Phân tích lựa chọn loại dầu bôi trơn và chất pha

Phân tích lựa chọn loại dầu bôi trơn và chất pha

Chủ đề: Phân tích lựa chọn loại dầu bôi trơn và chất pha cho phép tăng tuổi thọ của Động cơ Đốt trong.

48 AUTO

Trong quá trình chuyển động, giữa các chi tiết trong Động

cơ Đốt trong(ĐCĐT) có sự tiếp xúc và chuyển động tương đối với nhau luôn xuất hiện lực ma sát làm tiêu hao năng lượng có ích và hao mòn các chi tiết máy Ma sát - tỏa nhiệt - hao mòn là các hiện tượng luôn đi kèm nhau, chúng sẽ nhanh chóng gây ra sự hư hỏng ở ĐCĐT.

Để loại trừ, hạn chế những hiện tượng này thì giải pháp sử dụng chất bôi trơn, chất pha phù hợp là tối ưu nhất hiện nay.

Tuy nhiên không phải loại dầu bôi trơn, chất pha nào cũng giống nhau và cũng không thể sử dụng chất phụ gia một cách tùy ý

Để tăng tuổi thọ, tăng hiệu suất làm việc của động cơ thì việc hiểu

rõ và biết cách sử dụng dầu nhờn,chất phụ gia là yêu cầu quan trọng đối với người sử dụng máy

I Đặt vấn đề

Dầu bôi trơn là sản phẩm cuối cùng pha từ hai thành phần là dầu gốc và

chất phụ gia(là những sản phẩm chưng cất từ dầu mỏ dưới áp suất thấp hoặc

tổng hợp chủ yếu gồm từ cac parafin, isoparafin, naphthene được gọi là dầu bôi

trơn khi chúng dùng để bôi trơn - còn gọi là dầu nhớt, dầu nhờn) Dầu bôi

trơn ĐCĐT(gọi tắt là dầu động cơ) là nhóm dầu bôi trơn chiếm tỉ trọng lớn

nhất và không ngừng được nghiên cứu và hoàn thiện để đáp ứng những yêu

cầu của ĐCĐT có cường độ làm việc ngày càng cao Dầu gốc chứa các phân tử

hydrocacbon nặng và có tính chất lý hóa tương tự dầu thành phẩm Tuy nhiên chưa thể sử dụng được bởi tính chất của nó chưa đáp ứng được yêu cầu bảo vệ động cơ

Chất pha(chất phụ gia-chất thêm) là những chất hữu cơ, vô cơ, thậm

chí là những nguyên tố hóa học được pha với một tỉ lệ rất nhỏ vào nhiên liệu, chất bôi trơn, chất lỏng chuyên dùng, v v để cải thiện các tính chất tự nhiên của chúng hoặc tạo cho chúng các tính chất mới đem lại lợi ích sử dụng, vận chuyển và bảo quản Một chất phụ gia có thể chỉ có ảnh hưởng đến một tính

chất(tác dụng đơn) hoặc tác dụng đồng thời đến nhiều tính chất(tác dụng kép)

của sản phẩm dầu mỏ

Tuổi thọ của ĐCĐT là khả năng làm việc của động cơ trong một thời

gian xác định mà không bị hư hỏng

II Khái niệm

1 Dầu bôi trơn

Có rất nhiều chất có thể bôi trơn, như mỡ động vật, dầu thực vật, nước…Trong một số trường hợp, người ta còn dung cả chất rắn và chất khí để bôi trơn,

ví dụ:graphite, molybdenum disunfide, một số khí hydrocacbon Có thể phân loại dầu bôi trơn theo những tiêu chí khác nhau:

III Phân loại

1.1 PHÂN LOẠI DẦU BÔI TRƠN THEO ĐỘ NHỚT

Cấp độ nhớt của dầu nhờn động cơ được sử dụng theo hệ thống phân cấp

độ nhớt của Hiệp hội kỹ sư ô tô Hoa kỳ- SAE (Society of Automoive Engineers)

tại bảng 1 SAE đã đề xuất hệ thống phân loại dầu động cơ theo độ nhớt và được

nhiều quốc gia áp dụng theo Hệ thống phân loại của SAE có ưu điểm là đơn

giản Nhiều hãng chế tạo động cơ đã sử dụng cách phân loại này để quy định cấp

độ nhớt của dầu bôi trơn cho động cơ của mình Tuy nhiên, hệ thống phân loại dầu động cơ theo độ nhớt của SAE chưa thể hiện được chất lượng của dầu bôi trơn phù hợp với chủng loại động cơ và điều kiện làm việc cụ thể

Bảng 1: CÁC CẤP ĐỘ NHỚT CỦA DẦU ĐỘNG CƠ PHÂN LOẠI THEO SAE

1.2 PHÂN LOẠI DẦU ĐỘNG CƠ THEO CHẤT LƯỢNG

Cấp chất lượng của dầu nhờn động cơ được sử dụng theo hệ thống cấp chất lượng của Viện nghiên cứu dầu mỏ Hoa kỳ- API (American Petroleum Institute)

•API-1947

Vào năm 1947, API đã đề xuất hệ thống phân loại dầu động cơ căn cứ vào chất lượng của dầu Theo đó, dầu động cơ được chia ra thành 3 loại:

- Regular type - Không có chất phụ gia, chất lượng của chúng phụ thuộc hoàn toàn

vào loại dầu mỏ và công nghệ chế biến

- Petroleum type - Chỉ có chất phụ gia hạn chế tốc độ lão hóa và chống ăn mòn

conditions).

API-ASTM-SAE là hệ thống phân loại dầu bôi trơn do 3 tổ chức API, ATS và SAE hợp tác và đề xuất vào năm 1970 Theo đó, dầu bôi trơn ĐCĐT được phân ra thành 3 nhóm lớn như ở Bảng 2

Bảng 2 : CÁC CẤP CHẤT LƯỢNG CỦA DẦU NHỜN ĐỘNG CƠ PHÂN LOẠI THEO API-ASTM-SAE

Dầu nhờn động cơ dùng cho động cơ

xăng(chữ S_Service Station Oils) SA, SB, SC, SD, SE, SF, SG,

Dầu nhờn động cơ dùng cho động cơ

diesel(chữ C_Commercial Oils) CA, CB, CC, CD, CE,

Dầu nhờn động cơ đa năng dùng cho cả

động cơ xăng và diesel bao gồm cả hai ký

hiệu trên

SA/CB, SG/CD,

Các chữ tiếp theo trong mỗi mã hiệu(A, B, C, D…) là ký hiệu tính chất của dầu API-ASTM-SAE là một hệ thống phân loại kiểm mở, tức là có thể bổ sung vào hệ thống đó các loại dầu mới nếu nó xuất hiện

2 Chất phụ gia

Mỗi chất phụ gia hay mỗi kết hợp các chất phụ gia vào trong dầu đều có lý

do riêng biệt nên chúng ta có thể chia chất phụ gia thành những loại sau:

1 Chất phụ gia chống mài mòn

2 Chất phụ gia ức chế ăn mòn`

3 Chất phụ gia biến tính, giảm ma sát

4 Chất phụ gia ức chế oxy hóa

5 Chất phụ gia chống rỉ sét

6 Chất phụ gia cải tiến chỉ số độ nhớt

7 Chất phụ gia làm giảm điểm chảy

8 Chất phụ gia tăng áp suất

9 Chất phụ gia tẩy rửa

10.Chất phụ gia ức chế bọt

11.Chất phụ gia phân tán

12.Chất phụ gia tăng khả năng bám dính

13.Chất phụ gia trung hòa axit

14.Chất phụ gia tạo mùi

15.Chất phụ gia chống và tạo nhũ tương

16.Chất phụ gia phục hồi trạng thái

17.Chất phụ gia đa chức năng, v v

IV Nội dung

4.1 Các thông số đánh giá tuổi thọ của ĐCĐT

Tuổi thọ

Độ tin cậy Độ bền

Không hư hỏng Tuổi bềnTb CơPz NhiệtTz

- Độ tin cậy của động cơ là khả năng duy trì trong một giới hạn xác định

của thời gian những giá trị của tất cả các thông số đặc trưng cho khả năng hoàn thành những yêu cầu ở các chế độ và điều kiện xác định về sử dụng, bảo dưỡng

kỹ thuật, sửa chữa…

- Không hư hỏng là giới hạn và thời gian nào đó trong quá trình làm việc

hư hỏng không xuất hiện ở động cơ

- Tuổi bền là khả năng làm việc của động cơ trong thời gian nhất định.

- Độ bền cơ là khả năng chịu được tải trọng va đập khi làm việc.

- Độ bền nhiệt là khả năng hoạt động trong điều kiện nhiệt sinh ra trong

quá trình làm việc

Chất lượng của dầu bôi trơn được đánh giá thông qua nhiều chỉ tiêu khác nhau và mức độ quan trọng của các chỉ tiêu đó phụ thuộc vào mục đích

sử dụng và chức năng của dầu bôi trơn Một số chỉ tiêu đặc trưng của dầu bôi trơn dùng cho ĐCĐT như tính bôi trơn, chỉ số độ nhớt, số axit, số kiềm, khả năng chống lão hóa, v…

1 Tính bôi trơn(Lubricity)

Một số định nghĩa về tính bôi trơn

1) Tính bôi trơn là tính chất được đặc trưng bởi khả năng bám dính trên các

bề mặt được bôi trơn để ngăn chặn sự xuất hiện của ma sát khô

2) Tính bôi trơn là thước đo sự khác nhau về sức cản ma sát khi so sánh các loại dầu bôi trơn có cùng độ nhớt

3) Tính bôi trơn là tổ hợp các tính chất tác dụng tương hỗ giữa các bề mặt tiếp xúc với môi trường bôi trơn, đảm bảo lực ma sát và hao mòn của bề mặt được bôi trơn là nhỏ nhất

4.2 Chỉ tiêu chất lượng của dầu bôi trơn

2 Độ nhớt và chỉ số dộ nhớt

Độ nhớt là một trong những chỉ tiêu có ý nghĩa quyết định chất

lượng của dầu bôi trơn, nó ảnh hưởng trực tiếp đến tổn hao năng lượng do

ma sát, cường độ hao mòn chi tiết máy, khả năng làm kín, khả năng làm mát, v v…

Khi chọn độ nhớt của dầu bôi trơn cần phải tính đến tính năng, đặc điểm cấu tạo và điều kiện của thiết bị được bôi trơn Độ nhớt quá cao sẽ làm tăng hao tổn năng lượng do ma sát, giảm khả năng làm mát Ngược lại, độ nhớt quá thấp sẽ làm tăng cường độ hao mòn và giảm khả năng làm kín.

Chỉ số độ nhớt: độ nhớt nói chung và độ nhớt của SPDM nói

riêng thường giảm khi nhiệt độ tăng Để đánh giá mức độ thay đổi của độ

nhớt theo nhiệt độ người ta dùng đại lượng có tên gọi là chỉ số độ

nhớt(Viscosity Index – VI).

3 Số Axit

Trong quá trình làm việc, lượng axit trong dầu bôi trơn thường tăng lên do dầu bị oxy hóa và do sản phẩm cháy nhiên kiệu chứa các chất tạo axit Axit có trong dầu bôi trơn được phân thành 2 loại:

• Axit mạnh – bao gồm axit vô cơ hình thành từ sản phẩm cháy của các loại

nhiên liệu chứa các tạp chất tạo axit và axit hữu cơ hòa tan hình thành do sự oxy hóa các phân tử dầu bôi trơn

• Axit yếu – axit hữu cơ không hòa tan được hình thành do sự oxy hóa dầu bôi

trơn

Axit mạnh có khả năng ăn mòn các bề mặt bôi trơn Axit yếu không có khả

năng ăn mòn nhưng có thể tích tụ dưới dạng cặn bùn làm giảm sự truyền nhiệt và tăng độ mài mòn các bề mặt bôi trơn

Lượng axit mạnh được đánh giá bằng số axit mạnh SAN (Strong axit number) Lượng axit yếu – số axit yêu WAN (Weak axit number)

Tổng số axit có trong dầu bôi trơn – số axit tổng TAN (Total axit number)

TAN = SAN + WAN

Số axit (Axit number-AN) của dầu bôi trơn là lượng KOH tính bằng milligram

cần thiết để trung hòa lượng axit có trong 1gram dầu bôi trơn Số axit là đại

lượng đánh giá hàm lượng axit có trong dầu bôi trơn và được sử dụng như là chỉ tiêu loại bỏ dầu sau một thời gian sử dụng ( khi mà lượng axit đã vượt mức độ quy định )

35

g S g e

K TBN 

e g

0

g

Số Kiềm tổng (Total base number-TBN) là số KOH tính bằng milligram

tương đương về phương diện trung hòa axit với lượng phụ gia kiềm có trong

1gram dầu bôi trơn TBN đánh giá hàm lượng phụ gia kiềm có trong dầu bôi

trơn và là thước đo khả năng trung hòa axit của dầu

Trong đó: S – hàm lượng Lưu huỳnh trong nhiên liệu, [%wt]

K – hệ số tính đến lượng Lưu huỳnh đọng lại trên thành xylanh

dưới dạng axit, K = 0,001 – 0,002

- suất tiêu hao nhiên liệu có ích, [g/HP.h]

- suất tiêu thụ dầu bôi trơn, [g/Hp.h]

Số kiềm tổng được xác định bằng công thức:

4 Số Kiềm tổng

Với nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh đến 5%, động cơ cần bôi trơn bằng dầu

có TBN = 30 – 80 mg KOH/g Trị số TBN của dầu bôi trơn giảm dần theo thời gian sử dụng vì lượng phụ gia kiềm tiêu hao dần cho việc trung hòa axit Dầu bôi trơn cần được thay thế khi TBN giảm xuống nhỏ hơn một trị số xác định tránh sự tồn đọng axit gây ăn mòn chi tiết của động cơ

4.3 Những ảnh hưởng của dầu bôi trơn và chất pha cho phép tăng tuổi thọ của Động cơ Đốt trong.

BÔI TRƠN

CHỐNG ỒN VÀ RUNG ĐỘNG

RÚT NGẮN QUÁ TRÌNH CHẠY RÀ

BAO KÍN

LÀM MÁT

CHỐNG GỈ RỬA SẠCH

1

TÁC DỤNG CỦA DẦU BÔI TRƠN

- Bôi trơn các bề mặt có chuyển động trượt giữa các chi tiết nhằm giảm

ma sát do đó giảm mài mòn – tăng tuổi thọ các chi tiết Để khắc phục trở lực ma sát giữa hai mặt rắn phải tốn một công vô ích rất lớn Máy móc sẽ bị mòn hỏng ngay nếu không có chất bôi trơn Nếu chọn đúng loại dầu bôi trơn thì hệ số ma sát giảm xuống 100 đến 1000 lần so với ma sát khô Nhờ màng dầu máy làm việc nhẹ nhàng, ít bị mòn… Chính vì giảm ma sát nên tổn thất cơ giới trong động cơ

Nm giảm, hiệu suất cơ giới

i

m m

- Rửa sạch bề mặt ma sát của các chi tiết Trên bề mặt ma sát,

trong quá trình làm việc thường có các vảy rắn tróc ra khỏi bề mặt Dầu bôi trơn sẽ cuốn trôi các vảy đó, sau đó được giữ lại trong các phần tử lọc của hệ thống bôi trơn, tránh cho bề mặt ma sát bị cào xước.

- Làm mát một số chi tiết Do ma sát, tại các bề mặt làm việc như

các cặp piston – xylanh, trục khuỷu – thanh truyền…sinh nhiệt Mặt khác, một số chi tiết như piston, vòi phun… còn nhận nhiệt của khí cháy Do vậy nhiệt độ một số chi tiết rất cao có thể gây bó kẹt giảm độ bền, kích nổ ở động cơ Xăng, giảm hệ số nạp… lúc này dầu từ hệ thống bôi trơn được

bơm dầu dẫn đến phun tưới các bề mặt có nhiệt độ cao tải nhiệt đi.

- Bao kín khe hở giữa các chi tiết như piston – xylanh – xec

măng để giảm lọt khí tránh được hiện tượng giảm công suất do lọt khí gây ra Do vậy khi lắp ráp cụm chi tiết này phải bôi dầu vào rãnh xec măng và bề mặt xylanh.

- Chống oxy hóa( kết gỉ) bề mặt chi tiết nhờ chất phụ gia trong

dầu Bề mặt máy móc, động cơ khi làm việc thường tiếp xúc với không khí, hơi nước nóng, khí thải… làm cho kim loại bị ăn mòn, hư hỏng Nhờ dầu nhờn tạo màng mỏng phủ kín lên mặt kim loại nên ngăn cách giúp kim loại ít bị oxy hóa.

- Rút ngắn quá trình chạy rà của động cơ Khi chạy rà

phải dùng dầu bôi trơn có độ nhớt thấp để cuốn trôi đi các mạt kim loại có bên trong động cơ khi mới chế tạo Ngoài ra dầu còn được pha một số chất phụ gia đặc biệt có tác dụng làm mềm tổ chức tế

vi kim loại trên bề mặt mỏng của chi tiết Do đó các chi tiết nhanh chóng rà khít với nhau, rút ngắn thời gian và chi phí chạy rà Các động cơ sử dụng dầu bôi trơn loại này sẽ có tuổi thọ cao hơn

những động cơ không dùng.

- Chống ồn và rung động giữa các chi tiết ổ trục hay các

chi tiết tiếp xúc trực tiếp nhau sẽ hình thành một lớp chêm dầu nâng đỡ giảm rung động và tiếng ồn khi làm việc Nhờ đó giảm được những va chạm do rung động gây ra giúp cho động cơ làm việc ổn định lâu bền.

- Chất phụ gia chống mài mòn: Cơ chế hoạt động của nó là tạo

thành lớp dầu gồm các phần tử có tính phân cực bám chặt trên bề mặt của vật rắn, ngăn chặn tiếp xúc kim loại – kim loại, không cho hình thành hợp chất hóa học cứng và các liên kết kim loại Giảm được hao mòn Các lớp mỏng của chất phụ gia tạo ra giữa hai bề mặt chất lỏng được gọi với cái tên “bàn chải nhỏ” làm dịu quá trình tiếp xúc giữa hai bề mặt, giảm hệ số

ma sát.

Công dụng của chất pha( chất phụ gia)

Sản phẩm phụ gia dầu nhờn động cơ Phụ gia chống mài mòn

cho dầu nhờn động cơ.

(Liqui-Moly)

- Chất phụ gia ức chế sự oxy hóa: Cơ chế hoạt động của nó là làm

gián đoạn các phản ứng mắt xích thông qua các phản ứng với các gốc hoặc

chống lại sự hình thành các “tiền oxit” Hiệu quả của các chất ức chế oxy hóa là nguyên nhân đưa đến các quá trình làm tăng: độ nhớt, chỉ số axit, hàm lượng keo nhựa và làm mất lắng cặn, điều đó có tác dụng kéo dài thời hạn thay thế dầu

nhớt và làm tăng thời gian hoạt động của động cơ

- Chất phụ gia biến đổi các tính chất lưu biến: Nó được pha vào dầu

để tăng độ nhớt bằng các hợp chất polime có phân tử lớn, với khối lượng vào khoảng 10.000 đến 25.000 g/mol với tỉ lệ từ 5 đến 25% Cần có sự phân biệt

chất phụ gia có tác dụng làm đặc và phụ gia tăng tính nhớt

- Chất phụ gia làm giảm điểm chảy: Ngăn cản hình thành những tinh

thể sáp đóng băng ở thời tiết lạnh và tạo thành tảng Những tinh thể này có

khuynh hướng đọng lại ở thời tiết lạnh, chen vào dòng dầu gây khó khăn cho việc bôi trơn

- Chất phụ gia tăng áp suất: Bảo đảm có sự bôi trơn ở những nơi có

những áp suất cực lớn giữa dung sai trong phạm vi hẹp và các bề mặt kim loại – kim loại xảy ra Chúng làm giảm ma sát, ngăn chặn sần sùi, trầy xước, mắc kẹt

và mòn

- Chất phụ gia tẩy rửa: Với nồng độ 2 đến 10%, các chất tẩy rửa

có thể ngăn cản, loại trừ các cặn không tan, cặn sạn, cacbon và các hợp chất chì trên các bộ phận của ĐCĐT Qua đó giữ sạch các chi tiết nâng cao độ tin cậy trong thời gian làm việc của động cơ.

- Chất phụ gia chống rỉ sét: Nếu như động cơ làm việc không có

thời gian ngừng lâu thì dâu nhờn với chất phụ gia phù hợp sẽ làm chức năng chống rỉ( ngăn cản các chi tiết tiếp xúc trực tiếp với môi trường )

tương đối tốt vì ngừng trong thời gian ngắn thì dầu chưa kịp chảy hết khỏi các chi tiết Có nhiều hợp chất được dùng để chống rỉ như: các axit béo, các este của axit napteic và axit béo, các amin hữu cơ… thường pha vào dầu với tỉ lệ 0,1 đến 1%.

- Chất phụ gia biến tính, giảm ma sát: Phụ gia biến tính(FM)

làm giảm hệ số ma sát , bảo tồn được năng lượng, tiết kiệm được 2 đến 3% nhiên liệu cho Ô tô Phụ gia FM bao gồm nhiều loại hợp chất chứa oxy, nitơ, lưu huỳnh molipden, đồng và các nguyên tố khác Phụ gia này thường được pha với tỉ lệ 0,1 đến 0,3%.