Luận án Nghiên cứu thiết lập mô hình chẩn đoán để đánh giá trạng thái kỹ thuật của động cơ diesel máy chính tàu cá Việt Nam

 đƣợc J. Abraham [19] tính toán ở cả nhiệt độ thấp và nhiệt độ cao. 
Trong đó, tốc độ biến đổi khối lƣợng riêng phần theo thời gian của một chất m trong 
 34 
buồng cháy do các biến đổi hóa học từ chất này sang chất khác đƣợc xác định theo 
phƣơng trình: 
 d *
 m m m (2. 1) 
 dt c
 Trong đó, ρm: Khối lƣợng riêng phần của chất m; ρ*m: Giá trị cân bằng nhiệt 
động lực học tức thời và cục bộ của khối lƣợng riêng phần; τc: Thời gian đặc trƣng để 
đạt đƣợc sự cân bằng. 
 Thời gian đặc trƣng này đƣợc giả định là nhƣ nhau cho tất cả các chất tham gia 
quá trình nhiệt động lực học: Nhiên liệu, O2, N2, CO2, CO, H2, H2O. Trong các chất 
trên chỉ trừ N2, còn lại các chất khác đều có tính đến khi xác định sự cân bằng nhiệt 
động lực học tức thời. Một nhân tố quan trọng của mô hình cháy là thời gian đặc trƣng 
τc, là tổng của thời gian chảy tầng τl và thời gian chảy rối τt: 
 c f  t  l (2. 2) 
 Với: f 1 e r / 0,632 là hệ số trễ đƣợc giả định để xét ảnh hƣởng của chảy 
rối đến quá trình cháy sau khi cháy trễ xảy ra. 
 r ( ) / (1 )
 CO2 H 2 O CO H 2 N 2 2. 3) 
 Tham số r thể hiện tính hoàn thiện của sự cháy trong vùng khảo sát, có giá trị từ 
0 (không cháy) đến 1 (cháy hoàn toàn). 
  A 1 Fuel0,75 O 1,5 exp(E / RT )
 1   2 A cyl (2. 4) 
 t2 c k /  (2. 5) 
 10
 Trong đó, theo , c2 = 0,1; A = 1,45*10 . 
 Do tổng thời gian phản ứng τc đã bao gồm cả thời gian đặc trƣng của chảy rối, 
ảnh hƣởng của chảy rối tới tốc độ phản ứng trung bình cũng đã đƣợc xem xét và đƣa 
vào tính toán. Động năng rối k đƣợc xác định theo Yogesh V [57]: 
 3
 k .v2 (2. 6) 
 2 l
 Vận tốc của tia nhiên liệu qua miệng lỗ phun: 
 2(p p )
 vC inj c 
 l d (2. 7) 
 l
 35 
 Tốc độ tiêu tán rối đƣợc tính theo Dent JC [29]: 
 6γ.p .n
 ε inj (2. 8) 
 ρl .Δθ
 2
 Khi đó: 
 Δθ.Cd (p inj p c )
 τt 0,3
 6n.γ.pinj (2. 9) 
 Trong công thức (2.9),  phụ thuộc vào lƣợng nhiên liệu cấp chu trình: 
 √ (2. 10) 
 Thay các giá trị tƣơng đƣơng, phƣơng trình 2.1 sẽ trở thành: 
 *
 d m m m
 ( )/(1 )
 dt 1e CO2 H 2 O CO H 2 N 2 12
 10 .  .Cd (p inj p c )
 0,632 2n. .pinj
 (2. 11) 
 0,75 1,5 E
 A 1  Fuel  O exp A
 2 RT
 cyl
 Trong phƣơng trình 2.11, Δθ: Thời gian phun [độ]; EA: Năng lƣợng kích hoạt 
(kJ/kgnl); γ: Hằng số thể hiện phần năng lƣợng rối. 
 Phƣơng trình 2.11 thể hiện quan hệ toán học giữa quá trình cháy với thông số 
chẩn đoán. Khi quá trình cháy xảy ra, sự tỏa nhiệt đƣợc chia thành 3 giai đoạn khác 
nhau. Ở giai đoạn đầu, tốc độ cháy thƣờng rất cao và kéo dài khoảng vài độ góc quay 
trục khuỷu. Giai đoạn này tƣơng ứng với việc gia tăng nhanh chóng áp suất trong xy 
lanh và đạt độ lớn của đỉnh đầu tiên trên đồ thị tốc độ cháy. 
 Giai đoạn 2 tƣơng ứng với việc giảm đều đặn tốc độ tỏa nhiệt (đƣờng cong tỏa 
nhiệt có thể đạt đƣợc một đỉnh thứ hai thấp hơn đỉnh thứ nhất nhƣ hình 2.10). Đây là 
giai đoạn tỏa nhiệt chính và kéo dài khoảng 400 góc quay trục khuỷu (gqtk). Bình 
thƣờng khoảng 80% năng lƣợng chứa trong nhiên liệu đƣợc giải phóng ra trong hai 
giai đoạn này. Giai đoạn 3 tƣơng ứng với phần đuôi của đồ thị tỏa nhiệt, kéo dài trong 
phần lớn kỳ giãn nở. Lƣợng nhiệt tỏa ra trong giai đoạn này khoảng 20% năng lƣợng 
do nhiên liệu cung cấp (hình 2.10) [36]. 
 36 
 Hình 2.10. Biến thiên áp suất cháy p, tốc độ phun nhiên liệu mf, tốc độ tỏa nhiệt Qn 
 Tốc độ tỏa nhiệt cho biết sự biến đổi theo thời gian của năng lƣợng giải phóng 
trong buồng cháy ĐC. Theo Vibe [75] tốc độ tỏa nhiệt đƣợc thể hiện qua phƣơng trình 
sau. 
 m m1 
 SOC
 a 
 dQf SOC CD
 Qf ,total a(m 1) e (2. 12) 
 d CD
 Trong đó, υSOC: Góc bắt đầu cháy; ΔυCD: Thời gian cháy; υ: υSOC < υ < υSOC + ΔυCD;
 Qf,total = mf.QH: Tổng năng lƣợng tỏa ra; QH: Nhiệt trị thấp nhiên liệu. 
 Khi lƣợng cấp nhiên liệu chu trình lớn (đầy tải), tốc độ tỏa nhiệt có thể giảm 
xuống do ảnh hƣởng của quá trình cháy. Bên cạnh đó, thay đổi thời điểm phun làm 
thay đổi thời gian cháy trễ, độ cao của đỉnh đƣờng cong tỏa nhiệt càng lớn khi thời 
gian cháy trễ càng dài [60]. Với lƣợng nhiên liệu cấp chu trình: 
 
 m C.A.2 (p p). (2. 13) 
 f d h l inj c 360n
 Trong đó, hệ số giãn dòng vòi phun: 
 ̇ 
 (2. 14) 
 √ 
 Mối quan hệ giữa thông số chẩn đoán đến tốc độ tỏa nhiệt đƣợc thể hiện qua 
phƣơng trình 2.15: 
 37 
 m m1 
 SOC
 a 
 dQf  SOC CD
 Q.C.A.2(pH d h l inj p). c .a(m1) e (2. 15) 
 d 360n CD
 Ở đây, n: Tốc độ ĐC; a, m: Hệ số của phƣơng trình Vibe; Ah: Diện tích mặt cắt 
lỗ phun (mm2). 
 Phƣơng trình 2.15 thể hiện ảnh hƣởng của thông số chẩn đoán đến quá trình tỏa 
nhiệt và ảnh hƣởng đến các chỉ tiêu công tác của động cơ. Trong đó, chỉ tiêu kinh tế là 
những thông số dùng để đánh giá động cơ về phƣơng diện hiệu quả sử dụng năng 
lƣợng (nhiên liệu cung cấp): 
 Suất tiêu hao nhiên liệu (ge) phản ánh chỉ tiêu kinh tế của ĐC, là lƣợng nhiên liệu 
do ĐC tiêu thụ để phát ra một đơn vị công suất có ích trong một đơn vị thời gian. Đơn 
vị thƣờng dùng là [g/kW.h]. 
 Theo Heywood [36] tốc độ lƣu lƣợng phun nhiên liệu trong 1 giờ ( ̇ inj) xác định 
lƣợng tiêu hao nhiên liệu giờ Ge (g/h) của ĐC, ̇ inj tính theo công thức 2.16 . 
 Khi đó, Ge= ̇ inj và ge đƣợc xác định theo công thức 2.17. 
 ̇ (2. 16) 
 Ge
 ge (2. 17) 
 Ne
 Ah .C d A h .C d
 ge .2(pp) l inj c .2.p l (2. 18) 
 NNee
 1/2 1/2
 g N p .A .C .2 
 e e h d l 
 Đặt đại lƣợng: 1/ge = Ae 
 N p1/2 .A .A .C .2 1/2 (2. 19) 
 e e h d l 
 Trong đó, Ne: Công suất có ích của ĐC. 
 Từ công thức 2.18 và 2.19 cho thấy, áp suất phun và giá trị áp suất nén ảnh 
hƣởng trực tiếp đến công suất và suất tiêu hao nhiên liệu riêng có ích của ĐC. Điều 
này khẳng định, thông số chẩn đoán lựa chọn, phản ánh đƣợc mục tiêu chẩn đoán đối 
với ĐC. 
2.2.2. Quan hệ phát thải bồ hóng và NOx với thông số chẩn đoán 
 - Bồ hóng là chất ô nhiễm đặc biệt quan trọng trong khí xả ĐC diesel. Đối với 
ĐC diesel, mô hình nhiều khu vực (Multi-Zone) dựa trên quy luật thực nghiệm của khí 
 38 
kéo theo vào tia nhiên liệu và sự phân bố nhiên liệu trong tia phun để tính toán nhiệt 
độ trung bình trong mỗi khu vực, đã cho phép phát triển các mô hình tính toán hàm 
lƣợng phát thải bồ hóng qua hai bƣớc: Hình thành bồ hóng và ôxy hóa bồ hóng nhƣ 
mô hình của Tesner - Magnussen; mô hình của Hiroyasu - Kandota. 
 Theo Magnussen [22]. Tốc độ hình thành bồ hóng đƣợc xác định nhƣ sau: 
 3
 Rs,f = mp (a − bN)n (kg/m /s); (2. 20) 
Ở đây, mp: Khối lƣợng một hạt bồ hóng (kg/hạt); a,b: Các hằng số; n: Nồng độ hạt cơ 
sở (hạt/m3); N: Nồng độ hạt bồ hóng (hạt/m3). 
 Theo các mô hình này, quá trình ôxy hóa bồ hóng phụ thuộc lớn vào nồng độ bồ 
hóng (cs) và tỷ số động năng rối/tiêu tán rối của ngọn lửa [3, 57]. 
 ε -3 -1
 R s,c A.c s . (kgm s ); (2. 21) 
 k
 3 2 2
Trong đó, A: Hằng số; cs: Nồng độ bồ hóng (kg/m ); k: Động năng rối (m /s ); ε : Tốc 
độ tiêu tán động năng rối (m2/s2). 
 Hàm lƣợng bồ hóng cuối cùng đƣợc xác định bởi công thức: 
 -3 -1
 Rs = Rs,f - Rs,c (kgm s ) (2. 22) 
 Trong các phƣơng trình trên, khi loại bỏ k và ε theo phƣơng trình 2.6 và 2.8. 
Thông số phun liên quan đến quá trình ôxy hóa và phát thải bồ hóng đƣợc thể hiện qua 
phƣơng trình 2.23: 
 1 .pinj .6.n
 Rs,c A.C s . . 2 (2. 23) 
 3  .Cd .(p inj p c )
 Xét về quan hệ toán học, khi tăng áp suất phun, thời gian phun (Δθ) giảm xuống, 
Rs,c tăng lên. Điều này phù hợp với lý thuyết, khi tăng áp suất phun làm gia tăng quá 
trình cháy và ôxy hóa bồ hóng. 
 - Quá trình cháy lí tƣởng của hỗn hợp Hydrocacbon với không khí chỉ sinh ra 
CO2, H2O và N2. Tuy nhiên, do sự không đồng nhất của hỗn hợp một cách lí tƣởng 
cũng nhƣ do tính chất phức tạp của các hiện tƣợng lý hóa diễn ra trong quá trình cháy, 
nên trong khí xả ĐC diesel luôn có chứa một hàm lƣợng đáng kể những chất độc hại. 
Oxyde nitơ (NO, NO2, N2O) gọi chung là NOx. Trong đó, NO chiếm đại bộ phận, là 
khí không màu, không mùi, không tan trong nƣớc. NO có thể gây nguy hiểm cho cơ 
 39 
thể do tác dụng với hồng cầu trong máu. Sự hình thành NO đƣợc mô tả thông qua cơ 
chế Y. B. Zeldovich: 
  k1
 O + N2  NO + N (2. 24) 
 k 1
  k2
 N + O2  NO + O (2. 25) 
 k 2
 k3
 N + OH  NO + H (2. 26) 
 k 3
 Nói chung, NOx đƣợc hình thành là do N2 tác dụng với O2 ở điều kiện nhiệt độ 
cao [45]. Các dạng hình thành NOx đã đƣợc nhiều nghiên cứu thực nghiệm chỉ ra [61]: 
 + NOx hình thành trong điều kiện thừa ôxy ( λ>1) ở nhiệt độ cao. 
 + NOx đƣợc hình thành tác dụng với gốc HC ( λ<1) của N2 trong không khí. 
 + N2O trung gian xảy ra ở áp suất cao hơn và nhiệt độ thấp hơn. 
 + Một lƣợng nhỏ hợp chất CN, HCN đƣợc tạo thành từ nitơ và bị ôxy hóa 
 hình thành NOx. 
 Nhiệt độ cao và tốc độ truyền nhiệt thấp trong thời gian cháy kéo dài sẽ ảnh 
hƣởng đến sự hình thành NOx. Vì vậy, mối quan hệ giữa hàm lƣợng NOx hình thành do 
nhiệt từ quá trình cháy với quá trình phun đã đƣợc P. A. Lakshminarayanan [57] xây dựng 
nhƣ sau: 
 (∫ ∑ ) ̇ 
 (2. 27) 
 Thay ̇ từ phƣơng trình 2.16, khi đó: 
 EOC in 
 C .A .t .i V .NO . 2(P P )
 d h dur  t x inj c
 SOC i1 (2. 28) 
 NO 
 x cycle 0.5
 V.cyl l
 Trong đó: 
 1 dn
 .NO =2k . O . N  (2. 29) 
 V dt 12
 (2. 30) 
 [ ] [ ] 
 1
 1
 1 dn C
 NO 2 2
 . =2k1 .k O . O 2 . N 2  (2. 31) 
 V dt 
 1 1
 dM μ .V C
 NO NO 2 2
 = 2k1 .k O . O 2 . N 2  (2. 32) 
 dφ 6000.n 
 40 
 3
 7 -38000 m
 k1 =7,6.10 .exp (2. 33) 
 T mole.s
 12954 -4
 5+0,310805.ln(T)- +1,07083-0,738336.10 .T
 10 T
 -8 2 (2. 34) 
 C +0,344645.10 .T mole
 k=O 3 
 R.T m
 NOx cycle: Hàm lƣợng NOx trung bình của chu trình sinh ra do nhiệt độ cháy 
(ppm); i: Số lỗ tia phun; SOC: Bắt đầu cháy hỗn hợp; EOC: Kết thúc quá trình cháy; 
 in 
tdur: Thời gian cháy (s);  : Tổng thể tích của n tia phun. 
 i 1
 Tăng góc phun sớm (giảm áp suất nén tại thời điểm tia nhiên liệu phun vào 
buồng cháy) thì thời điểm bắt đầu quá trình cháy xuất hiện sớm hơn, do đó làm tăng áp 
suất cháy cực đại và thời gian sản phẩm cháy tồn tại ở nhiệt độ cao tăng lên. Cả hai 
yếu tố này khiến phần trăm NOx tăng, còn khi giảm góc phun sớm thì NOx cũng giảm. 
Khi góc phun sớm càng tiến gần điểm chết trên (ĐCT), áp suất cực đại và nhiệt độ cực 
đại giảm, khiến giảm lƣợng NOx hình thành, vì sự biến thiên nhiệt độ cháy rất nhạy 
cảm với NOx. 
 Tuy nhiên, nhiệt độ giảm khiến quá trình ôxy hóa bồ hóng kém đi, lƣợng bồ hóng 
phát thải gia tăng. Ngƣợc lại, tăng góc phun sớm (giảm pc), tăng áp suất phun làm gia 
tăng NOx. Đây là quy luật đối nghịch của NOx và bồ hóng đã đƣợc ghi nhận trong 
nhiều công trình [64, 65, 69]. 
 Trên cơ sở các công thức đã đƣợc phân tích, biến đổi cho thấy công suất (công 
thức 2.19), mức phát thải bồ hóng (công thức 2.23), mức phát thải NOX (công thức 
2.28) của động cơ diesel bị ảnh hƣởng bởi nhiều yếu tố, trong đó áp suất phun (pinj) và 
áp suất cuối kỳ nén (pc) là những thông số ảnh hƣởng đặc trƣng và những thông số này 
có thể xác định làm cơ sở cho việc đánh giá trạng thái kỹ thuật động cơ diesel tàu cá. 
2.3. Phƣơng pháp chẩn đoán trạng thái kỹ thuật động cơ diesel hiện nay 
 Nhƣ đã trình bày, bản chất của việc chẩn đoán để đánh giá TTKT của ĐC là tìm 
cách giải bài toán theo quy luật của hàm và biến số. Trong đó, biến số là các thông số 
chẩn đoán nhƣ áp suất trong ống cao áp, áp suất phun, áp suất cuối kỳ nén, hàm là 
giá trị phụ thuộc vào biến số nhƣ công suất, phát thải 
 41 
2.3.1. Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật bằng mô phỏng quá trình phun nhiên liệu 
 Mô phỏng một vật hay hiện tƣợng nói chung liên quan đến việc biểu diễn các 
hành vi hay đặc tính quan trọng của một hệ thống tổng quát hoặc vật lý đƣợc lựa chọn. 
Hay nói cách khác mô phỏng là việc nghiên cứu trạng thái của mô hình để qua đó hiểu 
đƣợc hệ thống thực. Hiện nay với sự trợ giúp của máy tính, phƣơng pháp mô hình hóa 
dựa trên việc xây dựng mô hình kết hợp với phƣơng pháp số (Numerical method) để 
tìm các lời giải, đã trở thành công cụ hữu hiệu khi thực hiện việc mô phỏng từ đơn giản 
đến cấp độ hệ thống. 
 Hình 2.11 thể hiện quá trình nghiên cứu chẩn đoán một hệ thống bằng phƣơng 
pháp mô phỏng đã đƣợc nhiều công trình nghiên cứu sử dụng. 
 Hệ thống Mô hình hóa Mô hình mô 
 thực phỏng 
 Th
 ử
 nh
 ỉ
 nghi
 u ch
 ệ
 ệ
 m
 Hi
 Kết luận về Kết quả mô 
 hệ thực phỏng 
 Xử lý kết quả 
 Hình 2.11. Quá trình nghiên cứu mô phỏng 
 Cơ sở của phƣơng pháp chẩn đoán TTKT ĐC diesel bằng mô phỏng quá trình 
phun nhiên liệu sẽ tập trung vào phân tích ảnh hƣởng của áp suất phun, áp suất cuối kỳ 
nén đến cấu trúc tia phun, hình thành hỗn hợp cháy. 
 Quá trình phun nhiên liệu giúp tia phun tăng diện tích bề mặt và hoà trộn với 
không khí, tăng tốc độ bay hơi và cháy. Đặc biệt đối với ĐC phun trực tiếp, quá trình 
phun là biện pháp hiệu quả nhất để kiểm soát quá trình cháy. Trong đó, động năng tia 
phun là nguồn tạo xoáy lốc chính khống chế việc hoà trộn nhiên liệu - không khí và 
tốc độ lan truyền ngọn lửa hòa trộn trƣớc, ảnh hƣởng rất lớn đến quá trình bắt cháy, 
tỏa nhiệt và hình thành khí thải, do đó ảnh hƣởng đến độ ồn, tiêu hao nhiên liệu và 
phát thải của ĐC. 
 Tuy nhiên, hiện tƣợng phun nhiên liệu diễn ra trong ĐC rất phức tạp do: 
 42 
 + Hạt nhiên liệu tƣơng tác với dòng khí chảy rối và màng lửa theo nhiều cách; 
 + Khó quan sát buồng cháy bằng các kỹ thuật đo cần thiết mà không làm biến đổi 
hình dáng cũng nhƣ đặc tính nhiệt của ĐC. 
 Để mô tả ảnh hƣởng của một số thông số nhƣ áp suất phun, áp suất trong buồng 
cháy khi phun nhiên liệu đến cấu trúc tia phun, sự phân rã tia phun hình thành hỗn hợp 
cháy. Trên hình 2.12 thể hiện các trạng thái tia phun nhiên liệu, nhiên liệu sau khi ra 
khỏi lỗ phun đƣợc chia thành nhiều vùng khác nhau, trong mỗi vùng các hạt nhiên liệu 
đều có những biến đổi khác nhau và tập trung thành chùm tia nhiên liệu. 
 Hình 2.12. Các trạng thái hình thành tia phun nhiên liệu lỏng [67] 
 (1): Vùng lõi tia phun chƣa phân rã. 
 (2): Vùng pha lỏng bắt đầu phân rã (phân rã sơ cấp) λ<1. 
 (3): Vùng thể hiện pha lỏng >> khí (λ<1). Do khoảng cách nhỏ giữa các hạt nên: 
 + Có sự tƣơng tác đáng kể giữa các hạt nhiên liệu (va chạm, kết hợp); 
 + Lớp biên của hạt này có ảnh hƣởng đến hạt bên cạnh. 
 (4): Vùng thể hiện pha lỏng ~ khí (λ = 1). Pha lỏng còn chiếm phần đáng kể 
trong tổng khối lƣợng, có sự chuyển đổi động năng từ hạt nhiên liệu vào pha khí gây 
ảnh hƣởng đến các hạt khác. 
 (5): Vùng pha lỏng 1). Pha lỏng chiếm phần nhỏ so với pha khí. 
 Các thông số vật lý ảnh hƣởng đến sự phân tán chùm tia phun gồm [23, 47]: 
 + Số Reynoldspha lỏng: 
 vdl h l
 Rel (2. 35) 
 l
 + Số Weber pha lỏng: vd2 
 We l h l (2. 36) 
 l 
 + Số Ohnesorge pha lỏng: 
 Wel
 Oh (2. 37) 
 Rel
 43 
 + Thông số Taylor: 
 Rell
 Ta (2. 38) 
 Wel l .v l
 + Hệ số xâm thực lỗ phun: 2 p p
 inj v (2. 39) 
 K 2 
 ll.v
 Đối với pha khí, các công thức trên đƣợc thay thế bởi đại lƣợng vg, σg và ρg. 
 Trong đó dh: Đƣờng kính lỗ phun; μl: Độ nhớt nhiên liệu; ρl: Khối lƣợng riêng 
nhiên liệu; σl: Sức căng mặt ngoài của nhiên liệu; pv: Áp suất hóa hơi; pinj: Áp suất 
phun; pc: Áp suất cuối kỳ nén (đối áp môi trƣờng); lh: Chiều dài lỗ phun; K: Hệ số 
xâm thực thể hiện sự tập trung các bọt khí trong lỗ phun, K phụ thuộc vào sự gia tăng 
vận tốc dòng chảy (áp suất phun), hình dạng vòi phun và ảnh hƣởng đến quá trình 
phân rã tia nhiên liệu. 
 Có thể chia các thông số vật lý trên thành hai nhóm nhằm xét sự ảnh hƣởng của 
mỗi thông số đến diễn biến của quá trình phun nhiên liệu một cách cụ thể: 
 + Thông số dòng chảy bên ngoài gồm: Khối lƣợng riêng, số Weber, thông số 
Taylor kiểm soát sự tƣơng tác giữa tia phun nhiên liệu lỏng và môi trƣờng; 
 + Thông số dòng chảy bên trong gồm: Số Reynolds, hệ số xâm thực, tỷ số lh/dh, 
hệ số Cd, dh kiểm soát sự tƣơng tác giữa tia phun nhiên liệu lỏng và vòi phun. 
 + Các thông số vật lý trên tạo ra sự chuyển đổi nhiên liệu trong tia phun từ vùng 
này sang vùng khác là liên tục và khó phân định rạch ròi, hiện tƣợng này thƣờng dựa 
trên định nghĩa phần không gian chiếm chỗ θ (Void fraction) và đƣợc thể hiện qua 
phƣơng trình 2.40 [86]: 
 4 3
  1 f r dvdrdT (2. 40) 
 3 d
 + Trong đó, f: Số hạt khả dĩ trong một đơn vị thể tích tia phun; r: Bán kính hạt 
nhiên liệu; Td: Nhiệt độ hạt nhiên liệu; v: Vận tốc hạt nhiên liệu theo ba chiều. 
 + Theo Reitz [67], với phân bố hạt trong chùm tia nhƣ hình 2.13, khoảng cách 
giữa các hạt (b) và đƣờng kính hạt (D0), khi b = D0 thì θ = 0,92. Khi θ < 0,92 là vùng 
thể hiện pha lỏng >> pha khí và khi b = 0, θ < 0,5. Tại đây, quá trình phân rã hạt nhiên 
liệu hình thành cấu trúc tia phun đƣợc bắt đầu. 
 44 
 Hình 2.13. Sự phân bố hạt nhiên liệu trong chùm tia 
 Các phƣơng trình 2.35 đến 2.40 là cơ sở nhằm tính toán các trị số cơ bản, từ đó 
thiết lập các quan hệ toán học mô tả ảnh hƣởng của một số thông số nhƣ áp suất phun, 
áp suất trong buồng cháy khi phun nhiên liệu đến cấu trúc tia phun, sự phân rã tia phun 
hình thành hỗn hợp cháy. 
 Mô tả tia phun đƣợc đặc trƣng bởi các thông số vật lý nhƣ hình 2.14. Trên đó 
thấy rõ chiều dài phân rã, độ xuyên sâu, góc nón tia phun và sự phân bố kích thƣớc hạt 
nhiên liệu quyết định thể tích tia phun trong không gian buồng cháy dẫn đến ảnh 
hƣởng trực tiếp quá trình hình thành hỗn hợp cháy. 
 Hình 2.14. Mô hình vật lý tia phun nhiên liệu [37] 
 Nhiên liệu lỏng phun ra không phân rã ngay sau khi ra khỏi lỗ vòi phun mà trải 
qua một phần nào đó của tia phun mới phân rã thành hạt. Chiều dài đó gọi là chiều dài 
phân rã lb. Chiều dài lb là một đặc tính quan trọng và quyết định độ xuyên sâu tia phun 
(S), góc nón chum tia ( s) để xác định khả năng hòa trộn (hình thành hỗn hợp) khi 
phun nhiên liệu vào trong buồng cháy [37, 38, 70]: 
 0,08
 3 0,1 0,3 
 l 2,65 d We Re l (2. 41) 
 bhll 
 g
 0,25
 Δp
 S 2,95 .(d .t)0,5 (2. 42) 
 h 
 ρg
 45 
 Với t: Thời gian tính từ khi bắt đầu phun nhiên liệu, p pinj pc : Độ chênh lệch 
áp suất phun với áp suất nén trong buồng cháy. 
 0,1 0,35
 dh . g . p
 s 0,03824. 0,3 0,45 0,7 (2. 43) 
 lh . l .l
 Từ các công thức trên cho thấy, áp suất phun nhiên liệu ảnh hƣởng đến cấu trúc 
tia phun, từ đó ảnh hƣởng đến quá trình hình thành hỗn hợp cháy và phát thải. Nội 
dung cụ thể đƣợc trình bày trong Phụ lục 4. 
 Nhƣ vậy, theo phƣơng pháp chẩn đoán bằng mô phỏng đối với HTPNL của ĐC, 
thì ảnh hƣởng của áp suất phun và áp suất cuối kỳ nén là rất lớn. Trong đó, áp suất 
phun tại vòi phun phụ thuộc vào diễn biến áp suất trong ống cao áp. 
2.3.2. Phƣơng pháp thực nghiệm 
 Hiện nay, có nhiều cách nghiên cứu bố trí thực nghiệm để chẩn đoán TTKT của 
ĐC, đặc biệt sử dụng các thiết bị đo, nội soi... hiện đại. Tuy nhiên, phƣơng pháp đang 
sử dụng phổ biến chính là chia ĐC thành 03 Modul cơ bản: Hệ thống nạp; quá trình 
phun và cháy; hệ thống phát thải nhƣ trên hình 2.15, để chẩn đoán và nhận biết hƣ 
hỏng của ĐC diesel [51, 52, 68]. 
 Hình 2.15. Mô đun hóa các bộ phận để chẩn đoán hƣ hỏng động cơ 
 Từ cơ sở trên, việc bố trí các thiết bị thực nghiệm phục vụ nghiên cứu trong 
luận án cũng sẽ đƣợc bố trí hợp lý giữa ĐC với các thiết bị phân tích khí thải và các 
 46 
thiết bị đo hệ thống nhiên liệu, nhằm đánh giá quá trình phun, cháy và hình thành phát 
thải của ĐC. 
 Động cơ nghiên cứu đƣợc chạy thực nghiệm trên bệ thử, kết nối phanh thủy lực 
Dynomite 13, bộ đo công suất, mô men, tốc độ và đo chi phí nhiên liệu, các thiết bị 
phân tích khí thải có kết nối máy tính lƣu trữ dữ liệu đo (đƣợc trình bày cụ thể trong 
chƣơng 4 và Phụ lục 3). Dữ liệu thực nghiệm đo đƣợc dùng để kiểm chứng lại việc 
chẩn đoán trạng thái kỹ thuật bằng mô phỏng. Trong đó, dữ liệu thực nghiệm của một 
số thông số sẽ dùng để hiệu chỉnh mô hình mô phỏng (lƣợng nhiên liệu/chu trình, công 
suất, phát thải bồ hóng, NOx). 
 Để phục vụ nội dung thực nghiệm của luận án, các thiết bị sử dụng đƣợc trang bị 
tại phòng thực nghiệm động cơ, Trung tâm thực hành, Trƣờng Đại học Nha Trang và 
Trung tâm đăng kiểm xe cơ giới tỉnh Khánh Hòa. 
2.4. Đề xuất mô hình chẩn đoán trạng