--- PHÙNG TẤT THẮNG ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT TẬP MỜ CHẨN ĐOÁN TRẠNG THÁI KỸ THUẬT HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL TRÊN XE TẢI CỠ NHỎ Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Tình hình nghiên cứu về chẩn đoán trạng thái kỹ thuật hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel
Trong quá trình sử dụng, các bộ phận của động cơ Diesel, đặc biệt là hệ thống cung cấp nhiên liệu, có xu hướng xuống cấp Việc xác định sự thay đổi trạng thái kỹ thuật mà không cần tháo rời là nhiệm vụ quan trọng trong chẩn đoán kỹ thuật Sự thay đổi này thường diễn ra liên tục do nhiều nguyên nhân khác nhau trong quá trình vận hành.
Điều kiện làm việc như nhiệt độ và áp suất cao, cùng với thời gian làm việc kéo dài, có ảnh hưởng lớn đến độ mài mòn và độ bền của các bộ phận như bơm cao áp và vòi phun Sự gia tăng độ mài mòn sẽ dẫn đến suy giảm hiệu suất và tuổi thọ của thiết bị.
Điều kiện sử dụng, bao gồm môi trường, nhiệt độ, độ ẩm và bụi bẩn, ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của thiết bị Bên cạnh đó, trình độ sử dụng và hiểu biết của người dùng cũng đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu quả sử dụng.
Công nghệ, thiết kế và chế tạo đóng vai trò quan trọng trong việc xác định trạng thái kỹ thuật của các chi tiết và bộ phận Việc lựa chọn vật liệu và tính chính xác trong sản xuất ảnh hưởng lớn đến hiệu suất và độ bền của sản phẩm Do đó, thiết kế cần được tối ưu hóa để đảm bảo sự đơn giản, thuận tiện cho việc bảo dưỡng và sửa chữa.
Dựa vào các nguyên nhân đã nêu, mức độ hư hỏng có thể khác nhau, tuy nhiên, hư hỏng trong quá trình sử dụng là điều không thể tránh khỏi Việc chẩn đoán kỹ thuật đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá tình trạng kỹ thuật của động cơ và các bộ phận của nó, đồng thời dự báo chính xác những hư hỏng hoặc sự cố có thể xảy ra, từ đó đưa ra các biện pháp khắc phục kịp thời.
4 chế độ bảo dưỡng sửa chữa thích hợp đảm bảo tuổi thọ, độ tin cậy cho động cơ và các bộ phận của nó
Hiện nay, chẩn đoán kỹ thuật ô tô tại Việt Nam vẫn ở mức độ thấp, với chỉ một số ít liên doanh có thiết bị chẩn đoán hoàn chỉnh Hầu hết các cơ sở sửa chữa sử dụng thiết bị chẩn đoán đơn lẻ và không đồng bộ, dẫn đến việc kết luận chẩn đoán phụ thuộc chủ yếu vào kinh nghiệm của chuyên gia Độ chính xác trong chẩn đoán có sự khác biệt lớn, phụ thuộc vào trình độ và kinh nghiệm của chuyên gia; chuyên gia dày dạn kinh nghiệm thường đưa ra kết quả chính xác hơn, trong khi chuyên gia ít kinh nghiệm dễ mắc sai sót hơn.
Việc áp dụng các ứng dụng tin học vào chẩn đoán thông qua hệ chuyên gia ngày càng trở nên cần thiết Các hệ chuyên gia này thu hút người dùng vì tính hữu ích và tiện lợi, cũng như khả năng thích ứng linh hoạt Khác với con người cần nghỉ ngơi và có giới hạn về kiến thức, hệ chuyên gia có thể hoạt động liên tục và lưu trữ tri thức một cách bền vững Chúng tổng hợp được kiến thức từ nhiều chuyên gia khác nhau, giúp nâng cao độ chính xác trong chẩn đoán Ngoài ra, quá trình đào tạo con người để trở thành chuyên gia đòi hỏi thời gian dài và công sức, điều này càng làm nổi bật giá trị của hệ chuyên gia trong lĩnh vực này.
Nhu cầu thực tế hiện nay yêu cầu sự chú ý nghiêm túc trong việc xây dựng các hệ thống chuyên gia hỗ trợ đa dạng lĩnh vực, bao gồm quản lý kinh tế, kiến trúc, khám chữa bệnh và chẩn đoán kỹ thuật.
Trong quá trình chẩn đoán, các chuyên gia thường dựa vào đánh giá chủ quan và trực giác, dẫn đến việc không luôn đưa ra được chẩn đoán chính xác Họ thường gặp khó khăn trong việc giải thích lý do cho những kết luận của mình Kết quả chẩn đoán thường mang tính ước lượng và thiếu sự nhất quán Thông tin chủ yếu mà họ có được thường chỉ là những nhận xét dựa trên kinh nghiệm, như “Bơm xăng kém,” “Xe này còn tốt,” hay “Kim phun bị hỏng.”
Có thể xây dựng một hệ chuyên gia để xử lý thông tin trong chẩn đoán hỏng hóc hay không? Một nhược điểm lớn trong quá trình chẩn đoán là sự phụ thuộc vào kinh nghiệm thực tiễn của các chuyên gia, dẫn đến những sai lầm trong việc xác định và điều trị các hư hỏng ở ranh giới Đối với những trường hợp khó chẩn đoán, lý thuyết tập mờ cung cấp các công cụ phù hợp và gần gũi với thực tế, giúp cải thiện độ chính xác trong chẩn đoán.
Tình hình nghiên cứu, ứng dụng lý thuyết mờ trong chẩn đoán
1.2.1 Ứng dụng lý thuyết tập mờ trong chẩn đoán trên thế giới
Năm 1965, giáo sư Lofit A Zadeh đã giới thiệu lý thuyết mờ, mở ra hướng đi mới cho suy luận mờ và xây dựng cơ sở tính toán cho nó Lý thuyết này đã được trình bày trong nhiều tài liệu và sẽ được ứng dụng để phát triển mô hình trợ giúp chẩn đoán kỹ thuật Việc áp dụng lý thuyết mờ mang lại nhiều ưu điểm đáng kể.
- Cho phép sử dụng các thông tin định tính, dạng ngôn ngữ
- Sử dụng logic suy diễn gắn liền với tri thức con người
Since the development of fuzzy logic and fuzzy technology has gained significant momentum, it is important to highlight the LIFE project (Laboratory for International Fuzzy Engineering), which took place from 1989 to 1995 and was led by Professor T Terano from the Tokyo Institute of Technology in Japan.
Những ứng dụng đầu tiên về điều khiển mờ được giới thiệu bởi Mandani và Assklian vào năm 1974 Sau đó, logic mờ đã được áp dụng trong điều khiển quá trình nung xi măng của Larsen vào năm 1980 và trong quản lý bãi đỗ xe của Sugeno.
Trong các ứng dụng công nghệ, năm 1984 đánh dấu sự phát triển trong việc điều khiển nhà máy nước của Yagshita Đến năm 1985, hệ thống giao thông ngầm và quản lý thang máy của Fụitec đã được triển khai Năm 1988, Bernard đã ứng dụng công nghệ để điều khiển hệ thống năng lượng và phản ứng hạt nhân Tiếp theo, vào năm 1990, Sugeno đã phát triển hệ thống điều khiển cho máy bay trực thăng.
- Ứng dụng lý thuyết tập mờ trong chẩn đoán trong nước
Hiện nay, nghiên cứu về hệ chẩn đoán dựa trên lý thuyết mờ đang được triển khai tại Việt Nam, đặc biệt là trong lĩnh vực chẩn đoán bệnh nhiệt đới tại viện công nghệ thông tin quốc gia Đề tài “ứng dụng lý thuyết mờ chẩn đoán trạng thái kỹ thuật hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel trên xe tải cỡ nhỏ” hướng đến việc xác định tình trạng kỹ thuật của hệ thống này mà không cần tháo rời các chi tiết, giúp tiết kiệm công sức và chi phí lao động Đề tài không chỉ đảm bảo độ tin cậy và tính kinh tế mà còn tối ưu hóa khả năng khai thác sử dụng Bằng cách khám phá các ứng dụng mới của lý thuyết mờ, nghiên cứu này tập trung vào việc phát triển phần mềm chẩn đoán cho hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel, phục vụ cho thực tiễn.
MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu sự thay đổi trạng thái kỹ thuật của hệ thống cung cấp nhiên liệu Diesel nhằm nâng cao hiệu quả chẩn đoán và dự báo Bằng cách ứng dụng lý thuyết tập mờ, bài viết tập trung vào việc cải thiện quy trình khai thác và quản lý tình trạng kỹ thuật của hệ thống này.
Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
- Những hư hỏng trong hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel trên xe tải Vinaxuki cơ nhỏ
- Phương pháp chẩn đoán hư hỏng hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel dùng logic mờ
Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel trên xe tải nhỏ
Nội dung nghiên cứu
Tìm hiểu khả năng ứng dụng lý thuyết tập mờ trong công tác chẩn đoán nói chung
Nghiên cứu sự biến đổi trạng thái kỹ thuật của hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ Diesel trong quá trình khai thác là cần thiết, đồng thời đánh giá khả năng biểu thị những biến đổi này thông qua thông tin mờ.
Mô hình hệ luật trợ giúp chẩn đoán tình trạng kỹ thuật của hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel được xây dựng dựa trên lý thuyết tập mờ, nhằm nâng cao độ chính xác trong việc xác định các vấn đề kỹ thuật Việc áp dụng lý thuyết này giúp cải thiện quy trình chẩn đoán, từ đó tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của động cơ Diesel Hệ thống này không chỉ hỗ trợ việc phát hiện lỗi mà còn cung cấp các giải pháp khắc phục hiệu quả, góp phần nâng cao độ tin cậy của hệ thống cung cấp nhiên liệu.
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm kiểm chứng và mô phỏng trên máy tính
Trong nhiều trường hợp khảo sát và nghiên cứu, khi đối tượng không thể được mô tả bằng mô hình toán học hoặc mô hình quá phức tạp và khó ứng dụng, logic mờ (fuzzy logic) trở thành một giải pháp ưu việt.
Trong khai thác hệ thống nhiên liệu Diesel, người dùng thường dựa vào kinh nghiệm cá nhân để điều khiển động cơ, đặc biệt khi các yếu tố thay đổi ảnh hưởng đến hiệu suất kinh tế kỹ thuật Mặc dù kinh nghiệm được hình thành từ thực tiễn, nhưng để đạt được kết quả chính xác, người sử dụng cần có kiến thức cơ bản và hiểu biết về các mô hình toán học Qua đó, quá trình khai thác động cơ đã trở thành một hệ thống suy diễn tương đối, không chỉ dựa vào các công thức hay số liệu cụ thể Các chỉ tiêu kinh tế chất lượng như an toàn, hiệu suất và tiết kiệm vẫn được duy trì Luận văn này ứng dụng logic mờ trong chẩn đoán kỹ thuật của hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel, dựa trên kinh nghiệm thực tế để xây dựng hệ tri thức chẩn đoán hiệu quả.
Nghiên cứu hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel bằng logic mờ đòi hỏi một số nội dung cụ thể sau:
- Phân tích đối tượng, các yếu tố ảnh hưởng đến trạng thái kỹ thuật của hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel;
- Lựa chọn tập các thông số quan trọng và khả năng sử dụng các thông số đó cho công tác chẩn đoán;
- Xây dựng hệ thống mờ đánh giá đối tượng bằng tập dữ liệu “ Vào - Ra”
- Xây dựng các luật điều kiển mờ từ các dữ liệu khai thác thực tế;
Hệ thống mờ được tổng hợp với các luật điều khiển mờ nhằm xác định mối quan hệ phụ thuộc giữa các biến "Vào - Ra", từ đó định lượng mối quan hệ này.
- Kiểm nghiệm thực tế để đánh giá sự phù hợp và mức độ chính xác của hệ thống
CHẨN ĐOÁN KỸ THUẬT VÀ LÝ THUYẾT TẬP MỜ
Chẩn đoán kỹ thuật
3.1.1 Mục đích, ý nghĩa của chẩn đoán kỹ thuật
Chẩn đoán kỹ thuật là một phương pháp can thiệp nhằm đảm bảo máy móc hoạt động với độ tin cậy, an toàn và hiệu quả cao Nó giúp phát hiện và dự đoán kịp thời các hư hỏng, từ đó nâng cao tính tin cậy và an toàn của thiết bị Việc này không chỉ kéo dài tuổi thọ của máy mà còn giảm chi phí thay thế phụ tùng, giảm hao mòn các bộ phận do không cần tháo rời, và tiết kiệm nhiên liệu cũng như dầu nhờn nhờ vào việc điều chỉnh kịp thời các bộ phận về trạng thái tối ưu Hơn nữa, chẩn đoán kỹ thuật còn giúp giảm thời gian lao động cho công tác bảo trì và sửa chữa.
3.1.2.Các khái niệm và định nghĩa trong chẩn đoán kỹ thuật
3.1.2.1.Các định nghĩa cơ bản
Hệ thống chẩn đoán là tổ chức bao gồm công cụ và đối tượng chẩn đoán, nhằm xác định trạng thái kỹ thuật của đối tượng Việc xác định trạng thái kỹ thuật tức thời cho phép đánh giá chất lượng hiện tại của các sự cố đã xảy ra và khả năng sử dụng trong tương lai.
Công cụ chẩn đoán bao gồm các thiết bị kỹ thuật, phương pháp và quy trình nhằm phân tích và đánh giá tình trạng kỹ thuật Những công cụ này có thể là thiết bị sẵn có của đối tượng chẩn đoán hoặc các thiết bị độc lập Chúng có thể bao gồm cảm nhận của con người, sự phân tích của chuyên gia, cảm biến, bộ vi xử lý, phần mềm tính toán, cũng như màn hình và tín hiệu giao diện.
Đối tượng chẩn đoán kỹ thuật bao gồm các cơ cấu, tập hợp các cơ cấu, hoặc toàn bộ hệ thống phức tạp.
Tình trạng kỹ thuật của đối tượng là tập hợp các đặc tính kỹ thuật tại một thời điểm nhất định, phản ánh chức năng yêu cầu của đối tượng trong các điều kiện sử dụng cụ thể.
Động cơ bao gồm một số lượng lớn các tổng thành, hệ thống, khâu và chi tiết, được chế tạo theo các bản vẽ với kích thước và dung sai quy định, cùng với các yêu cầu kỹ thuật cụ thể Tất cả các chi tiết này lắp ráp thành các nhóm, cụm, tổng thành, được gọi là kết cấu Mỗi đối tượng trong động cơ có kết cấu riêng, đảm nhận một chức năng cụ thể.
Kết cấu được đánh giá qua các thông số kỹ thuật, được gọi là Thông số trạng thái kỹ thuật, phản ánh các đại lượng vật lý như kích thước (độ dài, diện tích, thể tích), cơ (lực, áp suất, tần số, biên độ), nhiệt (độ, calo) và điện (điện trở, cường độ, điện áp) Trong quá trình sử dụng, các thông số này có thể biến đổi so với giá trị ban đầu.
H0 đạt đến giá trị giới hạn Hgh, tức là chỉ khi nào gần đến mức hỏng, và mối tương quan này phụ thuộc vào thời gian làm việc Hình 3.1 minh họa sự tương quan này một cách rõ ràng.
H0 là giá trị của thống số kết cấu được tính toán theo yêu cầu kỹ thuật của nhà chế tạo, thường được ghi trong bản vẽ và tài liệu hướng dẫn Trong quá trình sử dụng, các thông số kết cấu có thể thay đổi, dẫn đến tình trạng kỹ thuật xấu đi và cuối cùng là hỏng hóc.
H0 thường được lấy làm giá trị gốc để đánh giá mức độ xấu đi của đối tượng
Hcp là giá trị cho phép của thông số kết cấu, đánh dấu ranh giới xuất hiện hư hỏng Tại điểm này, máy bắt đầu gặp trục trặc và các tính năng sử dụng có xu hướng giảm, tuy nhiên, máy vẫn còn khả năng hoạt động.
Hgh là giá trị tới hạn của thống số kết cấu, đánh dấu thời điểm mà máy móc mất hoàn toàn khả năng hoạt động và không thể thực hiện các chức năng tối thiểu được quy định.
- 0T1: thời gian làm việc không hỏng
- T1T2: thời gian làm việc có trục trặc
Hình 3.1 Tương quan giữa thông số kết cấu và thời gian làm việc
Ngoài việc đánh giá thông số kết cấu bằng giá trị thực tế, có thể diễn đạt dưới dạng phần trăm Các giá trị H0, Hcp, Hgh được xem là ngưỡng của thông số kết cấu.
Quy luật thay đổi trạng thái kết cấu theo thời gian làm việc là một quy luật phức tạp, chịu ảnh hưởng từ nhiều yếu tố khác nhau Để xác định quy luật này, cần áp dụng các biện pháp thống kê và sử dụng các hàm gần đúng để diễn đạt một cách chính xác.
Thông số kết cấu là chỉ số quan trọng để đánh giá tình trạng kỹ thuật của đối tượng chẩn đoán tại một thời điểm nhất định Khi giá trị của thông số kết cấu nằm trong khoảng H0 đến Hcp, đối tượng được xem là ở trạng thái tốt Nếu giá trị nằm trong khoảng Hcp đến Hgh, đối tượng bắt đầu xuất hiện triệu chứng hư hỏng Khi giá trị vượt quá Hgh, đối tượng hoàn toàn mất khả năng hoạt động.
Mòn kim phun là một thông số quan trọng trong cấu trúc kỹ thuật, được đánh giá qua mức độ mòn Mỗi mức độ mòn khác nhau sẽ dẫn đến những kết luận khác nhau về tình trạng kỹ thuật của thiết bị, từ tốt, được, xấu, rất xấu cho đến hỏng.
Lý thuyết tập mờ
Khái niệm về tập hợp được hình thành trên nền tảng logic và được
G.Cantor định nghĩa như là một sự xếp đặt chung lại các vật, các đối tượng có cùng chung một tính chất gọi là phần tử của tập hợp đó Ý nghĩa logic của khái niệm tập hợp được xác định ở chỗ một vật hoặc một đối tượng bất kỳ chỉ có thể có hai khả năng hoặc là phần tử của tập đang xét hoặc không
Trong lý thuyết tập hợp, một phần tử x thuộc tập hợp A được ký hiệu là x ∈ A, trong khi x không thuộc A được ký hiệu là x ∉ A Tập hợp không chứa phần tử nào gọi là tập rỗng, ký hiệu là ∅ Ví dụ, tập hợp các số thực x thỏa mãn phương trình x² + 1 = 0 là một tập rỗng.
Có nhiều cách để biểu diễn một tập hợp Cách biểu diễn chấp nhận hơn cả là liệt kê những phần tử của tập hợp, ví dụ:
A1 = {1,2,3,5,7,11} hoặc A2 = {cây 4, nhà, ,xe máy}
Cách biểu diễn tập hợp bằng cách sử dụng tính chất tổng quát của các phần tử là phương pháp phổ biến, đặc biệt khi làm việc với tập hợp có nhiều hoặc vô số phần tử Một phần tử x thuộc tập hợp A nếu và chỉ nếu nó thỏa mãn tính chất tổng quát đã được xác định.
A1 = {x | x là số nguyên tố} hoặc A2= {x | x là số thực x < 4}
Cho hai tập hợp A và B Nếu mọi phần tử của a cũng là phần tử của B thì tập A được gọi là tập con của B và ký hiệu bằng A B
Hai tập hợp A và B được coi là bằng nhau, ký hiệu là A = B, nếu và chỉ nếu A là tập con của B (A ⊆ B) và B là tập con của A (B ⊆ A) Điều này có nghĩa là mọi phần tử của tập A cũng là phần tử của tập B và ngược lại.
Cho một tập hợp A, ánh xạ A : A R định nghĩa như sau:
Hàm thuộc tập A, ký hiệu là μA(x), chỉ nhận hai giá trị là 1 hoặc 0 Giá trị 1 được gọi là giá trị đúng, trong khi giá trị 0 được xem là giá trị sai của hàm μA(x).
Một tập X luôn có A ( x ) = 1 với mọi x được gọi là không gian nền (tập nền) Một tập A có dạng x X x
A { | thoả mãn một số tính chất nào đó}
Thì được gọi là có tập nền X, hay được định nghĩa trên tập nền X Ví dụ như: A { x R | 2 x 4 }
Có tập nền là tập các số thực R
Với khái niệm tập nền như trên thì hàm thuộc A của tập A có tập nền X được hiểu là ánh xạ A : X { 0 , 1 } từ X vào tập {0,1} gồm hai phần tử 0 và 1
Có thể dễ dàng thấy được rằng A B khi và chỉ khi A ( x ) B ( x ), tức là
Nếu x thuộc A và A là tập con của B, thì x cũng thuộc B, dẫn đến giá trị của hàm đo μA(x) và μB(x) đều bằng 1 Ngược lại, nếu x không thuộc A, tức là μA(x) bằng 0, ta không thể xác định x có thuộc B hay không Do đó, giá trị của μA(x) có thể là 0 hoặc 1.
hay hàm thuộc (x ) là hàm không giảm
3.2.1.Nhắc lại tập hợp kinh điển
Khái niệm mờ đề cập đến một "tập hợp" nào đó, trong đó tập X được coi là "vũ trụ" trong bối cảnh đang xem xét Tập con mờ A của X, ký hiệu A ⊆ X, được đặc trưng bởi hàm thuộc μA: X → [0, 1] Các phép tính trên A tương ứng một-một với các phép tính trên μA, tạo thành một đẳng cấu Do đó, A có thể được xem như đồng nhất với μA.
Tập mờ A khác với các tập hợp thông thường ở chỗ không có giới hạn rõ ràng, mà được định nghĩa thông qua các phần tử đi kèm với một hàm thuộc μ Hàm này là ánh xạ từ các phần tử “thực” vào đoạn [0,1], cho biết mức độ thuộc của mỗi phần tử vào tập mờ.
Tập hợp mờ là khái niệm thường gặp trong thực tế, ví dụ như tập hợp những người "trẻ" Không thể xác định chính xác độ tuổi nào được coi là trẻ, do đó, khái niệm tập mờ "trẻ" ra đời Một người 15 tuổi có mức độ thuộc về tập "trẻ" cao hơn nhiều so với một người 30 tuổi, cho thấy sự linh hoạt và không rõ ràng trong việc phân loại các đối tượng theo độ tuổi.
Tập "rõ" gồm 20 người trẻ, trong khi tập "mờ" chứa những người không xác định rõ độ tuổi Để định nghĩa khái niệm "trẻ", ta sử dụng hàm μtrẻ : X [0, 1], trong đó X là số năm tuổi từ 0 đến 100 Hàm μtrẻ(u) thể hiện mức độ chấp nhận của chúng ta về việc coi một người có tuổi u là trẻ Ví dụ, ta có thể xác định tập mờ những người trẻ dựa trên hàm này.
Trẻ = {x | μtrẻ(x) : μtrẻ(x) = 1 nếu 0 x 25 μtrẻ(x) = 1 (( x 25 / 5 ) 2 ) 1 nếu 25 x 100
Theo định nghĩa này, trẻ em được hiểu là những người dưới 25 tuổi, trong khi đó, một người 30 tuổi vẫn có thể được xem là trẻ nhưng ở mức độ khác.
1 ( 30 25 ) / 5 2 ) 1 1 / 2, một người 50 tuổi được xem là trẻ với mức độ
Hàm μ: X → [0, 1] cho phép biểu thị khái niệm tập mờ, mở rộng khái niệm tập hợp thông thường Chúng ta sẽ coi tập mờ và hàm là đồng nhất, gọi là hàm thuộc.
Có thể thấy tập mờ là sự khái quát tự nhiên khái niệm tập hợp thông thường Ví dụ: Xét X là tập vũ trụ và A X , trong đó:
Tập hợp A = { x1, x2, x5 } chứa 3 phần tử x1, x2 và x5 Tập hợp này có thể được biểu diễn bằng hàm thuộc μA: X → [0, 1], với μA được xác định như sau: A = {( x1, 1 ), ( x2, 1 ), ( x3, 0 ), ( x4, 0 ), ( x5, 0 ), ( x6, 0 ), , ( xn, 0 )} Hàm μA(x) thể hiện độ thuộc của x, cho biết x có phải là thành viên của A hay không.
Mỗi x thuộc tập X sẽ có một giá trị μA(x) trong khoảng [0, 1], thể hiện mức độ "x thuộc A" Nếu μA(x) gần 1, điều này cho thấy x thuộc A với độ tin cậy cao Ngược lại, nếu μA(x) gần 0, x gần như không thuộc A.
Mỗi phần tử X trong tập mờ A có mức độ thuộc từ 0 đến 1, trong khi một tập con “rõ” (không mờ) của X có thể được coi là một tập mờ với hàm thuộc chỉ nhận giá trị 0 hoặc 1, không có giá trị trung gian.
3.2.2.Các phép toán trên mờ
3.2.2.1.Phép hợp hai tập mờ
Hợp của hai tập mờ A và B có cùng tập nền X là tập mờ cũng xác định trên nền X có hàm thuộc A B (x ) thoả mãn:
1) A B (x ) chỉ phụ thuộc vào A (x ) và B (x )
3) Có tính chất giao hoán, A B ( x )= B A (x )
4) Có tính chất kết hợp, ( A B ) C ( x )= A ( B C ) ( x )
PHÂN TÍCH SỰ THAY ĐỔI TRẠNG THÁI KỸ THUẬT HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL
Giới thiệu hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel
4.1.1 Yêu cầu của hệ thống cung cấp nhiên liệu
- Tự động cung cấp lượng nhiên liệu phù hợp với chế độ tải trọng và tốc độ vòng quay của động cơ
- Cung cấp nhiên liệu đồng đều vào các xi lanh động cơ theo trình tự làm việc quy định của động cơ
- Cung cấp nhiên liệu vào xi lanh động cơ đúng theo một quy luật đã định
- Nhiên liệu phải được xé nhỏ, phân bố đều trong thể tích xy lanh và tia nhiên liệu phải phù hợp với hình dạng buồng cháy
4.1.2 Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu
Hình 4.1 Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ Diesel
1 Đường nhiên liê ̣u hồi; 2 Bơm cao áp; 3 Đường ống cao áp; 4 Vòi phun;
5 Xylanh động cơ; 6 Miê ̣ng hút nhiên liê ̣u; 7 Thùng chứa nhiên liê ̣u; 8 Đường ống thấp áp; 9 Bầu lọc tinh; 10 Bơm chuyển; 11 Bầu lọc thô
4.1.3 Các bộ phận chính của hệ thống cung cấp nhiên liệu
- Thùng chứa nhiên liệu: dùng để chứa dầu Diesel đủ cho động cơ hoạt động trong một thời gian quy định
Bơm cao áp và vòi phun là hai bộ phận quan trọng nhất trong hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ diesel, với các chi tiết được chế tạo chính xác đến từng phần nghìn milimet Để đảm bảo hoạt động bền bỉ và hiệu quả, nhiên liệu dẫn tới các bộ phận này cần phải được lọc sạch mọi cặn bẩn Do đó, hệ thống cung cấp nhiên liệu trang bị bình lọc nhằm loại bỏ những tạp chất nhỏ nhất.
Bơm chuyển nhiên liệu có chức năng đẩy nhiên liệu qua bình lọc tinh vào rãnh hút của bơm cao áp, duy trì áp suất trong khoảng 0.08 – 0.12 Mpa Áp suất này giúp ngăn không khí hòa tan trong nhiên liệu thoát ra, đảm bảo bơm cung cấp nhiên liệu cho mỗi vòi phun với áp suất ổn định và đồng nhất, ngay cả khi tải trọng động cơ thay đổi đột ngột.
Vòi phun nhiên liệu là thiết bị phân phối và phun tơi nhiên liệu do bơm cao áp cung cấp vào buồng đốt với áp suất nhất định Quá trình phun tơi diễn ra nhờ vào tốc độ phun cao của nhiên liệu dưới áp suất lớn.
Vòi phun ở động cơ diesel thường là vòi phun kín, giúp ngăn ngừa hiện tượng nhỏ giọt nhiên liệu giữa các lần phun Thiết kế này cho phép kiểm soát tốt hơn quá trình phun, đảm bảo nhiên liệu được cung cấp hiệu quả vào buồng đốt thông qua nhiều lỗ phun, thường từ ba lỗ trở lên.
36 năm tia nhiên liệu Như vậy đảm bảo phun tơi hơn và phân phố đều nhiên liệu vào tất cả các buồng đốt
- Bơm cao áp: đây là bộ phận chính trong hệ thống cung cấp nhiên liệu, được xem như quả tim của động cơ Diesel
Trong quá trình làm việc của động cơ Diesel, bơm cao áp phải thực hiện ba nhiệm vụ chính sau:
- Nhiệm vụ 1: cung cấp nhiên liệu cho mỗi chu trình ứng với chế độ làm việc quy định của động cơ
- Nhiệm vụ 2: Cung cấp nhiên liệu đồng đều vào các xilanh theo trình tự làm việc quy định của động cơ
Nhiệm vụ 3 của động cơ Diesel là cung cấp nhiên liệu vào xilanh đúng lúc theo quy luật đã định Để thực hiện tốt nhiệm vụ này, hầu hết các động cơ Diesel hiện nay sử dụng bơm cao áp không thay đổi hành trình piston, chủ yếu là loại bơm điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp cho chu trình bằng piston Việc xem xét các chỉ tiêu của bơm cao áp loại này là cần thiết để đảm bảo thực hiện tốt ba nhiệm vụ đã nêu, đồng thời đánh giá hiệu quả làm việc của bơm cao áp.
4.1.3.1.Lượng nhiên liệu chu trình G ct
Là tổng số lượng nhiên liệu được phun vào buồng cháy trong thời gian một chu trình công tác
Lượng nhiên liệu chu trình có thể được xác định bằng công thức sau:
Trong đó : ge – suất tiêu hao nhiên liệu có ích
Ne – công suất có ích của động cơ n- tốc độ quay của trục khuỷu
Số xi lanh (i) và hệ số kì (z) là hai yếu tố quan trọng trong việc điều chỉnh lượng nhiên liệu phun vào mỗi xi lanh trong một chu trình công tác Đối với động cơ 2 kỳ, z = 1, còn đối với động cơ 4 kỳ, z = 0.5 Công thức này cho thấy rằng lượng nhiên liệu cần được điều chỉnh phù hợp với chế độ làm việc của động cơ, bao gồm công suất cần thiết (Ne) và tốc độ quay (n) tương ứng với công suất đó.
Lượng nhiên liệu trong chu trình phụ thuộc vào chế độ khai thác và chất lượng bơm cao áp Khi cặp piston-xilanh bơm cao áp bị mòn, khả năng bao kín khe hở giảm, dẫn đến lượng nhiên liệu phun vào xilanh bị giảm Hiện nay, để xác định lượng nhiên liệu cấp cho mỗi chu trình, chúng ta vẫn dựa vào tiêu chuẩn của Liên xô cũ OCT 10578 – 63, như được thể hiện trong bảng 4.1, trong đó các thông số ghi trong ngoặc đơn ít được sử dụng.
Bảng 4.1 Lượng cấp nhiên liệu chu trình tiêu chuẩn
Hành trình piston(mm) Đường kính xilanh (mm) Giới hạn nhiên liệu cực đại cấp cho chu trình (cm 3 )
Số tổ bơm của một bộ bơm cao áp
4.1.3.2.Độ cấp nhiên liệu không đồng đều: Đối với động cơ nhiều xilanh, lượng nhiên liệu chu trình được phun vào các xilanh phải đều nhau, chỉ trên cơ sở ấy mới có thể đảm bảo cho các xi lanh của động cơ có cùng một phụ tải Độ không đồng đều về cung cấp nhiên liệu của các tổ bơm trong một bộ bơm cao áp được xác định như sau:
Trong công thức nl = ax - gct min gtb gctm 100% (4.2), các thông số quan trọng bao gồm gct max, đại diện cho lượng cung cấp nhiên liệu chu trình lớn nhất trong các tổ bơm; gct min, là lượng cung cấp nhiên liệu chu trình nhỏ nhất; và gtb, là lượng cung cấp nhiên liệu chu trình trung bình Hơn nữa, gtb được tính bằng cách lấy giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của gct.
Độ không đồng đều cho phép trong thiết kế phụ thuộc vào số tổ bơm của bộ bơm cao áp Độ cấp liệu không đồng đều có thể làm giảm công suất và tuổi thọ của động cơ, đồng thời tăng suất tiêu hao nhiên liệu và gây ra nhiều vấn đề khác cho động cơ Trong thực tế, việc điều chỉnh hệ thống phun nhiên liệu để đạt được trị số tối ưu n1 = 0 là không khả thi.
n1 được nhà chế tạo quy định trong các tài liệu hướng dẫn sử dụng và sửa chữa động cơ Diesel
Khi giảm số vòng quay hoặc giảm lượng nhiên liệu cấp cho chu trình thì
Độ không đồng đều trong chế độ công suất định mức và chế độ không tải với số vòng quay ổn định thấp nhất được trình bày trong bảng 4.2 không tăng.
Bảng 4.2 Độ không đồng đều cho phép đối với lượng nhiên liệu cấp cho chu trình của các tổ bơm trong cùng một bộ bơm cao áp không quá …%)
Số tổ trong bộ bơm cao áp
Chế độ làm việc Chế độ thiết kế Chế độ không tải Khi điều chỉnh
Sự thay đổi trạng thái kỹ thuật của hệ thống cung cấp nhiên liệu
4.2.1 Những hư hỏng của hệ thống cung cấp nhiên liệu thấp áp
Hệ thống cung cấp nhiên liệu thấp áp cho bơm cao áp bao gồm thùng nhiên liệu, bơm chuyển nhiên liệu, bộ lọc và đường ống dẫn dầu Hư hỏng trong hệ thống này có thể dẫn đến tình trạng nhiên liệu không được nạp đầy hoặc áp suất không đủ, khiến bơm cao áp thiếu nhiên liệu và lọt khí, gây ra hoạt động không bình thường Các vấn đề thường gặp bao gồm rò rỉ do hệ thống không kín, thường xảy ra ở các đầu nối hoặc mặt lắp ghép do đệm, gioăng hỏng hoặc nứt vỡ Rò rỉ không chỉ gây lãng phí nhiên liệu và ô nhiễm môi trường mà còn làm thiếu nhiên liệu cho bơm cao áp Hiện tượng lọt khí có thể nhận biết qua việc động cơ bị giật cục và không tăng ga mượt mà, và khi nới vít xả khí sẽ thấy nhiều bọt khí thoát ra.
-Lọc nhiên liệu tắc do cặn bẩn, gây cản đường cấp nhiên liệu làm nhiên liệu không cấp đủ lên bơm cao áp
Bơm chuyển nhiên liệu thấp áp có thể bị mòn hoặc hỏng, dẫn đến việc không cung cấp đủ lượng nhiên liệu cần thiết cho bơm cao áp Các hư hỏng phổ biến bao gồm sự mòn của các chi tiết quan trọng như piston, xilanh trong bơm piston, bánh răng và vỏ bơm trong bơm bánh răng, cũng như rô to, cánh gạt và thân trong bơm cánh gạt Ngoài ra, các vấn đề như mòn hoặc liệt van một chiều, lò xo bơm yếu, và các chi tiết dẫn động bị mòn cũng góp phần làm giảm hiệu suất cung cấp nhiên liệu của bơm.
Khe hở giữa piston và xilanh bơm thấp áp không được vượt quá 0.25 mm Đối với bơm bánh răng, khe hở giữa đỉnh răng và thành bơm, giữa mặt đầu bánh răng và đáy bơm, cũng như khe hở giữa các răng ăn khớp không được vượt quá 0.2 mm.
4.2.2 Hư hỏng của bơm cao áp
4.2.2.1.Hư hỏng của bộ đôi piston và xilanh bơm
Piston và xi lanh bơm cao áp là bộ đôi chính xác, lắp ghép trực tiếp mà không có chi tiết trung gian, đảm bảo cung cấp và định lượng nhiên liệu dưới áp suất cao Khe hở giữa piston và xilanh rất nhỏ, chỉ khoảng 0.001-0.002mm, nhằm ngăn chặn sự lọt nhiên liệu Tuy nhiên, trong quá trình làm việc, ma sát và bụi bẩn trong nhiên liệu gây mòn, đặc biệt ở khu vực quanh lỗ nạp và xả Sự mài mòn này làm tăng khe hở giữa piston và xi lanh, dẫn đến hiện tượng lọt nhiên liệu và hậu quả là bơm không cung cấp đủ nhiên liệu cho động cơ.
Hiện tượng mòn nhiều xung quanh khu vực cửa nạp và thoát nhiên liệu làm cho việc định lượng nhiên liệu không chính xác Mặt khác, mức độ mài
Mòn của bộ đôi trong động cơ nhiều xi lanh sử dụng bơm nhánh có sự khác biệt rõ rệt, mặc dù chúng hoạt động trong cùng một điều kiện Sự mài mòn không đều giữa các tổ bơm dẫn đến độ không đồng đều trong lượng cung cấp chu trình giữa các xilanh, gây ra hiện tượng động cơ hoạt động không êm, khó điều chỉnh tối ưu Hệ quả là động cơ phát thải khói, giảm công suất và tăng tiêu hao nhiên liệu.
Trong quá trình sử dụng và sửa chữa, việc kiểm tra độ mòn hoặc khe hở của các bộ đôi không được thực hiện trực tiếp, mà thay vào đó, người ta đánh giá khả năng làm việc thông qua kiểm tra độ kín thủy lực và khả năng cung cấp định lượng nhiên liệu cho động cơ Các bộ đôi không hoạt động hiệu quả khi không cung cấp đủ lượng nhiên liệu cần thiết ở áp suất quy định Độ kín thủy lực được xác định bằng thời gian áp suất nhiên liệu bơm vào xilanh, với thời gian giảm áp suất càng lâu thì độ kín càng cao Việc kiểm tra có thể thực hiện bằng cách tháo bộ đôi khỏi bơm hoặc ngay trên bơm Để kiểm tra độ kín thủy lực của bộ đôi bơm Bosch, cần tháo van cao áp, lắp đường ống cao áp và sử dụng bơm tay để tạo áp suất, sau đó điều chỉnh thanh cung cấp nhiên liệu và quay trục cam để piston che kín các cửa nạp và xả nhiên liệu.
Áp suất từ 220-230 KG/cm² cần được theo dõi cho đến khi giảm xuống 200 KG/cm² Khi đạt được mức áp suất này, hãy bắt đầu đồng hồ đo thời gian cho đến khi áp suất tụt xuống 150 KG/cm² Thời gian này nên nằm trong khoảng từ 5 đến 25 giây để đảm bảo thiết bị vẫn còn sử dụng được.
Việc kiểm tra độ kín thủy lực của bộ đôi được thực hiện bằng cách lắp lên đồ gá tương tự như thử nghiệm trên bơm Dụng cụ thử vòi phun hoặc bơm tay riêng vẫn được sử dụng để tạo áp suất và ghi thời gian áp suất Sự khác biệt là bộ đôi được lắp ghép lên đồ gá với vít chính để nâng piston bơm đến vị trí yêu cầu cho việc kiểm tra.
4.2.2.2.Hư hỏng của van cao áp:
Van cao áp được lắp giữa xilanh bơm và đường ống cao áp để duy trì áp suất dư khoảng 10 KG/cm², giúp vòi phun cung cấp nhiên liệu ngay khi bơm hoạt động Cặp chi tiết van và đế van cao áp là các chi tiết siêu chính xác, đảm bảo ngăn cách hoàn toàn giữa xilanh và đường ống cao áp trong quá trình hút nhiên liệu.
Hư hỏng van thường do mòn sau thời gian sử dụng, đặc biệt tại mặt côn bao kín và đế van, cũng như vành giảm áp và lỗ dẫn hướng Mòn không đều ở các bề mặt này dẫn đến rò rỉ nhiên liệu giữa khoang bơm và đường ống cao áp, gây ra sự không ổn định trong cung cấp nhiên liệu cho vòi phun và làm cho động cơ hoạt động không êm Ngoài ra, việc mòn vành trụ giảm áp và lỗ trên đế van làm giảm khả năng dập tắt dao động áp suất trong đường ống cao áp, gây hiện tượng phun rớt, tăng tiêu hao nhiên liệu và xả khói đen.
Kiểm tra van cao áp có thể thực hiện qua việc phát hiện rò rỉ nhiên liệu hoặc kiểm tra độ kín thủy lực của van để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
Để kiểm tra van cao áp, tháo ống nhiên liệu cao áp khỏi bơm và thay bằng ống thủy tinh để quan sát mức nhiên liệu Nếu bơm cao áp vẫn gắn trên động cơ, sử dụng bơm tay để bơm nhiên liệu vào khoang bơm đến áp suất làm việc, khi đó nhiên liệu sẽ chảy liên tục qua đường dầu hồi Nếu bơm cao áp lắp trên băng thử, dùng nguồn cấp nhiên liệu của băng để cung cấp nhiên liệu vào bơm Đẩy thanh điều khiển bơm về vị trí ngắt nhiên liệu cung cấp, lúc này nhiên liệu trong khoang bơm sẽ thông với không gian phía trên đỉnh piston và van cao áp Nếu van không kín, nhiên liệu sẽ rò rỉ quanh van, làm mức nhiên liệu trong ống thủy tinh dâng lên, dễ dàng quan sát Sau khoảng 1 phút, nếu mức nhiên liệu tăng lên rõ rệt, có thể xác định van không kín và cần kiểm tra lại mặt côn.
Có thể kiểm tra độ kín của mặt côn van bằng phương pháp kiểm tra thủy lực Để thực hiện, cần nối ống nhiên liệu cao áp trên van với một bơm tay để tạo áp suất tương tự như bơm của thiết bị thử vòi phun Bơm nhiên liệu vào ống cao áp đến 170 KG/cm², sau đó dừng lại và chờ cho áp suất giảm xuống 150 KG/cm² Nếu thời gian này không nhỏ hơn 1 phút, van vẫn còn tốt.
4.2.3 Hư hỏng của vòi phun
Vòi phun cần đảm bảo độ phun sương và hình dạng chìm tia phun đúng yêu cầu dưới áp suất nhiên liệu quy định cho từng loại động cơ Mọi hư hỏng của các chi tiết vòi phun sẽ ảnh hưởng xấu đến chất lượng chùm tia phun, dẫn đến động cơ hoạt động không bình thường Các hư hỏng này cần được chú ý để duy trì hiệu suất động cơ.
4.2.3.1.Mòn bộ đôi kim phun và đế phun:
Hiện tượng mòn xảy ra chủ yếu do ma sát, đặc biệt là ở mặt côn khi đóng kín lỗ phun của đầu kim phun và đế phun Ngoài ra, mòn cũng diễn ra tại các lỗ phun do sự lưu động của tia nhiên liệu và các hạt bẩn di chuyển với tốc độ cao.