3.2.3. Kết quả đo hao mòn xéc măng
Điều kiện làm việc của xécmăng cũng tương tự như của xilanh, tuy nhiên phản lực từ xilanh luôn đặt lên một diện tích tiếp xúc khá nhỏ của xéc măng, do đó cường độ chịu lực của xécmăng lớn hơn rất nhiều. Ngồi ra, khí cháy khi lọt qua khe hở miệng xéc măng sẽ gây ứng suất nhiệt lớn, cộng với nhiệt lượng phát sinh bởi ma sát trượt, sẽ tạo điều kiện đốt cháy nhiên liệu và dầu thành muội than đọng bám trên rãnh piston, làm xéc măng bị bó kẹt.
Mỗi xéc măng được tiến hành đo theo hai phương pháp khối lượng và kích thước, kết quả được thể hiển thị bảng 3.7.
Bao gồm xéc măng khí thứ nhất, xéc măng khí thứ hai, lưỡi gạt dầu và lò xo xéc 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0 RON92
khí thứ nhất của động cơ chạy nhiên liệu RON92 không thay đổi sau 300 giờ. Tuy nhiên, xéc măng ở động cơ chạy nhiên liệu E10 bắt đầu có hiện tượng mịn, lượng mịn trung bình của bốn xilanh đo theo khối lượng là 0,15 gam, trong đó trọng lượng của xéc măng xilanh số 4 giảm nhiều nhất là 0,3 gam.
Bảng 3.7. Kích thước và khối lượng xéc măng trước và sau chạy bền
Khối lượng (gam) Khe hở (mm) Khối lượng (gam) Khe hở (mm) Khối lượng (gam) Khe hở (mm) Khối lượng (gam) Khe hở (mm) Trước chạy bền nhiên liệu E10 Xéc măng khí 1 7,7 0,3 7,7 0,3 7,7 0,3 7,7 0,3 Xéc măng khí 2 8,8 0,4 8,7 0,4 8,7 0,4 8,7 0,4 Xéc măng dầu 2 0,25 2 0,25 2 0,25 2 0,25 Lò xo 2,5 2,5 2,5 2,5 Sau chạy bền nhiên liệu E10 Xéc măng khí 1 7,6 0,3 7,6 0,3 7,6 0,3 7,4 0,3 Xéc măng khí 2 8,7 0,4 8,7 0,4 8,7 0,4 8,7 0,4 Xéc măng dầu 2 0,25 2 0,25 2 0,25 2 0,25 Lò xo 2,5 2,5 2,5 2,5 Trước chạy bền nhiên liệu RON92 Xéc măng khí 1 7,4 0,3 7,3 0,3 7,3 0,3 7,3 0,3 Xéc măng khí 2 8,8 0,4 8,7 0,4 8,7 0,4 8,7 0,4 Xéc măng dầu 2 0,25 2 0,25 2 0,25 2 0,25 Lò xo 2,2 2,2 2,2 2,2 Sau chạy bền nhiên liệu RON92 Xéc măng khí 1 7,4 0,3 7,3 0,3 7,3 0,3 7,3 0,3 Xéc măng khí 2 8,8 0,4 8,7 0,4 8,7 0,4 8,7 0,4 Xéc măng dầu 2 0,25 2 0,25 2 0,25 2 0,25 Lò xo 2,2 2,2 2,2 2,2
3.2.4. Kết quả đo hao mòn trục khuỷu
Trục khuỷu và bạc làm việc trong môi trường ma sát trượt, được tổ chức bôi trơn cưỡng bức tốt. Nếu điều kiện bơi trơn ma sát ướt được hình thành một cách hồn hảo có thể nói hầu như trục và bạc khơng tiếp xúc trực tiếp với nhau, do đó khơng gây ra hao mịn; Tuy nhiên có nhiều giai đoạn làm việc của trục, chế độ bôi trơn không được đảm bảo; Ví dụ: khi khởi động tốc độ quay trục rất chậm lượng dầu cung cấp không đủ, khi động cơ chạy ở số vòng quay quá thấp, khi nhiệt độ dầu quá cao làm độ nhớt giảm thấp, ở thời điểm đầu nổ áp suất khí thể quá lớn, khi khe hở bạc và trục quá bé hoặc quá lớn chính những giai đoạn làm việc này gây cho trục sự hao mòn mạnh nhất.
Bảng 3.8. Kết quả đo mòn của trục khuỷu Lượng mịn Lượng mịn trung bình cổ chính (mm) Cổ 1 RON92 Cổ 2 RON92 Cổ 3 RON92 Cổ 4 RON92 Cổ 5 RON92 0,005 0,035 0,045 0,015 0,055
Cổ 1 E10 Cổ 2 E10 Cổ 3 E10 Cổ 4 E10 Cổ 5 E10
0,01 0,015 0,02 0,015 0,005
Trục khuỷu được tiến hành đo tại các cổ chính và cổ biên, mỗi cổ đo tại 3 vị trí dọc theo cổ trục và mỗi vị trí đo theo hai hướng trùng đường tâm xilanh và vng góc đường tâm xilanh. Kết quả so sánh cho thấy lượng mòn chênh lệch giữa hai động cơ chủ yếu tập trung vào các cổ biên và thể hiện trên hình 3.9. và 3.10. Kết quả này cho thấy động cơ sử dụng nhiên liệu E10 có lượng mòn lớn hơn động cơ sử dụng nhiên liệu RON92. 0 0.02 0.04 0.06 Cổ 1
RON92RON92Cổ 2 RON92Cổ 3 RON92Cổ 4 RON92Cổ 5 CE10ổ 1 CE10ổ 2 CE10ổ 3 CE10ổ 4 CE10ổ 5 Lượng mịn trung bình
cổ chính
Hình 3.9. So sánh lượng mịn trung bình trước và sau chạy bền của các cổ chính
0,06
0,04
0,02
0 (mm)
Bảng 3.9. Kết quả đo lượng mịn cổ biên Lượng mịn Lượng mịn trung bình cổ biên (mm) Cổ 1 RON92 Cổ 2 RON92 Cổ 3 RON92 Cổ 4 RON92 0,015 0,02 0,015 0,015
Cổ 1 E10 Cổ 2 E10 Cổ 3 E10 Cổ 4 E10
0,025 0,02 0,02 0,02 0 0.01 0.02 0.03 0.04 Cổ 1
RON92 RON92Cổ 2 RON92Cổ 3 RON92Cổ 4 Cổ 1E10 CE10ổ 2 CE10ổ 3 CE10ổ 4
Lượng mịn trung bình cổ biên
Hình 3.10. So sánh lượng mịn trung bình trước và sau chạy bền của các cổ biên
3.3. Phân tích dầu bơi trơn
Độ nhớt của dầu bôi trơn động cơ đặc biệt quan trọng ở nhiều khía cạnh, độ nhớt ảnh hưởng đến độ kín khít, tổn hao cơng do ma sát, khả năng chống mài mòn chi tiết, khả năng tạo cặn. Do vậy, độ nhớt của dầu tác động chính đến lượng tiêu hao nhiên liệu, khả năng tiết kiệm dầu và hoạt độngchung của cả động cơ. Độ nhớt cũng là yếu tố ảnh hưởng đến sự khởi độngdễ dàngvà tốc độ trục khuỷu. Độ nhớt quá cao gây ra sức cản lớn khi nhiệt độ xung quanh thấp, làm giảm tốc độ trục khuỷu và như vậy làm tăng lượng tiêu hao nhiên liệu kể cả sau khi động cơ đã khởi động. Độ nhớt quá thấp sẽ nhanh mài mòn các chi tiết và tăng lượng tiêu hao dầu. Như vậy, đối với từng
0,04 0,03 0,02 0,01 0 (mm)
loại động cơ như động cơ ôtô điều cơ bản đầu tiên là phải dùng dầu có độ nhớt thích hợp với từng điều kiện vận hành cụ thể.
Thông thường các phương tiện tải trọng nặng, tốc độ thấp thì sử dụng dầu có độ nhớt cao và ngược lại những phương tiện tải trọng nhẹ tốc độ cao thì dùng dầu có độ nhớt thấp. Độ nhớt là một chỉ tiêu quan trọng trong việc theo dõi dầu trong quá trình sử dụng. Nếu độ nhớt dầu tăng nhanh đó là biểu hiện của hiện tượng dầu bị oxy hóa.
Tuy nhiên, việc tăng độ nhớt do có mặt các polime trong phụ gia. Nguyên nhân tăng độ nhớt của dầu có 2 khả năng:
- Nhiệt độ làm việc quá cao làm tăng khả năng dầu bị oxy hố khi có xúc tác kim loại đặc biệt là kim loại đồng.
- Nhiệt độ cao làm bay hơi các thành phần nhẹ trong dầu động cơ. Nếu độ nhớt của dầu giảm có thể do nhiên liệu hay tạp chất khác lẫn vào dầu, ngồi ra có thể do sự phân huỷ cơ học của các phụ gia tăng chỉ số độ nhớt trong dầu bốn mùa. Tuy nhiên, q trình oxy hố có khả năng làm tăng hoặc giảm độ nhớt nhưng chủ yếu là tăng, do đó làm tăng khả năng làm đặc của chúng nhất là ở nhiệt độ cao. Nhiệt độ cao cũng có thể gây ra sự tổn thất do bay hơi các cấu tử nhẹ, làm dầu đặc thêm do nồng độ các thành phần nhớt hơn trong dầu tăng lên. Dầu động cơ nào cũng phải chịu những thay đổi gây ra do các yếu tố hoạt động của động cơ.
- Kết quả phân tích dầu bơi trơn trước và sau chạy bền 2 động cơ được thể hiện trong bảng 3.10.
Bảng 3.10. Kết quả phân tích dầu trước và sau chạy bền
Kết quả phân tích dầu trước và sau chạy bền
Tên chỉ tiêu Dầu mới Sau chạy bền 300h
E10 Sau chạy bền 300h RON92 Độ nhớt động học ở 40oC, cSt 171,59 87,15 169,07 Độ nhớt động học ở 100oC, cSt 19,12 17,77 17,54 Chỉ số độ nhớt 118,2 150,9 109,8 Nhiệt độ chớp cháy cốc hở,oC 216 216 225 Trị số kiềm tổng, mgKOH/g 9,14 8,54 7,78
Hàm lượng Kim loại
Sn (mg/kg) 749,07 849,41 513,61
Fe (mg/kg) 2,38 59,86 15,24
Cu (mg/kg) 0,82 8,15 11,64
Pb (mg/kg) 0,60 7,15 5,44
Kết quả phân tích dầu bơi trơntrước và sau chạy bền của xăng RON92 và xăng E10 thể hiện trên hình 3.11. 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Độ nhớt động học ở 40oC, cSt Độ nhớt động học ở 100oC, cSt Chỉ số độ nhớt chớp cháyNhiệt độ cốc hở,oC Trị số kiềm tổng, mgKOH/g Sn (mg/kg) Fe (mg/kg) Cu (mg/kg) Pb (mg/kg) Al (mg/kg) Dầu mới
Sau chạy bền 300h E10 Sau chạy bền 300h RON92
Hình 3.11. Kết quả phân tích dầu bơi trơn trước và sau chạy bền
Kết quả độ nhớt động học tại nhiệt độ làm việc cho thấy độ nhớt của hai loại dầu sau chạy bền động cơ sử dụng nhiên liệu E10 và RON92 thay đổi khá thấp vào khoảng 10% đáp ứng được các yêu cầu làm việc của động cơ. Kết quả này cho thấy sử dụng nhiên liệu E10 không làm ảnh hưởng đến độ nhớt động học của dầu bôi trơn ở nhiệt độ làm việc.
Kết quả nhiệt độ chớp cháy cốc hở cho thấy giá trị nhiệt độ hầu như không thay đổi sau khi chạy 300h cho cả hai loại nhiên liệu. Kết quả này phù hợp với kết quả đo độ nhớt tại nhiệt độ làm việc. Như vậy, động cơ chạy nhiên liệu E10 không tạo ra các chất làm giảm độ nhớt hoặc lọt nhiên liệu xuống dầu bơi trơn cũng như với các chất có điểm chớp cháy thấp.
Kết quả của trị số kiềm tổng cho thấy tính kiềm của dầu bơi trơn của hai động cơ cịn rất tốt và cũng rất phù hợp với quy luật vì sự tiêu hao trị số kiềm tổng chủ yếu do sản phẩm cháy (mang tính axit) lọt vào hệ thống bơi trơn trong q trình hoạt động.
sử dụng RON92, điều này chứng tỏ trong khí cháy lọt xuống các te của động cơ E10 có hàm lượng hơi axít nhiều hơn so với động cơ sử dụng RON92 làm giảm lượng kiềm trong dầu. Tuy nhiên, lượng kiềm trong dầu vẫn nằm trong phạm vi cho phép sau chu kỳ thay dầu.
Kết quả hàm lượng kim loại trong dầu bôi trơn cho thấy hàm lượng sắt tăng lên với động cơ sử dụng nhiên liệu E10, kết quả này phù hợp với lượng mòn của xilanh, trục khuỷu sau 300h chạy bền, tuy nhiên mức độ tăng của cả hai nhiên liệu vẫn nhỏ hơn giới hạn cho phép (200mg/kg). Hàm lượng đồng và chì trong dầu tăng chủ yếu do mịn của nhóm bạc trục khuỷu, kết quả cho thấy lượng đồng và chì trong dầu bơi trơn của động cơ sử dụng nhiên liệu E10 lớn hơn động cơ sử dụng nhiên liệu RON92, kết quả này có nguyên nhân là do động cơsử dụng nhiên liệu E10 có chất lượng q trình cháy tốt hơn nên lực khí thể tác dụng lêntrục khuỷu cao hơn dẫn tới lượng mòn của bạc tăng lên. Tuy nhiên, hàm lượng của đồng và chì của động cơ sử dụng nhiên liệu E10 vẫn nhỏ hơn rất nhiều giới hạn cho phép ([60 mg/kg] đồng; [40 mg/kg] chì).
Với các kết quả trên khi sử dụng xăng E10 trên động cơ thông thường cần phải rút ngắn thời gian thay dầu bôi trơn cho động cơ.
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận
Luận văn đã thử nghiệm hai loại nhiên liệu xăng RON92, E10 trên hai động cơ TOYOTA 4A-F có hệ thống nhiên liệu chế hịa khí trong phịng thí nghiệm Động cơ đốt trong, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, qua đó đánh giá được độ bềnđặc tính kỹ thuậtcủađộng cơ này khi sử dụng xăng sinh học E10.
Về công suất, tiêu thụ nhiên liệu và áp suất nén động cơ từ thử nghiệm chạy ổn định 2 giờ và chạy bền 300 giờ trên băng thử sử dụng lần lượt hai loại nhiên liệu RON92 và E10. Kết quả cho thấy xu hướng thay đổi mô men, công suất và suất tiêu hao nhiên liệu của hai động cơ trước và sau chạy bền đều khá giống nhau.Tỷ lệ suy giảm mô men cực đại sau chạy bền của động cơ sử dụng nhiên liệu RON92 là 5,3% và của nhiên liệu E10 là 5,9%. Tính trên tồn dải tốc độ đo, thì tỷ lệ này là 6,05% với RON92 và 6,68% với E10. Tỷ lệ tăng suất tiêu hao nhiên liệu của RON92 là 7,5% và của E10 là 8,18%. Kết quả cho thấy sự suy giảm áp suất nén của động cơ sử dụng nhiên liệu E10 cao hơn so với động cơ sử dụng nhiên liệu xăng với tỷ lệ giảm trung bình của RON92 là 2,65% trong khi của E10 là 3,34%.
Về độ bền của các chi tiết trong đông cơ khi sử dụng nhiên liệu E10 cho động cơ đốt trong, việc kiểm nghiệm ảnh hưởng của nhiên liệu tới các chi tiết của động cơ là thực sự cần thiết, đặc biệt là các chi tiết tiếp xúc trực tiếp với nhiên liệu và khí cháy và các chi tiết chịu tải trọng động lớn nhằm đảm bảo động cơ hoạt động ổn định và độ bền được đảm bảo như khi sử dụng nhiên liệu xăng RON92.
Kết quả độ nhớt động học tại nhiệt độ làm việc cho thấy độ nhớt của hai loại dầu sau chạy bền động cơ sử dụng nhiên liệu E10 và RON92 thay đổi khá thấp vào khoảng 10% đáp ứng được các yêu cầu làm việc của động cơ. Kết quả này cho thấy sử dụng nhiên liệu E10 không làm ảnh hưởng đến độ nhớt động học của dầu bôi trơn ở nhiệt độ làm việc. Với các kết quả trên khi sử dụng xăng E10 trên động cơ thơng thường cần
Tóm lại, khi sử dụng nhiên liệu E10 cho động cơ xe ô tô đang lưu hành công suất động cơ không bị ảnh hưởng.
Hướng phát triển
Trong thời gian tới, đề tài nghiên cứu này cần được tiếp tục mở rộng với các nội dung liên quan như sau:
- Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của xăng sinh học E10 tới động cơ sử dụng phun xăng điện tử.
- Tương thích vật liệu của động cơ với xăng sinh học có tỷ lệ ethanol E100 lớn hơn 10%.
- Nghiên cứu tiến hệ thống cung cấp nhiên liệu, hệ thống đánh lửa và hỗ trợ khởi động lạnh đối với động cơ sử dụng xăng E10 và xăng sinh học có tỷ lệ ethanol E100 lớn hơn 10%.
- Nghiên cứu phát triển hệ thống nhiên liệu linh hoạt nhằm đáp ứng sựđa dạng hóa về nhiên liệu và sử dụng xăng sinh học ở bất kỳ tỷ lệ ethanol nào.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] PGS.TS. Lê Anh Tuấn, Bài giảng “Nhiên liệu thay thế dùng cho động cơ đốt
trong”, Trường Đại học Bách khoa Hà nội.
[2] PGS.TS. Lê Anh Tuấn, “Thử nghiệm nhiên liệu gasohol E5 và E10 trên ôtô và xe
máy”, Báo cáo kết quả hợp đồng số: 05-07/HĐ/ĐHBK-PTN ĐCĐT
[3] PGS.TS. Phạm Minh Tuấn, Khí thải động cơ và ơ nhiễm môi trường, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2008.
[4] QCVN 1: 2009/BKHCN, “Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về xăng, nhiên liệu diesel và NLSH”.
[5] TCVN 7716 “Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về xăng, nhiên liệu diesel và NLSH”.
[6] Thủ Tướng Chính Phủ, 2007, Quyết định 177/2007/QĐ-TTg về việc phê duyệt “Đề
án phát triển NLSH đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025”.
[7] A Testing Based Assessment to Determine Impacts of a 20% Ethanol Gasoline Fuel Blend on the Australian Passenger Vehicle Fleet. Report to Environment
Australia
[8] Frank Rosillo – Calle, et al; Aglobal overview of vegetable oils, with reference to
biodiesel; A Report the IEA Bioenergy Task 40, 2009
[9] OECD/FAO; Chapter 3-Biofuels, OECD – FAO Agricultural Outlook 2011 – 2020; 2011.
[10] Richard L. Bechtold; Alternative Fuels Guidebook – Properties, Storage,
Dispensing, and Vehicle Facility Modifications; SAE International, 1997.
[11] Website http://hepa.gov.vn
[12].Website http:// www.methanol.org/ [13] Website http:// www.khoahoc.com.vn
[14] Website http:// www.petrotimes.vn/thuong-truong/2011/03/taxi-dau-khi- khong- bi-anh-huong-boi-gia-xang-dau
[15] Website http:// www.tcvn.info.org.vn [16] Website http:// www.vr.org.vn