D = AP nEXP(B/T)
2.4.1. Chỉ số xêtan IC (Indice de Cétane)
2.4.1.1. Định nghĩa
Chỉ số xêtan là một đại lượng qui ước đặc trưng cho khả năng tự bĩc cháy của nhiên liệu Diesel và được tính bằng % thể tích của n-xêtan trong hỗn hợp của nĩ với α
-mêtylnaphtalen khi hỗn hợp này cĩ khả năng tự bĩc cháy tương đương với nhiên liệu Diesel đang khảo sát. Trong hỗn hợp này thì n-xêtan cĩ khả năng tự bĩc cháy tốt nên trị số của nĩ được qui ước bằng 100, cịn α-mêtỵlnaphtalen cĩ khả năng tự bĩc cháy kém được qui ước bằng 0.
Trong thực tế một vài phịng thí nghiệm người ta dùng hephtametylnonan (HMN) thay cho α-mêltỵnaphtalen, trong đĩ HMN cĩ IC = 15.
2.4.1.2. Phương pháp xác định chỉ số xêtan
Chỉ số xêtan cĩ thể xác định theo nhiều phương pháp khác nhau như do trực tiếp trên động cơ hay xác định từ các tính chất của nĩ.
Việc xác định trực tiếp IC được thực hiện trên động cơ CFR (Coferation Fuel Reseach) như trong động cơ xăng với gốc phun sớm nhiên liệu là 13 độ theo gốc quay của trục khuỷu. Phương pháp này trong thực tế ít được sử dụng vì nĩ phức tạp và tốn kém.
Chỉ số IC cĩ thể được các định từ các tính chất của nhiên liệu Diesel, chỉ số thu được gọi là chỉ số IC tính tốn. Theo cách này thì trong thực tế cũng tồn tại nhiều cơng thức khác nhau để xác định IC.
- Từ nhiệt độ sơi ứng với 50% chưng cất và tỷ trọng ta cĩ thể xác định được IC theo cơng thức sau:
CCI = 454,74-1641,41d+774d2 -0,554T50 +97,083(lgT50)2 Từ cơng thức này người ta đã xây dựng được đồ thị xác định như sau.
Xác định CI bằng phương pháp đồ thị
Vẽ đường thẳng qua 2 điểm : T50 và độ 0API (hoặc d415) đường thẳng này cắt vạch thang chia IC tại CCI cần tìm.
Ví dụ :
Nhiên liệu cĩ d415=0,84 (khối lượng riêng tiêu chuẩn) và T50=2800C (ASTM- D86) ta tìm được CCI =56.
Trong phạm vi IC=40÷55 sai lệch giữa CCI và IC đo đạc là tương đối nhỏ nếu nhiên liệu khơng sử dụng phụ gia cải thiện IC.
Trên đây là phương pháp được sử dụng nhiều trong thực tế. Ngồi phương pháp này thì chỉ số IC cong cĩ thể đước xác đinh từ nhiệt độ sơi 10%, 50% và 90%; từ điểm anline hay từ việc phân tích sắc ký, khối phổ thành phần hố học của nhiên liệu Diesel.
2.4.1.3. Cải thiện IC bằng phụ gia
Như trong phần đàu chúng ta đã thấy nhiên liệu Diesel thương phẩm được phối trộn từ rất nhiều nguồn với chất lượng rất khác nhau, chẳng hạn như nguồn LCO của quá trình FFC hay gasoil của các quá trình cốc hố, giảm nhớt ... chỉ số IC rất thấp. Khi đĩ nếu cần nâng cao chỉ số này thì người ta cĩ thể dùng các phụ gia. Phụ gia nhằm nâng cao chỉ số IC cĩ nhiều loại khác nhau nhưng cĩ thể chia thành hai nhĩm như sau:
Nhĩm thứ nhất bao gồm các hợp chất peroxyt Nhĩm thứ hai bao gồm các hợp chất nitrat alkyl
Các hợp chất peroxyt đã được biết đến từ lâu nhưng chung ít được ứng dụng vì đây là các hợp chất rất kém bền và vấn đề giá cả. Trong nhĩm thứ hai thì hợp chất 2- Etylhecxyl nitrat được sử dụng nhiều nhất.
H H H H H H C C C C C C H C2H5 H H H H H NO3 2.4.1.4. Ảnh hưởng của chỉ số IC lên hoạt động của động cơ
Trong thực tế ngày nay các động cơ Diesel cĩ yêu cầu về chỉ số IC vào khoảng 40÷60 tuỳ theo tốc độ của động cơ, với khoảng yêu cầu này thì người ta dễ dàng đạt được trong các nhà máy lọc dầu. Tuy nhiên điều quan trọng là phải sử dụng loại nhiên liệu hợp với động cơ theo qui định của nhà chế tạo vì chỉ số này liên quan trực tiếp đến thời gian cảm ứng.
Khi chỉ số IC giảm xuống thì thời gian cảm ứng sẻ tăng lên điều này sẻ ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình cháy trong động cơ, cụ thể là khi nhiên liệu phun vào cĩ chỉ số IC nhỏ sẻ cĩ thời gian cảm ứng lớn do đĩ khi nĩ cĩ thể tự bắt cháy thì khối lượng nhiên liệu trong buồng cháy lớn nên quá trình cháy cĩ thể xảy ra với tốc độ lớn làm cho áp suất trong buồng cháy tăng cao một cách đột ngột, điều này sẻ tạo ra những
cháy quá lớn thì một phần nhiên liệu cĩ thể khơng cháy kịp mà bị phân huỷ do đĩ làm giảm cơng suất và thải ra nhiều chất gây ơ nhiễm mơi trường. Tuy nhiên sự ảnh hưởng này sẻ ít hơn trong động cơ buồng cháy trước so với động cơ cĩ buồng cháy trực tiếp. Ngược lại, khi chỉ số IC quá cao thì thời gian cảm ứng sẻ quá nhỏ điều này cĩ thể dẫn đến quá trình tự bắt cháy quá sớm nên phần nhiên liệu phun vào sau cĩ thể bị phun vào trong khí cháy cĩ nhiệt độ quá cao nên nhiên liệu khơng đủ thời gian để bay hơi thì đã nhận được một lượng nhiệt quá lớn nên nĩ bị phân huỷ trước khi cháy, trong trường này cơng suất của động cơ cũng bị giảm và khĩi thải ra nhiều chất độc hại cho con người và mơi trường.
2.4.2. Tỷ trọng
Theo tiêu chuẩn của Việt Nam: ≤ 860 kg/m3 Theo tiêu chuẩn của châu Âu trước 01/01/2000 : 820 ≤ ρ15.515.5 ≤ 860 kg/m3 Theo tiêu chuẩn của châu Âu từ 01/01/2000 : 820 ≤ ρ15.515.5 ≤ 845 kg/m3
Cĩ nhiều phương pháp để xác định tỷ trọng, nhưng thơng thường nĩ được xác định theo 3 phương pháp sau:
Phương pháp dùng picnomet, Phương pháp dùng phù kế, Phương pháp dùng cân thuỷ tĩnh.
Trong các phương pháp trên thì phương pháp dùng picnomet là phương pháp cần đến ít mẫu nhất và cho độ chính xác cao nhất. Như vậy phương pháp này cĩ ý nghĩa lớn khi cĩ ít mẫu và địi hỏi độ chính xác cao. Phương pháp này cĩ thể áp dụng cho các loại mẫu khác nhau. Nhược điểm duy nhất của phương pháp này cần nhiều thời gian.
Từ nguyên tắc hoạt động của động cơ Diesel ta nhận thấy nhiên liệu trước khi cháy chúng phải trải qua một quá trình biến đổi từ việc bị phân chia thành các hạt sương sau khi qua kim phun cao áp, hố hơi để trộn lẫn với khơng khí và biến đổi để tự bốc cháy, các quá trình này đều liên quan trực tiếp đến tỷ trọng của Diesel.
Khi khối lượng riêng lớn thì động năng của dịng nhiên liệu lớn, nhiên liệu bị phun đi xa hơn khi đĩ khơng gian trộn lẫn của nhiên liệu với khơng khí lớn. Tuy nhiên, khi nhiên liệu cĩ khối lượng riêng lớn thì thường độ nhớt của nhiên liệu cũng lớn nên khả năng bay hơi tạo với khơng khí hỗn hợp tự bĩc cháy thấp điều này làm cho quá trình cháy của nhiên liệu kém.
Nếu như khối lượng riêng lớn quá thì khi phun nhiên liệu cĩ thể va đập vào thành của buồng cháy, điều này sẻ làm loảng màng dầu bơi trơn trên thành của buồng cháy gây ra hiện tượng mài mịn.
Ngồi ra khi bị phun vào màng dầu bơi trên thành xylanh thì nhiên liệu sẻ bị hấp thụ trong màng dầu này, sau đĩ trong giai đoạn thải khí cháy chúng cĩ thể bay hơi theo khí cháy và được đẩy ra ngồi làm tăng hàm lượng các chất độc hại trong khí thải.
Khi hai loại nhiên liệu cĩ cùng giới hạn sơi thì nhiên liệu nào cĩ khối lượng riêng cao hơn thì sẽ cĩ hàm lượng các hydrocacbon thơm và naphtenic cao hơn, nhiên liệu cĩ khối lượng riêng thấp sẽ chứa nhiều parafin. Tuy nhiên, việc khống chế giá trị tối đa của khối lượng riêng để tránh đưa vào nhiên liệu các phần nặng gây khĩ khăn cho quá trình tự bốc cháy, tăng độ giàu của nhiên liệu làm tăng thải ra khĩi đen, bồ hĩng.
Qua phân tích trên cho thấy khơi lượng riêng của nhiên liệu sẻ cĩ những ảnh hưởng đến quá trình sử dụng nhiên liệu Diesel qua các thơng số sau:
Cơng suất của động cơ Tiêu thụ riêng
Hàm lượng CO, HC, Particules trong khĩi thải.