Chƣơng 3 DẦU, MỠ BÔI TRƠN DUNG DỊCH LÀM MÁT
3.1 Dầu bôi trơn
3.1.3.3 Tính ổn định của dầu, tính ăn mịn kim loại, tạp chất cơ họ cở trong dầu
Độ nhớt của dầu là một chỉ tiêu rất quan trọng nên đƣợc ghi ngay trong ký hiệu của dầu.
3.1.3.3 Tính ổn định của dầu, tính ăn mịn kim loại, tạp chất cơ học ở trong dầu bơi trơn: bơi trơn:
a. Tính ổn định của dầu:
Là khả năng bảo toàn thành phần, tính chất trong tồn bộ q trình sử dụng. Tính ổn định thƣờng đƣợc chia ra là ổn định vật lý và ổn định hóa học.
Tính ổn định vật lý: gắn với sự thay đổi trạng thái của dầu dƣới tác dụng của quá trình
biến đổi vật lý nhƣ bay hơi, đơng đặc,hút ẩm.
Tính ổn định hóa học: gắn với các q trình biến đổi hóa học của các thành phần có
mặt trong dầu. Các quá trình biến đỏi hóa học quan trọng nhất bao gồm ơxy hóa và pơlyme hóa.
- Mức độ ổn định của dầu trong sử dụng, bảo quản phụ thuộc vào thành phần hóa học của dầu, điều kiện làm việc và mức độ tác động của các yếu tố liên quan nhƣ nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, nƣớc, chất xúc tác ...
- Khi sử dụng trực tiếp trên các cụm chi tiết máy, dầu chịu tác động nhiều nhất của nhiệt độ làm việc. Nhiệt độ càng cao các phản ứng ơxy hóa các thành phần xảy ra càng nhanh và sản phẩm tạo ra các phản ứng đó càng nhiều.
b. Tính ăn mịn kim loại:
Bản thân dầu nhờn có tính ăn mịn thấp khi tiếp xúc với kim loại do tỷ lệ các thành phần có hoạt tính cao, gây ăn mịn kim loại chỉ hình thành sau một thời gian bảo quản hoặc trong các điều kiện sử dụng trực tiếp ở các cụm chi tiết.
Các loại dầu động cơ sau một thời gian sử dụng thƣờng có tính ăn mịn cao, đặc biệt đối với động cơ diesel nguyên nhân do lƣợng SO2, SO3 tạo thành khi đốt cháy nhiên liệu bị lọt lại một phần xuống đáy dầu và hòa trộn với dầu sau khi đã kết hợp với nƣớc tạo thành các axít tƣơng ứng.
SO2 + H2O = H2SO3 SO3+ H2O = H2SO4
Khoa Cơ khí Động lực
Các axít này có tính ăn mịn đối với miếng kim loại (đồng, chì) việc hạn chế tính ăn mịn của dầu thƣờng đạt đƣợc bằng cách chọn thành phần dầu hoặc sử dụng phụ gia (các chất ức chế ăn mòn).
Để đánh giá lƣợng axit có trong dầu, ngƣời ta đƣa ra chỉ tiêu đó là số mg KOH để trung hịa hết số lƣợng axit naptenic có trong 1g dầu. Đối với dầu dùng cho động cơ xăng, lƣợng KOH cho phép từ 0,1 ~ 0,25 mg KOH cho một gam dầu nhờn AK-15, còn đối với động cơ diesel lƣợng KOH không đƣợc vƣợt quá 0,15mg KOH đối với 1 gam dầu.
c. Tạp chất cơ học, nước có trong dầu bơi trơn:
Hàm lƣợng nƣớc là lƣợng nƣớc đƣợc tính bằng phần trăm (%) so với khối lƣợng của dầu, nƣớc lẫn vào trong dầu làm thay dổi rất nhiều chất lƣợng của dầu. Với hàm lƣợng nƣớc từ 100 ppm làm độ cách điện của dầu giảm rõ rệt. Hàm lƣợng nƣớc lớn hơn làm giảm khả năng bôi trơn của dầu, làm tăng tính ăn mịn kim loại, xúc tiến q trình ơ xy hóa, phân hủy các loại phụ gia do đó làm tăng q trình tạo muội, mài mịn xéc măng, bạc lót cổ trục. Hàm lƣợng nƣớc trong dầu đến 2% đƣợc đánh giá là có vết nƣớc trong dầu.
Quy định hàm lƣợng nƣớc không vƣợt quá không đƣợc phép quá 0,025% và hàm lƣợng cơ học khơng đƣợc vƣợt q một vài phần nghìn.
3.1.3.4 Tính chất đặc biệt của dầu bơi trơn động cơ: 1. Điều kiện làm việc của dầu bôi trơn:
Dầu bôi trơn động cơ làm việc trong điều kiện hết sức khắc nghiệt: áp suất đạt 100kG/cm2, nhiệt độ đạt tới 20000C.
Theo nhiệt độ động cơ có thể chia ra làm 3 phần sau:
+ Vùng nhiệt độ cao: là các chi tiết tạo thành buồng cháy của động cơ, đỉnh piston 4000C, xupáp xả 8000C.
+ Vùng nhiệt độ trung bình bao gồm tất cả các phần bao xung quanh piston, xécmăng, đầu nhỏ thanh truyền và thành xylanh. Nhiệt độ lớn nhất ở vùng này có thể đạt là 3000
~ 3500.
+ Vùng nhiệt độ thấp bao gồm trục khuỷu, cácte... nhiệt độ lớn nhất ở vùng này có thể đạt là 1800
C.
Khoa Cơ khí Động lực
Bộ mơn:Cơ khí Ơ tơ. Trang 45
Ở vùng nhiệt độ thấp và trung bình, khi nhiệt độ tăng dầu nhờn có khả năng bốc hơi mạnh làm cho tính chất vật lý của dầu kém ổn định. Kết quả hàm lƣợng dầu bôi trơn trong hệ thống giảm, chất lƣợng dầu kém đi.
Để giảm mức tiêu hao và sự thay đổi tính chất của dầu trong q trình làm việc cần thiết phải chọn dầu phù hợp với điều kiện làm việc cụ thể theo khả năng bay hơi (theo thành phần chƣng cất).
Nhƣng xác định thành phần chƣng cất rất phức tạp, để đơn giản ngƣời ta xác định nhiệt độ bốc cháy của dầu (Nhiệt độ bốc cháy là nhiệt độ nhỏ nhất mà hơi dầu có thể bốc cháy khi gặp lửa). Dựa vào nhiệt độ bốc cháy, có thể phán đốn đƣợc tính bay hơi của dầu và thành phần nhẹ của dầu bôi trơn. Nhiệt độ bốc cháy càng cao, tính bay hơi của dầu càng nhỏ và độ ổn định vật lý của dầu càng tốt.
3. Dầu nhờn ở vùng có nhiệt độ cao của động cơ:
Trong quá trình động cơ làm việc, một phần dầu bôi trơn bị đốt và tạo thành muội than, nhựa. Chúng bám lên bề mặt các chi tiết: Piston, Xéc măng, Bugi... làm giảm khả năng truyền nhiệt của chi tiết, làm ngắn mạch bugi, tăng khả năng cháy kích nổ của động cơ xăng.
Nhƣ vậy ở vùng nhiệt độ cao, dầu khơng có khả năng bơi trơn mà cịn làm xấu khả năng cơng tác của động cơ.
4. Dầu nhờn ở vùng có nhiệt độ trung bình của động cơ:
Ở vùng nhiệt độ trung bình dầu có tác dụng bơi trơn giảm ma sát, giảm mài mịn, làm kín giữa piston và xylanh ngăn cản khí cháy lọt xuống cácte.
Ở vùng nhiệt độ này dầu tạo thành màng mỏng trên bề mặt chi tiết. Khi nóng đến 2000
C - 3000C dầu có thể bị cháy.
Trong điều kiện nhƣ vậy cácbuahydro bị ơxy hóa tạo nhựa, làm kẹt xéc măng do đó làm lọt khí xuống cácte làm lỗng dầu nhờn.
Biện pháp chống tạo nhựa là nâng cao tính ổn định hóa học bằng cách pha thêm vào các chất phụ gia chống ơxy hóa.
5. Dầu nhờn ở vùng nhiệt độ thấp của động cơ:
Ở vùng nhiệt độ này, dầu nhờn ít bay hơi, trong dầu có lẫn một hàm lƣợng nhỏ xăng hoặc diesel nhất là những loại nhiên liệu mà có hàm lƣợng lƣu huỳnh lớn, gây lỗng dầu nhờn, đồng thời axit hữu cơ có tác dụng ăn mòn mạnh, đặc biệt axit napten hoạt động mạnh ở nhiệt độ thấp. Đặc biệt đối với bạc lót làm bằng hợp kim Đồng - Chì
Khoa Cơ khí Động lực
thì sự ăn mịn của axit này lại càng mạnh. Do vậy, để ngăn chặn hiện tƣợng này dầu phải đƣợc pha thêm chất phụ gia chống ăn mòn.
3.1.4 Dầu bơi trơn dùng trên Ơtơ:
3.1.4.1 Dầu bôi trơn dùng cho động cơ đốt trong: 1. Ý nghĩa của việc phân cấp: 1. Ý nghĩa của việc phân cấp:
Dầu bôi trơn và kỹ thuật bơi trơn có vai trị quan trọng để duy trì hoạt động và tuổi thọ của động cơ.
Do có vơ số loại động cơ với kích thƣớc và điều kiện sử dụng khác nhau nên yeu cầu bôi trơn cũng khác nhau. Từ đó hàng loạt chủng loại dầu bôi trơn động cơ đƣợc nghiên cứu và thƣơng mại hóa nhằm đáp ứng các yêu cầu sử dụng. Các loại dầu gốc và nhiều loại phụ gia thích hợp đã đƣợc sử dụng để đạt đƣợc các tính chất lý hóa và tính năng sử dụng của động cơ. Việc dùng dầu đúng chủng loại sẽ giúp cho động cơ:
+ Kéo dài tuổi thọ của động cơ + Tăng thời gian sử dụng dầu + Giảm mức tiêu hao nhiên liệu.
2. Phân cấp:
a. Phân cấp theo độ nhớt SAE:
Hiệp hội kỹ sƣ ô tô Hoa Kỳ SAE đƣa ra một hệ thống phân cấp dầu động cơ theo độ nhớt, đƣợc áp dụng rộng dãi trên toàn thế giới. Theo tiêu chuẩn này dầu đƣợc phân cấp theo độ nhớt ở 1000
C và -180C.
Trong hệ thống phân cấp này dầu nhờn đƣợc chia ra làm hai loại: Nhóm chữ W (đƣợc dùng ở nhiệt độ thấp) và nhóm khơng có chữ W (đƣợc dùng ở nhiệt độ cao hơn) việc phân loại này chỉ dựa trên cơ sở độ nhớt động học đo bằng cst ở 1000ºC.
Cấp độ nhớt SAE
Độ nhớt ở 0ºC, mPa.s, max Độ nhớt ở 1000ºC.cSt Khởi động Khả năng bơm Thấp nhất Cao nhất 0W 5W 10W 15W 20W 25W 20 30 3250 ở - 30 3500 ở - 25 3500 ở - 20 3500 ở - 15 4500 ở - 10 6000 ở - 5 - - 30000 ở - 35 30000 ở - 30 30000 ở - 25 30000 ở - 20 30000 ở - 15 30000 ở - 10 3,8 3,8 4,1 5,6 5,6 9,3 5,6 9,3 - - - - - - <9,3 <12,5
Khoa Cơ khí Động lực
Bộ mơn:Cơ khí Ơ tơ. Trang 47
40 50 60 - - - 12,5 16,3 21,9 <16,3 <21,9 <26,1
Ở bảng trên độ nhớt ở nhiệt độ thấp (cột khởi động) xác định theo tiêu chuẩn ASTMD 2602 (phƣơng pháp thử dùng đo độ nhớt biểu kiến của động cơ ở nhiệt độ thấp bằng thiết bị mô phỏng khởi động lạnh). Thiết bị này có thể đo độ nhớt biểu kiến trong một khoảng rộng từ 500 – 2000 mPa.s. Vì hầu hết các loại dầu động cơ là chất lỏng (có độ nhớt thay đổi theo tốc độ trƣợt) ở nhiệt độ thấp, cho nên độ nhớt biểu kiến có thể rất khác biệt do tốc độ trƣợt.
Trị số nhiệt độ ở cột khả năng bơm là nhiệt độ bơm tới hạn (nhiệt độ của các loại dầu mà ở đó độ nhớt đạt 3000 cP (centipoazơ) xác định theo tiêu chuẩn ASTMD 3829).
Dầu đa dụng (đa cấp) là loại dầu có độ nhớt ở nhiệt độ thấp thỏa mãn u cầu của dầu thuộc nhóm W, cịn độ nhớt ở 1000ºC lại nằm trong một phạm vi của một loại dầu nào đó trong nhóm khơng có chữ W. Ví dụ nếu một loại dầu pha chế đạt giới hạn - 200ºC của dầu phân cấp 10W (3500mPa.s), còn độ nhớt ở 1000ºC trong khoảng 9,3 đến 12,5 cst thì ta sẽ đặt tên dầu là 10W-30.
b. Phân cấp theo chất lƣợng API:
Phân loại dựa vào kết quả nghiên cứu của viện dầu mỏ Mỹ (API), hiệp hội kỹ sƣ ô tô hoa kỳ (SAE) đƣợc viện nghiên cứu dầu mỏ Mỹ xây dựng nên (do đó gọi là phân cấp API). Theo cách này thì dầu bơi trơn đƣợc chia thành hai nhóm:
+ Nhóm S: Dùng cho những động cơ chạy bằng nhiên liệu xăng + Nhóm C: Dùng cho những động cơ chạy bằng nhiên liệu diesel
STT Nhóm – cấp dầu Phạm vi ứng dụng
(1) (2) (3)
1.1. Nhóm dầu S S-là kí hiệu của cấp bảo dưỡng (Service) dùng bôi
trơn chủ yếu động cơ xăng.
1.2 Cấp SA
- Dầu nhờn không phụ gia
- Dùng cho động cơ xăng kiểu cũ, tải trọng nhẹ
- Không nên dùng dầu cấp này một cách tùy tiện trừ khi có hƣớng dẫn của nhà sản xuất.
1.3 Cấp SB - Có một lƣợng phụ gia tối thiểu chống oxi hóa và chống kẹt xƣớc
Khoa Cơ khí Động lực
- Dùng cho động cơ xăng tải trọng nhẹ kiểu cũ từ 1930. - Không nên tùy tiện sử dụng dầu cấp SB, trừ phi có sự hƣớng dẫn.
1.4 Cấp SC
- Dùng cho động cơ xăng hoạt động ở tải trọng cao. Thích hợp cho xe con, xe tải trong giai đoạn 1964-1967, - Có khả năng tạo ít cặn, chống mài mịn, gỉ sét.
1.5 Cấp SD
- Dùng cho các loại động cơ làm việc trong điều kiện nặng, cũng thích hợp cho xe con, xe tải trong giai đoạn 1968-1971.
- Có khẳ năng bảo vệ máy tốt hơn cấp SC.
1.6 Cấp SE
- Dầu có tính năng tốt hơn cấp SD, chống tạo cặn, độ bền oxi hóa cao, chống ăn mịn và tạo gỉ tốt hơn, phù hợp cho động cơ xăng 1972-1979.
1.7 Cấp SF
- Dùng cho các loại động cơ làm việc trong điều kiện nặng, dùng xăng khơng pha chì, phù hợp trong giai đoạn 1980-1988.
- Dầu có tính năng tốt hơn các loại SC,SD,SE.
1.8 Cấp SG
- Dầu đƣợc sản xuất từ năm 1989, đƣợc coi là dầu tieu biểu dùng cho các động cơ xăng hiện nay của các loại xe con, xe tải và xe du lịch.
- Dầu này đạt cấp CD cho động cơ diesel. - Dầu SG có thể dùng thay cho SF, SE.
1.9 Cấp SH
- Đây là loại dầu có phẩm chất cao, phù hợp với các loại xe con, xe tải sản xuất từ 1994 tới nay.
- Dùng cho động cơ xăng có yêu cầu phẩm chất cao hơn SG để tăng chống tạo cặn, chống oxy hóa chống ăn mịn.
1.10 Cấp SJ
- Đây là loại dầu có phẩm chất cao nhất hiện nay, phù hợp với các loại xe chạy xăng sản xuất từ năm 1996 trở lại đây.
- Dầu cấp SJ vƣợt cấp SH về tính năng kiểm sốt khí thải, tiết kiệm nhiên liệu, giảm tiêu hao dầu và giảm thời gian bảo trì máy.
II Nhóm dầu C C là kí hiệu thương mại (Commercal) dùng cho bôi
Khoa Cơ khí Động lực
Bộ mơn:Cơ khí Ơ tơ. Trang 49
2.1 Cấp CA
- Dùng cho động diesel nhẹ đến trung bình, sử dụng nhiên liệu chất lƣợng cao, ít lƣu huỳnh.
- Dùng phổ biến trong giai đoạn 1940-1950, tới nay không phù hợp nữa.
2.2 Cấp CB
- Dùng cho động cơ diesel tải trọng trung bình, dùng nhiên liệu có nhiều lƣu huỳnh hơn cấp CA.
- Dầu cấp CB xuất hiện từ năm 1949.
2.3 Cấp CC
- Dùng cho động cơ diesel và động cơ xăng có tải trọng trung bình. Có nạp khí tự nhiên hoặc có turbo tăng áp - Dầu cấp CC xuất hiện từ năm 1961.
2.4 Cấp CD
- Dùng cho động cơ diesel trong điều kiện khắc nghiệt, tải trọng cao.
- Sử dụng nhiên liệu có hàm lƣợng lƣu huỳnh cao lên phải kiểm soát chặt chẽ sự tạo cặn và mài mòn.
- Các loại dầu này xuất hiện từ năm 1955.
2.5 Cấp CDII
- Dùng cho động cơ diesel hai kỳ làm việc trong điều kiện khắc nghiệt, cần kiểm soát chặt chẽ sự tạo cặn và mài mòn.
- Đáp ứng yêu cầu của dầu cấp CD.
2.6 Cấp CE
- Dùng cho động cơ diesel tăng áp, tải trọng nặng, tốc độ thấp và cao.
- Dầu này sản xuất từ năm 1983 trở lại đây.
2.7 Cấp CF - Dùng cho động cơ diesel phun gián tiếp.
- Các loại động cơ dùng loại dầu này có từ năm 1994.
2.8 Cấp CF2
- Dùng cho động cơ diesel 2 kì, dầu có tính năng kiểm sốt đóng cặn.
- Có thể thay thế cho CDII, có từ năm 1994.
2.9 Cấp CF4
- Dùng cho động cơ diesel 4 kì có tải trọng cao, tốc độ lớn. Có tính chống tạo cặn ở piston tốt hơn và tiêu thụ dầu tốt hơn.
2.10 Cấp CG4
- Thích hợp cả xe sử dụng xăng cao tốc tải trọng nhỏ theo nhà sản xuất yêu cầu.
- Dầu sản xuất từ năm 1990.
Khoa Cơ khí Động lực
nặng trên đƣờng (nhiên liệu chứa 0,05% lƣu huỳnh) và trên công trƣờng (nhiên liệu chứa 0,5% lƣu huỳnh). - Vƣợt cấp CF4, có từ năm 1995.
3.1.4.2 Dầu bơi trơn hệ thống truyền động: 1. Công dụng và yêu cầu của dầu truyền động:
Công dụng:
Dầu truyền động cịn đƣợc gọi là dầu bánh răng thuộc nhóm dầu có chức năng chủ yếu để bơi trơn các chi tiết của bộ truyền động xe ô tô, máy kéo, máy xây dựng, các bộ điều tốc... Dầu truyền động (dầu bánh răng) làm việc trong điều kiện khác hẳn dầu bôi trơn động cơ. Nhiệt độ làm việc của hệ thống truyền động < 1500ºC, ngƣợc lại áp suất lại rất lớn, ở động cơ áp lực lớn nhất tác dụng lên màng dầu là 100 kG/cm2
, còn áp lực tác dụng lên màng dầu trên bề mặt bánh răng của hệ thống truyền động nằm