ĐẶC TÍNH kỷ THUẬT của XĂNG và dầu DIESEL đi từ dầu mỏ NHIÊN LIỆU XĂNG

 Hiện tượng cháy kích nổ trong động cơ sẽ phá vỡ chế độ làm việc bình thường, làm giảm công suất máy, tiêu hao nhiên liệu do cháy không hết, tạo ra nhiều muội than làm mài mòn các chi t

ĐẶC TÍNH KỶ THUẬT CỦA XĂNG VÀ

DẦU DIESEL ĐI TỪ DẦU MỎ

NHIÊN LIỆU XĂNG.

I.QUÁ TRÌNH CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ XĂNG + Động cơ xăng là lọai động cơ đốt trong họat

động theo nguyên lý “bộ chế hòa khí”.Nhiên liệu dùng cho lọai động cơ này là xăng

+ Đặc điểm cơ bản của lọai động cơ này là có một

bình xăng phụ, hay còn gọi là “bình xăng con, hay bộ chế hòa khí” để chuẩn bị hơi xăng đốt trong xylanh.

 Qúa trình cháy diễn ra như sau:

 Xăng từ bình chứa, theo ống dẫn được bơm vào bình xăng con và đi vào vòi phun.Không khí

được đưa vào vòi phun, cuốn theo xăng Do

chênh lệch áp suất ở vòi phun cũng như tính bay hơi mạnh của xăng, xăng sẽ tạo với không khí

một hỗn hợp phân phối đều trong xylanh và bị

xylanh nén đến một thời điểm bugi đánh lửa họat động

 Tại thời điểm đó, hỗn hợp xăng-không khí bắt

cháy, đẩy piston chuyển động, khí đã cháy theo ống xả ra ngòai, máy bắt đầu họat động Quá

trình cháy xẩy ra rất nhanh, bắt đầu từ bugi, lan tỏa ra tòan bộ thể tích xylanh, làm cho piston

chuyển động để khí đã cháy thóat ra theo ống xả mới hết một chu kỳ cháy Tốc độ lan truyền của mặt cầu lửa từ bugi sang tòan bộ xylanh khỏang 20-25 m/giây, làm cho áp suất hơi trong xylanh luôn ổn định ở một thông số nhất định, piston

chuyển động đều đặn làm cho quá trình hút, xả diễn ra cân bằng, liên tục

 Quá trình tăng gas là quá trình tăng thể tích

không khí và hơi xăng, làm cho mặt cầu lửa cháy mãnh liệt hơn, piston chuyển động nhanh hơn,

cuốn theo các bộ phận cơ học khác họat động

theo những tốc độ mà người điều khiển mong

muốn.

 Mỗi một động cơ đốt trong họat động theo

nguyên lý này, có thể tích xylanh, piston, bộ chế hòa khí và các bộ phận gắn kết khác phải phù hợp nhau, trong đó, thể tích xylanh quyết định các thông số liên quan cũng như vận tốc tối đa

mà động cơ có thể đạt được.

Hiện tượng cháy không bình thường:

 Động cơ họat động như mô tả ở trên và không có các hiện tượng bất thường xẩy ra, người ta gọi đó là cháy

bình thường Để có được hiện tượng cháy bình thường, các thông số kỷ thuật của động cơ phải bảo đảm chất

lượng khi xuất xưởng, cũng như chất lượng xăng phải phù hợp với tiêu chuẩn đã được khuyến cáo.

 Trong thực tế, vì một nguyên nhân nào đó, người ta thấy có hiện tượng cháy không bình thường xẩy ra, với những hiện tượng như sau:

-Máy nổ kèm theo hiện tượng rung, giật và nóng hơn bình thường.

-Có tiếng va chạm ở xylanh -Có nhiều khói đen….

 Những hiện tượng như vậy, có thể do nhiều

nguyên nhân khác nhau, nhưng điều cần chú ý đầu tiên là hiện tượng cháy không bình thường Hiện tượng này được các nhà nghiên cứu về

nhiên liệu gọi là hiện tượng “cháy kích nổ”.

 Cháy kích nổ xẩy ra có thể do cấu tạo động cơ (thể tích xylanh, khả năng trượt của piston, góc đánh lửa của bugi đặt sai, hỗn hợp xăng khí

không phù hợp, nhiên liệu có vấn đề như nước, các tạp chất…).

 Quá trình cháy trong trường hợp này được giải thích như sau: Tại một điểm nào đó trong xylanh, mặc dù mặt cầu lửa chưa kịp lan tới, hơi nhiên

liệu đã bốc cháy và tốc độ lan truyền không phải

là 20m/giây mà là 1500-2500 m/giây, đồng thời áp suất trong xylanh tăng vọt lên đến 160 KG/cm2 Chính sự tăng áp suất đột ngột đó tạo ra các sóng hơi xung động va đập vào thành xylanh, phát ra tiếng kêu lách cách, máy rung, giật và nóng.

 Hiện tượng cháy kích nổ trong động cơ sẽ phá vỡ chế độ làm việc bình thường, làm giảm công suất máy, tiêu hao nhiên liệu do cháy không hết, tạo

ra nhiều muội than làm mài mòn các chi tiết

máy, thậm chí gây nứt rạn piston, xéc măng,….

II.CÁC ĐẶC TÍNH VÀ CHỈ TIÊU KỶ THUẬT CỦA XĂNG Tính cháy và chỉ tiêu kỷ thuật:

 Chỉ số OCTAN (CSOT) và phương pháp xác định chỉ số octan:

Qua thực nghiệm, người ta thấy rằng hiện tượng cháy kích nổ của động cơ xăng có quan hệ chặt chẻ với thành phần hoá học của

xăng.So sánh các nhóm hydrocacbon, cho thấy nhóm n-parafin dễ

bị cháy kích nổ nhất, ngược lại nhóm isoparafin và hydrocacbon thơm khó bị kích nổ hơn Để đánh giá khả năng cháy kích nổ của một nhóm hydrocacbon hoặc một loại xăng nào đó, người ta đã phát minh ra một phương pháp thực nghiệm dựa trên sự so sánh quá trình cháy của các các loại nhiên liệu cụ thể với một loại

nhiên liệu tiêu chuẩn, từ đó xác định một chỉ tiêu chất lượng có tên là chỉ số OCTAN Chỉ số octan của một loại xăng càng cao

càng khó bị kích nổ khi cháy trong động cơ, nghĩa là xăng đó có tính chống kích nổ tốt Ngược lại CSOT càng thấp, càng dễ bị

cháy kích nổ hay là loại xăng đó có tính chống kích nổ kém.

 Nhiên liệu chuẩn để đánh giá chỉ số octan:

 Nhiên liệu chuẩn để đánh giá chỉ số octan bao gồm hai hợp chất:

 -Hợp phần n-heptan (n-C7H14) là một hydrocacbon có công thức cấu tạo mạch thẳng:

3

3

2 CH

 Khi pha hai hợp phần này với nhau theo tỷ

lệ thể tích nhất định sẽ suy ra CSOT của

hỗn hợp đó

 Ví dụ nhiên liệu có 30% n-heptan và 70% iso-octan có CSOT là 70.

Cơ sở phương xác định CSOT của xăng:

 Để xác định CSOT của một loại xăng nào đó, người

ta cho nhiên liệu vào một động cơ chuyên dùng để xác

định chỉ số octan Động cơ này xác định hiện tượng cháy kích nổ theo những điều kiện nhất định của thiết bị và so sánh với các hiện tượng cháy kích nổ khác của các hỗn hợp nhiên liệu chuẩn đã chạy trước đó, từ đó suy ra mẫu xăng có hiện tượng cháy kích nổ như mẫu chuẩn nào, thì xác định chỉ số octan theo mẫu chuẩn đó

 Ví dụ, xăng thử nghiệm chạy trong động cơ xác định chỉ

số octan có hiện tượng cháy nổ giống như nhiên liệu

chuẩn có 20% n-heptan và 80% iso-octan thì xăng đem thử có CSOT là 80 (cần chú ý khi nói xăng có CSOT 80 không có nghĩa là trong xăng có 80% iso-octan, mà chỉ

là hiện tượng cháy nổ tương ứng mẫu chuẩn với 80%

iso-octan)

Trong thực tế có 3 loại chỉ số octan giống nhau về bản chất nhưng khác nhau ở mục đích sử dụng:

 +CSOT xác định theo phương pháp mô tơ:

(Motor Octan Number MON) là loại xăng

chuyên dùng cho các động cơ chạy trên xa lộ với tốc độ cao nhưng đều đặn, hoặc xe chở hàng tải trọng lớn.

 +CSOT xác định theo phương pháp nghiên

cứu (Research Octan Number-RON) là loại xăng cho xe chạy trong thành phố, tốc độ thấp, hay

tăng giảm đột ngột.

 +CSOT thông dụng (Popullar Octan PON) là trung bình cộng giữa RON và MON.

Number-Quan hệ giữa trị số octan của xăng và tỷ số nén của

động cơ:

 Việc lựa chọn chỉ số octan (CSOT) của xăng phụ

thuộc vào tỷ số nén của động cơ Động cơ có tỷ số nén

cao là động cơ tạo ra công suất lớn, đòi hỏi lọai xăng

phải có CSOT cao

 Nếu dùng lọai xăng có CSOT thấp sẽ gây ra hiện tượng cháy kích nổ

 Nhưng nếu dùng lọai xăng có CSOT cao hơn yêu cầu

của động cơ cũng không tốt vì như vậy sẽ lãng phí, động

cơ làm việc không ổn định, đễ nóng máy

 Như vậy, cách tốt nhất để duy trì hiện tượng cháy bình thường là sử dụng xăng có CSOT phù hợp với động cơ

 Tính bay hơi của xăng:

 Chỉ tiêu kỷ thuật đánh giá tính bay hơi:

-Thành phần điểm sôi:

-Áp suất hơi bảo hòa:

-Khối lượng riêng và tỷ trọng:

-Độ API (oAPI-API gravity)

 Để tăng CSOT, người ta còn pha vào xăng những phụ gia đặc biệt như hợp chất chứa oxy và dung dịch chì.Các chỉ tiêu kỷ thuật của các phụ gia này bao gồm:

-Hàm lượng Chì:

-Các hợp chất chứa Oxy:

 Tính ổn định của xăng và các chỉ tiêu kỷ thuật:

-Hàm lượng nhựa thực tế(Exitent gum)

-Tính ổn định oxy hóa( oxidation stability)

 Tính mài mòn kim lọai vàcác chỉ tiêu kỷ thuật:

-Kiểm nghiệm ăn mòn mảnh đồng(Copper strip tarnish):

-Hàm lượng lưu huỳnh tổng(Total sulfur)

-Độ axít (Total Acid Number-TAN)

 XĂNG ĐẶC BIỆT

 Quá trình và đặc điểm cháy trong động cơ xăng?

 Chỉ số OCTAN và phương pháp xác định CSOT

 NHIÊN LIỆU DIESEL.

Động cơ điesel còn gọi là động cơ nén cháy, là một loại động cơ đốt trong được sử dụng khá phổ

biến cho các loại xe ô tô, tàu thủy, xe lửa, máy

phát điện, máy bơm có nguyên lý hoạt động

hoàn toàn khác với động cơ cơ đốt trong có bộ

phận chế hoà khí, mà hiện tượng kích nổ được

thực hiện bằng tia lửa điện của bugi phát ra

Sự cháy của hỗn hợp khí trong buồng đốt của

động cơ diesel là sự tự cháy Để hiểu được mối

quan hệ giữa sự hoạt động của động cơ diesel với chất lượng nhiên liệu diesel, cần hiểu rõ bản chất

sự cháy trong buồng đốt của động cơ diesel:

QUÁ TRÌNH CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ

DIESEL:

 Trong quá trình vận hành động cơ diesel có

thể quan sát thấy trong những điều kiện cụ thể, hai hiện tượng cháy hoàn toàn trái ngược: Hiện tượng cháy bình thường và không bình thường:

 Trong xylanh của động cơ diesel, piston nén không phải hỗn hợp không khí và hơi nhiên liệu,

mà chỉ nén không khí cho tới khi đạt được nhiệt

độ cần thiết Lúc này, nhiên liệu được một thiết

bị phun tạo thành sương, phun trực tiếp vào

buồng đốt, gặp không khí nóng, nhiên liệu ở dạng sương nóng dần lên đến một nhiệt độ nhất định,

tự bùng cháy.

 Nhiệt độ đó được gọi là nhiệt chớp cháy

(flash poin) Khi hơi nhiên liệu điesel tự

bùng cháy, động cơ bắt đầu làm việc theo đúng những chu kỳ của động cơ đốt trong

Để thực hiện chu kỳ làm việc bình thường thì nhiệt độ không khí trong buồng đốt ở thời điểm trước khi phun nhiên liệu, phải cao hơn nhiệt chớp cháy của nhiên liệu, có như vậy, nhiên liệu mới có khả năng tự bốc cháy và động cơ mới có thể hoạt động.

 Thực tế cho thấy hiện tượng tự cháy của nhiên liệu

không xẩy ra tức thì ngay sau khi bắt đầu phun nhiên liệu vào buồng đốt mà có một khoảng thời gian giữa lúc bắt đầu phun và lúc bắt đầu cháy Trong khoảng thời gian ngắn ngủi đó kịp xẩy ra sự oxy hoá các thành phần trong nhiên liệu dưới dạng hơi sương Khoảng thời gian

đó gọi là thời gian cháy trễ hay thời gian cảm ứng.

 Kết thúc thời gian đó, sự cháy trong buồng đốt mới bắt đầu.Nếu nhiên liệu có thành phần hoá học và nhiệt chớp cháy phù hợp, hơi trong buồng đốt không tích tụ nhiều, hiện tượng cháy xẩy ra bình thường, áp suất và nhiệt độ trong buồng đốt tăng lên đều đặn đúng với thiết kế kỷ thuật của động cơ, không có biểu hiện bất thường,

trường hợp này gọi là cháy bình thường

 Nếu nhiên liệu khó tự cháy, thời gian cảm ứng kéo dài, làm cho hơi nhiên liệu tích tụ trong

buồng đốt, khi sự cháy bắt đầu, nhiệt độ, áp suất tăng đột ngột, gây chấn động xilanh, hơi nhiên liệu không cháy hết, khói đen xả ra, có nhiều

tiếng nổ Đó gọi là cháy không bình thường, hay còn gọi là cháy kích nổ Cháy kích nổ trong động

cơ tức là tại một điểm nào đó trong xylanh, dù mặt cầu lửa chưa lan tới, hơi nhiên liệu đã bốc cháy đột ngột với tốc độ cháy lan truyền nhanh gấp trăm lần cháy bình thường (1500-2500 m/

giây), áp suất trong xylanh tăng vọt lên đến

160KG/cm 2

 Cháy kích nổ trong động cơ phá vỡ chế độ làm việc bình thường,làm giảm công suất máy, tiêu hao nhiên liệu do cháy không hết, mài mòn các chi tiết máy, nứt rạn

piston, secmăng…, tạo ra nhiều muội than làm bẩn

xilanh, nghẹt ống pô… Để tránh tình trạng cháy kích nổ, phải đáp ứng 2 điều kiện:

-Động cơ và điều kiện làm việc của nó phải bảo đảm.

-Nhiên liệu phải phù hợp và bảo đảm các chỉ tiêu kỷ

thuật cho phép.

CÁC ĐẶC TÍNH VÀ CHỈ TIÊU KỶ THUẬT CỦA

DIESEL.

 Tính cháy và chỉ tiêu kỷ thuật:

 Tính cháy là đặc trưng của nhiên liệu.Quá trình

tự cháy của nhiên liệu xăng và nhiên liệu diesel

khác nhau như đã trình bày ở trên.

 Tương ứng với mỗi loại nhiên liệu, có các chỉ số đặc trưng của nó, ví dụ đối với xăng, chỉ số octan (CSOT) là chỉ số tiên quyết để đánh giá chất

lượng xăng, còn với dầu diesel, chỉ số cetan

(CSCT) là chỉ số tiên quyết đánh giá chất lượng dầu diesel.

Chỉ số cetan và phương pháp xác định

chỉ số cetan (CSCT)

 CSCT của một loại nhiên liệu diesel được xác định trên máy đo dựa trên so sánh sự bén cháy trùng lặp của hỗn hợp chuẩn với mẫu cần xác định (giống như trường hợp

đo CSOT đã trình bày ở trên).

a/Nhiên liệu chuẩn:

-Nhiên liệu chuẩn để xác định chỉ số Cetan là hỗn hợp của n-cetan và -metylnaphtalen.

-n-cetan là một chất dễ tự cháy, có công thức cấu tạo mạch thẳng

CH3-(CH2)14-CH3

Và được qui ước có chỉ số cetan là 100.



 --metyl naphtalen

là một chất rất khó tự cháy(nhiệt độ tự cháy cao), công thức cấu tạo là hai vòng thơm ngưng tụ với một nhóm metyl và được qui ước chỉ số Cetan bằng không (0)

CH3

Cơ sở phương pháp xác định chỉ số Cetan

xăng bằng các cho mẫu nhiên liệu vào thiết bị xác định các điều kiện của trạng thái tự cháy rồi so

sánh với mẫu nhiên liệu chuẩn (hỗn hợp n-cetan

hỗn hợp của nhiều nhóm hydrocacbon của các

phân đoạn trong quá trình chưng cất dầu mỏ, bao gồm phân đoạn gas oil nhẹ, trung bình và nặng,

do đó, CSCT của các phân đoạn này cũng khác

nhau: Khi có cùng số nguyên tử cacbon, nhóm

parafin có CSCT cao nhất, tiếp theo là naphten, iso-parafin, và cuối cùng là hydrocacbon thơm

STT Nhóm hydrocacbon Công thức CSCT

1 n-parafin

n-decan n-cetan

C10H22 C18H34

77

100

2 Naphten

Decalen Metyldipropyl- -decalyl metan

C10H20 C10H17C8H17

48

21

3 Hydrocacbon thơm

-Metylnaphtalen -Octylnaphtalen

C10H7CH3 C10H7C8H17

0

18

 Xác định CSCT bằng phương pháp tính toán gián tiếp:

Khi không có điều kiện xác định CSCT bằng thiết bị đo, có thể xác địnhgián tiếp qua điểm sôi 50% V và o API theo

công thức theo ASTM-D 976:

CSCT= 454,74-1641,416D +774,74D2-0,554B +97,803(logB) 2 (1)

+D: tỷ trọng của nhiên liệu diesel d15/15

xác định CSCT.

 Độ API là một chỉ tiêu đánh giá tỷ trọng của dầu thô và các sản phẩm của chúng theo

tiêu chuẩn của Viện dầu mỏ Hoa kỳ

( Americal Petroleum Institute

 141,5

 API= - - 131,5

 d60oF/60oF



Quan hệ giữa CSCT của diesel với số

vòng quay của động cơ:

 Như trên đã thấy, tùy thuộc vào thành phần hoá học, các loại nhiên liệu diesel có CSCT khác

nhau, nghĩa là có khả năng tự cháy khác nhau Muốn động cơ diesel hoạt động bình thường, bảo đảm công suất, đòi hỏi nhiên liệu diesel phải có CSCT phù hợp với số vòng quay của động

cơ.Mối quan hệ đó thể hiện trong bảng sau:

>50

 Nhóm động cơ có số vòng quay <500 vòng phút thường

sử dụng cho tàu thủy, các nhà máy phát điện nên nhiên liệu khá nặng, nhiều khi người ta pha thêm nhiên liệu

đốt lò, gọi là dầu FO.

 Nhóm động cơ có số vòng quay trung bình 500-1000 vòng /phút thường là đầu máy kéo xe lửa, các loại xe thi công cầu đường, san ủi…Dầu diesel cho loại này có nhiệt

độ sôi, độ nhớt thấp hơn hơn loại dầu nói trên

 Nhóm động cơ có số vòng quay trung bình >1000

vòng /phút thường là các động xe ôtô, các loại

tractor,máy phát điện nhỏ, máy ghe, xuồng…Dầu điesel cho loại này có nhiệt độ sôi và độ nhớt vừa phải.

CÁC CHỈ TIÊU KỶ THUẬT CỦA

DIESEL.

 Tính cháy và chỉ tiêu kỷ thuật:

Tính cháy là đặc trưng của nhiên liệu.Quá

trình tự cháy của nhiên liệu xăng và nhiên liệu diesel khác nhau như đã trình bày ở

trên.Tương ứng với mỗi loại nhiên liệu, có các chỉ số đặc trưng của nó, ví dụ đối với xăng, chỉ

số octan (CSOT) là chỉ số tiên quyết để đánh giá chất lượng xăng, còn với dầu diesel, chỉ số cetan (CSCT) là chỉ số tiên quyết đánh giá

chất lượng dầu diesel

Tính bay hơi và các chỉ tiêu kỷ thuật:

 Thành phần điểm sôi:

a/Điểm sôi 10%V biểu thị cho thành phần nhẹ trong

nhiên liệu diesel Nhiệt độ sôi 10%V không được thấp

hơn 200oC Nếu khi chưng cất, dưới 200oC đã cho 10%

V, có nghĩa là trong thành phần nhiên liệu diesel đó có một lượng lớn các hydrocacbon nhẹ, khi cháy sẽ tăng

nhanh áp suất, dễ dẫn tới kích nổ, động cơ phải làm việc trong môi trường “cứng” Ngoài ra, nếu phần nhẹ nhiều, khả năng phun sương không đều, làm cho hỗn hợp cháy không đồng nhất, khi cháy sẽ tạo ra nhiều khói đen, tăng lượng cốc, bẩn máy và làm giảm độ nhớt của dầu nhờn, dẫn đến sự ảnh hưởng chất lượng làm việc của động cơ cũng như tuổi thọ của nó.