Nghiên cứu cấu tạo động cơ diesel hãng Yanmar. Nguyên lý làm việc, thuật toán điều khiển và giảm sát của động cơ diesel

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đồ án tốt nghiệp này là do tôi tự hoàn thành dƣới sự
hƣớng dẫn nhiệt tình của thầy giáo Ths.Trần Tiến Lƣơng. Các số liệu, kết quả
trong đồ án là hoàn toàn xác thực.
Để hoàn thành đồ án này, tôi chỉ sử dụng các tài liệu ghi trong mục tài
liệu tham khảo, không sử dụng các tài liệu khác mà không đƣợc ghi trong phần
tài liệu tham khảo.

Sinh viên
Nguyễn Bá Hải Sơn


LỜI CÁM ƠN
Tôi xin đƣợc gửi lời cảm ơn tới tất cả các thầy giáo, cô giáo ở khoa Điện Điện tử trƣờng Đại học Hàng Hải Việt Nam đã tạo điều kiện cho tôi trong quá
trình tìm hiểu và nghiên cứu các vấn đề liên quan đến đồ án tốt nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo Ths.Trần Tiến Lƣơng, ngƣời có kinh
nghiệm giảng dạy lâu năm cùng kiến thức chuyên sâu về lĩnh vực điện tự động
hóa đã nhiệt tình hƣớng dẫn tôi trong quá trình thực hiện đồ án này.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các bạn học đã góp ý, hỗ trợ
tôi trong suốt thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp. Cuối cùng tôi xin cảm ơn đến
gia đình những ngƣời thân đã luôn bên cạnh tôi, ủng hộ, động viên tôi, tạo động
lực để tôi cố gắng hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Hải Phòng, ngày 18 tháng 5 năm 2016
Sinh viên
Nguyễn Bá Hải Sơn


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................
LỜI CÁM ƠN .........................................................................................................
MỞ ĐẦU .................................................................................................................

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG HÓA TỔ HỢP ĐỘNG CƠ DIESELMÁY PHÁT ĐIỆN ............................................................................................... 1
1.1. Khái quát chung về tổ hợp động cơ Diesel-Máy phát điện YANMAR......... 1
1.2. Cấu tạo của hệ thống động cơ Diesel Yanmar ............................................. 22
1.3. Cơ cấu hế thống phụ trợ động cơ Diesel hãng Yanmar ................................. 8
1.3.1 Hệ thống cấp dầu nhiên liệu cho động cơ Diesel ......................................... 8
1.3.2 Hệ thống dầu bôi trơn cho động cơ Diesel ................................................ 10
1.3.3 Hệ thống nƣớc làm mát cho động cơ Diesel ............................................. 11
1.3.4 Hệ thống khí nén và khí thải cho động cơ diesel ....................................... 13
1.4. Các biến cần điều khiển giám sát của động cơ Diesel Yanmar ................... 16
1.5. Phân tích hệ thống máy phát đồng bộ động cơ Yanmar .............................. 19
1.5.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy phát đồng bộ ........................... 19
1.5.2. Phân loại máy phát đồng bộ ...................................................................... 20
1.5.3. Nguyên lý điều hòa đồng bộ máy phát ..................................................... 23
CHƢƠNG 2: ĐỀ SUẤT PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM
SÁT TỔ HỢP ĐỘNG CƠ DIESEL LAI MÁY PHÁT CỦA HÃNG YANMAR
............................................................................................................................. 26
2.1. Đánh giá thiết kế nguyên bản của hãng Yanmar ......................................... 26
2.2. Hệ thống tủ điều khiển và giám sát động cơ diesel lai máy phát Yanmar... 32
2.2.1. Mạch cấp nguồn cho bộ điều khiển .......................................................... 32
2.2.2. Hệ thống tủ điều khiển và giám sát cho động cơ ...................................... 33
2.3. Mạch động lực của bơm và mạch cấp nguồn cho lƣới của máy phát .......... 37
2.4. Tủ điện cho hệ thống điều khiển giám sát động cơ diesel lai máy phát ...... 39
CHƢƠNG 3 : PHƢƠNG ÁN ĐỀ XUẤT ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT BẢO VỆ
CÁC THÔNG SỐ CHO ĐỘNG CƠ DIESEL LAI MÁY PHÁT ...................... 41


3.1. Mạch phần cứng cho điều khiển giám sát các thông số động cơ diesel ...... 41
3.2. Mạch phần mềm giám sát động cơ diesel trên plc và mô phỏng win c ....... 44
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................. 52
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 52

P&ID
FO
LO
CO

MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI
Piping and instrumentation diagram
Fuel Oil
LUBRICATING OIL
Cool Water
DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1. Đầu máy Diesel của hãng Yanmar........................................................ 1
Hình 1.2. Thông số kỹ thuật một số động cơ diesel hãng Yanmar ....................... 2
Hình 1.3. Mặt cắt ngang của động cơ diesel ......................................................... 2
Hình 1.4. Mặt cắt dọc của động cơ ....................................................................... 3
Hình 1.5.Cấu tạo mặt cắt của piston/ vòng piston ................................................ 5
Hình 1.6.Cơ cấu dây truyền .................................................................................. 6
Hình 1.7.Cơ cấu trục cam...................................................................................... 7
Hình 1.8.Cơ cấu trục cam...................................................................................... 7
Hình 1.9.Hệ thống cung cấp dầu nhiên liệu .......................................................... 8
Hình 1.10. Hệ thống dầu bôi trơn trong động cơ ................................................ 10
Hình 1.11.Hệ thống nƣớc làm mát cho động cơ diesel ....................................... 12
Hình 1.12. Hệ thống khí nạp và khí xả ............................................................... 14
Hình 1.13.Đƣờng ống khí xả ra bên ngoài .......................................................... 16
Hình 1.14.Mặt cắt máy phát xoay chiều ............................................................. 19
Hình 1.1.5.Roto máy phát đồng bộ cực ẩn chƣa đƣợc quấn dây ........................ 21
Hình 1.16.Hình dạng roto cực hiện khi đã đóng trục.......................................... 22

Hình 1.17. Stato máy phát trong quá trình thi công ............................................ 22
Hình 1.18. Hệ thống các máy phát làm việc song song với nhau ....................... 23
Hình 1.19. Hòa đồng bộ máy phát bằng phƣơng pháp đèn nối tối ..................... 24
Hình 2.1. Thuật toán khởi động động cơ diesel .................................................. 27
Hình 2.2. Xử lý lỗi động cơ khi khởi động cơ .................................................... 28
Hình 2.3. Thuật toán dừng động cơ diesel .......................................................... 30
Hình 2.4. Thuật toán giám sát các sự cố ............................................................. 31


Hình 2.5. Sơ đồ cấp nguồn cho mạch điều khiển ECSU ................................... 32
Hình 2.6. Bảng tín hiệu vào ra của tủ điều khiển hệ thống khởi động ............... 34
Hình 2.7. Phần tủ giám sát và điều khiển các thông số diesel ............................ 36
Hình 2.8. Mạch động lực của bơm dầu ............................................................... 37
Hình 2.9. Sơ đồ tổng thể disel máy phát hoạt động và cấp nguồn cho các phụ tải
............................................................................................................................. 38
Hình 2.10. Hệ thống tủ điện động cơ diesel........................................................ 40
Hình 3.1. Mạch phần cứng điều khiển hệ thống giám sát................................... 41
Hình 3.2.Hệ thống đèn và chuông báo cho hệ thống giám sát ........................... 42
Hình 3.3.Hệ thống plc và các module mở rộng .................................................. 44
Hình 3.4. Các tín hiệu đầu vào của plc ............................................................... 43
Hình 3.5. Các tín hiệu đầu ra plc......................................................................... 44
Hình 3.6. Gán bít nhớ cho Start và Stop ............................................................. 44
Hinh 3.7. Thông báo hệ thống khởi động ........................................................... 45
Hình 3.8. Khởi động lỗi ...................................................................................... 45
Hình 3.9. Lỗi các hệ thống phụ trợ ..................................................................... 46
Hình 3.10.Lỗi hệ thống phụ trợ ........................................................................... 46
Hình 3.11 Báo đèn khi xảy ra sƣ cố .................................................................... 47
Hình 3.12. Giao diện giám sát của Win CC ........................................................ 48
Hình 3.13 Hiển thị khởi động hệ thống............................................................... 48
Hình 3.14.Hiển thị lỗi khi khởi động .................................................................. 49

Hình 3.15. Màn hình giám sát hiển thị khi quá tốc độ ........................................ 49
Hình 3.16. Màn hình giám sát hiển thị khi áp suất dầu bôi trơn thấp ................ 50
Hình 3.17. Màn hình giám sát hiển thị khi xảy ra tất cả các lỗi ......................... 50
Hình 3.18. Dừng hệ thống giám sát .................................................................... 51


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Nền công nghiệp ngày càng phát triển do đó nhu cầu đòi hỏi những động cơ
có chất lƣợng tốt năng suất cao đáp ứng đƣợc nhu cầu làm việc cũng ngày một
tăng lên . Đã phát triển đƣợc một thời gian khá lâu động cơ diesel ngày càng
đƣợc sử dụng phổ biến . Do đó chúng cũng ngày một đƣợc cải tiến sao cho phù
hợp với từng nhu cầu phát triển của từng ngành công nghiệp. Động cơ diesel lai
máy phát hiện nay luôn là một phần không thể thiếu cho hoạt động ở các khu
công nghiệp , trên hệ thống tàu thủy cũng nhƣ các hộ gia đình
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu cấu tạo , nguyên lý làm việc của hệ thống động cơ diesel lai
máy phát của hãng Yanmar. Phát triển thuật toán giám sát bảo vệ các thông số
động cơ diesel
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
a) Đối tƣợng nghiên cứu
Nghiên cứu cấu tạo động cơ diesel hãng Yanmar. Nguyên lý làm việc, thuật
toán điều khiển và giảm sát của động cơ diesel
b) Phạm vi nghiên cứu
Đồ án tốt nghiệp này giới hạn nghiên cứu, thiết kế diesel của hãng Yanmar.
Gồm máy chính và các phần phụ trợ
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Nghiên cứu cấu tạo , nguyên lý hoạt động , các thuật toán điều khiển của hệ
thống động cơ diesel lai máy phát hãng Yanmar .
Từ đó hiểu và phát triển thuật toán giám sát cho động cơ diesel

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
a) Ý nghĩa khoa học của đề tài
Nắm đƣợc nguyên lý hoạt động của hệ thống để giảm thiểu tối đa rủi ro
trong quá trình vận hành hệ thống, nâng cao tính ổn định, bền vững của hệ thống
động cơ diesel lai máy phát .
i


b) Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Giúp hiểu nắm rõ đƣợc cấu tạo nguyên lý hoạt động của hệ thống động cơ
diesel lai máy phát .
Hiểu đƣợc nguyên lý làm việc của các thuật toán điều khiển giám sát hệ
thống động cơ diesel lai máy phát của Yanmar

ii


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG HÓA TỔ HỢP ĐỘNG CƠ
DIESEL-MÁY PHÁT ĐIỆN
1.1. Khái quát chung về tổ hợp động cơ Diesel-Máy phát điện
YANMAR
“Yanmanr là công ty về chế tạo động cơ đƣợc thành lập từ năm 1912 ở
Nhật và kể từ khi phát triển động cơ diesel công suất nhỏ thƣơng mại đầu tiên
của thế giới vào năm 1933 đến nay, động cơ Diesel luôn là mặt hãng kinh doanh
chủ yếu của hãng Yanmar. Yanmar luôn dựa theo sự hợp lý hóa và sự điện đại
hóa của sản phẩm là công cụ quan trọng để mang lại cho thế giới những động cơ
có tính kinh tế và hiệu quả cao. Dịch vụ bảo hành, bảo trì thƣờng xuyên, dịch vụ
sửa chữa, các phụ tùng chính của hãng Yanmar luôn có mặt trong hệ thống
mạng lƣới nhà phân phối và đại lý của Yanmar”[6].

Hình 1.1. Đầu máy Diesel của hãng Yanmar
Với những ƣu điểm vốn có động cơ diesel của hãng Yanmar đƣợc sử dụng
khá rộng rãi và phổ biến. Yanmar sản xuất động cơ dùng cho máy phát với hai
serie tần số chính là 50Hz và 60 Hz. Với mỗi tần số hoạt động Yanmar luôn cho
thấy sự phong phú của mình về các loại động cơ từ những động cơ công suất
nhỏ 6 đến 7 KW cho đến những động cơ cỡ lớn dùng cho hệ thống tàu thủy,
công nghiệp nặng lên đến hàng chục KW Ngoài ra , để phục nhu cầu lớn của xã
hội động cơ diesel hãng Yanmar cũng nhiều chủng loại từ động cơ 2 kỳ, 4 kỳ
đến 6 kỳ. Dƣới đây là hình ảnh về thông số một số động cơ diesel lai máy phát
hãng Yanmar sử dụng ở tần số 50Hz.

1


1.2. Cấu tạo của hệ thống động cơ Diesel Yanmar

Hình 1.3. Mặt cắt ngang của động cơ diesel
1- Vòi phun nhiên liệu/ van phun nhiên liệu ; 2- Áo bảo vệ xy lanh ; 3- Trụ
nhiên liệu ; 4- Đầu vào van ; 5- Bơm phun nhiên liệu ; 6- Đầu vào HFO ; 7- Võ
ống để nhiên liệu ; 8- Ống bảo vệ máng trục cam ; 9- Cơ cấu truyền động van;
10- Trục cam ; 11- Thanh truyền ; 12- Trục cam / bánh đà ; 13- Đƣờng ống dầu;
14 – Bình hứng dầu

2


Hình 1.4. Mặt cắt dọc của động cơ
15- Vỏ bọc động cơ; 16- Lớp bảo vệ của vỏ bọc động cơ; 17- Ống nƣớc
làm mát ; 18- Piston làm việc; 19- Miếng lót đệm của xy lanh; 20- Ống xả; 21Vỏ bọc cho ống xả; 22- Bảo vệ xy lanh đầu vào van; 23- Piston hoạt động / vòng
găng của piston ; 24- Bộ làm mát khí xả; 25- Van lọc nhiên liệu; 26,27- Thiết bị

đóng cắt quá tốc độ; 28- Bơm phân phối nhiên liệu; 29- Miếng lót xy lanh; 303


Dầu bôi trơn; 31- Trục khuỷu bánh đà; 32- Bộ phận giảm rung / trục bánh răng;
33- Vòng bi; 34- Truyền động trục cam; 35- Trục cam; 36,37,38- Bộ điều tiết
chuyển động; 39- Phần tử điều khiển khí nén; 40 – Bơm nhiên liệu phụ; 42- Ống
áp suất nhiên liệu.
Mỗi chu kỳ làm việc của động cơ diesel gồm 4 hành trình chính là: nap,
nén, cháy, nổ, thải để thực hiện đƣợc một lần sinh công. Nhƣ vậy pistong của
động cơ sẽ phải di chuyển bốn lần lên xuống với 2 vòng quay của trục khuỷu là
từ 0° đến 720° . Các kỳ có thể đƣợc miêu tả nhƣ sau:
 Kỳ nạp ( kỳ hút ): xupap xả, xupap nạp đóng, piston sẽ di chuyển từ ĐCT
xuống ĐCD. Hỗn hợp không khí theo đƣờng ống qua xupap hút sẽ đƣợc bơm
đầy vào xylanh động cơ.
 Kỳ nén: Ờ kỳ này thì cả hai xupap xả và hút đều đóng, piston sẽ di chuyển
từ ĐCD lên ĐCT để nén không khí. Khi đến gần ĐCT không khí sẽ đƣợc nén lại
với nhiệt độ và áp suất cao.
 Kỳ nổ : Khi piston gần đến ĐCT thì pugi sẽ phun nhiên liệu vào xylanh
đang chứa hỗn hợp không ở nhiệt độ và áp suất cao. Đốt cháy hỗn hợp nhiên
liệu không khí . Sinh ra công đẩy piston xuống ĐCD.
 Kỳ xả: Sau khi di chuyển xuống ĐCD ở kỳ nổ piston theo quán tính sẽ di
chyển lên ĐCT do đó sẽ đẩy hỗn hợp nhiên liệu không khí cháy bên trong ra qua
xupap xả. Lúc này xupap xả mở, xupap nạp đóng. Toàn bộ khí thải sẽ đƣợc đẩy
ra bên ngoài theo đƣờng ống
- Cấu tạo piston: Piston có thiết kế hợp với mép gang ( grafit ) cầu và vành
thép. Mép piston đƣợc bôi trơn áp lực, đảm bảo lƣu lƣợng dầu đƣợc kiểm soát
tốt cho ống lót xilanh trong suốt chế độ làm việc. Dầu đƣợc cung cấp qua một
thanh nối với không gian làm mát của piston. Việc làm mát piston hoạt động
theo nguyên lý cocktail shaker. Các rãnh vòng piston ở đầu piston đƣợc làm
cứng để chịu mài mòn tốt hơn.

4


Hình 1.5. Cấu tạo mặt cắt của piston/ vòng piston
A- Đinh vít; B- Đinh chốt đàn hồi; E- Măng xông; F,G- Vòng mở; H- Phần
thân dƣới piston; I- Phần nắp piston; K- Vòng côn nén mặt; L- Vòng nạo dầu;
M,O– Vòng piston.
- Vòng Piston: Cấu trúc vòng piston bao gồm hai vòng nén và phù hợp với
vòng cạp dầu. Tất cả vòng đều đƣợc mạ crôm và nằm trên vành piston
- Miếng lót xy lanh: Các lớp lót xilanh đƣợc đúc từ hợp kim gang xám đặc
biệt với sức chống chịu tốt và độ bền cao. Chúng là loại thấm nƣớc và đƣợc thiết
kế sao cho khớp với khuôn của động cơ.

5


Hình 1.6. Cơ cấu thanh truyền
1- Cán cho thanh truyền; 5- Stud, 6- Đai ốc; 7- Đinh chốt; 8- Ổ trục trên
thanh truyền; 9- Ổ đỡ tay quay
- Cơ cấu trục cam bánh đà: Trục cam có vai trò quyết định đến chất lƣợng
cháy và hiệu suất động cơ. Trục cam gắn liền với nhiệm vụ “nạp đầy thải sạch “
của cơ cấu phối khí. Nhờ sực tác động linh hoạt của quá trình đóng mở của
xupap diễn ra theo một cách hoàn hảo.

6


Hình 1.7.Cơ cấu trục cam
5,7,8,9 - Trục cam; 6- Bộ vít 6 cạnh; A,B,C- Bánh đà; D-Vành bánh động

cơ quay theo chiều kim đồng hồ; E- Vành bánh động cơ quay theo chiều ngƣợc
chiều kim đồng hồ; I- Khớp nối bu lông, K- Đinh ốc 6 cạnh; M- Đinh ốc đàn
hồi; N,O- Bánh răng 2 phần.
Trục cam có vai trò quyết định đến chất lƣợng cháy và hiệu suất động cơ.
Trục cam gắn liền với nhiệm vụ “nạp đầy thải sạch “ của cơ cấu phối khí. Nhờ
sực tác động linh hoạt của quá trình đóng mở của xupap diễn ra. Trục cam gồm
ba phần chính các vấu cam nạp , vấu cam xả , cổ trục. Các vấu cam trên trục
cam thƣờng đƣợc bố trí phù hợp với thứ tự làm việc của các xy lanh. Thông
thƣờng trục cam có biên dang đối xứng. Chiều cao vấu cam quyết định đến độ
mở của xupap. Các cam thƣờng có biên dạng thông dụng nhƣ cam lồi cung tròn,
parapol…

Hình 1.8.Cơ cấu trục cam
7


Vấu cam có thể chế tạo liền với trục cam. Đối với những động cơ tốc độ
thấp vấu cam có thể làm rời sau đó lắp lên trục. Khi chế tạo vấu cam rời thì trục
cam thƣờng làm bằng thép. Khi chế tạo trục cam và vấu cam liền khối thì có thể
đƣợc dập bằng thép hoặc đúng bằng gang chuyên dụng.
1.3. Cơ cấu hế thống phụ trợ động cơ Diesel hãng Yanmar
1.3.1. Hệ thống cấp dầu nhiên liệu cho động cơ Diesel
Hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ diesel có chức năng cung cấp
nhiên liệu từ thùng chứa vào bên trong buồng đốt của động cơ hoặc hòa trộn với
không khí trƣớc khi vào trong xylanh động cơ thực hiện việc chuyển hóa năng
lƣợng từ hóa năng sang cơ năng khi động cơ hoạt động.

Hình 1.9. Hệ thống cung cấp dầu nhiên liệu
8

Trong đó: No.1 Cyl – Xy lanh; F.O. Inlet – Đầu vào dầu nhiên liệu;
F.O.Outlet – Đầu ra dầu nhiên liệu; F.O. Strainer – thanh lọc dầu nhiên liệu;
Seal Pot – Thùng kín; FS – Bộ đo mức; Injection pump – Máy bơm cao áp;
Drain - Ống dẫn; Drain pot – bình chứa cạn dầu; Plug – Nút xả; Injection valve
– Van cao áp; T- Nhiệt kế.
Nguyên lý hoạt động: Dầu nhiên liệu từ đầu vào inlet qua van kiểm tra áp
suất đi qua hệ thống van điều tiết có màng lọc cho dầu đi vào đƣờng ống dẫn
dầu chính cho cơ chế hoạt động của xy lanh. Trên đƣờng ống này sẽ có máy đo
áp suất và cảm biến pt đo áp suất cho dầu nhiên liệu cấp cho xylanh ở đây hệ
thống gồm 6 xylanh. Để đi vào quá trình vận hành trong xylanh tiếp tục có thêm
các bơm cao áp và các van cao áp để làm tăng hiệu quả trong quá trình nén khi
trong xylanh . Ở xy lanh chúng ta có thể thấy có hai đƣờng ống thải dầu nhiên
liệu gồm có dầu nhiên liệu thải hồi sau khi không dùng hết trong quá trình nén
và dầu bị rò rỉ trong quá trình vận hành. Các cạn dầu sau khi đƣợc lọt sẽ đƣợc
đến bình chứa. Còn lại sẽ đƣợc đƣa ra ngoài theo đƣờng outlet f.o .
Trên hệ thống này ta đặt các cảm biến Pt đo áp suất trên đƣờng ống chính
dẫn vào xylanh . Ngoài ra còn có các đồng hô đo áp suất trực tiếp tại chỗ. Cảm
biến này sẽ đƣa tín hiệu về để điều khiển và giám sát quá trình vận hành của
động cơ. Ngoài ra trên đƣờng ống dẫn dầu chính còn có cảm biến đo nhiệt độ
dầu đầu vào.
Cảm biến áp suất dùng cho hệ thống này có ngƣỡng từ: 0 đến 2.0 MPa.
Hoạt động bình thƣờng ở 0.4 đến 0.45 MPa. Cảm biến sẽ tác động đến nút bấm
báo động của động hồ khi áp suất nhỏ hơn hoặc bằng 0.02 MPa. Cảm biến nhiệt
độ cho dầu nhiện liệu hoạt có giải hoạt động từ 0℃ đến 200℃. Hoạt động bình
thƣờng ở 130℃ đến 140℃. Nó sẽ thông báo đến đồng hộ báo khi độ nhớt của
dầu cao hơn hoặc bằng 17cSt ( 1cst = 1𝑚𝑚2 /𝑠 ).

9

1.3.2. Hệ thống dầu bôi trơn cho động cơ diesel hãng Yanmar

Hình 1.10. Hệ thống dầu bôi trơn trong động cơ
Main bearing - Ống lót ổ trục; Rocker arm – Cỏ mổ trục chính; Main
Gallery – Đƣờng ống chính; Lub.Oil cooler – Hệ thống dầu bôi trơn đƣợc làm
mát; L.o auto filter – Lƣới lọc dầu bôi trơn; LB – Cảm biến nhiệt điện trở; Tnhiệt kế; P – Máy đo áp suất; PS – Công tắc áp suất; PT – Cảm biến áp suất;
Common bed incorporated sump tank – Bể góp chung; Governor – Bộ điều tiết;
Turbo charger – tua bin tăng áp; L.O inlet – Đầu vào dầu bôi trơn; L.O outlet –
Đầu ra dầu bôi trơn.
Nguyên lý hoạt động: Dầu bôi trơn theo đƣờng ống vào inlet sẽ đƣợc đƣa
vào hệ thống bể góp chung. Sau đó qua tấm màng lọc xốp đƣợc đƣa đến máy

10


bơm . Ở đây gồm có hai đƣờng vào bên trong động cơ. Giúp tăng áp suất cho hệ
thống dồng bôi trơn. Sau khi cả hai đƣờng dầu góp chung để đạt áp suất hoạt
động sẽ đi qua hệ thống làm mát. Ở đây có đặt cảm biến nhiệt độ để đo nhiệt độ
dầu làm mát đầu vào. Sau đó chúng lại đƣợc đƣa qua màng lọc tự động ở đây
cũng đặt các máy đo áp suất và các nút tác động của cảm biến đo áp suất. Tất cả
những cặn dầu sẽ đƣợc chuyển ra ngoài qua đƣờng ống đặt ở dƣới màng lọc sau
đó chúng đƣợc chuyển đến bộ lọc ly tâm trở về bể góp chung. Dầu sau khi đƣợc
lọt ở màng lọc auto filter sẽ đƣợc chuyển đến đƣờng ống chính. Ở đây sẽ lại có
một cảm biến đo nhiệt điện trở. Đƣờng ống chính này sẽ đƣa dầu làm mát tới
các chi tiết máy, các xylanh từ 1 đến 6, các trục cảm, cỏ mổ. Trong đây đặt các
tua bin tăng áp cũng nhƣ máy bơm tăng áp để tăng cao tính hiệu quả của dầu bôi
trơn tránh tình trạng bị ứ đọng dầu trong hệ thống. Sau khi bôi trơn chúng sẽ lại
đƣợc chuyển về bể góp chúng. Vòng tuần hoàn cứ nhƣ thế tiếp tục đến một số
lần nhất định. Dầu bôi trơn đã qua sử dụng sẽ lại đƣợc thay ra qua đƣờng outlet.

Cảm biến áp suất Pt ở đƣờng ống dầu bôi trơn chính có dải hoạt động từ 0
đến 1 Mpa. Hoạt động bình thƣờng từ 0.4 đến 0.45 Mpa. Cảm biến sẽ báo động
khi áp suất nhỏ hơn hoặc bằng 0.35 Mpa. Nút báo động trên máy đo áp suất sẽ
hoạt động khi đồng hồ báo áp suất không bình thƣờng nhỏ hơn 0.02 Mpa. Cảm
biến nhiệt đo dầu bôi trơn đầu vào có dải hoạt động từ 0℃ đến 100℃, hoạt động
bình thƣờng 55℃ đến 70℃. Cảm biến pt sẽ báo khi đồng hồ chỉ lớn hơn hoặc
bằng 75℃.
1.3.3. Hệ thống nƣớc làm mát cho động cơ Diesel hãng Yanmar
Hệ thống làm mát trong động cơ diesel có nhiệm vụ vô cùng quan trọng
trong việc vận hành động cơ. Ngoài nhiệm vụ chính là làm mát động cơ hệ
thống còn có nhiệm vụ rút ngắn thời gian làm ấm máy giúp động cơ dần ổn
định vào chế độ làm việc nhanh hơn khi khởi động.
Dƣới đây là hệ thống làm mát của hãng Yanmar.

11


Hình 1.11. Hệ thống nƣớc làm mát cho động cơ diesel
Hot water inlet and outlet – Đƣờng ống nƣớc làm mát vào ra; RB- Chuông
báo động; RB – Van điều tiết 2 cấp nhiệt độ Lub oil cooler – Dầu làm mát; Air
cooler – Không khí làm mát; Inlet from central pump – bơm trung tâm đầu vào;
Outlet from central pump – Bơm trung tâm đầu ra; High tem f.w pump – Bơm
nhiệt độ cao; P – nút báo động của đồng hồ đo áp suất; Pt – Cảm biến đo áp suất
.
Nguyên lý hoạt động: Nƣớc làm mát đƣợc bơm chính đƣa qua đầu vào inlet
Nƣớc sẽ đƣợc chia ra làm 2 nhánh một nhánh đi qua hệ thống làm mát không
khí. Ở đây sẽ đặt các cảm biến nhiệt đo nhiệt độ của nƣớc trƣớc khi vào hệ
thống làm mát . Sau khi đƣợc làm mát. Nƣớc làm mát này sẽ làm mát cho dầu
bôi trơn sau đó sẽ đƣợc vẩn chuyển ra ngoài . Ở trên đƣờng ống này sau khi vào
12

làm mát cho dầu bôi trơn chúng sẽ đƣợc giám sát bởi các cảm biến đo nhiệt độ
và đo áp suất trƣớc khi đƣợc đƣa ra ngoài. Đƣờng ống thứ hai nƣớc làm mát sẽ
đi qua bơm nhiệt độ cao đƣa tới làm mát các xylanh các hệ thống làm việc. Trên
đƣờng ống này cũng đặt các cảm biến nhiệt trƣớc và sau khi đƣợc làm mát. Sau
đó đƣợc vận chuyển theo đƣờng ống tuần hoàn trở về đƣờng ống nƣớc làm mát
đầu vào. Trên đƣờng ống vận chuyển ra đƣờng ống nƣớc có đặt cảm biến đo
nhiệt độ của hệ thống nƣớc sau khi làm mát các động cơ. Nƣớc sau khi làm mát
các hệ thống động cơ ở nhiệt độ cao bay hơi sẽ đƣợc đƣa ra ngoài theo các
đƣờng ống thông khí air vent hoặc đƣờng outlet. Vòng tuần hoàn cứ nhƣ thế tiếp
tục khi động cơ hoạt động. Trong hệ thống này ta sử dụng 2 cảm biến đo áp suất,
sáu nhiệt kế, một cảm biến đo nhiệt kiểu pt và một kiểu nhiệt điện trở.
Cảm biến áp suất đo nƣớc trên đƣờng ống sau khi làm mát hoạt động trong
dải từ 0 đến 0.6 Mpa. Thiệt bị cảm biến sẽ báo khi đồng hồ chỉ nhỏ hơn hoặc
bằng 0.13 Mpa. Cảm biến đo nhiệt độ nƣớc làm mát ở đâu vào có dải làm việc
từ 0℃ đến 100℃ và cảm biến đặt ở độ vào chỉ để hiển thị thông số cho đồng hộ.
Cảm biến nhiệt đặt ở đầu ra có dải nhiệt độ từ 0℃ đến 200℃ hoạt. Khi đồng hồ
chỉ nhiệt độ nƣớc làm mát đầu ra lớn hơn hoặc bằng 95℃ sẽ có tín hiệu báo
động.
1.3.4. Hệ thống khí nén và khí thải cho động cơ diesel
Khí nén đƣợc sử dụng để khởi động động cơ và để cung cấp năng lƣợng
khởi động cho sự an toàn và kiểm soát thiết bị. Việc sử dụng khí khởi động cho
các mục đích khác nhau bị hạn chế bởi các quy định phân loại.
Để đảm bảo các chức năng của các thành phần trong hệ thống khí nén,
không khí nén phải không có dính tạp chất từ các hạt rắn và dầu

13

Hình 1.12. Hệ thống khí nạp và khí xả
Trong đó: From main air reservoir – Khí tự nhiên; Drain pot – Bình chứa
khí;
Starting air inlet – Khí vào cho sự khởi động; Air motor for starting – Động
cơ khí khởi động; Starting magnet valve with manual control valve – Van nam
châm kết hợp van tay; Control air treated by drier – Không khí đã đƣợc xử lý
bằng máy sấy; Air piston for cw temp.control – Van khí điều khiển nhiệt độ;
Mist gas outlet – Đầu ra của khí thải; Air cooler – Bộ phận làm mát khí; Turbo
charger – Máy nạp tua bin; Exhaust gas outlet - Tua bin chạy bằng khí xả
Nguyên lý hoạt động : Trong sơ đồ trên bao gồm hai hệ thống làm việc

14


song song nhƣng có liên quan đến nhau. Đầu tiên chúng ta sẽ nghiên cứu
nguyên lý làm việc của hệ thống khí nạp. Khí từ tự nhiên sẽ đƣợc chuyển qua
bình chứ khí bắt đầu vào đi qua đƣờng ống khí inlet. Chúng sẽ đƣợc đƣa qua
màng lọc khí . Sau đó đi qua van áp suất cao để đƣa khí từ 3Mpa xuống 1 Mpa.
Trên đƣờng ống khí khởi động này có cảm biến đo áp suất pt và máy đo áp suất
p. Sau khi đi qua 2 thiết bị đo này chúng sẽ đƣa vào động cơ. Động cơ bắt đầu
quá trình khởi động.
Quá trình thứ hai là quá trình xử lý khí xả: Khí từ các xỷ lanh đƣợc đẩy ra
sau quá trình nén. Sẽ đƣợc đƣợc đƣa ra theo các đƣờng ống dẫn khí dẫn đến bộ
turbo tăng áp đặt trong động cơ. Khí xả ra sẽ dẫn động làm turbo hoạt động một
cách cƣỡng bực. Dẫn động đến động cơ nén khí đầu vào làm cho khí nén đầu
vào. Do đó nó sẽ giúp quá trình nén khí vào quá trình nạp một cách hiệu quả hơn
mà không phải nắp thêm động cơ gì. Tăng hiệu suất hoạt động của xy lanh trong
mỗi chu kỳ và sinh ra nhiều công hơn. Lƣợng khí xả sau khi qua turbo quay sẽ
đƣợc chuyển về bộ làm mát khí qua các màng lọc trƣớc khi đƣợc đƣa ra theo
đƣờng ống xả ra ngoài.

Trong quá trình nạp chúng ta sử dụng cảm biến pt đo áp suất có các thông
số nhƣ sau: cảm biến này có dải đo từ 0 đến 1,6 Mpa. Sẽ báo động khí đồng hồ
chỉ áp nhỏ hơn 0.8 Mpa. Còn máy đo áp suất có dải làm việc từ 0 đến 2.5 Mpa
hoạt động bình thƣờng ở 1Mpa. Khí đầu vào dùng để điều khiển sẽ lắp máy đo
áp suất có dải hoạt động từ 0.7 đến 1 Mpa. Nút báo động sẽ hoạt động khi thiết
bị báo động chỉ nhỏ hơn 0.6 Mpa . Trong hệ thống này ta sử dụng 2 cảm biến đo
áp suất.
Ở đây ta có sensor pt đo nhiệt độ khí xả vào turbo hoạt động trong dải từ 0
đến 700℃. Sensor sẽ báo tín hiệu báo động khi nhiệt độ khí từ xylanh ra trên
500℃. Trong hệ thống này ta sử dụng 2 cảm biến đo áp suất. Một cảm biến đo
nhiệt kiểu pt và 8 cảm biến nhiệt điện trở.

15


Hình 1.13. Đƣờng ống khí xả ra bên ngoài
1- Máy Diesel; 2- Ống thổi khí thải; 3- Kết nối để đo áp lực trở lại; 4Miếng chuyển tiếp; 5- Xả với bộ thu hồi nƣớc ( luôn mở ); 6- đáy; 7- SCR; 8Đơn vị tiêm ure; 9- Yếu tố giảm thanh.
Đƣờng ống khí xả ra bên ngoài có nhiệm vụ làm giảm tiếng ổn từ động cơ,
giảm hàm lƣợng các chất khí độc hại xả bên ngoài. Giúp cho động cơ xả đƣợc
khí trong quá trình nổ ở động cơ diesel ra ngoài để tiếp tục cho các chu kỳ hoạt
động tiếp theo.
1.4. Các biến cần điều khiển giám sát của động cơ Diesel Yanmar
Nhiệm vụ giám sát và điều khiên các thông số của động cơ Diesel là hết
sức cần thiết. Nó sẽ giúp giảm thiểu tối đa các sự cố, đảm bảo an toàn cho cả
ngƣời và thiết bị vận hành trong quá trình hoạt động.
- Thông số nhiệt độ nƣớc làm mát của động cơ diesel: Tùy với từng công
suất động cơ diesel cụ thể mà nhiệt độ nƣớc làm mát dao động trong khoảng báo
động là từ ( 80 C đến 90 C). Hệ thống làm mát trong động cơ diesel có nhiệm
vụ vô cùng quan trọng trong việc vận hành động cơ. Ngoài nhiệm vụ chính là
làm mát động cơ hệ thống còn có nhiệm vụ rút ngắn thời gian làm ấm máy giúp

động cơ dần ổn định vào chế độ làm việc nhanh hơn khi khởi động. Bên canh đó

16


chúng ta cũng phải làm mát dầu bôi trơn. Trong quá trình làm việc của động cơ
nhiệt độ dầu bôi trơn tăng lên rất nhiều do dầu bôi trơn phải làm mát các trục,
phải tiếp xúc với các chi tiết có nhiệt độ cao nhƣ cò mồi, đuôi xupap pit tông. Vì
vậy nhiệm vụ làm mát dầu bôi trơn cũng vô cùng quan trọng. Đƣờng dầu bôi
trơn sẽ đƣợc khoan song song với đƣờng nƣớc làm mát động cơ. Khi đó nƣớc
làm mát động cơ sẽ đồng thời làm mát luôn cả dầu bôi trơn tạo thành một hệ
thống tuần hoàn khép kín.
- Thông số về mức dầu nhiên liệu:
Dầu nhiên liệu là dầu cung cấp trực tiếp cho quá trình vận hành của động
cơ diesel. Nó phải luôn đƣợc đảm bảo có sẵn trong bình chứa khi động cơ đang
hoạt động. Dầu nhiên liệu là tác nhân trực tiếp tham gia quá trình hoạt động của
piston không có nó thì động cơ sẽ không hoạt động đƣợc. Khi động cơ đang hoạt
động mà dầu nhiên liệu hết mà không đƣợc cung cấp kịp thời sẽ gây mất an toàn
ảnh hƣởng đến tuổi thọ của động cơ. Điều quan trong là nó sẽ ảnh hƣởng rất lớn
đến toàn bộ hệ thống truyền tải điện trên tàu. Gây ra những sự cô vô cùng
- Thông số về dầu bôi trơn trong hệ thống:
Trên bề mặt ma sát, trong quá trình làm việc thƣờng có các vẩy rắn tróc ra khỏi
bề mặt. Dầu bôi trơn sẽ cuốn trôi các vảy tróc sau đó đƣợc giữ lại ở các phần tử
lọc của hệ thống bôi trơn, tránh cho bề mặt làm việc bị cào xƣớc. Vì vậy, khi
động cơ chạy rà sau khi lắp ráp, sửa chữa, khi đó còn rất nhiệu mạt kim loại còn
sót lại trong quá trình lắp ráp và nhiều vẩy rắn bị tróc ra khi chạy rà, do vậy phải
dùng dầu bôi trơn có độ nhớt nhỏ để tăng khả năng rửa trôi các mạt bẩn trên bề
mặt.
Dầu bôi trơn có nhiệm vụ làm cho chuyển động của các bộ phận đƣợc ổn
định hơn giảm tối thiệu sự ma sát tạo ra nhiệt giữa các chi tiết máy. Hạn chế

tiếng ồn trong quá trình hoạt động. Ngoài ra dầu bôi trơn còn làm mát các chi
tiết máy nhƣ trục khuỷu, các đai ốc vít… Và sự ô xi hóa trên bề mặt của các chi
tiết.
Hệ thống dầu bôi trơn sẽ giúp cho quá trình hoạt động của động cơ diesel
17