v. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
4.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng dầu bôi trơn trong buồng cháy đến sự hình thành và
thành và phát triển cặn lắng
Các nghiên cứu trên thế giới gần đây về cặn lắng trong buồng cháy đều đưa ra kết luận rằng dầu bôi trơn trong động cơ đặc biệt là dầu bôi trơn xilanh có tác động rất lớn đến sự hình thành và phát triển của cặn lắng buồng cháy [16, 23, 75]. Tuy nhiên các nghiên cứu trên thế giới hiện nay vẫn tập trung vào nghiên cứu trên động cơ thực, trong khi đó để nghiên cứu tác động của dầu bôi trơn đến sự hình thành và phát triển cặn lắng đòi hỏi thời gian thử nghiệm trực tiếp trên động cơ rất lớn (từ 500 giờ đến 1000 giờ hoạt động liên tục). Do đó để đơn giản và giảm chi phí, thời gian thực nghiệm trong nghiên cứu ảnh hưởng của dầu bôi trơn đến lượng cặn tích lũy và xu hướng phát triển của cặn lắng buồng cháy, sử dụng mô hình thực nghiệm TNCMH trong nghiên cứu vấn đề này là một hướng mới trong nghiên cứu. Đồng thời để đảm bảo tính khả thi của mô hình nghiên cứu thực nghiệm, dầu bôi trơn được pha trộn với nhiên liệu diesel theo các tỉ lệ khác nhau là DO+1%L và DO+2%L. Độ nhớt động học của hỗn hợp pha trộn được xác định theo công thức [8][103]:
νTrộn = 79,62e-0,0346 X (4.1)
trong đó, νTrộn là độ nhớt động học của hỗn hợp DO, SAE 30 (Bảng PL3) và chất bôi
trơn [mm2/s], X là phần trăm của DO (Bảng PL1) trong hỗn hợp [%].
4.4.1. Khối lượng cặn tích lũy
Hình 4.21 mô tả các kết quả thực nghiệm trên mô hình TNCMH cho DO, DO+1% L và DO+2% L ở nhiệt độ bề mặt vách tbm= 270oC với khoảng thời gian va chạm là 8 giây.
Kết quả cho thấy lượng cặn tương đối MR/mD cho tất cả các loại nhiên liệu thử nghiệm tăng tuyến tính với số lượng giọt nhiên liệu tương tác, đồng thời phụ thuộc vào tỉ lệ tăng lượng dầu bôi trơn hòa trộn với nhiên liệu DO.
Ở giai đoạn ban đầu (ND < 4000 giọt), khối lượng cặn tích lũy của DO+1% L tương tự như của DO. Ở 1000 giọt, sự khác biệt giữa lượng cặn tích lũy cho DO+1% L (MR = 11,1mg) và DO (MR = 10,9mg) chỉ là 0,2 mg, lớn hơn xấp xỉ 2% hơn lượng cặn tích lũy khi dùng DO. Điều này được giải thích là trong giai đoạn đầu chiều dày lớp cặn rất mỏng nên nhiệt độ bề mặt cặn xấp xỉ nhiệt độ bề vách mặt kim loại nên tính cách nhiệt của cặn ảnh hưởng không lớn bẳng ảnh hưởng của quá trình oxi hóa không hoàn
116
toàn. Tuy nhiên ở giai đoạn sau của quá trình tạo cặn lắng, khi số giọt tăng lên (ND > 4000 giọt) thì khối lượng cặn tích lũy có xu hướng tăng rõ ràng.
Hình 4.21. Lượng cặn DO, DO+1%L, DO+2%L trong TNCMH
Ở 12000 giọt, lượng cặn tích lũy của DO+1% L là MR = 60,8mg, nhiều hơn 40% so với DO (MR = 42,7mg). Tiếp theo đó, ở giai đoạn sau 12000 giọt, lượng cặn thu được sau mỗi 1000 giọt của nhiên liệu DO+2%L là MR = 274,0mg nhiều hơn 4 lần so với lượng cặn của DO+1%L (MR = 60,8mg). Như vậy khi số giọt nhiên liệu rất lớn (ND >> 10000 giọt), thì lượng cặn tích lũy của DO+1% tăng mạnh và nhanh hơn DO rất rõ ràng.
4.4.2. Nhiệt độ lớp cặn
Hình 4.23 thể hiện sự phân bổ nhiệt độ bề mặt của cặn nhiên liệu DO, DO+1%L và DO+2%L trong thử nghiệm TNCMH. Giá trị nhiệt độ bề mặt cặn nhỏ nhất ở vào thời điểm khi giọt nhiên liệu vừa xuất hiện và nhiệt độ tăng dần ở những giọt nhiên liệu tiếp theo. Xu hướng này tiếp tục đến khoảng 275oC thì đạt giá trị cực đại, sau đó nhiệt độ bề mặt lớp cặn có xu hướng giảm xuống. Điều này có thể giải thích là do trong mô hình này sự truyền nhiệt chủ yếu dưới hai phương thức là đối lưu và dẫn nhiệt, ban đầu những giọt nhiên liệu sẽ nhận nhiệt từ bề mặt kim loại nên nhiệt độ cặn sẽ thấp hơn nhiệt độ bề mặt kim loại, tiếp theo cặn tạo lớp màng mỏng hạn chế tiếp xúc trực tiếp của không khí với bề mặt đốt nóng kết quả là làm tăng nhiệt độ bề mặt cặn, đến thời
117
điểm nào đó chiều dày lớp cặn đủ lớn thì hạn chế sự dẫn nhiệt kết quả là xu hướng nhiệt độ giảm.
Kết quả thực nghiệm đã chỉ ra tác động khá mạnh của dầu bôi trơn đến nhiệt độ bề mặt cặn lắng, đối với nhiên liệu có pha trộn với dầu bôi trơn, khi số giọt nhiên liệu tăng lên thì nhiệt độ cặn lớn nhất và nhỏ nhất đều có xu hướng giảm mạnh theo độ tăng tỉ lệ hòa trộn. Với DO+1%L có nhiệt độ cặn lớn nhất giảm xuống khoảng 260oC và nhiệt độ nhỏ nhất của cặn chạm mức giới hạn của thiết bị đo nhiệt hồng ngoại là 250oC khi số giọt đạt đến 19000 giọt. Trong khi đó, DO+2%L cho thấy dải nhiệt độ bề mặt cặn lớn nhất có biên độ dao động thu hẹp và giá trị của cả nhiệt độ bề mặt cặn lớn nhất và nhỏ nhất đều giảm rất mạnh, ở 12000 giọt thì chúng đều giảm xuống mức tới hạn của thiết bị đo, điều này chứng tỏ cặn với thành phần dầu bôi trơn làm giảm khả năng truyền nhiệt của lớp cặn. Độ nhớt và chứa các chất khó bay hơi hơn đã làm cho nhiệt độ nhỏ nhất của lớp cặn giảm xuống, mặt khác lớp cặn tích lũy nhiều hơn khi có dầu bôi trơn đã làm bề dày lớp cặn tăng nhanh dẫn đến giảm hệ số truyền nhiệt của cặn và kết quả là nhiệt độ lớn nhất của cặn cũng giảm xuống so với bề mặt vách một cách đáng kể.
118