TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ
 PHAN HỮU TRUNG
NGHIÊN CỨU TRUYỀN DẪN VÀ HIỂN THỊ
DỮ LIỆU TỪ THIẾT BỊ ĐO KHÍ XẢ ĐỘNG CƠ
IPEX.D LÊ MÁY TÍNH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN:
TS. LÊ BÁ KHANG
NHA TRANG - 2008

a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.

tình của quý thầy cô và góp ý của các bạn, phần nào em cũng đã tiếp cận được với
khoa học và kĩ thuật hiện đại.
Trong nền công nghiệp mới, thuật ngữ ô tô và sự tiện ích của nó dường như đã
không còn xa lạ đối với mọi người, nhưng bên cạnh đó vấn đề ô nhiễm môi trường
do ô tô gây ra cũng là vấn đề nan giải, cả thế giới đang quan tâm. Các yêu cầu về
khí xả cho ô tô ngày càng khắt khe hơn, xuất hiện ngày càng nhiều thiết bị kiểm tra
với mức chính xác cao, nhưng kinh phí để mua những thiết bị đó cũng đắt không
kém. Tại Trường Đại học Nha Trang, vừa được trang bị thiết bị để sinh viên học và
thực hành như “thiết bị đo nồng độ khí xả của động cơ xăng IPEX.D”. Tuy nhiên
chưa có chức năng truyền dẫn và lưu trữ dữ liệu lên máy tính, đây thật sự là điều bất
tiện cho việc theo dõi, kiểm tra sự hoạt động của động cơ.
Nhận thấy vấn đề mang tính chất còn mới đối với sinh viên, với mục đích tìm
hiểu thiết bị và sử dụng thuận tiện hơn và cũng là cơ hội để em được nâng cao kiến
thức về tin học và về lập trình vi điều khiển. Em đã chọn đồ án tốt nghiệp với đề tài:
“Nghiên cứu truyền dẫn và hiển thị dữ liệu từ thiết bị đo khí xả động cơ
IPEX.D lên máy tính.”
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V

h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m

Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u

w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
-3- Chương 1

TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ VÀ VIỆC HÌNH THÀNH
CHẤT ĐỘC HẠI TRONG KHÍ XẢ TRÊN ĐỘNG CƠ ÔTÔ.

1.1 Tổng quan về động cơ
1.1.1 Định nghĩa và phân loại động cơ đốt trong
1.1.1.1 Định nghĩa
Động cơ đốt trong là loại động cơ nhiệt, tức là loại máy có chức năng biến đổi
nhiệt năng thành cơ năng. Ở động cơ đốt trong, nhiên liệu được đốt cháy trực tiếp

g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D

.
c
o
m
-4- Bảng 1.1: Phân loại tổng quát động cơ đốt trong

Tiêu chí phân loại Phân loại
Loại nhiên liệu
- Động cơ chạy bằng nhiên liệu lỏng dễ
bay hơi như: xăng, alcohol, benzol, v.v
- Động cơ chạy bằng nhiên liệu lỏng dễ
bay hơi như: gas oil, mazout, v.v.
- Động cơ chạy bằng khí đốt.
Phương pháp phát hỏa nhiên liệu
- Động cơ phát hỏa bằng tia lửa.
- Động cơ diesel.
- Động cơ semidiesel.
Cách thức thực hiện chu trình công tác
- Động cơ 4 kỳ.
- Động cơ 2 kỳ.
Phương pháp nạp khí mới vào không
gian công tác
- Động cơ không tăng áp.
- Động cơ tăng áp.
Đặc điểm kết cấu
- Động cơ một hàng xilanh; động cơ
hình sao, động cơ hình chữV,W, H…

e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
 Bộ khung.
 Hệ thống truyền lực.
 Hệ thống nạp - xả.
 Hệ thống nhiên liệu.
 Hệ thống bôi trơn .
 Hệ thống làm mát.
 Hệ thống khởi động.
Ngoài ra, một số động cơ còn có thêm hệ thống điện, hệ thống tăng áp, hệ
thống cảnh báo- bảo vệ, v.v…
1.2 Sự hình thành chất độc hại trong khí xả trên động cơ
1.2.1 Cơ chế hình thành Oxide Nitơ (NO
x
)
1.2.1.1 Sự hình thành Monoxide Nitơ (NO)
Trong họ NO
x
thì NO chiếm tỉ lệ lớn nhất. NO
x
chủ yếu do N
2
trong không khí
nạp vào động cơ tạo ra. Nhiên liệu xăng hay diesel chứa rất ít nitơ nên ảnh hưởng
của chúng đến nồng độ NO
x
không đáng kể. Nhiên liệu nặng sử dụng ở động cơ tàu
thủy tốc độ thấp có chứa khoảng vài phần nghìn nitơ (tỉ lệ khối lượng) nên có thể
phát sinh một lượng nhỏ NO
x

i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C

-6- Sự hình thành NO phụ thuộc rất mạnh
vào nhiệt độ :
N
2
+ O
2
2NO (1.4)
Phản ứng tạo thành NO có tốc độ thấp
hơn nhiều so với phản ứng cháy. Nồng độ NO
cũng phụ thuộc mạnh vào nồng độ oxy. Vì
vậy, trong điều kiện nhiệt độ cao và nồng độ
O
2
lớn hơn thì nồng độ NO trong sản phẩm
cháy cũng lớn.

1.2.1.2 Sự hình thành Dioxide Nitơ (NO
2
)
Nồng độ NO
2
có thể bỏ qua so với NO nếu tính toán theo nhiệt động học cân
bằng trong điều kiện nhiệt độ bình thường của ngọn lửa. Kết quả này có thể áp dụng
gần đúng trong trường hợp động cơ đánh lửa cưỡng bức. Đối với động cơ diesel,
người ta thấy có đến 30% NO
x
dưới dạng NO

thành NO cũng bị khống chế bởi các vùng
không khí có nhiệt độ thấp. Dioxide nitơ cũng hình thành trên đường xả khi tốc độ
tải thấp và có sự hiện diện của oxy.
1.2.1.3 Sự hình thành Protoxide Nitơ (N
2
O)
Protoxide nitơ N
2
O chủ yếu hình thành từ các chất trung gian NH và NCO khi
tác dụng với NO:

Hình 1.1: Sự phụ thuộc nồng
đ
ộ NO theo nhiệt độ0.5

Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c

Từ những yếu tố tổng quan trên đây chúng ta thấy các yếu tố trực tiếp hay gián
tiếp ảnh hưởng đến nhiệt độ, nồng độ Oxy cũng như vị trí phân bố cục bộ của chúng
trong buồng cháy sẽ tác động đến sự hình thành NO
x
.
Động cơ xăng
 Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí
Nhiệt độ cực đại của quá trình
cháy ứng với hệ số tương đương
(f=1/α) của hỗn hợp xấp xỉ bằng 1,1
nghĩa là hỗn hợp hơi giàu. Tuy nhiên
trong điều kiện đó, nồng độ Oxy thấp
nên sự hình thành NO bị hạn chế.
Nồng độ cực đại của NO tương ứng
với 0,9 vì ở giá trị này nhiệt độ và
nồng độ Oxy đủ lớn. Khi giảm độ
đậm đặc vượt quá giá trị này thì nhiệt
độ cháy giảm dẫn đến tốc độ của các
phản ứng (1.1) và (1.2) giảm dẫn đến
sự tụt nồng độ NO.
0,8

1,0

1,2

1,4

c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e

Hình 1.3: Ảnh hưởng của tỉ lệ khí xả lưu hồi đến nồng độ NO.

 Ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm
Lượng hỗn hơp cháy trước khi piston đến điểm chết trên (ĐCT) tăng làm tăng
áp suất và nhiệt độ cực đại đồng thời kéo dài thời gian tồn tại của sản vật cháy ở
nhiệt độ cao. Tất cả những yếu tố đó làm tăng nồng độ NO trong khí xả.
Hình 1.4 : Ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm đến nồng độ NO.
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h

P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
 Ảnh hưởng của dạng buồng cháy
Dạng buồng cháy ảnh hưởng đến tính năng kinh tế, kỹ thuật và độ phát ô
nhiễm của động cơ. Trong các điều kiện như nhau nồng độ NO
x
đối với kiểu buồng
cháy thống nhất lớn hơn so với buồng cháy ngăn cách. Nguyên nhân làm giảm NO
x

trong trường hợp buồng cháy ngăn cách là do hỗn hợp quá đậm trong buồng cháy
Hình 1.5: Ảnh hưởng độ đậm đặc trung bình đến nồng độ NO
x

trong động cơ Diesel
0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g

-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
Hình 1.6 : Ảnh hưởng của góc phun sớm đến nồng độ NO
x
và HC
trong khí xả động cơ Diesel.

 Ảnh hưởng của nhiên liệu
Khác với động cơ xăng, trong động cơ diesel nhiên liệu ảnh hưởng đến sự hình
thành NO. Nhiên liệu có chỉ số cetane thấp thời kì cháy trễ kéo dài sẽ làm tăng
lượng NO. Điều này có thể giải thích như động cơ xăng. Sự tăng thành phần
hydrocacbon thơm có mặt trong nhiên liệu cũng làm tăng nồng độ NO, vì sự có mặt
Tr
ễ

S
ớm

HC

NO
x

Biến thiên

Góc b
ắt đầu phun tối
ưu

Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c

w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
-11- của chúng thường kéo dài trong thời kì cháy trễ. Ảnh hưởng của nhiên liệu đến
nồng độ NO
x
nói chung trong động cơ diesel có thể biểu diễn qua biểu thức sau:
NO
x
(ppm) = -7,0μ + 4,7τ + 4,5.Xa (1.11)
Trong đó: µ: Độ nhớt động lực học của nhiên liệu.
τ: Thời gian cháy trễ.
Hình 1.7 : Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí đến nồng độ CO.
α
CO
[ %]
8
6
4
2
0
0.8 0.9 1
1.1
1.2 1.3
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e


C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o

trình biến đổi hóa học trong bầu khí quyển. Thông thường HC có một bộ phận lớn
methane. Thêm vào đó, chúng còn có các thành phần chứa oxygen có tính phản ứng
cao hơn như aldehide, cetone, phenol, alcool,… Nếu thành phần cacbon chỉ chiếm
vài phần trăm trong HC của động cơ đánh lửa cưỡng bức thì aldehide có thể đạt đến
10% trong HC động cơ diesel và trong số aldehide này, formaldehide chiếm tới
20% tổng số thành phần chứa cacbon.

Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.

w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
-13-  Cơ chế tôi màng lửa
Tôi màng lửa hay dập tắt màng lửa diễn ra khi nó tiếp xúc với thành buồng
cháy. Quá trình tôi màng lửa có thể xảy ra trong những điều kiện khác nhau: màng
lửa bị làm lạnh khi tiếp xúc với thành trong quá trình dịch chuyển hoặc màng lửa bị
dập tắt trong những không gian nhỏ liên thông với buồng cháy, chẳng hạn như khe
hở giữa piston và thành xilanh.

lửa bị kẹt

Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-

w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
-14- những hydrocacbure thoát ra trong quá trình oxy hóa ban đầu do màng lửa bị dập tắt
có thể bị oxy hóa trong quá trình giãn nở hay thải.
Cuối cùng lớp dầu bôi trơn trên mặt gương xilanh có thể hấp thụ
hydrocacbure, nhất là các hydrocacbure trước khi bén lửa và thải HC ra hỗn hợp
cháy trong kì giãn nở. Quá trình hấp thụ và thải HC như vừa nêu đôi khi là nguồn
phát sinh HC quan trọng trong khí xả động cơ đốt trong.
1.2.4 Cơ chế hình thành các ôxit lưu huỳnh
Lưu huỳnh là chất có trong nhiên liệu, khi lưu huỳnh cháy sẽ sinh ra SO
2
. Nếu
chất này gặp nước sẽ biến thành hyrosunfua hay axit sunfurơ. Một phần SO

3
+ H
2
O = H
2
SO
4
(1.15)
SO
2
được thải ra bên ngoài môi trường thông qua ống khí thải, làm ảnh hưởng
xấu đến môi trường. Do hàm lượng lưu huỳnh chứa ở trong xăng một lượng rất nhỏ
(nhỏ hơn 0,1 %) nên đối với động cơ xăng thì sự ô nhiễm của SO
2
là không quan trọng. Click to buy NOW!
P
D
F

c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u

 HC (HYDROCACBONS )
 O
2
(OXYGEN) (*)
 NO (NITROGEN OXIDE) (*)
Thiết bị IPEX.D cũng có thể đo lường:
 Tốc độ động cơ (RPM) (*)
 Nhiệt độ dầu (*)
 Tỷ số khí/ nhiên liệu (AFR)
 Lamda (Thông số quan trọng cho loại phương tiện có bộ xử lí khí thải loại
3 chiều. Thông số lamda phải đứng giữa 0.97 và 1.03)
Chú ý: chi tiết (*) là chi tiết tùy chọn.

Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V

h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m

3. Màn hình hiển thị O
2
%vol; 4. Phím in; 5. Phím đo lường; 6. Phím chọn;
7. Màn hình đa chức năng; 8. Cổng máy in; 9. Màn hình hiển thị HC ppmV.

Sau khi làm nóng, trong khi hoạt động thông thường bàn phím có ý nghĩa sau:
- Phím MEASURE khởi động và ngừng đo lường khí xả (Công tắc ngắt
mạch). Trước mỗi đo lường tự động thực hiện về zero và hiển thị “ CAL” xấp xỉ 30
giây. Thiết bị thoát khỏi đo lường khí xả khi nhấn phím MEASURE lần nữa hoặc
sau 15 phút làm việc liên tục với mục đích ngăn ngừa các bộ phận cơ cấu bên trong
hao mòn vô ích.
1

2

3

4

5

6

7

8

9

Click to buy NOW!

c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d

15. Giá giữ cảm biến Oxy và NO
x
; 16. Khí xả vào.
1
2
3
4
5
6
7
8
9

10
11
12
13
14

15
5

16

Click to buy NOW!
P
D
F
-
X

m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t

Điện năng tiêu thụ: Xấp xỉ 18W.
Cầu chì: 4A.
Kích thước, trọng lượng: 330 x 200 x 300 mm, xấp xỉ 3kg.
(*) Thiết bị cấp nguồn bên ngoài: Nguồn vào: 100 tới 250VAC, 47 đến 63 Hz,
xấp xỉ 1.8A.
Nguồn ra: 12VDC 4,2A tối đa 50W.

Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
-19- 2.1.3 Chức năng đặc biệt
2.1.3.1 Hướng dẫn cài đặt giờ hiển thị
Thiết bị IPEX.D cung cấp một board mạch cài sẵn lịch và giờ hiện hành, được

P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a

o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
-20- Bước 3: Nhấn phím FUNC để khởi động. Trong khi bơm hoạt động, phần trên
màn hình hiển thị thông báo “LCh run”. Khi bơm ngừng hoạt động, thông báo
“LCh test ” hiển thị cho thời gian kiểm tra tồn tại (khoảng 30 giây).
Bước 4: Nếu không dò tìm được rò rỉ, thiết bị trở lại trạng thái sẵn sàng và
hoàn chỉnh kiểm tra.
Bước 5: Nếu dò tìm được rò rỉ, thông báo “LCh fail” xuất hiện trên màn hình
hiển thị trong lúc thông báo “ FUn” nhấp nháy sẽ đề nghị lặp lại kiểm tra.
Bước 6: Nhấn phím FUNC để thoát, phím MEASURE để lặp lại.
2.1.3.3 Các thông báo
Khi thiết bị thông báo chức năng không bình thường, một thông báo lỗi được
hiển thị. Tất cả cá thông báo có thể xảy ra và ý nghĩa của chúng được thể hiện là:
1. Thông báo “End” trên màn hình O
2
trong lúc đo lường, bộ cảm biến bị hao

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X

m
-21- 2.1.4 Các dây đo IPEX.D
 Dụng cụ đo tốc độ
Cách sử dụng theo trình tự sau:
1. Tắt thiết bị
2. Cắm jac kết nối tới giao diện
RPM trên mặt sau thiết bị IPEX.D,
cẩn thận cài chặt.
3. Móc kẹp cảm ứng xung
quanh dây dẫn chính hệ thống của
Bugie.
4. Nếu đọc kết quả không ổn
định, lộn ngược chiều kẹp cảm ứng,
đặt đối diện vị trí của cảm biến tới
bugie.

 Cảm biến nhiệt độ
Cách sử dụng theo trình tự sau:
1. Tắt thiết bị.
2. Cắm jac kết nối tới giao diện
nhiệt độ dầu trên mặt sau của thiết bị
IPEX.D, cài chặt cẩn thận.
3. Rút que thăm dầu nơi lỗ thăm
dầu và dùng chiều dài như tham khảo để
cài đặt nón chặn để tránh đụng vào bộ
phận động cơ đang hoạt động và ngăn
ngừa dầu tràn ra ngoài.

d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e

phương tiện cần đo và được kẹp chặt
bởi kẹp.  Cảm biến điện áp thấp
Cách sử dụng như sau:
1. Tắt thiết bị.
2. Cắm jac kết nối tới giao diện
RPM vào mặt sau của thiết bị IPEX.D
3. Kết nối kẹp đen tới dây trung
tính.
4. Kết nối kẹp đỏ tới đầu cuối bộ
kết nối chẩn đoán RPM của phương
tiện.

2.2 Bảo trì thiết bị IPEX.D
2.2.1 Hướng dẫn vệ sinh ống lọc khí vào đầu tiên
Hệ thống lọc gồm có lọc kim loại với lỗ 40µm được đặt trên bát giống như nơi
đặt bơm nước ngưng tụ ra và lọc giấy thứ 2 dùng một lần. Nên kiểm tra định kỳ và
vệ sinh lọc đầu tiên, tháo và vệ sinh lọc như mô tả theo hướng dẫn và thổi khí nén
thông qua nó cho khô trước khi lắp đặt lại. Bắt đầu vệ sinh lọc như sau:
 Tháo vít nắp lọc.
 Tháo lọc.
Hình 2.5 : Ống lấy mẫu khí xả
Hình 2.6 : Cảm biến điện áp thấp.
Click to buy NOW!
P

k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
Hình 2.7: Lọc khí vào.
1. Lọc 40µm; 2. Chén
2.2.2 Bảo trì bơm hệ thống ngưng tụ nước
Hệ thống bơm phải được vệ sinh bụi bám lắng đọng, ta thực hiện các bước
như sau:
 Tháo chén lọc của lọc đầu tiên (40µm).
 Đổ đầy nước vào chén lọc.
 Bật thiết bị, nhấn phím MEASURE kích hoạt bơm và để nó làm việc cho
đến khi bơm hết nước.
 Lắp lại chén lọc. 12

Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g

-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.

Khi thực hiện thao tác này cần lưu ý rằng thiết bị đã được tắt hoàn toàn. Khi
thiết bị hiện thông báo “End” trên màng hình O
2
là cảm biến oxy hết thời gian sử
dụng, cần phải thay thế. Trình tự thay thế được tiến hành như sau:
 Tháo bộ nối cảm biến.
 Vặn tháo cảm biến Oxy
 Ghi ngày thay thế lên nhãn của cảm biến mới.
1

2 1
2
`

Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e


C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o