- 1 - Chương 12: Quan hệ giữa lượng dầu bôi trơn trong cacte và hàm l ượng tạp chất trong dầu Kết quả phân tích từ số liệu thực nghiệm có thể rút ra một số kết luận về việc xác định trị số tối ưu của lượng dầu trong hệ thống dầu bôi trơn c ủa động cơ đốt trong. Ví dụ: khi tổng khối lượng dầu Q 0 = 1440 kg và mức độ nhiễm tạp chất là g = 0,15 g/hao mòn sau 1000 gi ờ làm việc, hàm lượng tạp chất bằng 60.10 6 HSTG m=1,2, đối với động cơ 2д-100. còn Hình 2 . 3 Quan hệ hàm lượng sắt trong dầu động cơ Diesel 2д-100 với thời gian làm vi ệc và thể tích dầu trong hệ thống bôi trơn: 1- 1440 kg dầu trong cacte. 2- 720 kg d ầu trong cacte. - 2 - 3- 360 kg dầu trong cacte. Trên (hình 2.3) cho th ấy khi giảm thể tích lượng dầu trong cacte hàm lượng t ạp chất trong dầu nhớt tăng không theo tỉ lệ tương ứng. V ề mặt kinh tế có thể giảm lượng dầu trong cacte mà cũng không làm cho d ầu nhớt lão hoá nhanh hơn bao nhiêu. Tuy vậy, khi tính toán xác định lượng dầu nhớt trong cacte, người ta phải xuất phát từ điều kiện làm mát và bôi trơn ổ trục là chính. - 50 - Cần phải chú ý đến chỉ tiêu và tính năng vận hành của từng động cơ cụ thể, với mỗi loại động cơ khác nhau thì cường độ mài mòn của các chi tiết của động cơ cũng khác nhau. Ví dụ: động cơ M20 hoặc M21 dùng trên ôtô, chỉ riêng hàm lượng sắt (không lọc dầu) tăng lên r ất nhanh và sau 2000 giờ làm việc trị số này bằng 460 g/l, còn trong động cơ 2д-100 cũng trong thời gian đó chỉ tăng 30-40 g/l m ặc dù cường độ mài mòn của chi tiết động cơ ôtô nhỏ hơn khoảng 15 l ấn so với động cơ 2д-100 (đầu máy Diesel đường sắt). Sắt chỉ là một phần trong tổng số tạp chất mà trị số tổng hàm lượng tạp chất thì lớn hơn trị số này nhiều. Trên cơ sở những kết quả nghiên cứu lý thuyết thấy rằng sự nhiễm tạp chất vào dầu với bất kỳ một tốc độ cố định nào cũng dần đạt tới trị số giới hạn lớn nhất, phù hợp với từng giai đoạn làm việc của động cơ, bằng khoảng ba lần hệ số thể tích dầu tham gia có kể đến sự cháy hao, thải mất và bổ sung. Sau đó dù động cơ có tiếp tục hoạt động thì hàm lượng tạp chất mài mòn trong dầu cũng không t ăng thêm . Đó là điểm đặc trưng cho quá trình lão hoá dầu ứng với m ột thể tích dầu nhất định. Kết quả tính toán này phù hợp với số liệu thực nghiệm trên động cơ 2д-100 Diesel trên đầu máy Diesel T- 93 ho ạt động 70000 km không thay dầu. T ừ phương trình (2.2) và (2.3) cho thấy trị số lớn nhất và trị số trung gian của hàm lượng tạp chất trong dầu (khi giữ nguyên các điều kiện khách quan) tỉ lệ bậc nhất với tốc độ nhiễm tạp chất . Thi ết lập mối quan hệ giữa độ mài mòn các chi tiết động cơ và độ nhiễm tạp chất mài mòn (sản vật mài mòn) trong dầu ta có thể xác định không chỉ về mặt định tính mà cả về mặt định lượng của - 51 - mài mòn. Đối với các chi tiết trục khuỷu, ổ đỡ và các b ộ phận khác ngâm trong dầu, tốc độ mài mòn u 2 phù hợp v ới phương trình (2.3) trong điều kiện thể tích dầu trong cacte bi ến đổi, u 2 thức (2.6) sau: được xác định theo công - 52 - C u 2 K 2 0 K 2 1 A C t C Q 0 A (2.6). 1 1 C t Trong đó: Q 0 K02- Giá trị hàm lượng ban đầu của sản vật mài mòn. K2- Hàm l ượng sản vật mài mòn trong khoảng thời gian t, kg/h. u2- T ốc độ mài mòn của chi tiết, kg/h. Khi th ể tích dầu cố định u 2 được tính theo công thức: K 2 02 K q n q y e Q 0 n y t u 2 q n q y t (2.7) 1 e Q 0 Nếu như trị số hàm lượng này không tăng lên nữa thì trong quá trình động cơ hoạt động (quá trình ổn định hoá) và đạt tới trị số cực đại thì: u 2 2 K n q y q (2.8). Khi không làm s ạch dầu: u 2 2 K y q (2.9). Độ mòn tổng cộng của chi tiết trong thời kỳ hoạt động của động - 53 - cơ được tính theo công th ức sau: U 2 2 u (2.10). 2.1.4. Hàm lượng tạp chất theo khí thải thoát ra ngoài, theo ống dẫn, két làm mát… Khi động cơ hoạt động một số sản vật mài mòn theo khí thải thoát ra ngoài trời đối với mỗi loại động cơ trị số này có khác nhau. Khi xác định độ mài mòn của động cơ (lót xylanh- piston- xecm ăng …) theo trị số hàm lượng sắt trong dầu ta phải đưa vào h ệ số tính đến sản vật mài mòn bị - 54 - thải ra ngoài trời theo khí thải trị số trung bình của đại lượng này có th ể lấy bằng 0,2 – 0,3 tr ị số mài mòn tổng cộng của ống lót xylanh – xecmăng ho ặc lấy bằng 0,3 – 0,4 số lượng sắt nhiễm vào dầu (đối với động cơ Diesel 2д-100) Đối với động cơ bốn kỳ, trị số này vào khoảng 0,1 – 0,15 độ mòn của lót xylanh và xecmăng. Trị số sản vật thải ra ngoài có tỉ lệ với độ tiêu thụ nhiên liệu trong đơn vị thời gian. Để tính toán sơ bộ và đánh giá đính tính độ mài mòn của chi tiết động cơ thì không c ần để ý đến tiêu thụ nhiên liệu. bởi vì nếu chú ý đến yếu tố này kết quả củng chỉ thay đổi trong phạm vi ± 5%. Số lượng sản vật mài mòn bám trong thành cacte, trong ống dẫn dầu, trong két làm mát d ầu chỉ bằng khoảng 5% tổng hàm lượng sản vật mài mòn trong d ầu. 2.1.5. Tốc độ mài mòn của chi tiết động cơ theo thời gian s ử dụng Trên hình 2.4, biểu diễn mối quan hệ giữa chỉ số mài mòn các bề mặt làm việc và hàm lượng mài mòn trong d ầu nhớt động cơ Diesel, mô tả mối quan h ệ giữa độ mòn của chi ti ết, sự biến đổi của sản vật mài mòn trong d ầu và mức độ sự cố đối với thời gian làm vi ệc T . - 55 - Các đường cong được dựng lên trên cơ sở lý thuyết độ tin cậy của cơ cấu máy. Trong đó: A - Độ mài mòn tổng c ộng . B - T ốc độ mòn. Hình 2.4 - 56 - e C – Hàm lượng sản vật mài mòn trong dầu. D - mức độ phát sinh sự cố. u - Tốc độ mài mòn của chi tiết (kg/h). K – Hàm l ượng sản vật mài mòn trong khoảng thời gian t (kg/h). f - M ật độ sự cố ngẫu nhiên. Giai đoạn I là giai đoạn chạy rà các chi tiết mới hoặc sau khi s ửa chữa bề mặt có nhiều mấp mô nên mòn rất nhanh trong khoảng thời gian L p . Giai đoạn II giai đoạn vận hành bình thường khoảng th ời gian L n . Giai đoạn III hao mòn rất nhanh chi tiết làm việc với độ dơ lớn với khoảng thời gian L u . Đặc trưng của các đường cong A, B, D không ph ụ thuộc vào tình hình thay dầu. Đường cong D trong g iai đoạn L n đặc trưng cho sự phát sinh sự cố của động cơ do hư hỏng ngẫu nhiên, do hư hỏng khác. Đối với động cơ tiến hành sửa chữa và bảo dưỡng định kỳ thì quy luật phát sinh sự cố sẽ theo quan hệ hàm số mũ sau: t M f c t , (2.11) - 57 - m Trong đó: fc(t) - Mật độ sự cố ngẫu nhiên. m´ - Tr ị số trung bình của thời gian hoạt động của chi tiết tới khi phát sinh sự cố ngẫu nhiên. e – cơ số lôga tự nhiên. t - th ời gian làm việc kể từ lần kiểm tra đầu tiên. M - tuổi thọ trung bình của chi tiết. . két làm mát… Khi động cơ hoạt động một số sản vật mài mòn theo khí thải thoát ra ngoài trời đối với mỗi loại động cơ trị số này có khác nhau. Khi xác định độ mài mòn của động cơ (lót xylanh- piston- xecm ăng. mài mòn tổng cộng của ống lót xylanh – xecmăng ho ặc lấy bằng 0,3 – 0,4 số lượng sắt nhiễm vào dầu (đối với động cơ Diesel 2д-100) Đối với động cơ bốn kỳ, trị số này vào khoảng 0,1 – 0,15 độ mòn. và tính năng vận hành của từng động cơ cụ thể, với mỗi loại động cơ khác nhau thì cường độ mài mòn của các chi tiết của động cơ cũng khác nhau. Ví dụ: động cơ M20 hoặc M21 dùng trên ôtô, chỉ riêng