
1.1.1 Sự hình thành các thành phần khí thải 12
1.1.2 Luật kiểm soát phát thải ñộng cơ 12
1.1.3 Khả năng phân tích khí thải ñể chẩn ñoán ñộng cơ 20
1.1.4 Khái quát về chẩn ñoán ñộng cơ 20
1.2 Các phương pháp chẩn ñoán truyền thống 22
1.2.1 Chẩn ñoán công suất 22
1.2.2 Phân tích ồn rung 25
1.2.3 Phân tích môi chất 27
1.3 Chẩn ñoán trực tuyến OBD. 29
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 34

2.1 Sự hình thành các thành phần khí thải chính. 34
2.2 Các yếu tố ảnh hưởng ñến thành phần khí thải. 35
2.2.1 Tỷ lệ khí - nhiên liệu lý thuyết. 35
2.2.2 Hydrocacbure 36
2.2.3 Ôxit cácbon (CO). 45
2.2.4 Ôxit Nitơ 46

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp……………….



iv
2.2.5 Chế ñộ lái xe và các khí xả 49
2.3 Ảnh hưởng của trạng thái kỹ thuật của ñộng cơ ñến thành phần
khí thải.
51
2.3.1 Ảnh hưởng của trạng thái kỹ thuật cơ cấu biên tay quay 51
2.3.2 Ảnh hưởng của trạng thái kỹ thuật hệ thống nạp và xả. 51
2.3.3 Ảnh hưởng của trạng thái kỹ thuật hệ thống ñánh lửa. 52
2.4 Phương pháp phân tích thành phần khí thải. 53
2.4.1 Những nguyên tắc chung 53
2.4.2 Nguyên lý một số thiết bị phân tích thành phần khí thải. 54
2.5 Khái quát về ñộng cơ phun xăng ñiện tử. 60
2.5.1 Khái niệm về hệ thống phun xăng ñiện tử 60
2.5.2 Lịch sử hệ thống phun xăng ñiện tử 60
2.5.3 Sơ ñồ tổng quát của hệ thống phun xăng ñiện tử 62
2.5.4 Phân loại hệ thống phun xăng ñiện tử 64
2.5.5 Ưu nhược ñiểm của hệ thống phun xăng so với loại dùng CHK 65
2.6 Nguyên lý hoạt ñộng của một số thiết bị chẩn ñoán cầm tay dùng
cho các loại xe ñiều khiển ñiện tử có trang bị hệ thống OBD.

65
Chương 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM PHÂN LẬP DẤU HIỆU
CHẨN ðOÁN ðỘNG CƠ XĂNG
70
3.1 Lựa chọn thông số chẩn ñoán. 70
3.2 Xây dựng hệ thống ño và xử lý tín hiệu chẩn ñoán. 73
3.2.1 Thiết bị thí nghiệm: 73
3.2.2 ðộng cơ thí nghiệm: 77
3.3 Các phương án thí nghiệm. 77
3.3.1 Thí nghiệm ñộng cơ ở trạng thái kỹ thuật tốt. 77
3.3.2 Ảnh hưởng của ñộ kín buồng nén. 78
3.3.3 Ảnh hưởng của sức cản ñường nạp. 81

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp……………….



v

3.4 Phân tích kết quả 84
3.4.1 Trường hợp giảm áp suất nén trong buồng ñốt. 85
3.4.2 Trường hợp tăng sức cản ñường nạp. 87
KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 89
1. Kết luận 89
2. ðề nghị 89
TÀI LIỆU THAM KHẢO 90


Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp……………….

vi
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT


NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT DÙNG CHUNG
CHK Chế hòa khí
CLD Bộ phát ñiện quang hóa
CVS Thiết bị lấy mẫu theo thể tích không ñổi
EFI Phun xăng ñiện tử
FID Máy ño sự ion hóa của ngọn lửa
i Số xilanh ñộng cơ
NDIR Hồng ngoại không phân tán
N
ñc
Tần số quay ñộng cơ
Ne Công suất có ích
PPM Phần triệu
ECM Modul ñiều khiển trung tâm
TCCS Hệ thống ñiều khiển bằng máy tính của Toyota
ESA ðánh lửa sớm ñiện tử
ISC ðiều khiển tốc ñộ không tải
OBD Chẩn ñoán trực tuyến

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp……………….



vii


CÁC KÝ HIỆU HÓA HỌC
C Cacbon
CO Ô xít cacbon
CO
2
Cacbonic
C
8
H
8
ốc tan
H
2
Hidro
HC Hidro Cacbon
H
2
O Nước
N

2
Ni tơ
NO
x
Các ôxít nitơ
O
2
Ôxi
C
n
H
m
Hidro Cacbure
C
n
H
m
COOH Axit Cacbon
C
n
H
m
CHO Andehyt




Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp……………….

viii
DANH MỤC CÁC BẢNG
STT Tên bảng Trang

1.1 Các thông số do OBD II và EOBD giám sát 32

3.1 Thông số kỹ thuật của thiết bị phân tích khí xả QROTECH 74

3.1 Kết quả phân tích thành phần khí thải của ñộng cơ EF SONATA
ở trạng thái tốt 78

3.2 Kết quả hiển thị các thông số hoạt ñộng của ñộng cơ EF
SONATA trên màn hình Scantool ở trạng thái tốt
78

3.3 Kết quả phân tích thành phần khí thải của ñộng cơ EF SONATA
theo các mức ñộ lọt khí khác nhau 79

3.4 Kết quả hiển thị các thông số hoạt ñộng của ñộng cơ EF
SONATA trên màn hình Scantool theo các mức ñộ lọt khí buồng
ñốt
79

3.5 Kết quả phân tích thành phần khí thải của ñộng cơ EF SONATA
theo các mức ñộ cản trở ñường ống nạp khác nhau
82

3.6 Kết quả hiển thị các thông số hoạt ñộng của ñộng cơ EF
SONATA trên màn hình Scantool theo các mức ñộ cản trở ñường

ống nạp
82



Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp……………….



ix
DANH MỤC CÁC HÌNH
STT Tên hình Trang


1.1 Chế ñộ chạy trong thành phố của Mỹ- Mô hình lái xe LA4 13

1.2 Thiết bị lấy mẫu theo thể tích không ñổi 14

1.3 Chế ñộ chạy trong thành phố của EEC 15

1.4 Chế ñộ lái xe Nhật 10 chế ñộ (6 chu kỳ) 16

1.5 Chế ñộ lái xe Nhật 11 chế ñộ (4 chu kỳ) 17

1.6 Lược ñồ so sánh 4 loại khí trong các ñiều kiện bảo trì tốt 18

1.7 Vùng cần kiểm tra tiếng gõ 26

2.1 Biến thiên nồng ñộ một số hyñrocacbure 36

2.2 Sự hình thành HC do tôi màng lửa trên thành buồng cháy 38

2.3 Sơ ñồ các nguồn phát sinh HC 40

2.4 Nguồn phát sinh HC trong ñộng cơ ñánh lửa cưỡng bức 42

2.5 ðồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của nồng ñộ CO vào tỷ lệ khí -
nhiên liệu 46

2.6 Biến thiên nồng ñộ NO theo hệ số dư lượng không khí 47

2.7 Ảnh hưởng của tỉ lệ khí xả hồi lưu ñến nồng ñộ NO 48

2.8 Ảnh hưởng của góc ñánh lửa sớm ñến nồng ñộ NO 49
2.9 Phổ hấp thụ hồng ngoại của các thành phần khí khác nhau 43
2.10 Nguyên lý của máy phân tích NDIR 54

2.11 Sơ ñồ máy phân tích khí xả hồng ngoại cảm biến ñiện dung 55

2.12 Buồng ño hồng ngoại với cảm biến dòng khí 56

2.13 Nguyên lý của FID 57

2.14 Nguyên lý của CLD 58

2.15 Cảm biến Lambda 59

2.17 Sơ ñồ khối thể hiện kết cấu cơ bản của hệ thống phun xăng ñiện tử 63

2.18 Sơ ñồ hệ thống phun xăng ñiện tử 64

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn Thạc sỹ khoa học Nông nghiệp……………….



x

2.19 Máy chẩn ñoán cầm tay. 67

2.20 Máy chẩn ñoán tổng hợp. 68

3.1 Máy phân tích khí xả QROTECH 73

3.2 Máy chẩn ñoán cầm tay (Scantool) 76





MỞ ðẦU

Công nghệ chẩn ñoán ôtô nhằm mục ñích tìm ra các hư hỏng của ôtô
trong quá trình sử dụng nhanh và chính xác ñể kịp thời sửa chữa.
Sự phát triển nhanh chóng của ngành ôtô về tính hiện ñại và tiện nghi
làm công nghệ chẩn ñoán gặp nhiều khó khăn. ðể chẩn ñoán hiện trạng của
ôtô ñược chính xác và nhanh chóng phải dựa trên cơ sở hoạt ñộng của nó thể
hiện qua những sự thay ñổi khác thường trong quá trình làm việc. Hiện nay,
với sự trợ giúp của các thiết bị chuyên dùng người ta có thể kiểm tra chẩn
ñoán tình trạng ñộng cơ như: phân tích dầu nhờn, nghe âm thanh, so sánh áp

suất nén… ðặc biệt trong giai ñoạn hiện nay việc ô nhiễm môi trường do khí
thải của ôtô gây ra làm ảnh hưởng rất lớn ñến ñời sống con người, do ñó khoa
học hiện nay cũng rất quan tâm nghiên cứu ñến thành phần khí thải của ôtô,
khi có sự thay ñổi khác thường của các hệ thống thì ñộng cơ lại cho ra thành
phần khí thải khác nhau, do ñó qua khí thải ta cũng có thể kiểm tra chẩn ñoán
ñược ñộng cơ làm việc như thế nào. ðặc biệt ñối với ñộng cơ xăng thì lại thể
hiện rõ vì quá trình hỗn hợp cháy sinh công là cháy cưỡng bức do ñó nó phải
kết hợp tốt giữa các hệ thống cho nên chỉ xảy ra một sự sai khác giữa các hệ
thống sẽ làm giảm công suất của ñộng cơ.
Với những lý do trên học viên chọn ñề tài luận văn “Xây dựng mô hình
chẩn ñoán ñộng cơ xăng trên cơ sở kết quả phân tích thành phần khí thải”




12
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1 Khí thải ñộng cơ ñốt trong
1.1.1 Sự hình thành các thành phần khí thải
Quá trình cháy lí tưởng của hỗn hợp hydrocacbure với không khí chỉ sinh
ra CO
2
, H
2
O và N
2
. Tuy nhiên, do sự không ñồng nhất của hỗn hợp một cách lí
tưởng cũng như do tính chất phức tạp của các hiện tượng lí hoá diễn ra trong quá
trình cháy nên trong khí xả ñộng cơ ñốt trong luôn có chứa một hàm lượng ñáng

kể những chất ñộc hại như ôxít nitơ (NO, NO
2
, N
2
o, gọi chung là NO
x
), ôxít
cacbon (CO), các hydrocacbon chưa cháy (HC) và các hạt rắn. Lưu huỳnh và các
chất phụ gia trong nhiên liệu cũng có ảnh hưởng ñến thành phần khí thải. Trong
quá trình cháy, lưu huỳnh bị ôxy hoá thành SO
2
, sau ñó một bộ phận SO
2
bị ôxy
hoá tiếp thành SO
3
, chất có thể kết hợp với nước ñể tạo thành H
2
SO
4
.
1.1.2 Luật kiểm soát phát thải ñộng cơ
1.1.2.1 Các tiêu chuẩn kiểm soát khí thải của Mỹ
Việc kiểm tra sử dụng ñể quyết ñịnh xem liệu xe mẫu cụ thể có phù
hợp với các tiêu chuẩn khí xả của Mỹ hay không ñược tiến hành bằng cách
ñặt xe lên bệ thử, chạy xe ở chế ñộ LA4 và ño tổng khối lượng từng khí xả
(CO, HC, NO
x
) phát ra từ ôtô. Những tiêu chuẩn này áp dụng cho các xe ñộng
cơ xăng, không tính tới khối lượng hay dung tích xilanh.

Chế ñộ kiểm tra LA4 ñược tiến hành theo cách sau: ñầu tiên chiếc xe
ñược ñể trong phòng thí nghiệm từ 12 ñến 36 giờ với nhiệt ñộ bên ngoài ñược
kiểm soát rất cẩn thận (Duy trì trong khoảng 10
0
C - 30
0
C). Sau ñó ñộng cơ xe
ñược khởi ñộng lạnh. Khối lượng (g/dặm) của CO, HC, NO
x
phát ra từ xe
ñược ño bằng thiết bị lấy mẫu theo thể tích không ñổi (CVS) trong khi xe
ñang chạy trên bệ thử ñộng ở chế ñộ LA4. Bên cạnh những giá trị ñã ño ñược,
các giá trị về bay hơi nhiên liệu và lọt khí cũng ño ñược bằng phương pháp
kiểm tra này.


13

Hình 1.1 Chế ñộ chạy trong thành phố của Mỹ- Mô hình lái xe LA4

Thời gian mẫu: 1877s Tốc ñộ trung bình: 34,2 km/h
Thời gian chạy: 1877s Tốc ñộ cực ñại: 91,2 km/h
Khoảng cách: 17,84 km Thời gian chạy không tải: 18,2%
Giá trị tiêu chuẩn
(Dùng cho các xe chở khách năm 1995)
CO HC NO
x

50 000 dặm 3.4 0.25 0.4
100 000 dặm 4.2 0.31 0.6

ðơn vị: g/dặm
Thiết bị lấy mẫu theo thể tích không ñổi (CVS): ñây là loại thiết bị
ñược dùng ñể ño khối lượng CO, HC, NO
x
trong khí xả ôtô, nó hoạt ñộng như
sau: Tất cả các khí xả từ ống xả ñược pha loãng với không khí hút vào trong
buồng trộn bởi một quạt Roots. Lượng khí xả ñã hoà trộn với không khí hút
vào ñược ño bằng máy ño. Sau ñó phần lớn hỗn hợp khí xả không khí ñược xả
ra khỏi bộ lấy mẫu. Tuy nhiên một phần nhỏ của hỗn hợp này ñược chứa
trong túi 1 và tỷ trọng mỗi khí (CO, HC, NO
x
) ñược ño. Khối lượng mỗi khí
sau ñó ñược tính bằng cách nhân nồng ñộ của mỗi khí trong túi 1 bằng với tỷ
trọng khí và bằng thể tích khí ñã xả ra bởi quạt (ðược ño bởi máy ño):


14
W= C*D*V
Trong ñó:
W: Khối lượng khí
C: Nồng ñộ khí
D: Tỷ trọng khí
V: Thể tích khí xả ra bởi quạt
Kết quả sau ñó còn phải ñược ñiều chỉnh ñể tính ñến nhiệt ñộ và áp suất
xung quanh. Lượng HC,CO, NO
x
trong môi trường xung quanh ñược hút vào túi
2 trước khi chúng ñược trộn với khí xả (túi 2 ñóng vai trò kiểm tra khí trong túi
1, lượng CO, HC, NO
x

trong túi 2 trừ ñi lượng CO, HC, NO
x
trong túi1)

Hình 1.2 Thiết bị lấy mẫu theo thể tích không ñổi
1.1.2.2 Các tiêu chuẩn khí xả Châu Âu
Phần lớn các nước Châu âu sử dụng các tiêu chuẩn khí xả EEC, gọi
như thế bởi vì các tiêu chuẩn này ñược phát triển bởi cộng ñồng kinh tế châu
âu (EEC). Có 5 tiêu chuẩn EEC ñược gọi tên từ kiểu I ñến kiểu V. Trong kiểu
thử I xe chạy trên băng thử theo chế ñộ như hình vẽ dưới, khối lượng CO,
HC, NO
x
sinh ra bởi xe ñược ño. Kiểm tra kiểu này giống như kiểu của Mỹ,


15
nó bắt ñầu từ lúc xe khởi ñộng lạnh (sau khi ñã ñể trong phòng có nhiệt ñộ
20
0
C – 30
0
C ít nhất 6 giờ).
Trong quá trình kiểm tra, lượng CO, tổng lượng HC và NO
x
ñược ño
trong khi xe thực hiện hoàn chỉnh 1 chế ñộ kiểm tra bao gồm: không tải, tăng
tốc, chạy ñều, giảm tốc.
Một chế ñộ kiểm tra mới ñã ñược áp dụng cho các xe mới bắt ñầu từ
7/1992. Chế ñộ này ngoài phần chạy trong thành phố như chỉ ra dưới ñây còn
thêm phần chạy trên ñường cao tốc với tốc ñộ cực ñại 120 km/h.

Hình 1.3 Chế ñộ chạy trong thành phố của EEC
Thời gian mẫu: 780s Tốc ñộ trung bình: 19 km/h
Thời gian chạy: 820s Tốc ñộ cực ñại: 50 km/h
Khoảng cách: 4,05 km Thời gian chạy không tải: 35,4%
Giá trị tiêu chuẩn
(Dùng cho xe du lịch chở ñược ñến 6 khách năm 1995 và 1996)
CO HC + NO
x

1995 2.72 0.97
1996 2.20 0.50
ðơn vị: g/km


16
1.1.2.3 Các tiêu chuẩn khí xả của Nhật.
Ở Nhật bản cả hai chu trình 10 chế ñộ và 11 chế ñộ dưới ñây ñều ñược
sử dụng:
ðo theo chu trình 10 chế ñộ: Chu trình này bao gồm 10 chế ñộ lái xe
khác nhau, ñó là: tăng tốc, tốc ñộ không ñổi, giảm tốc và không tải, nhưng chế
ñộ này dựa trên ñiều kiện lái xe bình thườg ở Tokyo. Phương pháp này cũng
ñược gọi là “phương pháp khởi ñộng nóng”. Xe ñược hâm nóng trên băng thử
45 phút ở tốc ñộ 40 km/h, sau ñó xe ñược chạy theo 6 chu trình, mỗi chu trình
bao gồm 10 chế ñộ như hình dưới. Lượng khí xả từ chu trình 2 ñến chu trình
thứ 6 ñược thu lại và ño bằng phương pháp CVS. Chế ñộ A 10.15 ñược áp
dụng trên những xe mới bắt ñầu từ tháng 11/1991, so với chu trình 10 chế ñộ
ở dưới nó còn thêm chế ñộ chạy ở tốc ñộ cực ñại 70 km/h.

Hình 1.4 Chế ñộ lái xe Nhật 10 chế ñộ (6 chu kỳ)
Thời gian mẫu: 675s Tốc ñộ trung bình: 17.7 km/h
Thời gian chạy: 810s Tốc ñộ cực ñại: 40 km/h
Khoảng cách: 3.98 km Thời gian chạy không tải: 26.7%

ðo theo chu trình 11 chế ñộ: Phương pháp này tương ñương với
phương pháp 10 chế ñộ, nhưng nó dựa trên chế ñộ lái xe từ vùng ngoại ô vào
thành phố, tốc ñộ cao hơn chu trình 10 chế ñộ. Phương pháp này cũng ñược


17
gi l: phng phỏp khi ủng lnh. Xe ủc ủ nhit ủ 20
0
C 30
0
C
trong 6 gi. Vic ủo ủc bt ủu ngay sau khi xe n mỏy. Xe ủc chy
trong 4 chu trỡnh, mi chu trỡnh bao gm 11 ch ủ nh hỡnh v di. Khớ x
ủc gi li t lỳc ủng c khi ủng ủn lỳc kim tra v ủc ủo bng
phng phỏp CVS.


Hỡnh 1.5 Ch ủ lỏi xe Nht 11 ch ủ (4 chu k)
Thi gian mu: 480s Tc ủ trung bỡnh: 30.6 km/h
Thi gian chy: 505s Tc ủ cc ủi: 60 km/h
Khong cỏch: 4.08km Thi gian chy khụng ti: 21.7%
Cỏc ch ủ tiờu chun
(Dựng cho xe nm 1995)
Chế độ 10-15 Chế độ 11

CO
g/km

HC
g/km

NO
x

g/km

CO
g/lần
thử
HC
g/lần
thử
NO
x

g/lần
thử
p dụng cho xe du
lịch có khả năng
chở đến 10 ngời
2.10 0.25 0.25 6.0 7.0 4.4



18

1.1.2.4 Tiờu chun v khớ x ca hóng TOYOTA.
Theo các tiêu chuẩn qui định về thành phần CO trong khí xả của hng
TOYOTA:
- Với loại động cơ 1RZ, 2RZ CO : 2.5%
(Đối với các xe xuất sang Châu âu, Singapo, các nớc vùng vịnh tỷ lệ này là
CO = 1.0 - 0.5%)
- Với loại động cơ của xe Camry CO : 1.5%
(Đối với các xe xuất sang Châu âu, Singapo, các nớc vùng vịnh tỷ lệ này là
CO = 0 - 0.5%)
Hng TOYOTA cũng đ tiến hành phân tích 4 loại khí trên với 100 mẫu
xe của hng trong các điều kiện bảo trì tốt và có lợc đồ so sánh nh sau:


Hỡnh 1.6 Lc ủ so sỏnh 4 loi khớ trong cỏc ủiu kin bo trỡ tt
(Trong lc ủ ny CO l khớ tham chiu)
1.1.2.5 Tiờu chun Vit Nam
- Nm 1990, Chớnh ph Vit Nam ủó ban hnh tiờu chun TCVN 5123


19
- 90 quy ñịnh về hàm lượng CO trong khí xả ñộng cơ xăng ở chế ñộ không
tải. Tiêu chuẩn này ñược áp dụng cho tất cả ô tô chạy xăng có khối lượng lớn
hơn 400 kg. Hàm lượng CO ñược ño trực tiếp trong ống xả, cách miệng xả
300mm, ở hai chế ñộ tốc ñộ: n
min
và 0,6n
dm
(n
dm
là tốc ñộ ñịnh mức). Hàm

lượng CO không ñược vượt quá 3,5% ở chế ñộ n
min
và 2,0% ở chế ñộ 0,6n
dm
.
- Năm 1991, Chính phủ Việt Nam ban hành tiêu chuẩn TCVN 5418-91
quy ñịnh về ñộ khói trong khí xả ñộng cơ Diesel. Tiêu chuẩn này ñược áp
dụng cho tất cả các loại ô tô dùng ñộng cơ Diesel. ðộ khói của khí xả ño ở
chế ñộ gia tốc tự do không ñược vượt quá 40% HSU (ñộng cơ không tăng áp)
và 50% HSU (ñộng cơ tăng áp).
- Năm 1998, Chính phủ Việt Nam ban hành tiêu chuẩn TCVN 6438-98
quy ñịnh lại cụ thể hơn giới hạn cho phép của các chất ô nhiễm trong khí xả
của phương tiện vận tải.
Giá trị tiêu chuẩn
Phương tiện ñang sử dụng
Phương tiện ñăng ký
lần ñầu
Phương tiện ñộng
cơ xăng
Phương tiện
ñộng cơ
ðiezen
Phương tiện
ñộng cơ
ðiêzen
Thành phần ô
nhiễm trong khí
thải
Mức
1

Mức
2
Mức
3
Mức
1
Mức
2
Phương
tiện
ñộng cơ
xăng
Mức
1
Mức
2
CO(% thÓ tÝch)
6,5 6,0 4,5 4,5
HC(ppm thể tích)
- ðộng cơ 4 kỳ - 1500 1200 - - 1200 - -
- ðộng cơ 2 kỳ - 7800 7800 - - 7800 - -
- ðộng cơ ñặc biệt
(có kết cấu khác
với ñộng cơ kiểu
piston tịnh tiến)
- 3300 3300 - - 3300 - -
ðộ khói(%HSU)
- - - 85 72 - 72 50

20
1.1.3 Khả năng phân tích khí thải ñể chẩn ñoán ñộng cơ
Chất lượng cháy của hỗn hợp ñốt có ảnh hưởng lớn ñến việc phát huy
công suất ñộng cơ, chi phí nhiên liệu. Mặt khác, chất lượng cháy của hỗn hợp
lại phụ thuộc vào tình trạng kỹ thuật của nhiều hệ thống, chi tiết của ñộng 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 lượng ñốt cháy hỗn hợp cũng có nghĩa là biểu
hiện tình trạng kỹ thuật của ñộng cơ nói chung. Vì vậy, việc phân tích các
thành phần khí xả ñể chẩn ñoán ñộng cơ cũng là một trong những hướng
nghiên cứu về chẩn ñoán hiện ñại.
Hiện nay, các thiết bị ño và phân tích khí xả ñược sử dụng ñể kiểm tra
lượng khí xả của các phương tiện cơ giới tham gia giao thông theo luật ñịnh.
Những thiết bị ño và phân tích khí xả cũng còn là phương tiện trợ giúp hiệu
lực ñể ñiều chỉnh tối ưu sự tạo thành hỗn hợp, quá trình ñốt cháy hỗn hợp,
thời ñiểm ñóng mở xupap. Hơn nữa, các thiết bị này khi ñược tận dụng và
khai thác triệt ñể nó cũng sẽ là những công cụ trợ giúp ñắc lực cho việc phán
ñoán sự cố khi tiền hỏng hóc ở ñộng cơ.
1.1.4 Khái quát về chẩn ñoán ñộng cơ
ðộng cơ là một tổ hợp phức tạp của nhiều cụm và chi tiết máy.Trong
quá trình vận hành ñộng cơ có thể xảy ra sự cố bất thường. Nguyên nhân hư
hỏng ñó có thể là do các bộ phận cơ học của ñộng cơ cũng có thể là do một
hoặc nhiều hệ thống hỗ trợ ñộng cơ (nhiên liệu, bôi trơn, làm mát. ñánh lửa)
hoặc các hệ thống khác liên quan ñến ñộng cơ: hệ thống xả, khởi ñộng, ñiều
khiển ñộng cơ bằng ñiện tử Xác ñịnh các nguyên nhân hư hỏng ñó chính là
chẩn ñoán ñộng cơ. Các nguyên nhân cơ bản của các hỏng hóc trên ñộng cơ
thường là hở ñường nạp không khí, ñiều chỉnh không ñúng hoặc thay ñổi góc
bắt ñầu phun hoặc góc ñánh lửa, kẹt tắc các thiết bị phun nhiên liệu và nói
chung là sai lệch trạng thái hoạt ñộng ñúng của hệ thống cung cấp nhiên liệu

21
và ñốt cháy. ðối với mỗi dạng cấu trúc của các hệ thống này, các sai lệch sẽ
có những biểu hiện riêng, thí dụ ñối với hệ thống cung cấp diesel là sai lệch
các trạng thái của vòi phun hoặc bơm áp suất cao, ñối với ñộng cơ sử dụng
chế hoà khí có thể sai lệch thời ñiểm ñánh lửa còn ñối với hệ thống phun xăng
ñiện tử là sai lệch trạng thái của vòi phun hoặc mạch ñiều khiển ñiện tử…Các
nguyên nhân khác là chất lượng các chi tiết làm kín kém, các chi tiết không
ñược xiết ñủ chặt, ñiều chỉnh không ñúng các cơ cấu và hệ thống của ñộng cơ,
làm sạch kém các bộ phận lọc dầu, rò rỉ ở hệ thống làm mát. Khả năng làm
việc của ñộng cơ ñược ñánh giá cơ bản bằng các chỉ tiêu công suất và tính tiết
kiệm nhiên liệu (chi phí nhiên liệu riêng) cũng như chất lượng khởi ñộng,
mức ồn và gõ. Những sai lệch chủ yếu ảnh hưởng ñến khả năng làm việc của
ñộng cơ là: hao mòn các chi tiết của nhóm piston - xilanh, mòn cổ biên và cổ
chính của trục khuỷu, mất ñiều chỉnh trong cơ cấu xupap và các sai lệch trong
hệ thống cung cấp nhiên liệu, hệ thống ñốt cháy.
Sự thay ñổi trạng thái kĩ thuật của hệ thống cung cấp hỗn hợp ñốt ở
ñộng cơ chế hoà khí như thay ñổi mức nhiên liệu trong buồng phao, lượng
cung cấp xăng từ bơm, áp suất nhiên liệu của bơm và ñộ chân không trong
ñường nạp…sẽ làm xấu quá trình cháy và do ñó làm giảm các chỉ tiêu công
suất, tính tiết kiệm nhiên liệu và thành phần khí xả. Cũng dẫn ñến các kết quả
như vậy khi xuất hiện trục trặc ở hệ thống ñiều khiển ñiện tử trên các xe hiện
ñại, ñược trang bị ñể ñiều khiển ñộng cơ, thí dụ ñứt hoặc ngắt mạch, hao mòn,
bẩn hoặc ăn mòn hoá học…
Số hỏng hóc tương ñối lớn nhất trong quá trình sử dụng ở ñộng cơ chế
hoà khí xuất hiện ở hệ thống ñốt cháy. Sự thay ñổi giá trị cần thiết của góc
ñánh lửa, thời ñiểm ñánh lửa, trạng thái ñiều chỉnh góc ñánh lửa, các thông số
của mạch sơ cấp và thứ cấp, khe hở bugi…dẫn ñến làm xấu các chỉ tiêu hoạt
ñộng của ñộng cơ.

22
Hao mòn còn tác ñộng lớn hơn nữa ñến các liên kết vòng găng piston,
các gối ñỡ chính và gối ñỡ biên. Khi ñó thường gặp hơn cả trong các gối ñỡ là
sự phá huỷ lớp chống ma sát, xước trên bề mặt ốp, ñệm cổ chính, làm nóng
chảy hoặc ép vỡ, tróc lớp chống ma sát, làm tắc lỗ dẫn dầu.
Trong nhóm piston - xilanh các hư hỏng và sai lệch chủ yếu là: tăng khe
hở hướng kính giữa xilanh và piston, khe hở trong liên kết giữa vòng găng hơi
và dầu trên piston, giảm ñàn hồi và vỡ gãy vòng găng hơi, vòng găng dầu, khe
hở ở trong chốt piston. Khi có sự không kín sát trong nhóm piston – xilanh làm
tăng lọt khí từ không gian bên trong buồng ñốt xuống cacte. ðiều ñó làm xấu
chất lượng tạo thành hỗn hợp, ñốt cháy nhiên liệu và làm tăng chi phí nhiên
liệu riêng, tăng ñộ khói, tác ñộng xấu dến thành phần khí xả.
Sai lệch chủ yếu của hệ thống bôi trơn là giảm áp suất dầu trong mạch
dầu chính do các nguyên nhân sau: mức dầu trong cacte thấp, mòn liên kết
trong cơ cấu biên tay quay, giảm lượng cung cấp của bơm dầu, mất ñiều chỉnh
van dòng hoặc van an toàn, ñộ nhớt dầu thấp…
Sai lệch trong cơ cấu phân phối khí dẫn ñến giảm công suất ñộng cơ,
tăng chi phí nhiên liệu, gây ồn, tăng hao tổn dầu nhờn. Việc giảm công suất
xảy ra khi ñiều chỉnh không ñúng cơ cấu, cháy hoặc biến dạng xupap, mòn
mặt cam trên trục phân phối, giảm ñộ ñàn hồi của lò xo xupap. Hao tổn dầu
tăng là do lọt qua các bộ phận làm kín, thông hơi cacte kém, mòn vòng găng
piston, mòn piston và xilanh, mòn bạc dẫn hướng xupap và làm mất ñộ kín…
Các thông số chẩn ñoán trong ña số các trường hợp ñược ñặc trưng bởi
phương pháp chẩn ñoán. Trong các phương pháp hiện ñại có phương pháp
chẩn ñoán ñộng cơ theo thành phần khí xả.
1.2 Các phương pháp chẩn ñoán truyền thống
1.2.1 Chẩn ñoán công suất
Công suất là một trong những thông số chẩn ñoán quan trọng bởi vì nó

23
phản ánh tình trạng hầu như toàn bộ các cụm hệ thống chính của ñộng cơ như:
nhóm piston, các chi tiết truyền ñộng của ñộng cơ, hệ cung cấp nhiên liệu, hệ
cung cấp không khí cho ñộng cơ.
ðể ño ñược công suất, ñã có rất nhiều phương pháp như: ño trực tiếp
trên bệ thử, xác ñịnh bằng phương pháp gia tốc hay phương pháp ngắt sự làm
việc của các xilanh. ðo trực tiếp trên bệ thử là phương pháp ñược cho là tốn
kém và yêu cầu phải có các trang thiết bị phức tạp và nhà xưởng. Do vậy, việc
chẩn ñoán công suất theo phương pháp này chỉ thực hiện khi máy móc phải
ñược ñưa ñến xưởng chẩn ñoán.
Hiện nay, hai phương pháp chẩn ñoán công suất bằng cách ngắt sự làm
việc của các xi lanh và bằng gia tốc ñang nhận ñược nhiều sự quan tâm hơn.
Bởi vì ưu ñiểm của hai phương án này là: chi phí thấp, cho kết quả nhanh,
trang thiết bị gọn nhẹ và có tính cơ ñộng cao.
* Theo phương pháp ngắt sự làm việc của ñộng cơ:
ðã có một số nhà khoa học tiến hành ño công suất từng xilanh bằng
cách ngắt các xilanh khác chỉ ñể một xilanh làm việc. Việc xác ñịnh công suất
của từng xilanh sẽ cho chúng ta biết sự hư hỏng của các cụm chi tiết hay hệ
thống thuộc xilanh nào?
Bản chất của chẩn ñoán công suất bằng phương pháp ngắt xilanh là:
trong giới hạn thay ñổi công suất của xilanh có thể phát hiện ñược trong sử
dụng do nguyên nhân hư hỏng hoặc sai lệch ñiều chỉnh thì sự phụ thuộc của
áp suất chỉ thị trung bình (pi = f(n)) và áp suất có ích trung bình (pe = f(n))
vào vòng quay trục khuỷu ñộng cơ ở nhánh ñiều chỉnh của ñường ñặc tính có
thể coi là cách quãng ñều nhau.
Bằng thực nghiệm, các tác giả này ñã xây dựng ñược các ñường ñặc
tinh pi = f(n); pe = f(n) cho các trường hợp: lượng cung cấp nhiên liệu lớn
nhất; ñiều chỉnh ñúng cả ñộng cơ; giảm áp suất nén của xilanh; góc phun sớm

24
nhỏ; lượng cung cấp nhiên liệu nhỏ nhất. Trên cơ sở ñó, họ ñã ñưa ra một số
phương án chẩn ñoán trạng thái ñộng cơ từ các ñường ñặc tính này.
Cũng là phương pháp “ngắt xilanh” ñể chẩn ñoán công suất, nhưng các
tác giả khác ñã thực hiện việc ngắt lần lượt từng xilanh và lấy nó làm tải trọng
cho các xilanh còn lại. Việc tạo lập các dấu hiệu chẩn ñoán ñược thực hiện
theo phương pháp có mô hình trợ giúp. Phần mềm chuyên dụng ñể nghiên
cứu ñộng cơ do hãng AVL của Cộng hòa Áo sáng chế - BOOTS cho phép
chúng ta mô phỏng các quá trình hoạt ñộng của ñộng cơ với ñộ chính xác và
tin cậy cao. Phần mềm này cho phép xây dựng ñược các mô hinh ñộng cơ nhờ
sự khai báo các thông số ñầu vào và ñầu ra của ñộng cơ. Các tác giả này ñã
xây dựng ñược mô hình của một ñộng cơ cụ thể và thực hiện các phương án
thí nghiệm trên cả ñộng cơ thực và ñộng cơ mô hình ñó. Nhờ phương pháp
mô hình trợ giúp (phương pháp ñánh giá tham số và phương pháp so sánh
ñồng ñẳng) các tác giả ñã xây dựng ñược các mối quan hệ giữa ñường ñặc
tính momen với tình trạng kỹ thuật của ñộng cơ.
* Theo phương pháp gia tốc:
Theo phương pháp này, tải trọng ñược tạo ra do sự tăng tốc ñột ngột
của ñộng cơ. Quá trình “chuyển tiếp” từ tốc ñộ thấp ổn ñịnh lên tốc ñộ cao ổn
ñịnh là giai ñoạn làm việc của ñộng cơ ñược sử dụng ñể nghiên cứu, phân
tích, ñánh giá nhằm tạo lập các dấu hiệu ñể chẩn ñoán ñộng cơ. Giai ñoạn
“chuyển tiếp” là giai ñoạn chứa tương ñối nhiều thông tin về sự biến ñổi công
suất. Công suất hiệu dụng và mô men quay của ñộng cơ ñược xác ñịnh theo
giá trị gia tốc của quá trình tăng tốc tự do (tỷ lệ thuận với ñạo hàm bậc nhất
của vận tốc góc)
Khi tăng tốc trục khuỷu ñộng cơ phương trình chuyển ñộng có dạng:

dt
Jdw
= Z

p
*(M
i1
- M
m
)