D = AP nEXP(B/T)
2.4.5. Các chỉ tiêu liên quan đến điều kiện làm việc ở nhiệt độ thấp
Như chúng ta đã biết nhiên liệu Diesel thương phẩm được phối trộn từ rất nhiều nguồn khác với thành phần hố học của nĩ cĩ thể chứa các hydrocacbon cĩ số nguyên tử cacbon từ 10 ÷ 35. Muốn đảm bảo khả năng bay hơi tạo hỗn hợp tự bĩc cháy trong buồng cháy thì thành phần hố học của nhiên liệu Diesel phải chứa một hàm lượng nhất định các hydrocacbon Paraffin, nhưng chính các hợp chất sẻ gây ra cho nhiên liệu Diesel những khĩ khăn khi nhiệt độ của mơi trường xuống thấp.
Khi nhiệt độ xuống thấp các hydrocacbon n-paraffin cĩ mạch dài sẻ kết tinh, các tinh thể này cĩ dạng hình kim chúng dễ tạo ra các khung tinh thể để chứa những phần cịn lại, điều này sẻ làm giảm độ linh động của nhiên liệu. Khi nạp liệu cho động cơ thì nhiên liệu Diesel phải đi qua một hệ thống lọc cĩ một lưới lọc với kích thước khoảng vài micromet. Trong trường hợp này các tinh thể paraffin cĩ thể làm bít các lỗ của lưới lọc dẫn đến sai lệch về lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ đồng thời các tinh thể paraffin này cịn cĩ thể gây những ảnh hưởng xấu cho bơm nhiên liệu.
Qua những phân tích ở trên cho thấy việc cần thiết phải cĩ những tiêu chuẩn để đảm bảo cho nhiên liệu Diesel cĩ khả năng làm việc được ở nhiệt độ thấp.
Trong thực tế, để đặc trưng cho khả năng làm việc của nhiên liệu Diesel ở nhiệt độ thấp người ta dùng ba khái niệm khác nhau, đĩ là: Nhiệt độ vẫn đục, Điểm đơng đặc (điểm chảy), Nhiệt độ lọc tới hạn.
Giá trị quy định cho các tiêu chuẩn này phụ thuộc vào từng Quốc gia, từng châu lục và tuỳ thuộc theo mùa khác nhau và cuối cùng là tuỳ theo loại nhiên liệu Diesel.
2.4.5.1. Điểm vẫn đục
Điểm vẫn đục là nhiệt độ mà ở đĩ bắt đầu xuất hiện sự kết tinh của các phân tử paraffin trong hỗn hợp của nĩ ở điều kiện thí nghiệm.
Việc xác định điển vẫn đục được tiến hành theo các tiêu chuẩn ISO 3015 hoặc ASTM D2500, trước đây các kết quả quan sát bằng mắt, ngày này nhiều phịng thí nghiệm đã trang bị các thiết bị bán tự động và kết quả khơng cịn quan sát bằng mắt nữa mà nĩ được đọc nhờ hai sợi cáp quang.
Giá trị của điểm vẫn đục thay đổi tuỳ theo Quốc gia hoặc khu vực nhưng thơng thường nĩ nằm trong khoảng 0 đến -15oC nĩ cũng cĩ thể lên đến 14oC ở các nước nĩng nhưng cũng cĩ thể xuống - 40oC ở các nước quá lạnh.
2.4.5.2. Điểm đơng đặc hay điểm chảy
Điểm đơng đặc là điểm mà giá trị của nĩ chính bằng giá trị của nhiệt độ cao nhất mà ở đĩ nhiên liệu Diesel cịn cĩ thể chảy lỏng.
Giá trị của điểm đơng đặc thay đổi tuỳ theo Quốc gia hoặc khu vực, khoảng giao động của nĩ rất rộng từ + 4oC đến -39oC, nhưng thơng thường nĩ nằm trong khoảng từ - 18oC đến - 30oC.
Việc xác định điển đơng đặc được tiến hành theo các tiêu chuẩn ISO 3016 hoặc ASTM D97.
Trong thực tế thì việc xác định điểm đơng đặc cũng tương tự như điểm vẫn đục, ở đây người ta cho 40 ml nhiên liệu Diesel vào trong ống thuỷ tinh đậy nắp kín cĩ gắn nhiệt kế, trước hết đun nĩng hỗn hợp đến 45oC sau đĩ làm lạnh với tốc độ xác định cho đến nhiệt độ lớn hơn khoảng 9oC so với nhiệt độ điểm chảy dự đốn thì ta bắt đầu thí nghiệm tức là đặt ống nghiệm sang trang thái nằm ngang, nếu nhiên liệu Diesel trong ống nghiệm bị chảy thì tiếp tục làm lạnh xuống thêm 3oC nữa rồi lặp lại thao tác trên cho đến khi nhiên liệu Diesel trong ống nghiệm khơng chảy khi đặt ơng nghiệm nằm ngang trong vịng 5 giây thì ta dùng thí nghiệm. Điểm đơng đặc bằng giá trị của nhiệt độ khi dừng thí nghiệm cộng thêm 3.
2.4.5.3. Nhiệt độ lọc tới hạn
Hai tiêu chuẩn vừa nêu trên nhằm đánh giá độ linh động của nhiên liệu Diesel khi đã cĩ sự kết tinh với một lượng đáng kể tức là lượng tinh thể paraffin cĩ thể đủ để bít phim lọc làm tắt quá trình nạp liệu cho động cơ. Tuy nhiên trong thực tế khi nhiệt độ giảm một mức độ nào đĩ mà các tinh thể paraffin chưa xuất hiện hoặc xuất hiện chưa nhiều nhưng độ nhớt của nhiên liệu Diesel đã tăng lên một cách đáng kể, khi đĩ nĩ sẻ làm giảm tính linh động của nhiên liệu nên nĩ cĩ thể làm giảm lưu lượng của nhiên liệu cung cấp cho động cơ, điều này sẻ cĩ những ảnh hưởng xấu đến quá trình hoạt động của nĩ. Vì vậy để đảm bảo cho động cơ Diesel làm việc tốt trong điều kiện này thì người ta đưa ra tiêu chuẩn nhiệt độ lọc tới hạn. (TLF)
Nhiệt độ lọc tới hạn là nhiệt độ cao nhất mà ở đĩ một thể tích xác đinh của nhiên liệu Diesel (20ml) khơng chảy qua được một hệ thống lọc cĩ kích thước xác định trong khoảng thời gian xác định (60 giây) ở điều kiện thí nghiệm (độ chân khơng 20mbar).
2.4.6. Hàm lượng lưu huỳnh
Như chúng ta đã biết lưu huỳnh trong dầu thơ cũng như trong các sản phẩm của nĩ tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau như: Lưu huỳnh dạng nguyên tố, H2S, mercaptan, sulfua, disulfua, dị vịng . . . tuỳ theo dạng tồn tại của nĩ mà nĩ cĩ thể gây ăn mịn trực tiếp hay gián tiếp.
Nếu như trong nhiên liệu xăng lưu huỳnh tồn tại chủ yếu dưới dạng mercaptan gây ăng mịn trực tiếp thì trong nhiên liệu Diesel dạng tồn tại này hầu như khơng cịn nữa mà chủ yếu dưới dạng sulfua, disulfua hay dị vịng khơng cĩ khả năng ăn mịn trực tiếp mà chúng chỉ gây ăn mịn khi bị cháy trong động cơ để tạo ra SO2 sau đĩ nĩ cĩ thể chuyển một phần thành SO3.
Phần lớn lượng khí này thốt ra ngồi cùng khí cháy, nhưng cĩ thể một phần nhỏ lọt qua các xecmăng để vào trong carter chứa dầu và khi nhiệt độ trong carter này xuống thấp thì chúng kết hợp với hơi nước để tạo ra các axit tương ứng gây ăn mịn các bề mặt chi tiết khi dầu được bơm trở lại các bề mặt bơi trơn.
Trong các động cơ hiện đại ngày nay, nhằm làm giảm hàm lượng các chất gây ơ nhiễm cho mơi trường trong khĩi thải thì động cơ được trang bị bộ xúc tác để chuyển các chất độc hại thành các chất khơng hoặc kém độc hại hơn. Khi cĩ mặt các khí SOx trong dịng khí thải nĩ sẻ làm giảm hoạt tính, ngộ độc xúc tác và ảnh hưởng đến nhiệt độ làm việc của bộ xác tác. Sự ảnh hưởng này được thể hiện trên đồ thị sau:
24 0 % HC được chuyển hố (0C) 20 40 60 20 0 22 0 ∆θ= 25oC 18 0 16 0 0 %S 0,05% S 0,15% S Nhiệt độ khí vào bộ xúc tác Ngồi ra, khi hàm lượng lưu huỳnh tăng thì nĩ sẻ làm giảm nhiệt cháy của nhiên liệu Diesel vì vậy nĩ sẻ làm tăng hàm lượng các hydrocacbon chưa cháy, bồ hĩng, muội than trong sản vật cháy do đĩ càng làm mài mịn máy mĩc. Thực nghiệm cho thấy :
-Hàm lượng lưu huỳnh khoảng 0,06% khối lượng nhiên liệu thì lượng muội than sinh ra trên secmăng và piston là 2,1%.
-Hàm lượng lưu huỳnh khoảng 0,85% khối lượng nhiên liệu thì lượng muội than sinh ra trên secmăng và piston là 5,8%.
-Hàm lượng lưu huỳnh khoảng 2,9% khối lượng nhiên liệu thì lượng muội than sinh ra trên secmăng và piston là 12,2%.
2.4.7. Độổn định oxy hố
Nhiên liệu Diesel thương phẩm được phối trộn từ nhiều nguồn khác nhau trong đĩ cĩ nhiều nguồn thu được từ các quá trình chế biến sâu mà trong thành phần của nĩ cĩ chứa nhiều hợp chất kém bền như olefin, diolefin, aromatic . . .
Trong quá trình chế biến, vận chuyển, bảo quản cũng như trong quá trình nạp liệu cho động cơ thì nhiên liệu luơn tiếp xúc với các tác nhân gây oxy hố như oxy, nhiệt độ và cả sự cĩ mặt của xúc tác thì nhiên liệu sẻ bị biến đổi để tạo ra các hợp chất như nhựa, cặn . . . đây là các hợp chất cĩ hại của nhiên liệu vì nĩ cĩ thể gây ăn mịn, gây tắt nghẽn phim lọc . . . vì vậy cần thiết nhiên liệu Diesel phải đảm bảo được tiêu chuẩn này.