Chẩn đoán kỹ thuật động cơ bằng phương pháp ferrograph khi phân tích dầu bôi trơn

.

.
.

..

.
. .

.
. .

.

.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐỖ MẠNH TƯỜNG

CHẨN ĐOÁN KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ BẰNG
PHƯƠNG PHÁP FERROGRAPH KHI PHÂN TÍCH
DẦU BƠI TRƠN

Chun ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
GS.TS. PHẠM MINH TUẤN

HÀ NỘI - 2014


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các kết quả nghiên cứu trong luận văn
này là của riêng tơi và hồn tồn trung thực cũng như chưa
từng được cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác!
Hà Nội, tháng 03 năm 2014
Học viên

Đỗ Mạnh Tường


LỜI CẢM ƠN
Với tư cách là tác giả của bản luận văn này, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến
GS. TS Phạm Minh Tuấn, người đã tạo điều kiện và hướng dẫn, góp ý hữu ích về mặt
chun mơn để tơi hồn thành bản luận văn này.
Đồng thời tôi cũng xin trân trọng cảm ơn các thầy cô trong bộ mơn Động cơ đốt
trong – Viện Cơ khí Động lực, Viện Đào tạo Sau đại học đã giúp đỡ về cơ sở vật chất
trong suốt thời gian tôi học tập và làm luận văn.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình và bạn bè, những
người đã động viên và chia sẻ với tôi rất nhiều trong suốt thời gian tôi học tập và làm
luận văn.
Học viên

Đỗ Mạnh Tường


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN

1

LỜI CẢM ƠN

2

MỞ ĐẦU

1

CHƯƠNG 1

4

TỔNG QUAN VỀ CHẨN ĐOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

4

1.1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CHẨN ĐOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

4

1.1.1 Vấn đề chung của chẩn đoán động cơ đốt trong

4

1.1.2 Chẩn đoán động cơ trên cơ sở mơ hình trợ giúp

5

1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGỒI NƯƠC

12

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

12

1.2.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước

13

CHƯƠNG 2

16

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MÒN CÁC CHI TIẾT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG VÀ
PHÂN TÍCH DẦU BƠI TRƠN TRONG CHẨN ĐỐN MỊN

16

2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CHẨN ĐỐN MỊN CỦA ĐỘNG CƠ

16

2.1.1 Phương trình giữa nồng độ hạt mài trong dầu và tốc độ mịn khi khơng tính đến hiệu quả
lọc

16

2.1.2 Phương trình giữa nồng độ hạt mài và tốc độ mịn bề mặt ma sát có tính đến hiệu quả lọc23
2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HƯ HỎNG DO MÒN CỦA VẬT LIỆU

27

2.2.1 Thông số cơ bản của vật liệu ma sát

27

2.2.2 Vật liệu cặp ma sát

28

2.2.3 Tập hợp tải ma sát

29

2.2.4 Điều kiện tiếp xúc

29

2.3 QUY LUẬT MÒN CỦA CÁC CHI TIẾT MA SÁT TRONG ĐỘNG CƠ

32

2.3.1 Các dạng hao mòn và hư hỏng của bề mặt ma sát

32

2.3.2 Quy luật mòn của các chi tiết ma sát trong động cơ

32

2.4 DẦU BƠI TRƠN ĐỘNG CƠ

35

2.4.1 Thành phần hố học và phân đoạn dầu mỏ

35

2.4.2 Thành phần của dầu bôi trơn

36

2.4.3 Biến chất dầu bôi trơn động cơ Điezen

37


2.5 CÁC TÍNH CHẤT LÝ - HỐ DẦU BƠI TRƠN ĐỘNG CƠ DÙNG CHUẨN
ĐOÁN

39

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ PHỤC VỤ CHẨN ĐỐN ĐỘNG
CƠ QUA PHÂN TÍCH CÁC HẠT MÀI MỊN TRONG DẦU BƠI TRƠN

45

3.1 PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ ĐỂ XÁC ĐỊNH KHỐI
LƯỢNG CÁC HẠT MÀI MỊN TRONG DẦU BƠI TRƠN

45

3.1.1 Sự xuất hiện của phổ hấp thụ nguyên tử

45

3.1.2 Nguyên tắc của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)

46

3.1.3 Kỹ thuật nguyên tử hoá mẫu

46

3.1.4 Trang bị của phép đo AAS

47

3.2 PHƯƠNG PHÁP TÁCH HẠT MÀI MỊN TRONG DẦU BƠI TRƠN

48

3.2.1 Phương pháp tách các hạt mài mịn kim loại trong dầu bơi trơn

49

3.2.1.1 Đặc tính kỹ thuật của máy Ferrograph

49

3.2.1.2 Đặc tính kỹ thuật của Ferroscope TFX-X1

50

3.2.1.3 Sự phân bố các hạt mài mòn trên Ferrogram

51

3.2.2 Kỹ thuật lấy mẫu dầu

52

3.2.3 Chuẩn bị và pha loãng mẫu

53

3.2.4 Kỹ thuật Ferrograph

53

3.2.5 Đọc các Ferrogram

55

3.2.6 Xử lý nhiệt các Ferrogram

56

3.3 CÁC HẠT MÀI MÒN VÀ NGUỒN GỐC CỦA CHÚNG

58

3.3.1 Hình thái các dạng mài mòn chủ yếu và các hạt mài mòn tương ứng từ các chi tiết chịu
ma sát trong động cơ Điezen

58

3.3.2 Các kim loại tách ra từ các chi tiết động cơ

63

3.4 CHẨN ĐOÁN ĐỘNG CƠ ĐIEZEN 3408 LẮP TRÊN XE CAT 769C

72

3.4.1.Các thông số về dầu dùng để chạy chẩn đốn trên động cơ 3408

72

3.4.2 Hệ thống bơi trơn động cơ 3408

73

3.4.2.1 Sơ đồ đường dầu bôi trơn từ các te dầu đến đường dầu chính

73

3.4.2.2 Sơ đồ đường dầu bơi trơn bên trong động cơ điezen 3408

74

3.4.3 Chẩn đốn động cơ bằng phương pháp kiểm tra lấy mẫu định kỳ

75

3.4.4 Ví dụ chẩn đốn động cơ xe CAT 769C

78

KẾT LUẬN

85


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1. 1: Phương pháp nhận biết lỗi trên cơ sở mơ hình trợ giúp

6

Hình 1. 2: Quan hệ hư hỏng- Triệu chứng theo ý nghĩa vật lý và khi chẩn đốn

7

Hình 2. 1: Đồ thị ảnh hưởng của nồng độ hạt mài theo thời gian

17

Hình 2. 2: Đường cong thay đổi nồng độ hạt mài mịn

19

Hình 2. 3: Những thơng số quan trọng của hệ thống ma sát

27

Hình 2. 4: Cấu tạo khu vực bề mặt kim loại

28

Hình 2. 5: Các dạng cơ bản của tải ma sát

29

Hình 2. 6: Các loại ma sát động cơ bản

30

Hình 2. 7: Đồ thị phụ thuộc của lượng mịn U vào thời gian

34

Hình 2. 8: Sơ đồ đơn giản của quá trình biến chất dầu động cơ

38

Hình 2. 9: Nhớt kế chảy ngược

42

Hình 2. 10: Dụng cụ đo nhiệt độ chớp cháy cốc hở

43

Hình 3. 1: Thể hiện mẫu lắng đọng trên Ferrogram

50

Hình 3. 2: Máy phân tích Ferrograph Hình 3. 3: Ferroscope

51

Hình 3. 4: Sự phân bố các hạt mài trên Ferrogram

51

Hình 3. 5: Đường truyền ánh sáng trong kính hiển vi lưỡng sắc

54

Hình 3. 6: Phương pháp đọc Ferrogram

55

Hình 3. 7: Giao thoa của ánh sáng trên bề mặt hợp kim

56

Hình 3. 8: Cơ chế tạo thành hạt mài hình cầu

60

Hình 3. 9: Hạt mài hình cầu

61

Hình 4. 1: Sơ đồ đường dầu bôi trơn

73

trong động cơ Điezen 3408 từ các te dầu đến đường dầu chính

73

Hình 4. 2: Sơ đồ của đường dầu bơi trơn

73

bên trong động cơ Điezen 3408

73

Hình 3.12: Lưu đồ chẩn đốn động cơ Điezen 3408

80

Hình 3.13: Đồ thị biến đổi độ nhớt ở 400C

81

Hình 3.14: Đồ thị biến đổi độ nhớt ở 1000C

81

Hình 3.15: Đồ thị biến đổi nhiệt độ chớp cháy

81

Hình 3.16: Đồ thị biến đổi trị số kiềm tổng ( TBN)

82

Hình 3.17: Hạt hợp kim đồng trước khi xử lý nhiệt

83

Hình 3.18: Hạt hợp kim đồng cùng loại sau khi đã được xử lý nhiệt

83


DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2. 1: Những chỉ tiêu đánh giá dầu bôi trơn động cơ

39

Bảng 2. 2: Các nguyên nhân chủ yếu làm thay đổi độ nhớt

41

Bảng 3. 1: Độ phóng đại của kính hiển vi quang học

51

Bảng 3. 2: Thời gian lấy mẫu cho thiết bị

53

Bảng 3. 3: Cách nhận biết các hạt mài mịn khơng từ tính màu trắng

64

Bảng 3. 4: Vật liệu một số chi tiết chịu ma sát trong động cơ Điezen

71

Bảng 3.5: Các thông số và giới hạn sử dụng của dầu chạy chẩn đốn

72

trên động cơ 3408

72

Bảng 3.6: Áp suất dầu bơi trơn động cơ của xe CAT 769C

78

Bảng 3.7: Kết quả phân tích mẫu dầu xe CAT 769C

79


MỞ ĐẦU
Trong q trình khai thác, tính năng kỹ thuật của máy móc tổng thành nói
chung và của động cơ nói riêng thay đổi dần theo hướng xấu đi. Kết quả là phương
tiện sẽ giảm tính năng động lực, giảm tính an tồn, tính kinh tế, giảm độ tin cậy và
thường xuyên xảy ra các sự cố kỹ thuật làm tăng thời gian sửa chữa. Để giải quyết vấn
đề này, một trong những nhiệm vụ đặt ra đối với nhà quản lý là cần đánh giá đúng thực
trạng của máy móc thiết bị và có phương án xử lý thích hợp. Trên cơ sở cách nhìn
nhận như vậy, việc nghiên cứu xác định tình trạng kỹ thuật và dự báo thời hạn sử dụng
của một số chi tiết trong động cơ đốt trong sử dụng trên các phương tiện giao thông
vận tải là hết sức cần thiết. Kết quả nghiên cứu có thể giúp cơ sở quản lý và khai thác
phương tiện làm tốt cơng tác vật tư dự phịng, nâng cao năng lực khai thác của phương
tiện, đảm bảo tính tin cậy, khả năng hoạt động và hiệu quả khai thác là cao nhất. Chẩn
đoán kỹ thuật là một loại hình tác động kỹ thuật vào quá trình khai thác sử dụng ô tô,
nhằm đảm bảo cho hoạt động của ơ tơ có độ tin cậy, an tồn và hiệu quả cao bằng cách
phát hiện và dự báo kịp thời các hư hỏng, tình trạng kỹ thuật hiện tại và tuổi thọ làm
việc tiếp tục mà không cần phải tháo máy nhằm nâng cao độ tin cậy, an toàn và hiệu
quả sử dụng máy, nâng cao độ bền lâu, giảm chi phí về phụ tùng thay thế, giảm độ hao
mịn chi tiết do khơng phải tháo rời các tổng thành, giảm tiêu hao nhiên liệu, dầu bôi
trơn nhờ phát hiện và điều chỉnh kịp thời các bộ phận máy, đưa về trạng thái làm việc

tối ưu, giảm giờ công lao động cho công tác bảo dưỡng kỹ thuật và sửa chữa.
Trên thế giới hiện nay, dầu nhờn vẫn là chất bôi trơn chủ yếu trong các ngành
công nghiệp và dân dụng. Với vai trị quan trọng của mình, dầu nhờn đã trở thành một
loại vật liệu công nghiệp không thể thiếu cùng với sự phát triển của xã hội các loại
máy móc, thiết bị, cơng cụ được đưa vào ứng dụng trong công nghiệp và dân dụng
ngày càng nhiều. Trước vấn đề cấp thiết đó, các tập thể khoa học lớn đang khơng
ngừng nghiên cứu thành phần, tính chất của dầu mỏ nói chung và các câu từ nói riêng
để hoàn thiện các phương pháp khai thác và chế biến nguồn tài nguyên quý giá này.
Khi sử dụng dầu nhờn làm chất lỏng bôi trơn giữa các bề mặt lớp tiếp xúc của các chi
tiết máy móc nhằm mục đích giảm mài mịn, giảm ma sát, tản nhiệt, làm mát. Nhờ vậy
giảm được tiêu hao năng lượng để thắng lực ma sát sinh ra khi các chi tiết máy chuyển
động. Nói chung, dầu nhờn có ứng dụng rất rộng rãi trong đời sống hiện nay. Đặc biệt

1


nó có tầm quan trọng lớn đối với các loại máy móc, nếu thiếu chúng thì máy móc thiết
bị khơng thể làm việc được. Phân tích dầu nhờn có thể cho chúng ta biết được tình
trạng mài mịn của các cặp chi tiết trong động cơ và thiết bị đó cũng là nội dung mà
tác giả lấy đề tài nghiên cứu: “Chẩn đoán kỹ thuật động cơ bằng phương pháp
ferrograph khi phân tích dầu bơi trơn” làm nội dung luận văn của mình.
Mục đích nghiên cứu: Dựa vào những kết quả phân tích tính chất lý hố cùng
với những hạt mài mịn kim loại lắng đọng trong dầu bơi trơn đã qua sử dụng để kịp
thời phát hiện ra sự cố trong quá trình vận hành tránh những hư hỏng đáng tiếc xảy ra.
Phương pháp chẩn đoán ở đây được lấy làm tiền đề cho phương pháp bảo dưỡng phòng
ngừa theo tình trạnh thiết bị thay thế cho các phương pháp bảo dưỡng cũ lạc hậu.
Đối tượng nghiên cứu: Áp dụng phương pháp nghiên cứu để theo dõi phân tích
các mẫu dầu của động cơ 3408 lắp trên xe ô tô vận tải CAT 769C ở các kỳ thay dầu
khác nhau.
Phương pháp nghiên cứu: Từ những lý thuyết chung về chẩn đốn động cơ,

về hệ thống bơi trơn động cơ ô tô cùng lý thuyết và thực tiễn về ma sát mài mòn các
chi tiết của động cơ đốt trong tác giả đã theo dõi chẩn đốn q trình mài mịn khơng
bình thường của những động cơ qua từng chu kỳ thay dầu qua đó rút ra những đánh
giá chất lượng hệ thống bôi trơn. Với phương pháp nghiên cứu này tác giả đưa ra quy
trình chẩn đốn kỹ thuật động cơ, công việc mà trước đây mới chỉ được làm một cách
rời rạc qua theo dõi các thông số của thiết bị. Bằng phương pháp ferrograph được sử
dụng để tách các hạt mài mịn kim loại có kích thước lớn hơn 5m ra khỏi dầu bôi trơn
động cơ nhằm phát hiện q trình mài mịn bất thường của các cặp ma sát từ đó tìm ra
ngun nhân và biện pháp khắc phục giảm thiểu hư hỏng thiết bị.
Nội dung chính của luận văn bao gồm:
Chương I: Tổng quan về chẩn đoán động cơ đốt trong.
Nêu lên những vấn đề chung nhất của chẩn đoán động cơ đốt trong, đánh giá
việc sử dụng thiết bị khai thác ở các đơn vị sản xuất sau đó nêu khái qt tình hình
nghiên cứu trong và ngồi nước trong chẩn đốn động cơ từ đó thấy rõ hơn nữa tính
cấp thiết của đề tài.

2


Chương II: Cơ sở lý thuyết về mòn các chi tiết động cơ đốt trong và phân tích dầu bơi
trơn trong chẩn đốn mịn.
Nêu lên sự biến đổi nồng độ hạt mài mịn trong dầu bơi trơn theo thời gian hoạt
động và tốc độ mài mòn của cặp ma sát trong các trường hợp có bầu lọc và khơng có
bầu lọc dầu.
Tiếp theo là cơ chế và đặc tính mịn phụ thuộc vật liệu tiếp xúc của cặp ma sát,
tải ma sát của các chi tiết nói chung, cơ sở lý thuyết về mài mòn của các chi tiết chịu
ma sát trong động cơ. Kết hợp cùng các biến đổi của các chi tiêu hố lý điển hình của
dầu và các hạt mài mòn từ các chi tiết được tách ra trong dầu bôi trơn ở các chương
tiếp theo tạo nên một bức tranh toàn cảnh về chế độ mài mịn trong động cơ giúp chẩn
đốn chính xác và khắc phục kịp thời nhờ đó hồn tồn có thể làm chủ được thiết bị và

dự trù những chi tiết thay thế một cách hợp lý giảm thời gian dừng máy không cần thiết.
Phần cuối của chương này tác giả giới thiệu cơ sở lý thuyết phân tích dầu bơi
trơn trong chẩn đốn mịn gồm về phân đoạn dầu mỏ cũng như thành phần hố học của
dầu bơi trơn động cơ, với trên 20 chỉ tiêu hố lý của dầu bơi trơn động cơ làm cơ sở
cho việc chẩn đoán ban đầu đối với động cơ. Căn cứ vào sự biến đổi 5 chỉ tiêu hố lý
điển hình có thể đốn nhận được q trình bơi trơn khơng bình thường trong động cơ
và sớm đưa ra hành động khắc phục.
Chương III: Phương pháp và thiết bị chẩn đoán động cơ qua phân tích các hạt mài
mịn trong dầu bơi trơn.
Giới thiệu phương pháp phân tích hạt mài mịn bằng phương pháp quang phổ
hấp thụ nguyên tử (AAS). Nồng độ hạt mài mịn được định lượng qua đó đánh giá hiện
tượng mài mịn khơng bình thường của các chi tiết chịu ma sát khi khối lượng hạt mài
này vượt quá giới hạn cho phép. Hạn chế của phương pháp AAS là chỉ định lượng các
hạt mài mịn với kích thước chính nhỏ hơn 5m. Đối với những hạt có kích thước lớn
hơn phải áp dụng phương pháp Ferrograph.

3


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CHẨN ĐOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
1.1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CHẨN ĐOÁN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
1.1.1 Vấn đề chung của chẩn đoán động cơ đốt trong
Hàng năm, các đơn vị sản xuất tập trung đã phải chi một khoản tiền khá lớn để
phục vụ các công tác sửa chữa, bảo dưỡng thiết bị. Việc dừng thiết bị khơng định
trước do hỏng hóc đã gây nhiều bất lợi cho sản xuất cũng như công tác quản lý và thực
hiện bảo dưỡng, lập kế hoạch sửa chữa, kế hoạch dừng máy và mua sắm thiết bị phụ
tùng thay thế. Nếu chủ động được những việc trên sẽ làm giảm tối đa chi phí trong
cơng tác bảo dưỡng và tăng hiệu quả của việc đầu tư thiết bị. Công tác nghiên cứu phát
triển các phương pháp bảo dưỡng tiên tiến nhằm đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của một

đơn vị sản xuất công nghiệp đã và đang được phát triển rất mạnh ở các nước công
nghiệp phát triển và là nhu cầu bức xúc của các đơn vị sản xuất tập trung ở nước ta.
Việc bảo dưỡng và sửa chữa tiên tiến trong các đơn vị sản xuất ở nước ta dần
được áp dụng và có tác động tích cực đến q trình vận hành và khai thác. Khái quát
quá trình phát triển các phương pháp bảo dưỡng thiết bị sản xuất nói chung và động cơ
đốt trong nói riêng trên thế giới bao gồm 3 phương pháp chủ yếu:
- Phương pháp bảo dưỡng khi hư hỏng.
- Phương pháp bảo dưỡng phòng ngừa theo thời gian.
- Phương pháp bảo dưỡng phịng ngừa theo tình trạng thiết bị.
Với thực tế sản xuất ở nước ta do có quá nhiều chủng loại thiết bị với nhiều
xuất xứ khác nhau nên cả ba hệ thống bảo dưỡng trên cùng song song tồn tại. Tuy
nhiên với những thiết bị quan trọng, có giá trị kinh tế lớn người ta thường triển khai áp
dụng phương pháp bảo dưỡng cuối cùng- Phương pháp bảo dưỡng phịng ngừa theo
tình trạng thiết bị. Đây chính là phương pháp bảo dưỡng hiện đại và mới được áp dụng
trong khoảng thập kỷ 90 của thế kỷ trước. Nội dung chính của phương pháp này là:
trạng thái làm việc của thiết bị được giám sát bởi hệ thống phần mềm giám sát và chẩn
đoán. Hệ thống này sẽ giám sát các hiện tượng xuất hiện trong quá trình làm việc của
thiết bị như tiếng ồn, độ rung, nhiệt độ... để kiểm tra tình trạng thực tế của thiết bị,
đồng thời phát hiện các trạng thái bất thường của thiết bị qua đó xác định xu hướng hư
hỏng. Hệ thống chẩn đốn sẽ chịu trách nhiệm phân tích các kết quả thu được từ hệ

4


thống giám sát kiểm tra mức độ hư hỏng giúp người sử dụng kịp thời điều chỉnh hoặc
thay thế các phần hư hỏng tránh các hư hỏng theo dây chuyền.
Trong thực tế người ta chia ra các dạng chẩn đoán đặc trưng:
- Chẩn đoán được thực hiện nhờ đo trực tiếp: Các dấu hiệu chẩn đoán được đo
để đánh giá trạng thái cần chẩn đoán.
- Chẩn đoán được thực hiện khi không ngắt hoạt động và tháo máy hoặc thiết

bị. Các dấu hiệu chẩn đoán hoặc được xác lập từ quan sát hoạt động hoặc từ các
phương pháp nghiên cứu đặc biệt từ bên ngồi hệ thống.
Mục đích chẩn đốn là xác định trạng thái kỹ thuật một cách lượng hoá, đánh
giá trạng thái hiện tại và đánh giá dự báo. Các bước tiến hành chẩn đốn kỹ thuật và
mơ hình chẩn đốn hiện đại:
- Mơ tả trạng thái: trong bước này cần phân tích đối tượng chẩn đốn. Những
tính chất nào của thiết bị có thể giám sát và được phép giám sát.
- Lựa chọn tín hiệu chẩn đốn và dấu hiệu chẩn đốn: Tín hiệu và dấu hiệu chẩn
đoán là một đại lượng vật lý đo được, phản ánh gián tiếp trạng thái tương ứng với các
tính chất đặc trưng của đối tượng chẩn đốn.
- Mơ hình chẩn đoán: xây dựng mối quan hệ định lượng giữa dấu hiệu chẩn
đoán và trạng thái cần nhận dạng.
- Đánh giá trạng thái kỹ thuật: trong giai đoạn làm việc, có thể xác định trạng
thái hiện tại của đối tượng nhờ đưa vào mơ hình chẩn đốn các dấu hiệu chẩn đốn đo
được tại một đối tượng chẩn đốn có trạng thái chưa biết.
- Giải pháp chẩn đốn: Đây là cơng việc cuối cùng trong chẩn đoán kỹ thuật
để dẫn đến việc bảo trì trạng thái.
1.1.2 Chẩn đốn động cơ trên cơ sở mơ hình trợ giúp
Những thiết bị phục vụ sản xuất ở các đơn vị khai thác được nhập khẩu từ các
nước phát triển đã có phần mềm chuyên dụng để chẩn đoán trạng thái kỹ thuật của
động cơ trong quá trình sử dụng. Hai bước quan trọng trong chẩn đốn đó là q trình
nhận biết lỗi và chẩn đoán:
Nhận biết lỗi: Giám sát và nhận dạng lỗi, tạo dấu hiệu lỗi so sánh với trạng thái
chuẩn xác định triệu chứng hư hỏng.

5


Chẩn đốn: Cơ lập lỗi và phân tích lỗi, xây dựng quan hệ giữa lỗi và triệu
chứng hư hỏng.

Thành phần quan trọng của chẩn đoán động cơ bằng phần mềm chun dụng
hay chẩn đốn động cơ trên cơ sở mơ hình trợ giúp là các kiến thức về quá trình hoạt
động của đối tượng chẩn đốn, có thể tách thành hai khối kiến thức:
- Kiến thức chuyên gia: là loại kiến thức khơng thể mơ tả chính xác mà chỉ thể
hiện ở dạng quan hệ định tính, định lượng khơng chính xác. Thơng thường các kiến
thức này xuất phát từ kinh nghiệm của người sử dụng hoặc các chuyên gia và có thể là
các quy luật bằng ngơn ngữ.
- Kiến thức giải tích: dựa trên cơ sở các phương trình tốn học, các thuật tốn
biểu diễn chính xác các kiến thức về quá trình, các dạng tiêu biểu để biểu diễn kiến
thức giải tích là các cơng thức vật lý hoặc các quan hệ tham số toán học.
Phương pháp nhận biết lỗi trên cơ sở mơ hình trợ giúp:
Kết quả chẩn đốn lỗi phụ thuộc chính vào năng lực biểu hiện, tính tổng quát và
chất lượng của dấu hiệu chẩn đoán và triệu chứng hư hỏng tạo ra từ quá trình nhận biết
lỗi. Đến nay người ta đã sử dụng rất nhiều phương pháp nhận biết lỗi, có thể phân chia
thành hai nhóm: phương pháp nhận biết lỗi trên cơ sở mơ hình q trình và phương
pháp nhận biết lỗi trên cơ sở mơ hình tín hiệu.(Hình 1.1)

Hình 1. 1: Phương pháp nhận biết lỗi trên cơ sở mơ hình trợ giúp
Các dấu hiệu chẩn đoán nhận được từ các mơ hình tín hiệu hoặc mơ hình q
trình được so sánh với các tín hiệu chuẩn, có nghĩa là so với các tính chất q trình

6


khơng có lỗi. Nếu dấu hiệu q trình thay đổi một độ lệch nhận biết được so với trạng
thái chuẩn thì sẽ tạo ra một triệu chứng thơng báo về trạng thái có lỗi, có hư hỏng của
q trình. Để chẩn đốn chính xác lỗi cần tiếp tục đánh giá các triệu chứng trong giai
đoạn chẩn đoán lỗi.
Phương pháp chẩn đốn lỗi trên cơ sở mơ hình trợ giúp:
Chẩn đốn lỗi bao gồm hai giai đoạn cơ bản: cô lập lỗi và phân tích lỗi hay cịn

gọi là nhận dạng hư hỏng. Trong giai đoạn cô lập lỗi tiến hành tách lỗi từ các triệu
chứng và phân loại chúng. Mỗi trường hợp hư hỏng sẽ có một biểu hiện của triệu
chứng khác nhau. Trong giai đoạn phát triển một hệ thống chẩn đoán người ta xác định
các quan hệ giữa các hư hỏng thực xuất hiện hoặc các hư hỏng nhân tạo với các dấu
hiệu từ phân tích lý thuyết hoặc đánh giá các số liệu thực nghiệm và lưu giữ chúng ở
một dạng thích hợp. Khi chẩn đốn người ta đối thoại với cơ sở dữ liệu đó để tìm ra
một lời giải phù hợp.(Hình 1.2)
Trong khi theo ý nghĩa vật lý thì hư hỏng là nguyên nhân của triệu chứng, cịn
khi chẩn đốn, hư hỏng lại được kết luận theo triệu chứng.
Khi phân tích lỗi cần xác định trạng thái có lỗi của q trình và hư hỏng theo
thời gian của hư hỏng cũng được quan tâm.gây ra theo loại, trị số và nguyên nhân hư
hỏng. Nhiều khi cả sự xuất hiện

Hình 1. 2: Quan hệ hư hỏng- Triệu chứng theo ý nghĩa vật lý và khi chẩn đốn
Phân tích hư hỏng trong các trường hợp phụ thuộc vào chất lượng của triệu
chứng tạo lập được. Việc đánh giá cường độ tác động các triệu chứng cho biết trị số
của hư hỏng. Có thể xảy ra cả các trường hợp nhiều hư hỏng khác nhau tác động khác

7


nhau vào một triệu chứng. Việc xác định loại hư hỏng cho biết rằng đây có phải là một
hư hỏng hệ thống hay hư hỏng ngẫu nhiên. Cuối cùng việc phân tích tính chất thời
gian cho khả năng phân biệt theo dạng hư hỏng thường xuyên, hư hỏng nhất thời, hư
hỏng gián đoạn, hư hỏng không quy luật hoặc hư hỏng kéo dài. Trung tâm của chẩn
đoán lỗi thiết lập biểu diễn kiến thức chẩn đoán đạt được qua quan hệ hư hỏng- triệu
chứng. Trong trường hợp lý tưởng việc tạo lập triệu chứng đã cung cấp một kết quả sử
dụng được, nếu mỗi triệu chứng phản ánh một hư hỏng xác định. Sau đó chỉ cần giám
sát mỗi triệu chứng mỗi khi vượt quá ngưỡng trên và ngưỡng dưới là đủ. Đa số các
trường hợp khơng có được điều kiện này và cần có một sự đánh giá chi tiết hơn các

triệu chứng để phân tích hư hỏng.
1.1.3 Phương pháp chẩn đoán động cơ hiện đang được dùng trên ơ tơ
Trong q trình sử dụng, cơng suất có ích của động cơ giảm chậm và chi phí
nhiên liệu riêng tăng chậm. Các chỉ tiêu này bị làm xấu dần đi thường là do có sai lệch
đối với các thơng số điều chỉnh của các hệ thống trong động cơ và không thể làm cơ sở
để gửi đi sửa chữa lớn. Phần lớn các trường hợp giảm nhỏ về công suất và suất tiêu
hao nhiên liệu có thể được khắc phục ngay ở cơ sở vận tải hoặc các trạm bảo dưỡng
nhỏ, đặc biệt khi ở đó có các thiết bị đánh giá định lượng các chỉ tiêu này.
Các nguyên nhân cơ bản của các hỏng hóc trên động cơ thường là do hở đường
nạp khơng khí, điều chỉnh sai hoặc có thay đổi góc bắt đầu phun, kẹt tắc các thiết bị
phun nhiên liệu và nói chung là sai lệch trạng thái hoạt động đúng của hệ thống cung
cấp và đốt cháy nhiên liệu. Đối với mỗi dạng cấu trúc của các hệ thống này, các sai
lệch sẽ có những biểu hiện riêng, thí dụ đối với hệ thống cung cấp nhiên liệu của động
cơ Diezen là sai lệch các trạng thái của vòi phun hoặc bơm cao áp. Các nguyên nhân
khác là chất lượng các chi tiết làm kín kém, các chi tiết khơng được xiết đủ chặt, điều
chỉnh không đúng các cơ cấu và hệ thống, làm sạch kém các bộ phận lọc dầu, rò rỉ ở
hệ thống làm mát. Khả năng làm việc của động cơ được đánh 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 động, mức ồn và gõ. Những sai lệch chủ yếu ảnh hưởng đến khả năng làm
việc của động cơ là: hao mòn các chi tiết của nhóm pittơng- xi lanh, mịn cổ thanh
truyền và cổ chính của trục khuỷu, sai lệch về điều chỉnh trong cơ cấu xu páp và ở hệ
thống cung cấp và đốt cháy nhiên liệu.

8


Hao mịn thường có ở các liên kết vịng găng pittơng, các ổ đỡ chính và ổ đỡ
thanh truyền. Thường gặp hơn cả trong các ổ đỡ là sự phá hủy lớp chống ma sát, xước
trên bề mặt cổ trục, làm nóng chảy hoặc ép vỡ tróc lớp chống ma sát, gây tắc lỗ dẫn dầu.
Trong nhóm pittơng- xi lanh các hư hỏng và sai lệch chủ yếu là: tăng khe hở

hướng kính giữa xi lanh và pittơng, khe hở trong liên kết giữa vịng găng hơi và dầu trên
pittơng, khe hở ở trong chốt pittông, giảm đàn hồi và vỡ gẫy vịng găng hơi, dầu. Nếu
nhóm pittơng xi lanh khơng kín khít sẽ làm tăng lọt khí từ khơng gian bên trên pittơng
xuống các te. Điều đó làm xấu chất lượng tạo hỗn hợp và đốt cháy nhiên liệu và tiếp
theo làm tăng chi phí nhiên liệu riêng, tăng độ khói khí xả, tăng ơ nhiễm mơi trường.
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 các te thấp, mòn liên kết trong cơ cấu
trục khủy thanh truyền, giảm lượng cung cấp của bơm dầu, sai lệch về điều chỉnh van
an toàn, độ nhớt dầu thấp.v.v..
Sai lệch trong cơ cấu phân phối khí dẫn đến giảm cơng suất động cơ, tăng chi
phí nhiên liệu gây ồn gõ, tăng hao tổn dầu nhờn. Hao tổn dầu tăng là do lọt qua các bộ
phận làm kín, thơng hơi các te kém, mịn vịng găng pittơng, pit tơng và xi lanh, mịn
bạc dẫn hướng xu páp và làm mất độ kín.
Các thơng số chẩn đốn trong đại đa số các trường hợp được đặc trưng bởi
phương pháp chẩn đoán. Các phương pháp hiện đại để chẩn đốn động cơ dựa trên
việc đo các thơng số chẩn đốn cơ bản sau:
- Các thơng số biên độ - pha của các quá trình làm việc tạo bởi độ nhớt làm việc
của chất lỏng hoặc khí, trong hệ thống bôi trơn, hệ thống cung cấp nhiên liệu, hệ thống
trao đổi khí của động cơ.
- Các thơng số đặc trưng cho trạng thái hoạt động của các phần tử trong mạch
điều khiển điện tử. Trên đa số các động cơ hiện đại ứng dụng điều khiển điện tử được
bố trí chức năng tự giám sát, chẩn đoán và lưu trữ các trạng thái hoạt động của mạch
điều khiển.
- Các thông số đặc trưng của dao động hoặc ồn tạo bởi tác động qua lại của các
cặp liên kết động học. Khi chẩn đốn động cơ nhiều xi lanh, để có năng suất chẩn đoán
lớn nhất người ta sử dụng các xung được tạo ra bởi các hệ thống khác nhau nối tiếp
nhau theo tất cả các xi lanh tương ứng với trình tự làm việc của chúng. Để phân tích hệ
thống nhiên liệu trong động cơ Điezen có thể sử dụng các xung áp suất nhiên liệu được

9

tạo ra ở các nhánh bơm nhiên liệu. Để phân tích độ kín của nhóm pittơng xi lanh có thể
sử dụng xung áp suất khí tạo ra trong cac te; Để phân tích trạng thái của cơ cấu phân
phối khí có thể sử dụng xung áp suất khí tạo ra trong đường nạp và đường thải. Để
phân tích q trình nén trong xi lanh có thể sử dụng xung dịng điện và điện áp ở chế
độ quay không động cơ.
Thực tế khi động cơ đốt trong hoạt động, có rất nhiều hiện tượng phát sinh.
Việc chẩn đoán trạng thái hoạt động động cơ đốt trong được dựa trên biểu hiện của các
hiện tượng này để dự báo tình trạng thực tế của chúng.
Trong bảo dưỡng, người ta phân loại ra một số hiện tượng cơ bản và qua đó
nghiên cứu, áp dụng các phương pháp phân tích, chẩn đốn cho phù hợp. Các hiện
tượng làm việc bất thường khi động cơ hoạt động cũng như các dấu hiệu chẩn đoán đi
cùng với chúng bao gồm:
- Dao động: Khi động cơ xuất hiện các hiện tượng bất thường, phần lớn sẽ làm
thay đổi biên độ và tần số dao động của máy. Do đó nếu dao động được đo và phân
tích, ta có thể xác định được các hư hỏng của chúng mà khơng cần dừng hoặc tháo
máy. Đây chính là lý do tại sao dao động được coi là một đại lượng chỉ thị về tình
trạng kỹ thuật của động cơ.
- Nhiệt độ: Khi hoạt động mỗi chi tiết trong động cơ làm chức năng thu hoặc
phát nhiệt năng. Nếu xác định được nhiệt độ làm việc phù hợp của động cơ và giám sát
được quá trình thay đổi nhiệt độ của chúng thì có thể dự báo được khả năng hư hỏng
có thể xảy ra, xác định chính xác được vị trí cũng như mức độ hư hỏng. Thực tế
phương pháp xác định nhiệt độ được áp dụng để nhận biết nhiệt độ của các ổ đỡ trục
khủy, xác định trạng thái quá tải ở động cơ...
- Chất bôi trơn: Kiểm tra, phân tích sự thay đổi tính chất vật lý và hố học của
các chất bơi trơn trong q trình làm việc của động cơ có thể giám sát được trạng thái
bơi trơn, mài mịn của các chi tiết cũng như khả năng sử dụng các chất bôi trơn.
- Nứt và rò rỉ: Các vết nứt tế vi và rị rỉ nếu khơng phát hiện kịp thời sẽ gây hư
hỏng nặng cho các liên kết và cả hệ thống. Để xác định các vết nứt và rò rỉ thơng

thường người ta hay dùng siêu âm, khí nhóm Halogen, từ trường, độ cách điện, dịng
điện xốy, sóng siêu âm, bức xạ...
- Độ ồn: Độ ồn gây ra trong quá trình hoạt động của động cơ được đo và phân tích
cũng có thể cho ta biết về tình trạng của động cơ cũng như các hư hỏng có thể xảy ra.

10


- Độ mòn: Giám sát độ mòn của các chi tiết trong hệ thống bôi trơn cũng cho
phép xác định được tình trạng hoạt động của hệ thống và qua đó đưa ra các giải pháp
cần thiết để tăng tuổi thọ của động cơ.
Với sáu dấu hiệu chẩn đốn nói trên thì chẩn đốn trên cơ sở phân tích dầu bơi
trơn có chứa hạt mài mịn kim loại là một trong những dấu hiệu phù hợp áp dụng cho
chẩn đoán động cơ đốt trong được người sử dụng đánh giá cao vì:
- Khả năng chẩn đốn tương đối chính xác;
- Phương pháp mang lại giá trị kinh tế cao đặc biệt với các đơn vị được quản lý
tập trung và với số lượng thiết bị đủ lớn;
- Thời gian kiểm tra và phân tích các chỉ tiêu liên quan đến việc chẩn đốn
nhanh;
- Q trình chẩn đốn khơng cần phải tháo rời từng chi tiết của thiết bị nên phần
nào giảm được giá thành của việc chẩn đoán;
- Trong quá trình đưa ra kết luận cuối cùng các thiết bị vẫn được hoạt động bình
thường giảm thời gian thiết bị phải ngừng hoạt động;
- Ngồi việc chẩn đốn động cơ đốt trong trên cơ sở phân tích dầu bơi trơn
phương pháp cịn đánh giá khả năng thích ứng của dầu bơi trơn với động cơ qua từng
giai đoạn phân tích;
- Phương pháp chẩn đốn thơng qua dầu bơi trơn khơng chỉ được dùng để chẩn
đốn tình trạng hoạt động của động cơ đốt trong mà phương pháp còn được ứng dụng
để chẩn đốn những hệ thống được bơi trơn khác như: hệ thống thuỷ lực, hệ thống hộp
giảm tốc, các tuabin lớn của nhà máy phát điện... Mở rộng hơn có thể ứng dụng để

chẩn đốn tình trạng hoạt động của những thiết bị được bôi trơn bằng mỡ, tuy nhiên
cũng cần phải chú ý về cách lấy mẫu, cách pha dung dịch để làm Ferrogram... khi phân
tích (sẽ được nói kỹ ở phần sau).
Với phương pháp này thay vì sửa chữa, bảo dưỡng phòng ngừa theo thời gian
người sử dụng sẽ giám sát, chẩn đốn tình trạng của động cơ đốt trong thông qua các
phép đo theo các chu kỳ. Tuỳ theo tình trạng của động cơ mức độ phức tạp và quan
trọng của nó người ta xác định các khoảng thời gian đo phù hợp và như vậy người bảo
dưỡng có thể làm chủ được cơng việc của mình.

11


1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGỒI NƯƠC
1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước
Tình hình trong nước về vấn đề chẩn đốn động cơ đốt trong về mặt bơi trơn, mài
mịn thực tế khơng có nhiều mà chủ yếu các nghiên cứu về hao mòn và hư hỏng từng
cặp chi tiết chịu ma sát có ảnh hưởng đến tính kinh tế kỹ thuật của động cơ. Tuy nhiên
các nghiên cứu này cũng là cơ sở cho việc chẩn đoán của động cơ đốt trong sau này.
Khởi nguồn về nghiên cứu hao mịn và hư hỏng nhóm chi tiết cơ bản của động
cơ: xi lanh, trục khuỷu, xupáp v.v. ở nước ta được bắt đầu từ những năm 1960 do các
nhà cơ khí nơng nghiệp Việt nam tiến hành, với sự giúp đỡ của Giáo sư tiến sỹ
Alêchxandrôv. Nhưng do hạn chế về mặt thời gian và điều kiện khảo sát nên số máy
được nghiên cứu quá ít, các số liệu thu được về hao mịn khơng đủ để rút ra quy luật
mòn của xi lanh cũng như các chi tiết khác của động cơ sử dụng ở nước ta thời gian
đó.
Năm 1969 trong luận án phó tiến sỹ ở Liên xô ‘Nghiên cứu khả năng ứng dụng
các phương pháp nghiên cứu hao mòn các chi tiết quan trọng nhất của máy kéo, máy
nông nghiệp đang dùng ở Liên xô vào điều kiện Việt Nam’ tác giả Tào Văn Chiêu đã
dùng phương pháp thống kê đo lường để nghiên cứu quy luật mịn của trục khuỷu
động cơ SMD-14 với kích thước mẫu thử là 100. Cũng nghiên cứu về vấn đề này năm

1981 tác giả Nguyễn Bình trong luận án phó tiến sỹ của mình tại Việt nam đã dùng
phương pháp thống kê để khảo sát quy luật mòn của trục khuỷ động cơ D50. Với hai
cơng trình nghiên cứu này các tác giả đã đưa đến kết luận cuối cùng là: số lớn động cơ
hao mòn xảy ra đúng như biểu đồ tổng hợp lực gây hao mòn đã nêu trong các giáo
trình về thiết kế động cơ đốt trong. Tuy vậy trong nhiều trường hợp do biến dạng khi
lắp ghép, do tác động của tải trọng, do thay đổi tính chất vật liệu của trục và thân
máy... quy luật mịn cổ trục có sai khác đơi chút so với lý thuyết.
Năm 1984 đã có nghiên cứu về hao mịn các nhóm chi tiết chính động cơ
Điezen ngành địa chất của tác giả Nguyễn Văn Bào [1]. Trong công trình nghiên cứu
của mình tác giả có đề cập đến quy luật hao mịn nhóm các chi tiết chính ảnh hưởng
đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của động cơ: xi lanh, trục khuỷu, mối lắp ghép xu
páp- bạc dẫn hướng và đặc biệt trạng thái mòn của bộ đơi chính xác bơm cao áp. Tuy
nhiên để đưa ra quy luật mịn các chi tiết chính nói trên tác giả đã phải khảo sát một số

12


lượng động cơ khổng lồ, tháo rời từng chi tiết ma sát đo trực tiếp các bề mặt làm việc
làm tốn rất nhiều thời gian, cơng sức và chi phí cho cơng việc này: ví dụ muốn khảo
sát dạng mịn của xi lanh động cơ phải tháo rời đo trực tiếp 272 xi lanh các loại, khảo
sát quy luật mòn của bộ đôi Pittông- xilanh bơm cao áp phải đo 492 bộ đôi Pittông
bơm cao áp và 270 cặp van nén bơm cao áp của các động cơ điezen...
Trong lĩnh vực nghiên cứu, năm 2000 Viện nghiên cứu cơ khí đã thực hiện đề
tài nghiên cứu khoa học ‘ứng dụng cơng nghệ thơng tin trong giám sát và chẩn đốn
tình trạng thiết bị dựa trên kỹ thuật dao động’. Tuy nhiên do quy mô nhỏ của đề tài,
mức độ nghiên cứu chỉ dừng lại ở việc đánh giá ảnh hưởng của dao động đến tình
trạng hoạt động của hệ thống thiết bị, đưa ra mơ hình tổng qt cho các hệ thống giám
sát và chẩn đốn tình trạng thiết bị dựa trên kỹ thuật giám sát và chẩn đoán dao động
máy. Chưa có các nghiên cứu sâu và cụ thể về ảnh hưởng của dao động cũng như các
yếu tố khác (nhiệt độ, dầu bơi trơn, độ ồn...) đến tình trạng hoạt động của hệ thống

thiết bị nói chung và động cơ đốt trong nói riêng.
1.2.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Ngay từ đầu những năm 50 của thế kỷ 20, kỹ thuật chuẩn đoán thiết bị tiên tiến
đã liên tục phát triển và ứng dụng rộng rãi tại các dây chuyền sản xuất của các nước
công nghệ phát triển. Hàng loạt các phương pháp chuẩn đốn và sau đó phương pháp
bảo dưỡng tiên tiến ra đời thay thế cho các phương pháp cũ lạc hậu trong các dây
chuyền sản xuất như bảo dưỡng khi hư hỏng và bảo dưỡng theo các chu kỳ thời gian.
Một trong những điểm khác biệt chủ yếu của các hệ thống giám sát và chuẩn đốn
tình trạng thiết bị phục vụ cơng tác bảo dưỡng.
Đến năm 1972 D.ANDERSON đã ứng dụng Ferrograph chuẩn đoán trên các
trang bị cho đơn vị Hải lục không quân của Mỹ. Bằng những thông tin lấy được trên
các hạt mài mịn kim loại lẫn trong dầu bơi trơn Anderson đã tổng kết và đưa ra những
hư hỏng thường thấy ở các chi tiết được bôi trơn cưỡng bức, động cơ tuabin khí, hộp
giảm tốc của máy bay trực thăng... Tuy rằng vào thời điểm này vẫn chưa tìm ra được
các dạng hạt mài bằng Ferrogaph được hình thành, mở ra một hướng nghiên cứu mới
cho các nhà khoa học ngành tribology.
Cùng ứng dụng phương pháp Ferrograph chuẩn đoán trên các trang bị cho hải
quân Mỹ, năm 1979 BOWEN.ER VÀ BOWEN.JP đã phân tích các hạt mài mịn kim

13


loại trong mỡ bôi trơn và đây cũng là một trong những ứng dụng quan trọng của
phương pháp Ferrograph. Điểm chú ý quan trọng trong nghiên cứu của các tác gỉả là
việc pha chế và lấy mẫu khi thực hiện phương Ferrograph khác xa so với việc thực
hiện với chất bơi trơn lỏng. Bằng hàng loạt phép phân tích và đánh giá trên các chi tiết
được bôi trơn bằng mỡ tác giả đã đưa ra được hình dạnh, màu sắc, kích thước... của
các hạt mài mịn có khác đơi chút so với các chi tiết được bôi trơn với các chi tiết chịu
tải trọng khác nhau.
ROYLANCE BJ và PÔCCK G năm 1983 theo một hướng khác đã nghiên cứu

hiện tượng mài mịn các chi tiết ma sát thơng qua nồng độ các hạt mài mịn kim loại
trong dầu bơi trơn. Theo các tác giả nồng độ phân bố các hạt mài mịn kim loại trong
dầu bơi trơn quyết định tuổi thọ của chi tiết cũng như tuổi thọ của dầu bôi trơn, tuy
nhiên những nghiên cứu này của tác giả chỉ dừng lại ở những hạt mài mịn có kích
thước lớn hơn 10µm cịn những hạt có kích thước nhỏ hơn thì ngồi phạm vi nghiên
cứu do thiết bị khơng đáp ứng vào thời điểm đó.
Năm 1984 phát triển cùng với những phương pháp chuẩn đoán trước đây
BECK JW và JOHNSON JH đã ứng dụng phương pháp Ferrograph phân tích những
hạt mài mịn trong dầu bơi trơn qua đó phát hiện những bất thường của động cơ
Điezen.
Năm 1991 người học trò của ANDERSON là J.S STECKI đã nghiên cứu và
đưa ra việc giám sát điều kiện hoạt động của động cơ đốt trong bằng các hạt mài mòn
được giữ lại trên các bầu lọc và trên Ferrograph. Việc ứng dụng các thành tựu của lý
thuyết này được áp dụng rộng rãi với các trang bị động lực cỡ lớn sau này.
Trong tài liệu IN-SERVICE OIL MONITOR gần đây của hãng Caltex xuất bản
năm 1993 có đề cập nhiều đến lợi ích của việc phân tích dầu bôi trơn đã qua sử dụng :
- Sớm cung cấp những hư hỏng tiềm tàng trong thiết bị;
- Xác định những điều kiện vận hành khơng bình thường của thiết bị;
- Xác định việc sử dụng hợp lý sản phẩm dầu bôi trơn (thời điểm thay dầu bơi
trơn thích hợp nhất).
Cùng với các nhà nghiên cứu Anh, Mỹ đến năm 2000 ISTRAN BALOGH
người Hungary đưa ra lý thuyết điều kiện tạo thành hạt mài mịn hình cầu ở các chi tiết
bơi trơn và đi đến kết luận có ý nghĩa rất quan trọng: chỉ các chi tiết chịu tải trọng lớn,
chế độ bôi trơn kém, nhiệt độ làm việc cao mới tạo thành các hạt mài hình cầu. Trong

14


khi nghiên cứu các hạt mài mòn kim loại trong dầu bơi trơn thì khi hạt mài hinh cầu xuất
hiện lập tức phải dừng thiết bị ngay trước khi xảy ra những hư hỏng đáng tiếc.

Qua những nội dung của chương 1 có thể đi đến kết luận:
- Phương pháp bảo dưỡng kỹ thuật dự phòng theo kế hoạch trước đây do khơng
nắm chắc trạng thái mài mịn của máy trong các kỳ bảo dưỡng định kỳ nên các phần
việc liên quan đến tháo, thay mới các cụm hoặc chi tiết của máy do đảm bảo tính dự
phịng, thường được làm q sớm, gây lãng phí do khơng tận dụng hết tiềm năng sử
dụng tiếp của chúng và phá vỡ mối ăn khớp tốt của các chi tiết và các cụm khi tháo và
thay thế gây ra. Nhờ nắm chắc được trạng thái mài mòn của động cơ qua phân tích dầu
chứa các hạt mài mịn sẽ khắc phục được lãng phí này.
- Phương pháp chuẩn đốn bơi trơn, mài mịn áp dụng trong bảo dưỡng phịng
ngừa theo tình trạng thiết bị có thể duy trì tình trạng kỹ thuật tốt đồng thời đảm bảo chi
phí chung cho bảo dưỡng và sửa chữa động cơ là hợp lý nhất.

15


CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MÒN CÁC CHI TIẾT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG VÀ
PHÂN TÍCH DẦU BƠI TRƠN TRONG CHẨN ĐỐN MỊN
2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CHẨN ĐỐN MỊN CỦA ĐỘNG CƠ
Tiêu chuẩn chính đánh giá trạng thái kỹ thuật của những cặp ma sát được bôi
trơn trong động cơ đốt trong là tốc độ mài mòn bề mặt các cặp ma sát. Nhưng tốc độ
mòn của từng cặp ma sát nói riêng và tồn bộ động cơ nói chung là rất khó xác định và
thậm chí khơng thể kiểm tra được trong quá trình sử dụng.
Khi động cơ hoạt động có thể lấy mẫu dầu bơi trơn và đánh giá trạng thái bề
mặt ma sát theo thông số hạt mài mịn chứa trong mẫu dầu vì chúng chứa đựng những
thơng tin tỉ mỉ về q trình mịn các cặp ma sát trong động cơ. Các thông số đó gồm:
nồng độ hạt mài mịn và kim loại trong dầu bơi trơn, sự phân bố kích thước hạt mài
mịn, hình dáng, tỷ lệ kích thước và thành phần của hạt, trạng thái bề mặt hạt, và sự có
mặt các tạp chất phi kim loại có nguồn gốc khác nhau, qua đó đánh giá cường độ mài
mịn, dạng mịn xảy ra trong miền tiếp xúc, các cụm chi tiết bị mịn nhiều nhất, điều

kiện ma sát và bơi trơn trong động cơ.
Một trong những thông số quan trọng nhất là nồng độ hạt mài mòn trong dầu.
Muốn hiểu bản chất của chẩn đoán ma sát học cần phải lập mối liên hệ giữa tốc độ mài
mòn các cụm chi tiết của hệ thống được bôi trơn và giá trị nồng độ các hạt mài mòn
trong dầu, chúng phụ thuộc vào đặc tính của hệ thống bơi trơn.
2.1.1 Phương trình giữa nồng độ hạt mài trong dầu và tốc độ mòn khi khơng tính
đến hiệu quả lọc
Một trong những mơ hình tính tốn đầu tiên liên hệ giữa nồng độ hạt mài trong
dầu và tốc độ hình thành hạt mài mịn trong các cặp ma sát của động cơ được D.
Lotanôm đưa ra với giả thiết cho rằng: tốc độ hình thành hạt mài và tốc độ mất mát
dầu của hệ thống là hằng số. Tuy nhiên mơ hình này khơng để ý đến khối lượng hạt
mài bị giữ lại trên lọc và trên bộ phận khác của hệ thống bôi trơn.
Phương trình cân bằng các hạt mài mịn trong dầu của hệ thống bôi trơn được
viết:
V.C  m.dt  C.q.dt  V  q.dt C  dC 
Trong đó:
C- Nồng độ các hạt kim loại mài mòn trong dầu;
V- Thể tích dầu dùng trong hệ thống bơi trơn;
m- Khối lượng hạt mài mịn kim loại cuốn vào hệ thống bơi trơn trong
một đơn vị thời gian;
t- Thời gian;

16


q – Số lượng dầu bị mất mát khỏi hệ thống
T- Tổng số thời gian hoạt động của động cơ.
Cho rằng số hạt mài mòn bị mất mát khỏi hệ thống bôi trơn là do số dầu bị mất mát đi.
Trong khoảng thời gian từ t đến t+dt, các thông số của hệ thống bôi trơn thay đổi như
sau:

Tại thời điểm
Nồng độ hạt mài mòn trong dầu
Số lượng dầu
Số lượng hạt mài mòn trong hệ thống
Số lượng dầu bị mất mát khỏi hệ thống

t
C
V

t+dt
C+dC
V-q.dt
m.dt
q.dt

C
C+dC

C’0

C

t
C

t=0
V=V0

t

t+dt

t=t1
V1=V0-q1t1

Hình 2. 1: Đồ thị ảnh hưởng của nồng độ hạt mài theo thời gian
Sau khi rút gọn phương trình ta được
m.dt  V.dC
Số lượng dầu cịn lại trong hệ thống, sau thời gian t:
V  V0  q.t
Do đó
m.dt  V0  q.t dC

(2.1)

(2.2)

Hoặc

dt
dC

V0  q.t m
Nhân hai vế với –q, tích phân hai vế sẽ được
C
log V0  q.t   q.  K
m
Xác định hằng số tích phân K:

17

(2.3)


Khi t  0 ,

C  C'0 ,

K  log V0 

q.C '0
m

Trong đó
C’- Nồng độ các hạt kim loại sau khi thêm dầu
Thay K vào biểu thức trên, lấy t1 và C1 là giá trị tương ứng cuối khoảng thời
gian t1, sẽ được biểu thức tính tốc độ hình thành của hạt mài mòn m
qC1  C 0 
m
(2.4)


V0
log 

 V0  q.t1 
Từ biểu thức về m sẽ có bất đẳng thức:
q.t
1 1  0

V0
Nếu q  0 (dầu mất mát rất ít) lúc ấy
 q.t 

log 1 
 V0    C1  C 0
q
m

(2.5)

1
q
q.t1 


t
   1
log 1 
V0 
V0

và
m.t1  V0 C1  C'0
Đó là tồn bộ hạt mài mịn được hình thành trong thời gian t1, và bằng số lượng
hạt mài mòn tăng lên trong hệ thống dầu bôi trơn.
Nếu t1=0, động cơ không hoạt động trước khi cho dầu mới.
'
'
 q.t 

log 1  1   0 ; C1  C0  0 ; C1  C0
V0 






Nếu m=0, động cơ khơng bị mài mịn.
'
q C1  C '0
m
 0 ; C1  C0  const
 q.t 
log 1  1 
V0 






2.1.1.1 Thay đổi nồng độ hạt mài mòn khi đổ thêm dầu
Gọi Va0 là lượng dầu đổ thêm
Có thể cho rằng số lượng hạt mài mòn trong hệ thống bôi trơn vẫn giữ nguyên sau
khi đổ thêm dầu :
C0 V0  Va 0   C'0 V0
Từ đó

18