Nghiên cứu độ nhớt của các chất lỏng trong suốt và đục

Vì thế việc sử dụng bôi trưon nói chung hay dầu mỡ bôi trơn nói riêng vàquy trình bôi trơn phù hợp vớI quy định của các nhà chế tạo thiết bị sẽ góp phầnrất lớn đảm bảo cho xe, máy hoạt đ

LỜI MỞ ĐẦU

Xu hướng chung của ngành công nghiệp chế tạo máy là sản xuất ra các loạIdộng cơ có công suất cao, bền cảI thiện tốt tính chất khởI động và gọn nhẹ ĐểgiảI quyết được một trong các nhu cầu này, đòi hỏi và có liên quan chặt chẽ đếnviệc sử dụng dầu nhờn cho động cơ

Dầu nhờng động cơ là nhóm dầu nhờn quan trọng nhất trong các loạI dầubôi trơn Tính trung bình chúng chiếm khoảng 40% tổng các loạI dầu bôi trơnsản xuất trên thế giới

Ở Việt Nam dầu nhờn động cơ chiếm khoảng 60% lượng dầu bôi trơn Sự

đa dạng về kích cỡ động cơ và đốI tượng sử dụng dẫn đến các yêu cầu bôi trơnrất khác nhau Hầu hêt dầu gốc và phânf lớn các loạI phụ gia dầu bôi trơn đượcsản xuất dầu động cơ Các phụ gia quan trọng nhất cho dầu đọng cơ là các chấtchống oxi hóa, phụ gia phân tán, phụ gia tẩy rửa, phụ gia chống gỉ và chống ănmòn Cho dù mỗI đông cơ cần loạI dầu vớI tính chất lý hóa và tính năng sử dụngriêng để đáp ứng các vấn đề bôi trơn khác nhau Hay nói cách khác là cần phảI

có loạI vật liệu bôi trơn thích hợp.Một số yếu tố ảnh hưởng đến việc bôi trơnvẫn là chung cho mọI động cơ Các yếu tố làm các chức năng sau: bôi trơn, làmmát, làm kín khít, làm sạch bên trong Mức độ đạt được các chức năng này tớIđâu tuỳ thuộc vào loạI dầu được lựa chọn phù hợp vớI các đặc tính thiết kế banđầu của động cơ, nhiên liệu sử dụng, điều kiện vận hành Chất lượng bảo dưỡngđộng cơ cũng rất quan trọng, nó liên quan đến cả tuổI thọ của động cơ lẫn chu

kỳ thay dầu

Vì thế việc sử dụng bôi trưon nói chung hay dầu mỡ bôi trơn nói riêng vàquy trình bôi trơn phù hợp vớI quy định của các nhà chế tạo thiết bị sẽ góp phầnrất lớn đảm bảo cho xe, máy hoạt động ổn định, giảm chi phí bảo dưỡng, nângcao tuổI thọ sử dụng và độ tin cậy của chúng trong nền kinh tế Chất lượng vàphương pháp sử dụng dầu nhờn là những vấn đề khoa học kĩ thuật phức tạpnhung cũng rất lý thú Vì dầu nhờn là nguồn nhiên liệu không thể thiếu và rấtcần thiết cho các trang thiết bị, máy móc cho một nền công nghiệp hoá, hiên đạI

hoá nên rất nhiều cơ quan nghiên cứu khoa học và phòng thí nghiệm của nhàmáy đang tập trung sức lực để giảI quyết các vấn đề đặt ra của cuộc sống

Hiện nay để đáp ứng nhu cầu đa dạng và ngày càng tăng của nền khinh tếphát triển trên thé giớI đã sản xuất ra rất nhiều các loạI dầu nhờn khác nhau Vìvậy chỉ có các chuyên gia sâu về từng loạI lĩnh vực dầu nhờn mớI có thể amhiểu tường tận về sản phẩm của mình và không một ai có thể hy vọng hiểu sau

và hết được mọI củng loạI dầu nhờn hiên nay

Do đó nên em đã chọn đề tài: “ Nghiên cứu độ nhớt của các chất lỏng trongsuốt và đục” để tìm hiểu về dầu nhờn động cơ có ảnh hưởng như thế nào đếnquá trình hoạt dộng của động cơ và từ đó có thể thấy được các tính nắng sử dụngcũng như các chỉ tiêu kỹ thuật của dầu nhờn động cơ

Phần I: TỔNG QUAN

1.Tổng quan về động cơ:

a Động cơ xăng:

Động cơ xăng bao gồm động cơ 4 kỳ và động cơ 2 kỳ, trong đó động cơ 4

kỳ được sử dụng phổ biên hơn, chu trình làm việc của động cơ xăng 4 kỳ baogồm:

5 Piston

Chu kỳ 1: Chu kỳ hút.

Piston đi từ điểm chết dướI lên điểm chết trên, van hút mở ra để hút hỗnhợp xăng và không khí(hỗn hợp công tác)vào xilanh, lúc này van thảI vẫn đóng.Chu kỳ 2: Chu kỳ nén

Piston đi từ điểm chết dướI lên điểm chết trênn, nén hỗn hợp công tác Khi

bị nén áp suất tăng dẫn đến nhiệt độ tăng, chuẩn bị cho quá trình cháy tiếp theo.Chu kỳ 3: Chu kỳ cháy

Khi nến điện đến điểm lửa sẽ đốt cháy hỗn hợp xăng và không khí Khicháy nhiệt năng biến thành cơ năng, đẩy píton đi đến điểm chết dướI, đồng thờIchuyển động qua thanh truyền làm chạy máy

Nhiên liệu không cháy hết, nhiên liệu chỉ cháy một phần và muộI củachúng cũng lọt xuống cácte tạo nên một số axit mạnh Kết quả là màng dầu bôitrơn trên thành xilanh bị rửa sạch và quá trình ăn mòn bị thúc đẩy Tiếp theo làquá trình mài mòn do ma sát của các bộ phận chuyển động làm tăng khe hởgiữa chúng Các khe hở tăng lên ví dụ như cần đay xupáp làm mất khả năng điềuchỉnh

Để chống gỉ, phải có phụ gia với trị số kiềm tổng thích hợp

Các sản phẩm bị oxihóa từ nhiên liệu, đặc biệt là các axit khoáng hoặc cácaxit hữu cơ đều góp phần vào quá trình làm ăn mòn ổ đỡ Các axit khoáng làm

ăn mòn các lớp đồng trong ổ đồng chì, còn các axit hữu cơ làm ăn mòn lớp chì.Các loại phụ gia có thể khắc phục rất hiệu quả việc có hạI trên.

Trong cácte và khu vực nhiệt độ thấp khác, nước có thể kết hợp vớI dầu vàcác loạI chất bẩn khác tạo thành lớp cặn bùn Việc tạo căn có thể gây tắc nghẽnđường dầu và làm bôi trơn không đủ Có thể dùng phụ gia phân tán để ngănngừa việc tạo căn của dầu Trong buồng đốt phần lớn xăng bay hơi xong mộtphần các phân đoạn nặng, một số chất bị phân huỷ và tất cả các cặn cứng như bồhóng… lạI không bay hơi hết mà tạo thành một lớp vecni bám vào bề mặt động

cơ Cặn rắn khi kết hợp vớI một lượng nhỏ cặn dầu trong buồng đốt sẽ tạo thànhmột lớp muộI bám chặt vào đỉnh piston và bề mặt buồng đốt Cặn dầu trongbuồng đốt thường liên quan đến chất tạo tro trong phụ gia

Động cơ xăng hai kỳ thường dùng cho môtô, xuồng máy, cưa vòng, cácmáy bơm

Do dầu bôi trơn cho các loạI động cơ này được pha trộn lẫn vớI nhiên liệunên dầu mớI đưa vào liên tục, vì vậy không ảnh hưởng xấu do dầu biến chất

b Động cơ Diesel:

1 Thanh truyền 5 Van nạp không khí

2 Xi lanh 6 Van thải sản phẩm chỏy

4,7 Vũi phun nhiờn liệu 9 Điểm chết dưới

Nguyờn lý hoạt động:

Động cơ Diesel cũng làm việc theo nguyờn tắc động cơ 4 kỳ như động cơxăng nhưng khỏc động cơ xăng ở chỗ trong động cơ xăng hỗn hợp xăng vàkhụng khớ được đốt chỏy sau khi nến điện đến điểm lửa Cũn đốI vớI động cơDiesel, hỗn hợp nhiờn liệu được đưa vào xilanh, ở đú khụng khớ đó được nộntrước và đó cú nhiệt độ cao, nhiờn liệu sẽ tự bốc chỏy

Động cơ diesel hoạt động theo 4 chu kỳ: hỳt, nộn, chỏy, thải

Khi piston đi từ điểm chết trờn xuụng điểm chết dướI, van nạp mở ra khụngkhớ được hỳt vào xilanh sau đú van nạp đúng lạI Piston đi từ điểm chết dướI lờnđiểm chết trờn, thực hiện quỏ trỡnh nộn khụng khớ do b ị n ộn, ỏp suất tăng dẫnđến nhiệt độ tăng cú thể từ 5000C đến 7000C Khi piston gàn đến điểm chết trờnthỡ nhiờn liệu được phun vào xilanh dướI dạng xương mự, khi gặp khụng khớ ởnhiệt độ cao sẽ tự bốc chỏy Khi suất tăng mạnh sẽ đõy piston đi từ điểm chếtdướI th ực hi ện quỏ trỡnh gión nở sinh cụng h ữu ớch đ ư ợc truy ền qua hệ thốngthanh truyền làm chạy mỏy Sau đú piston lạI đi từ điểm chết dưới lờn điểm chếttrờn để thảI sản phẩm chỏy ra ngoài qua một van thảI và tiếp tục thực hiện mộthành trỡnh mới

* Đặc điểm hoạt động

- Động cơ Diezel đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, xe tải, đầu máy

xe lửa Động cơ Diezel sử dụng nhiên liệu Diezel có hàm lợng lu huỳnh cao hơn

so với xăng với tỉ số nén cao hơn Hỗn hợp nhiên liệu + không khí tự bốc cháy

mà không còn buri đánh lửa Đặc điểm hoạt động của động cơ Diezel là có là có

tỉ trọng lớn

- Khi sử dụng nhiên liệu Diezel cần phải chú ý tới mối tơng quan giữa sốvòng quay của động cơ với trị số xetan của nhiên liệu Động cơ Diezel tốc độ caodùng nhiên liệu có trị số xetan cao và ngợc lại Nếu dùng nhiên liệu có hệ sốxetan thấp hơn mức yêu cầu thì không nên ép máy tăng tốc và làm việc trong

điều kiện khắc nghiệt Có 2 loại Diezel thơng phẩm dùng cho mùa hè và mùa

đông: loại nhiên liệu mùa hè có tự số xetan và độ bay hơi thấp hơn so với loạinhiên liệu mùa đông Diezel điều kiện thời tiết miền bắc nớc ta có mùa độnglạnh và mùa hè nóng nức, khi dùng lần 2 loại nhiên liệu trên sẽ gây ra sự cố chomáy móc, xe cộ.

- Động cơ Diezel đợc chia ra làm 3 cấp:

- Vì khi cháy, chúng tạo thành khí SOx (SO2, SO3) Khi tiếp xúc với nớc chỉcần một lợng nhỏ lẫn trong dầu sẽ tạo thành axit mạnh, chúng không những gây

ăn mòn mà còn gây biến chấy của dầu Do vậy, hàm lợng S cao khoảng 1% thìphải dùng dầu có trị số kiềm tổng cao tơng ứng nếu không sẽ làm giảm chu kìthay dầu, giảm tuổi thọ của máy xuống còn phân nửa

- Nhiệt độ của piston rất cao nên lớp cặn cacbon và cặn vecni tạo nên khádày trên piston và vành xecmăng, lớp cặn này gọi là cặn nhiệt độ hoặc cặn lắc

- Nếu trong động cơ xăng cặn biên và căn vecni chủ yếu do nhiên liệu bịchuyển hóa thì trong động cơ Diezel lớp cặn hình thành chủ yếu do sự biến chấtcủa dầu nhờn động cơ Trong điều kiện khắc nghiệt, lớp cặn rắn đóng trong vànhxecmăng dẫn tới xecmăng không thể thực hiện tốt các chức năng của mình dẫ tờihiện tợng lọt khí, độ mài mòn tăng nhanh và cuối cùng là tổn hao công suất lớn

- Nhiên liệu cháy không hết sẽ sinh ra nhiều khói xả, muội (bồ hóng/ lẫnvào dầu động cơ làm cho dầu động cơ bị đen Thông thờng các loại dầu hiện đại

có khả năng phân tán cao sẽ phân tán lớp muối sẽ kéo chúng để không để lại hậuquả Tuy nhiên, trong nhiều trờng hợp thì lớp muội này có hại nhất là theo quan

điểm mài mòn động cơ

- Lớp cặn bồ hóng đặc biệt đáng lu tâm đối với xe chở khách Do vậy nhiềunhà sản xuất xe động cơ đã hớng dẫn nên thơng xuyên phải thay dầu và thaynhiều hơn với xe động cơ xăng khoảng 2 lần

- Về đại thể, cặn lắc trong dầu động cơ Diezel hình thành từ các sản phẩmbiến chấy gây phân huỷ của dầu bôi trơn do bị oxi hóa, chúng đóng vai trò nhchất kết dính cao phân tử với bồ hóng tạo ra từ quá trình cháy nhiên liệu Hàm l-ợng lu huỳnh trong nhiên liệu càng cao thì việc sản xuất chất gắn kết ngày càngphát triển

- Các chất phân tán và tẩy rửa có thể ngăn ngừa việc tạo cặn lắc Hiệu quảcủa chúng là đợc thử nghiệm trên hầu hết các băng khử động cơ Diezel

- Các động cơ Diezel lớn đợc dùng rất phổ biến trong công nghiệp và máytàu thuỷ sử dụng nhiên liệu cặn với hàm lợng lu huỳnh từ 2 – 4% Các axitmạnh tạo ra khi nhiên liệu cháy sẽ ăn mòn mãnh liệt xecmăng và thành xi lanh.Kết quả là kim loại bị bong ra nhanh và độ mài mòn rất lớn.

- Cặn lắng trong động cơ: nguyên nhân sinh ra là do dầu nhờn nhiên liệu đãcháy tạo ra do sunfat Cặn lắc quá mức sinh ra do động cơ đánh lửa sớm, van bị

ăn mòn và tạo thành hoặc bị lõm

- Nguyên nhân sinh ra cặn lắng (đối với piston hoạt động trong vùng cónhiệt độ cao và thấp, là do sự oxi hóa của dầu và sự nhiễm bẩn của nhiên liệu,hậu quả tiêu cực có thể sảy ra là vòng bạc bị dính, làm tăng sự rò và thoát khíqua piston, làm tăng mức tiêu thụ xăng dầu do nhiên liệu bị lọt qua

3 Ma sát và nguyên lí bôi trơn:

- Việc tìm hiểu ma sát và nguyên lí bơi trơn là công việc đầu tiên cần thiếttrớc khi đi vào nghiên cứu dầu nhờn và chất lợng của dầu nhờn Phải tìm hiểu từvấn đề này để việc tiếp cận và tìm hiểu ảnh hởng của dầu nhờn đối với sự hoạt

động của các thiết bị máy móc, động cơ

- Ma sát trợt thờng lớn gấp 10 ữ 100 lần ma sát lăn (trong trờng hợp sosánh của các bề mặt khô, tức là ma sát xuất hiện khi một vật rắn chuyển độngtrên bề mặt của một vật khác mà giữa hai vật không có chất bôi trơn)

- Nguyên nhân của ma sát khô:

+ Do sự liên kết cơ học từ các chỗ lồi trên bề mặt vật rắn

+ Do tác động tơng hỗ giữa các phân tử của các bề mặt làm việc tại các

điểm tiếp xúc

- Hiện tợng ma sát luôn kéo theo sự hao phí công suất nhằm khắc phục masát và làm toả nhiệt gây mài mòn các chi tiết làm việc Sự hao phí công suất, toảnhiệt và mài mòn bề mặt làm việc là 3 mặt không tách rời của tất cả các dạng masát Tùy theo điều kiện và dạng ma sát mà mỗi một trong sỗ các bản đồng hành

có thể rất lớn hoặc rất nhỏ

- Để giảm bớt hao phí về công sức để khắc phục ma sát, con ngời đã ápdụng nhiều biện pháp để khắc phục và thành công lớn nhất là phát hiện ra vắng

bề mặt bôi trơn bằng dầu thì ma sát giảm xuống rất nhiều thậm chí ma sát trợt ơcác bề mặt đợc bôi trơn có thể nhỏ hơn ma sát lăn (trong một số điều kiện nhất

định)

- Khi có hai bề mặt chuyển động lên nhau đợc ngăn cách bởi một lớp dầuthì sẽ xuất hiện ma sát lỏng, tức là một lợng ma sát trong bản than lớp dầu giữacác phân tử dầu Lợng tổn thất năng lợng trong ma sát lỏng so với ma sát khô thìnhỏ hơn rất nhiều ma sát lỏng có nhiều u điểm hơn so với ma sát khô nh:

+ Độ mài mòn các chi tiết giảm đi rõ

+ Tổn thất công suất chống ma sát giảm đi

+ Các chi tiết bị nóng ít hơn

+ Các vật ma sát có thể chịu đợc tải trọng lớn hơn

+ Nâng cao độ bền và kéo dài tuổi thọ của các chi tiết làm việc

- Khi thiết kế và chế tạo máy móc thì các nhà thiết kế và chế tạo phải cốgắng để đạt mối lắp ghép của các chi tiết co sát mà khi làm việc chúng đợc ngăncách bởi một lớp dầu thì sẽ xuất hiện ma sát lỏng tốt nhất Nếu nh sự tổn thất do

ma sát chỉ sảy ra do ma sát lỏng thì trong trờng hợp này hệ thống bôi trơn đã trởthành hoàn hảo nhất

- Để đạt đợc tác dụng bôi trơn hoàn hảo thì cần phải đi sâu tìm hiểu bề mặtcủa lớp dầu, đầy là một trong những vấn đề thú vị nhất của mặt khoa học và kĩthuật

đi vào những khe hở và bám chắc trên bề mặt kim loại Ngợc lại, nếu không cótính chất này thì nó không chảy loang đợc trên bề mặt kim loại và chảy vào cáckhe hở Lực liên kết giữa các phân tử với nhau cùng là tính chất cần thiết củachất lỏng dùng làm chất bôi trơn Lực liên kết giữa các phân tử của một chấtlỏng càng lớn thì lực ma sát trong của chất lỏng càng lớn

- Lực ma sát trong của chất lỏng, tức là ma sát sinh ra giữa các phân tửchuyển động của chất lỏng độ nhớt áp dụng thuyết bôi trơn thuỷ động học củaDetvop vào thiết kế, chế tạo và sử dụng máy ngời ta đã khẳng định đợc các yếu

tố cơ bản

+ Số lợng ma sát của các chi tiết làm việc phụ thuộc vào các điều kiện làmviệc chủ yêu của chúng

+ Bề dày để đảm bảo bôi trơn lỏng

+ Tác dụng làm mát của dầu nhờn

+ Dầu có độ nhớt phù hợp với từng điều kiện làm việc

- Để thực hiện bôi trơn lỏng ổ đỡ với lợng hao phí công suất do ma sát nhỏnhất cần phải tính đến hàng loạt các yếu tố: độ nhớt của dầu, tải trọng trên ổ đỡ,tốc độc chuyển động của các chi tiết làm việc, diện tích các bề mặt làm việc, khe

hở giữa các chi tiết làm việc, tình trạng nhiẹt độ của ổ đỡ Mỗi một yếu tố lạiphụ thuộc phức tạp vào nhiều yếu tố khác Các nguyên lí bôi trơn lỏng đều đợcbiểu diễn bằng các công thức toán học Các nhà thiết kế và chế tạo máy có thểdựa vào công thức đó để tính bề dày lớp dầu và các chi tiết làm việc và tác dụnglàm mát của dầu chảy qua ổ đỡ vàđiều chủ yếu nhất là có thể duy trì sự bôi trơnlỏng trong điều kiện nào và điều kiện nào sẽ gây ra sự phá huỷ lớp dầu, xuất hiện

ma sát khô đe doạ máy móc thiết bị

- Ngày nay, có nhiều phơng pháp tính toán bôi trơn lỏng cho các chi tiết masát nhung đều dựa trên những nguyên li bôi trơn thuỷ động do Detvop đa ra.Trong thực tế nếu không đề cập đến các tính toán chúng ta cũng có thể ứng dụngnhững nguyên lí cơ bản rút ra từ nguyên lí bôi trơn thuỷ động

+ Trong trờng hợp ma sát lỏng, nếu độ nhở của dầu, tốc độ trợt của các chitiết làm việc và bề mặt tiếp xúc của chúng tăng thì lợng tổn thất do ma sát sẽtăng lên

+ Độ nhớt của dầu tăng lên, tải trọng của các chi tiết làm việc giảm thì độbền bôi trơn lỏng tăng lên

+ Đối với các chi tiết làm việc có chuyển động nhanh cần dùng dầu có độnhớt thấp và ngợc lại

+ Khe hở giữa các chi tiết làm việc càng lớn thì dầu bôi trơ càng cần có độnhớt cao

+ Tải trọng trên các chi tiết làm việc càng thì độ nhớt cao

dầu mỏ, đợc chế biến theo công nghệ truyền thống Ngoài ra còn có thể dùngmột số loại dầu nhờn gốc tổng hợp hay dầu gốc thực vật.

Các tính chất của dầu nhờn động cơ:

a Độ Nhơt:

- Đột nhớt là đại lợng đặc trng cho khả năng lu biến của chất lỏng Đợcxem là đại lợng đặc trng cho ma sát nội trị của chất lỏng, nguyên nhân sinh ra độnhớt là do có lực cơ học giữa các hạt toạ nên chất lỏng

- Độ nhớt của dầu mỏ có liên quan đến quá trình bơm vận chuyển, sự bôitrơn và phun nhiên liệu trong động cơ

- Độ nhớt phụ thuộc vào nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng thì độ nhớt giảm

- Độ nhớt là một chỉ tiêu đặc biệt quan trọng: khi xác định độ nhớt ở 400C

và ở 1000C có thể đánh giá đợc dầu tốt hay xấu, có còn sử dụng đợc hay không

và có bị lẫn nhiêu liệu không

- Độ nhớt của dầu nhờn động cơ đặc biệt quan trọng của nhiều khía cạnh,

nó có ảnh hởng đến độ kín khít, độ tổn hao công suất, khả năng chống mài mòn,khả năng tạo cặn, khả năng làm mát các chi tiết làm việc Diezel vậy các độngcơ chuyển động khử hôi, độ nhớt có tác động đến tiêu hao nhiên liệu, khả năngtiết kiệm dầu và hoạt động chung của cả động cơ Đối với một số loại động cơ,nhất là động cơ ôtô độ nhớt cũng là yếu tố ảnh hởng đến sự dễ dàng khởi động

và tốc độ trục khuỷu

- Độ nhớt quá cao sẽ gây sức cản lớn khi nhiệt độ xung quanh thấp, làmgiảm tốc độ trục cơ và do đó làm tăng nhiên liệu tiêu hao ngay cả sau khi độngcơ đã khởi động Nếu độ nhớt quá thấp sẽ dẫn đến chóng mài mòn và tăng độtiêu hao dầu

- Trong điều kiện động cơ làm việc năng, làm việc với tải trọng lớn thì dầu

độ nhớt cao tin cậy hơn Nếu dầu bị oxi hóa có thể dẫn đến tăng giảm độ nhớtkhông an toàn Độ nhớt giảm thờng do sự phân huỷ cơ học của các chất polymetăng chỉ số độ nhớt trong dầu 4 mùa hoặc là do bị lẫn nhiên liệu hoặc là do bịlàm cặn bẩn Tuy nhiên quá trình oxi hóa cũng bẻ gẫy các chất làm tăng độ nhớtthành các phân tử nhở hơn do đó làm giảm khả năng làm đông đặc của chúngnhất là nhiệt độ cao Nhiệt độ cao gây ra tổn thất do bay hơi làm dầu đặc thêm

- Độ nhớt cũng là một chỉ tiêu rất quan trọng trong việc theo dõi dầu trongquá trình sử dụng Nếu độ nhớt tăng thì đó là biểu hiện của dầu bị oxi hóa, cònnếu độ nhớt giảm thì có thể nhiên liệu bị lẫn nhiều tạp chất.

- Độ nhớt là số đo khả năng chống lại sự chảy của dầu nhờn Đợc xác địnhbằng tỉ số giữa ứng suất trợt và tốc độ trợt (Độ nhớt động học)

ứng suất trợt là lực trợt trên một đơn vị diện tích thẳng đứng vuông góc vớiphơng thẳng đứng

Tốc độ trợt là sự chênh lệch tốc độ trên một đơn vị khoảng cách theo phơngthẳng đứng

- Ngoài ra có một số độ nhớt quy ớc xác định trên các dụng cu đo chuyêndụng nh: độ nhớt Engler, độ nhớt Redwood, độ nhớt Saytrol

- Có nhiều dụng cụ đo và phơng pháp thích hợp để xác định độ nhớt nhngchủ yếu là các loại dụng cụ có mao quản Dựa trên nguyên tắc thời gian chảy củachất lỏng trong mao quản tỉ lệ thuận với độ nhớt của chất lỏng, từ đó tính đợc độnhớt nếu đo đợc thời gian chảy của chất lỏng trong mao quản đó

- Có các tiêu chuẩn ASTM D445 – 96, ASTM D2983, ASTN D341, ASTMD446 để xác định độ nhớt của chất lỏng trong đó

+ Tiêu chuẩn ASTM D445 là tiêu chuẩn thông dụng nhất dùng để xác định

độ nhớt động học của các loại chất lỏng mờ đục, do đó phù hợp để xác định độnhớt động học của các loại sản phẩm dầu mỡ lỏng, trong đó các loại dầu bôi trơn

đợc xác định độ nhớt trong phạm vi nhiệt độ tứ 15 – 1000C, TCVN 3171 –

1995 cũng dùng để xác định độ nhớt động học của các loại dầu nhớt

- Tiêu chuẩn ASTM D2983 để xác định độ nhớt của các chất bôi trơn lỏngdùng cho ôtô ở phạm vi nhiệt độ – 5 -> - 400C, tiêu chuẩn này thích hợp đối với

địa phơng có khí hậu giá rét

- Tiêu chuẩn ASTM D341 hớng dẫn sử dụng biểu độ độ nhớt động học phụthuộc nhiệt độ nhằm tính độ nhớt ở nhiệt độ nào đó

- Tiêu chuẩn ASTM D446 giới thiệu các dạng mao quản bằng thuỷ tinhdùng để đo độ nhớt động học

- Thực tế, độ nhớt của các dầu bôi trơn đợc xác định bởi phạm vi nhiệt độcủa chúng tức là bởi thành phần hóa học của chúng Độ sôi càng cao thì độ nhớtcàng lớn Dầu nhờn cặn có độ nhớt lớn nhất rồi giảm dần theo thứ tự dầu nặng,dầu trung bình và dầu nhẹ

- Độ nhớt của các nhóm hyđrocacbon thay đổi theo thứ tự nh sau:

Nhóm HC Parafin < nhóm HC thơm < nhóm Naphten

- Các nhóm hyđrocacbon parafin dạng so và thẳng có dùng số nguyên tửcácbon có độ nhớt khác nhau không nhiều Sự tăng số vòng trong phân tửnaphaten cũng nh sự tăng độ dài của mạch nhánh dẫn tới tăng nhanh độ nhớt Độ

nhớt phụ thuộc vào nhiệt độ độ nhớt của bất kì chất lỏng nào cũng giảm khinhiệt độ tăng Mối quan hệ giữa độ nhớt và nhiệt độ đợc xác lập dới hình thứcbiểu đồ theo tiêu chuẩn ASTM D341 Sử dụng biểu đồ ASTM D341 có thể xác

định đợc độ nhớt của một số loại dầu nhờn ở nhiệt độ nào đó đã biết độ nhớt củadầu đó ở 2 mức nhiệt độ khắc nhau Hai nhiệt độ thờng dùng là 400C và 1000C

- Do nhiệt độ ảnh hởng rất rõ rệt đối với độ nhớt do vậy trong phép đo độnhớt, để đảm bảo chính xác cần theo dõi độ nhớt của dầu đúng bằng nhiệt độ cần

đo và cần kiểm ra nhiệt độ bể đo độ nhớt có đúng hay không, nếu cần thiết phải

có sự hiệu chỉnh

- Khi sử dụng dầu bôi trơn phải lu ý sự thích hợp của độ nhớt với từng loạimáy móc, động cơ Nếu không thích hợp sẽ gây ra các tác hại chủ yếu

+ Độ nhớt quá lớn sẽ làm giảm công suất của máy do tiêu hao nhiều công

để thắng lực cản của dầu, gây khó khở đọng máy nhất nhất là vào mùa đông donhiệt độ môi trờng thấp làm giảm khả năng làm mát máy làm sạch máy do dầunhờn lu thông kém

+ Khi độ nhớt quá nhỏ dầu sẽ không tạo đợc lớp màng bền vững bảo vệ cácchi tiết máy móc nên làm tăng sự ma sát dẫn đến ma sát na lỏng nửa khô, gây hhại máy làm giảm công suất làm cho tác dụng làm kín kém, lợng dầu bị hao hụtnhiều trong quá trình sử dụng

+ Khi dầu bôi trơn bị lẫn nhiên liệu sẽ làm gianh độ nhớt do đó trong bảoquản cần tuyệt đối tránh điều này nhằm đảm bảo chất lợng của dầu, đáp ứng yêucầu bôi trơn các loại máy móc động cơ

U L

L: Độ nhớt động học ở 400C của một loại dầu có chỉ số độ nhớt bằng không

và cùng với độ nhớt động học ở 1000C với dầu cần tính chỉ số độ nhớt mm2/s

H: Độ nhớt động học đo ở 400C của một loại dầu có chỉ số độ nhớt bằng

100 và cùng độ nhớt động học ở 1000C với dầu mà ta cần đo chỉ số độ nhớt

mm2/s

- Nếu: U > L thì VI < 0, dầu này có tính nhớt nhiệt kém

L > U > VI thì 0 ≤ VI ≤ 100

H > U thì VI > 100, dầu này có tính nhớt nhiệt tốt

- Họ dầu gốc parafin có tính nhớt nhiệt tốt, quy ớc có chỉ số độ nhớt VI = 100

- Họ dầu gốc naphiten có tính nhớt nhiệt kém, quy ớc có chỉ số độ nhớt VI = 0

- Ngoài cách tính theo công thức trên, còn có thể sử dụng biểu độ để xác

định VI của một loại dầu nhờn nào đó theo độ nhớt động học ở 40 và 1000C

- Thông thờng các loại dầu bôi trơn có VI ≈ 95 Loại có VI > 100 hiếm hơntuy vậy nhng ngày nay càng phổ biến Trong thực tế ngời ta thờng phân loại dầunhờn gốc theo VI nh sau:

Dầu có chỉ số độ nhớt thấp VI VI <30

trung bình MVI VI = 30 – 85

rất cao VHVI VI > 105

- Trong quá trình làm việc, nếu nhiệt độ làm việc của máy ít thay đổi theonhiệt độ, ngời ta thờng ít chú ý đến chỉ số độ nhớt Trong tình hình nhiệt độ thay

đổi trong phạm vi nhiệt độ rộng thì chỉ số độ nhớt là một chỉ tiêu cần chú ý

- Trong quá trình sử dụng, chỉ số độ nhứot của dấu luôn có biểu hiện của sựthay đổi

- Các nguyên nhân làm thay đổi độ nhớt của dầu động cơ khi động cơ hoạt

động hết sức đa dạng Có hai dạng thay đổi độ nhớt có liên quan đến sự mất độnhớt của các loại dầu chứa phụ gia polymer

+ Dạng 1 là mật độ nhớt tạm thời, do tính chất của dòng chảy khôngnewtơn

+ Dạng 2 là mật độ nhớt vĩnh viễn, do các phân tử polymer trong phụ giacải thiện chỉ số độ nhớt bị bẻ gãy thành các phân tử nhỏ hơn Có hai quá trình bẻgẫy polymer: bẻ gãy do bị oxi hoá và bẻ gãy do nhiệt độ các quá trình này cũngdẫn đến sự thay đổi độ nhớt vĩnh viễn vì chúng không có tính chất thuận nghịch

- Để đánh gia độ nhớt hiệu dụng của một loại dầu động cơ tại điểm bôitrơn, sự mật độ nhớt tạm thời đợc do ở nhiệt độ thấp trên nhiệt kế quay vói ứngsuất lợt nhất định và đo trên nhiệt kế Brook field với các ứng suất trợt rất thấp.ASTM D2983 (độ nhớt ở nhiệt độ thấp của các chất bôi trơn lỏng cho ôtô)

- Sự mất độ nhứt vĩnh viễn theo ASTM D2603 (độ ổn định trợt âm của cácdầu chúa polymer)

- Dầu động cơ vào cũng chịu những thay đổi về độ nhớt gây ra do các yếu

tố hoạt động của động cơ

VD: Dầu động cơ bị lẫn nhiên liệu và bị lẫn do các sản phẩm bị oxi hóa và

bồ hóng Ngoài ra dầu còn bị hao tổn do bị bay hơi mất các thành phần dễ bayhơi của dầu gốc

Dầu trong một động cơ khi hoạt động ở môi trờng lạnh phải có đợc tính linh

động cần thiết ở nhiệt độ thấp phù hợp để có thể dễ dàng di chuyển từ thùngchứa sang cacte động cơ và chảy ngay đợc vào bơm dầu khi động cơ khởi động.Trong trờng hợp này nhiệt độ đông đặc của dầu không phải là một chỉ tiêutin cậy để cho biết liệu dầu có thể chảy vào bơm dầu đựơc hay không Tuy nhiên,trong điều kiện khí hậu Việt Nam, tính chất này không quan trọng lắm nên ít đợcbàn đến một cách chi tiết

e Tính oxi hóa của dầu nhờn trong động cơ:

Trong điều kiện khí quyển thông thờng thì dầu nhờn có thể giữ đợc chất ợng không thay đổi (không biến chất) trong nhiều năm Nhng khi bị đun nóngthì dầu bị oxy hóa, nhiệt độ càng cao thì oxy hóa càng nhanh và càng mạnh.Trong đọng cơ, dầu luôn luôn phải tiếp xúc trực tiếp với oxy của không khí Nhất

l-là xảy ra trong điều kiện nhiệt độ cao và có nhiều kim loại khác nhau nên dầu bịoxy hóa tơng đối nhanh hơn Ngời ta đã nghiên cứu sâu và toàn diện quá trìnhoxy hóa, chứng minh đợc rằng oxy (O2) khi tham ra phản ứng với các phân tửdầu sẽ phá vỡ chúng và tạo ra các sản phẩm hoàn toàn mới nh axit, nhựa,atphanten

Các sản phẩm oxy hóa xuất hiện sẽ làm cho dầu đổi màu và thay đổi tínhchất lý hoá nh: dầu có màu tối hơn, độ nhớt và độ axit tăng lên, trong dầu xuấthiện các chất lắng ở dạng nhũ, tăng cờng ăn mòn các ổ đỡ hợp kim Pb/Cu Hiệntợng oxy hóa của dầu là nguyên nhân chính làm bẩn các chi tiết động cơ và hệthống bôi trơn do các lơp cặn chứa các bon Ví dụ ở hai bên và phần trong pistonthanh truyền phủ một màng than mỏng dạng sơn ở thành đáy cacte dầu và cácchi tiết khác trong đáy cacte dầu, trong bầu lọc, trong đờng ống, dầu đóng lạimột lớp nhũ màu đen dạng keo

Hiện tợng dầu bị oxy hóa, nhiều khi còn gây ra những khó khăn nghiêmtrọng cho việc sử dụng nó, đó là nguyên nhân làm nóng vòng găng, gây ăn mònbạc ổ đỡ, làm gián đoạn khả năng cung cấp dầu cho các cặp ma sát

Các loại dầu khác nhau bị oxy hóa khác nhau, một số nhanh hơn, một sốchâm hơn Khả năng giữ đợc tính chất không thay đổi trong những điều kiện bấtlợi gọi là độ bền oxy hóa hay tính ổn định Độ bền oxy hóa càng cao thì dầucàng ít có xu hớng oxy hóa Nói chung nhiệt độ làm việc của dầu càng cao thì sựcần thiết tăng độ bền oxy hóa càng lớn Những yếu tố khác cũng đòi hỏi độ ổn

định oxy hóa là:

- Lợng dầu chứa đợc trong cacte ít

- Thời gian thay dầu lâu

- Công suất ra của động cơ rất cao (tức công suất trên một đơn vị dung tíchxylanh lớn)

Rõ ràng, oxy hóa là một trong các tính chất cần đợc lu ý vì các sản phẩm doquá trình oxy hóa dầu trong động cơ gây ra sẽ tạo nên các chất cặn, tăng cờng anmòn các ổ đỡ hợp kim đồng – chì Ngoài ra, do nhiệt độ cao trong động cơcũng sẽ là động lực tăng áp thúc đẩy sự oxy hóa Vậy nên, dầu động cơ cần phải

có các chất ức chế oxy hóa

Có thể đánh giá lợng axit hữu cơ nhiều hay ít trong dầu nhờn bằng cách xác

định chỉ tiêu ăn mòn lá đồng

f Tính ăn mòn và mài mòn

Dầu nhờn động cơ phải có một số khả năng sau:

- Ngăn ngừa hiện tợng rỉ và ăn mòn trong động cơ xăng do nớc ngng tụ vàcác sản phẩm cháy ở nhiệt độ thấp cũng nh chế độ hoạt động không liên tục gâyra

- Chống lại sự ăn mòn do các sản phẩm axit trong quá trình cháy gây ra

- Bảo vệ các ổ đỡ kim đồng – chì khỏi sự ăn mòn do các sản phẩm oxy hóadầu gây ra

Vì vậy các loại dầu động cơ phải đợc pha chế các phụ gia bảo đảm tốt mọitính năng chống ăn mòn và mài mòn

Trong động cơ đốt trong, khi làm việc, các chi tiết phải tiếp xúc với các sảnphẩm ăn mòn: đó là những sản phẩm oxy hóa dầu, nớc ngng tụ và các sản phẩmcháy ở nhiệt độ thấp cũng nh chế độ hoạt động không liên tục gây ra và các sảnphẩm axit đợc tạo ra trong quá trình đốt cháy nhiên liệu Tất cả những yếu tốtrên gây ra sự ăn mòn trong các động cơ, tuy không ăn mòn những kim loại đennhng ăn mòn kim loại màu Kim loại màu có mặt trong các gối đỡ làm bằng hợpkim Ngoài ra, sản phẩm ăn mòn nh oxit lu huỳnh (tạo ra trong khi đốt cháy

nhiên liệu), axít từ buồng cháy lọt vào cacte cùng với khí xả , chúng sẽ tích tụtrong dầu nhờn.

Lợng lu huỳnh có trong dầu nhờn nhiều bao nhiêu thì tính rỉ càng tăng lên.Bởi vậy, các loại dầu động cơ phải đợc pha chế bảo đảm tốt mọi tính năng chống

ăn mòn Đặc biệt khi sử dụng trong động cơ xăng, khả năng chống ăn mòn nhất

là ăn mòn ổ đỡ đồng – chì và chồng rỉ do nuớc nhng tụ và các sản phẩm khôngcháy đợc (hoặc không cháy hết) trong nhiên liệu gây ra là hết sức quan trọng.Dầu sử dụng trong động cơ Diezel phải có khả năng chống lại sự ăn mòncác ổ đỡ hợp kim do các axit và các sản phẩm cháy gây nên Trong trờng hợpnày, chức năng chống ăn mòn gắn liền với độ kiềm của các phụ gia tẩy rửa (xemphần phụ gia cho dầu nhờn)

Dầu nhờn có thể chứa axit naptenic, tuy tính axit không lớn lắm, nhng khitiếp xúc với kim loại, đặc biệt là kim loại màu thì sẽ ăn mòn, tạo thành xà phòngkim loại, xà phòng này có thể ở dạng hoà tan trong dầu, có thể lắng xuống Ngời

ta xác định lợng axit naptenic trong dầu theo trị số axit trong dầu Trị số axit làkhối lợng KOH tính bằng mg cần để trung hoà axit naptenic có trong 1 gam dầu.Thờng trong dầu chứa không nhiều axit naphenic, vì vậy trị số axit chỉ cần nằmtrong giới hạn từ 0,05 đến 0,42

g Hiện tợng tạo cặn

Trong quá trình động cơ làm việc dầu luôn bị bẩn do nhiều sản phẩm khácnhau tích lại trong dầu nh: nớc, mồ hóng, nhiên liệu, các hạt muội than, bụi, cáchạt do mài mòn, các sản phẩm oxy hóa, xà phòng kim loại

Sự pha trộn của dầu bị bẩn nói trên trong điều kiện nhất định sẽ dẫn tới tạothành một chất dính sền sệt tách từ dầu ra và lắng xuống đáy cacte dầu, ở hộpsupap, trong đờng ông dẫn dầu, trong hệ thống bôi trơn và các bầu lọc

Hiện tợng tích cặn trong động cơ có thể làm động cơ hoạt động mất bình ờng và làm hỏng động cơ nh:

th Cặn có thể làm tắc các rãnh dầu, đờng dầu và các bầu dọc, do đó có thểxảy ra tình trạng nóng chảy bạc lót ổ dỡ, kẹt cổ trục khuỷu và thậm chí gây ra sựcố

- Cặn sẽ làm cho phần dầu mới giảm phẩm chất ngay sau khi mới cho vào

động cơ

- Cặn bẩn dần dần có thể quánh và rắn lại đến mức không thể dùng phơngpháp cơ học để làm sạch các chi tiết đợc

Thành phần của cặn thờng phụ thuộc vào điều kiện sinh ra nó Thờng cặngồm 50 – 70% dầu và 5 – 15% nớc, còn lại là nhiên liệu, sản phẩm oxu hóacác hạt rắn