Hình 1.13. Ảnh hưởng của tốc độ động cơ đến sự hình thành cặn [30]
1.1.2.4. Nhiên liệu và dầu bôi trơn
Ullmann và cộng sự [24] đã nghiên cứu ảnh hưởng của chất phụ gia trong nhiên liệu diesel đối với quá trình tạo cặn. Kết quả thực nghiệm thu được trong nghiên cứu
này cho thấy khi phụ gia có mặt một mình, chúng khơng thể tạo ra bất kỳ sản phẩm phân hủy nên không tạo cặn. Tuy nhiên, sự kết hợp của các chất phụ gia có thể gây ra một lượng cặn nhất định. Thật vậy, sự kết hợp của các chất làm sạch trong nhiên liệu diesel và các axit béo được xem như là yếu tố then chốt để có thể hình thành cặn polyme, điều này càng rõ ràng hơn khi có sự tham gia của axit formic [19].
Diaby và các cộng [21] đã nghiên cứu ảnh hưởng của dầu bôi trơn tới quá trình tạo cặn trên một động cơ diesel 4 xi lanh, họ nhận thấy ảnh hưởng của sự suy thối dầu bơi trơn lên sự hình thành cặn lắng tại rãnh xéc măng đầu tiên. Thử nghiệm trên sử dụng dầu bôi trơn 5W-30 và nhiên liệu là dầu diesel lưu huỳnh thấp. Khoảng 6% phụ gia xeri (được cung cấp bởi Rhodia Electronics and Catalysis) dưới dạng hạt nano xeri oxit phân tán trong một dung môi hữu cơ đã được thêm vào trong nhiên liệu để đánh giá sự tham gia của nhiên liệu trong sự hình thành cặn lắng. Kết quả cho thấy, các lớp cặn với cấu trúc của vecni hình thành chủ yếu là do sự xuống cấp của dầu bơi trơn. Phân tích SEM, EDX, TGA, quang phổ tán sắc, quang phổ khối và quang phổ FTIR được sử dụng để nghiên cứu các đặc tính vật lý và hóa học của cặn. Kết quả phân tích tính chất hóa học của cặn trong rãnh xéc măng đầu tiên cho thấy cặn cacbon được hình thành chủ yếu từ sự thối hố của chất bơi trơn. Cặn này có một tỷ lệ đáng kể các nguyên tố kim loại sinh ra từ sự mịn của động cơ. Qua các nghiên cứu này có thể thấy rằng dầu bơi trơn có vai trị quan trọng trong việc hình thành cặn.
1.1.3. Các tác động xấu của cặn lắng đến động cơ
1.1.3.1. Sự truyền nhiệt trong buồng cháy
Điều kiện của bề mặt vách buồng cháy đóng vai trị kiểm sốt tỷ lệ tạo cặn trong buồng cháy. Nhiên liệu cháy khơng hết sẽ bám dính trên bề mặt vách buồng cháy và tham gia vào quá trình gia nhiệt, bay hơi để tạo cặn trên bề mặt vách.
Khi lớp cặn được hình thành, nó đóng vai trị như một lớp cách nhiệt và gây ảnh hưởng đến khả năng thoát nhiệt trong buồng cháy. Nếu lượng cặn lớn sẽ gây ra sự thay đổi lớn về nhiệt độ bề mặt và mật độ dịng nhiệt. Lớp cặn có khả năng dẫn nhiệt thấp bởi tác dụng cách nhiệt của các tiền tố cặn nên nó làm giảm tốc độ truyền nhiệt và làm chậm khả năng thoát nhiệt từ buồng cháy, đồng thời nhiệt độ bề mặt của cặn (tcặn) cao hơn so với nhiệt độ vách (tvách) như trên Hình 1.15. Lượng nhiệt tỏa ra và sự khác biệt nhiệt độ giữa tcặn và tvách phụ thuộc vào tính chất nhiệt của cặn. Sự dẫn nhiệt kém của
cặn bám trên vách buồng cháy là do cấu trúc xốp và có chứa các thành phần khơng bay hơi bên trong cặn [34].