Bài giảng Nhiên liệu, dầu mỡ và chất lỏng chuyên dùng

Bộ môn Ô tô – Máy động lực Khoa Kỹ thuật Giao thông Trường Đại học Bách khoa 268 Lý thường kiệt, P.14, Q.10, Tp.HCM Điện thọai: +84 - 8655979 Email : vtbong@lib.hcmut.edu.vn TẬÄP SLIDE BÀØI GIẢÛNG BK TP.HCM GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG NHIÊN LIỆU, DẦU MỠ VÀ CHẤT LỎNG CHUYÊN DÙNG Â Ä À Õ Ø Á Û Â Ø 2GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG NỘI DUNG MÔN HỌCÄ Â Ï Tên môn học: NHIÊN LIỆU-DẦU MỠ VÀ CHẤT LỎNG CHUYÊN DÙNG Mã số môn học: 206035 Phân phối tiết học: 2-1-4 § Lý thuyết: 28 tiết § Seminar: 14 tiết Cán bộ giảng dạy: GVC.Th.S Văn Thị Bông GV.Th.S Trần Quang Tuyên GV.Th.S Hồng Đức Thông 3GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG Nội dung môn học: khái niệm chung về nhiên liệu; nhiên liệu truyền thống xăng-diesel, nhiên liệu thay thế (Biodiesel, Bioethanol, LPG, CNG, fuel cell, hydrogen,..). Cơ sở lý thuyết về ma sát và mài mòn. Khái niệm về chất bôi trơn. Đặc tính kỹ thuật của chất bôi trơn lỏng – dầu bôi trơn. Đặc tính kỹ thuật của chất bôi trơn đặc – mỡ bôi trơn. Đặc tính kỹ thuật của chất lỏng chuyên dùng. NỘI DUNG MÔN HỌCÄ Â Ï 4GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG 1. B.V. Ga, V.T. Bông, P.X. Mai, T.V. Nam, T.T.H. Tùng, Ô tô & Ô nhiễm Môi trường, NXB Giáo Dục, 1999. 2. P.M. Tân, Tổng hợp Hữu cơ và Hóa dầu, NXB ĐHQG Tp.HCM, 2005. 3. V.T. Huề, N.P. Tùng, Hướng dẫn Sử dụng Nhiên liệu Dầu-Mỡ, NXB KHKT, 2000 4. Từ điển Nhiên liệu-Dầu-Mỡ-Chất thêm-Chất lỏng Chuyên dùng, NXB KHKT, 1984 5. Nguyễn Đình Phổ, Kỹ thuật sản xuất điện hóa, NXB ĐHQG Tp.HCM, 2006 TÀI LIỆU THAM KHẢÒ Ä Û 5GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG 6. Đinh Thị Ngọ, Hóa học dầu mỏ và khí, NXB KHKT, 2004. 7. C.E. Wyman, Handbook Bioethanol, Taylor & Francis, 1996. 8. J.G. Speight, Petroleum Chemistry and Refining, Taylor & Francis, 1998 9. M.M. Khonsari, E.R. Booser, Applied Tribology, John Wiley & Sons, 2001 TÀI LIỆU THAM KHẢÒ Ä Û 6GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG Chương 1: TỔÅNG QUAN VỀÀ NHIÊN LIÊ ÄÄU, DẦÀU MỎÛ – CHẾÁ BIẾÁN DẦÀU MO 1.1 Tổng quan về nhiên liệu 1.2 Dầu mỏ 1.3 Chế biến dầu mỏ ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾTÀ Á 7GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG Chương 2: NHIÊN LIÊ ÄÄU XĂNGÊ 2.1 Đặc điểm động cơ sử dụng nhiên liệu xăng 2.2 Các yêu cầu đối với xăng 2.3 Các tính chất của xăng 2.4 Các chỉ tiêu chính đáng giá chất lượng nhiên liệu xăng ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾTÀ Á 8GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG Chương 3: NHIÊN LIÊ ÄÄU DIESEL 3.1 Đặc điểm của động cơ sử dụng nhiên liệu diesel 3.2 Các yêu cầu đối với nhiên liệu diesel 3.3 Các tính chất cơ bản của nhiên liệu diesel 3.4 Các chỉ tiêu chính đánh giá chất lượng nhiên liệu diesel ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾTÀ Á 9GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG Chương 4: NHIÊN LIÊ ÄÄU THAY THẾÁ 4.1 Khí thiên nhiên (NG) 4.2 Khí đồng hành hóa lỏng (LPG) 4.3 Nhiên liệu cồn 4.4 Nhiên liệu dầu thực vật – Biodiesel 4.5 khí Biogas 4.6 Năng lượng điện và pin nhiên liệu ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾTÀ Á 10GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG Chương 5: MA SÁT VÀ MÀI MÒN 5.1 Khái niệm về ma sát và mài mòn 5.2 Các dạng ma sát và mài mòn 5.3 Một số ví dụ ma sát trong cơ khí ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾTÀ Á 11GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG Chương 6: DẦU BÔI TRƠN 6.1 Công dụng-Ý nghĩa-Yêu cầu của dầu bôi trơn 6.2 Đặc tính kỹ thuật của dầu bôi trơn 6.3 Phân loại dầu ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾTÀ Á 12GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG Chương 7: MỠ BÔI TRƠN 7.1 Khái niệm và Công dụng của Mỡ bôi trơn 7.2 Đặc tính Kỹ thuật của Mỡ bôi trơn 7.3 Phân lọai Mỡ bôi trơn ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾTÀ Á 13GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG Chương 8: CHẤT LỎNG CHUYÊN DÙNG 8.1 Chất lỏng làm mát 8.2 Chất lỏng thủy lực 8.3 Chất lỏng đặc chủng ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾTÀ Á Bộ môn Ô tô – Máy động lực Khoa Kỹ thuật Giao thông Trường Đại học Bách khoa 268 Lý thường kiệt, P.14, Q.10, Tp.HCM Điện thọai: +84 - 8655979 Email : vtbong@lib.hcmut.edu.vn TẬÄP SLIDE BÀØI GIẢÛNG BK TP.HCM NHIÊN LIỆU-DẦU MỠ VÀ CHẤT LỎNG CHUYÊN DÙNG Â Ä À Õ Ø Á Û Â Ø Chương 1: TỔÅNG QUAN VỀÀ NHIÊN LIÊ ÄÄU – DẦÀU MỎÛ – CHẾÁ BIẾÁN DẦÀU MỎÛ q Tổng quan về Nhiên liệu q Dầu mỏ q Chế biến dầu mỏ 15GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG 1. Giới thiệu khái quát về năng lượng truyền thống Năng lượng truyền thống sử dụng trên ôtô là năng lượng nhiệt do đốt cháy nhiên liệu lỏng có nguồn gốc từ dầu mỏ: Xăng và Diesel… Dầu mỏ: Có nguồn gốc hữu cơ hóa thạch, hình thành do sự phân hủy của xác động và thực vật trong các lớp trầm tích ở đáy biển hoặc trong lòng đất, dưới tác dụng phá hủy của các vi khuẩn hiếu khí. TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆUÅ À Â Ä 16GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG Dầu khí: là tên gọi của dầu mỏ (dầu thô) và hỗn hợp khí thiên nhiên. Dầu khí là một nguồn khóang sản lớn và quý của con người. Dầu khí cung cấp: - 60 ÷ 65% năng lượng tiêu thụ trên thế giới. - 90% các sản phẩm của ngành công nghiệp hóa dầu (hàng nghìn loại sản phẩm của công nghiệp hóa dầu). TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆUÅ À Â Ä 17GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG 2. Yêu cầu đối với nhiên liệu động cơ đốt trong Có năng lượng (nhiệt trị) lớn. Có các thông số vật lý phù hợp với động cơ sử dụng. Có độ ổn định cao, không bị biến chất trong thời gian dài. Không chứa lẫn nước, tạp chất cơ học. Có lượng dự trữ lớn, giá thành rẻ. Vấn đề sản xuất, lưu trữ, vận chuyển, phân phối đơn giản, dễ dàng và an toàn. TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆUÅ À Â Ä 18GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG 1. Định nghĩa dầu mỏ Dầu mỏ là một trong các chất hữu cơ hóa thạch (than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên), là một hỗn hợp của nhiều loại hydrocacbon (CnHm), có cấu trúc hóa học khác nhau và có các tính chất dị biệt. 2. Thành phần nguyên tố chủ yếu tạo nên các hợp phần của dầu mỏ Cacbon (C): 83,5 ÷ 87% Hydro ( H): 11,5 ÷ 14% DẦU MỎÀ Û 19GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG Hàm lượng Hydro (H) có trong dầu mỏ cao hơn hẳn so với các khoáng vật có nguồn gốc động thực vật phân hủy khác như: – Than bùn: 5% – Than đá: từ 2% đến 5%. Hàm lượng H cao hơn C là lý do để giải thích nguyên nhân dầu mỏ tồn tại ở trạng thái lỏng. Ngoài ra trong dầu mỏ còn chứa một lượng nhỏ lưu huỳnh, Oxy, Nitơ . . . DẦU MỎÀ Û 20GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG 3. Lý tính của dầu mỏ Dầu mỏ thường ở thể lỏng nhớ, có một số dầu mỏ do hàm lượng Parafin cao nên ngay ở nhiệt độ thường đã đông đặc. Dầu có mầu sắc từ vàng nhạt, nâu sáng đến đen sẫm có ánh huỳnh quang. Độ nhớt thay đổi trong một khoảng rất rộng từ 5 cSt đến 100 cSt và có thể hơn. Dầu có độ nhớt lớn hơn nước hàng trục, thậm chí hàng trăm lần nhưng lại có tỷ trọng thấp hơn. DẦU MỎÀ Û 21GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG Các Hydrocacbon trong dầu mỏ có khối lượng phân tử khác nhau nên chúng có nhiệt độ sôi khác nhau. Khối lượng riêng dầu mỏ khoảng r = 0,78 ¸ 0,98 kg/lít. Dầu có màu càng sáng thì có khối lượng riêng càng nhỏ và càng loãng. Nhiệt trị thấp trong khoảng QH = 41.000 ¸ 46.000 kJ/kg. Dầu mỏ và các sản phẩm của dầu mỏ hòa tan trong rượu, tự hòa tan tốt trong mỡ, dầu và axit béo. DẦU MỎÀ Û 22GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG Dầu mỏ không chứa nước và sản phẩm của dầu là các chất không dẫn điện. Tính dẫn điện của dầu nhỏ hơn của kính, gốm và sứ từ 3 đến 4 lần. Từ dầu mỏ chế tạo ra các loại dầu đặc biệt chuyên dùng cho máy biến thế, tụ điện và các thiết bị điện. DẦU MỎÀ Û 23GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG 4. Thành phần chính của dầu mỏ: gồm 4 nhóm chính a. Nhóm Hydrocacbon Parafin (Alkan): Công thức tổng quát: CnH2n+2 Parafin là các Hydrocacbon có kết cấu phân tử một mạch Cacbon hở, các nguyên tử Cacbon liên kết với nhau bằng liên kết đơn bền vững nên có tên là Hydrocacbon no (n – Parafin) như: n – Octan (n – C8H18) CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 DẦU MỎÀ Û 24GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG Ở điều kiện thường (t = 250C, p = 1bar) Parafin có thể tồn tại ở 3 trạng thái: Thể khí (C1 ® C4): Mêtan (CH4), Etan (C2H6), Propan (C3H8) và Butan (C4H10) Thể lỏng (C5 ® C17): Pentan (C5H12), Hexan (C6H14), Heptan (C7H16), Octan (C8H18), Nonan (C9H20), Decan (C10H22), …, Xetan (C16H34), (C17H36). Thể rắn (C18 trở lên): Octadecan (C18H38), Nonadecan (C19H40), Ecoran (C20H42)… DẦU MỎÀ Û 25GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG Nhiệt độ nóng chảy của các Parafin rắn tăng dần theo độ dài của mạch C. Nhiệt độ này của n– Parafin thường lớn hơn Parafin phân nhánh tương ứng (còn gọi là izo–Parafin hay Parafin đồng vị). n–Alkan (Alkan chuẩn) có khối lượng phân tử càng lớn thì khả năng phản ứng càng mạnh (càng dễ cháy), nên chúng có nhiều trong nhiên liệu Diesel như Xetan (C16H34). DẦU MỎÀ Û 26GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG Izo–Parafin có tính chống kích nổ cao vì có độ bền vững hóa học ở nhiệt độ cao hơn các n–Parafin, song ở nhiệt độ thường các liên kết izo lại kém bền hơn. Trong xăng thường chứa các Alkan từ C6H14 (Hexan) đến C11H24 (Undecan) và các izo của chúng. Alkan có nhiệt độ đông đặc cao nên cần hạn chế chúng trong thành phần nhiên liệu và dầu mỡ bôi trơn mùa đông. Alkan có độ nhớt nhỏ, thấp nhất trong các loại Hydrocacbon trong dầu mỏ. DẦU MỎÀ Û 27GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG b. Nhóm Olefin (Alken) Công thức tổng quát: CnH2n Olefin là các Hydrocacbon không no, ở phân tử Olefin các nguyên tử Cacbon liên kết với nhau theo một mạch Cacbon hở, bằng liên kết đơn và liên kết đôi kém bền. Do có liên kết đôi, mạch Cacbon không bão hòa nên các Olefin có hoạt tính cao, kém ổn định, kém bền vững. Các Olefin có cấu trúc thẳng (normal) và nhánh (izo). Etylen (n – C2H4): CH2 = CH2 Propylen (n – C3H6): CH3 – CH = CH2 DẦU MỎÀ Û 28GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG 3–Hepten (C7H14): CH3 – CH2 – CH = CH – CH2 – CH2 – CH3 Các Hydrocacbon Olefin không có mặt trong dầu thô và khí thiên nhiên, nhưng lại tồn tại với hàm lượng khá cao trong các sản phẩm chế biến từ dầu mỏ, đặc biệt có nhiều trong xăng. DẦU MỎÀ Û 29GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG c. Nhóm Hydrocacbon Naphten (vòng no) Công thức tổng quát: CnH2n Ở phần tử Hydrocacbon Naphten, các nguyên tử Cacbon liên kết với nhau tạo nên một vòng Cacbon kín bằng liên kết đơn bền vững. Chủ yếu là vòng 5 và vòng 6 Cacbon Cyclopentan C5H10 Cyclohexan C6H12 H 2C H 2C CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 H2C H2C CH2 CH2 CH2 DẦU MỎÀ Û 30GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG Naphten có khối lượng riêng hơi lớn hơn Parafin có cùng số nguyên tử Cacbon và có nhiệt trị hơi nhỏ hơn vì có tỷ lệ C/H lớn hơn. Naphten không những chỉ có một vòng mà có thể có 2, 3 và nhiều vòng. Các Hydrocacbon Naphten có tính ổn định hóa học và ổn định nhiệt cao (do có kết cấu phân tử mạch vòng). Ở nhiệt độ thấp không bị Oxy hóa và không gây phản ứng hóa học với axit và kiềm. Ở nhiệt độ cao có thể bị Oxy hóa tạo thành axit Naphten và giải phóng Hydro. DẦU MỎÀ Û 31GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG Loại Hydrocacbon này có tính tự cháy nằm giữa n–parafin và Izo–Parafin. Napten có số vòng càng nhiều và có mạch nhánh càng dài thì nhiệt độ đông đặc của nó càng cao. Napten có nhiều trong thành phần xăng và Diesel vào mùa đông vì có nhiệt độ đông đặc thấp. Loại có mạch nhánh Alkyl dài thì có độ nhớt cao nên thường có nhiều trong dầu mỡ bôi trơn (chiếm khoảng 70%). DẦU MỎÀ Û 32GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG d. Nhóm Hydrocacbon thơm (Aromatic) Công thức tổng quát: CnH2n–6 Hydrocacbon thơm có cấu trúc phân tử một vòng là nhân Benzen (C6H6) gồm 06 nguyên tử Cacbon liên kết vòng với 03 nối đơn và 03 nối đôi, sắp xếp xen kẽ với nhau. Benzen (C6H6) Metyl Benzen (Toluen) (C6H5 – CH3) CH3CH CH CH CH HC HCHC HC CH CH CH CH DẦU MỎÀ Û 33GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG Hydrocacbon thơm có trong dầu mỏ với hàm lượng vài % và có ít trong xăng chưng cất thẳng. Độ nhớt, mật độ và nhiệt độ sôi của Hydrocacbon thơm cao hơn Naphten và Alkan có cùng khối lượng phân tử. Hydrocacbon thơm có tính bền vững hóa học cao, khó tự cháy nên có tính chống kích nổ cao có lợi đối với xăng, nhưng lại không nên có trong nhiên liệu Diesel do khó cháy dễ tạo muội than. Hydrocacbon thơm thường có trong dầu mỡ bôi trơn dưới dạng liên kết với Napten gọi là: Napten – Hydrocacbon thơm. DẦU MỎÀ Û 34GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG e. Những thành phần khác Trong khí dầu mỏ ngoài các hợp phần Hydrocacbon nói trên còn có chứa một lượng nhỏ các hợp chất chứa Oxy, nitơ, lưu huỳnh, và một số axit hữu cơ. Oxy trong dầu mỏ ở dưới dạng các hợp chất chứa Oxy như axit hữu cơ, keo và nhựa hắc ín. Thông thường Oxy chiếm 0,1÷1%, tuy nhiên có loại dầu nhiều nhựa Oxy chiếm 2 ÷ 3%. Nitơ chiếm một phần nhỏ khoảng 0,001 ® 0,3%, ở dạng amôniăc dẫn đến mùi vị khó chịu. DẦU MỎÀ Û 35GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG Lưu huỳnh “S” trong dầu mỏ thường gặp ở dạng hợp chất. Tuy nhiên một số mỏ dầu có chứa “S” nguyên chất dưới dạng hòa tan trong dầu. Lưu huỳnh có tính ổn định nhiệt thấp nên trong quá trình chưng cất có thể tách được một phần “S” ra khỏi các sản phẩm tinh chế dưới dạng “SH” như Sunfua Hydro (H2S). Lưu huỳnh là chất hoạt tính, ăn mòn kim loại mạnh nên rất hạn chế có trong nhiên liệu và dầu mỡ bôi trơn. Hàm lượng “S” trong dầu mỏ từ 0,01 đến 3,05 % (từ tốt đến xấu). Khí trơ Argon (Ar) và Heli (He) . . . DẦU MỎÀ Û 36GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG Ngoài ra, trong dầu mỏ còn tồn tại các Hydrocacbon lai tạp như chất nhựa–Asphalten là các hợp chất thơm ngưng tụ, có khối lượng phân tử cao từ 600 – 2500 hoặc hơn nữa. Nhựa–Asphalten có tính ổn định hóa học kém, dễ bị Oxy hóa, dễ làm sản phẩm dầu mỏ biến chất, đổi màu, dễ tạo cốc . . . Các chất này là những tạp chất. Số lượng các chất nêu trên càng nhiều thì chất lượng của dầu mỏ càng giảm do: Gây ăn mòn kim loại; có tính ổn định hóa học kém, dễ bị Oxy hóa làm biến chất dầu mỡ, đổi màu, dễ tạo cốc; làm ngộ độc các quá trình xúc tác trong chế biến dầu; Gây ô nhiễm môi trường. DẦU MỎÀ Û 37GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG Công nghệ chế biến dầu mỏ chia làm 03 nhóm chính: Tách dầu mỏ thành các phân đoạn riêng biệt bằng chưng cất. Biến đổi thành các dạng Hydrocacbon thích hợp bằng các quá trình chế hóa nhiệt, cracking, tái tạo lại. Tinh luyện (làm sạch) để loại các thành phần không mong muốn, có hại như: Lưu huỳnh, chất keo nhựa, các hợp phần Hydrocacbon thơm có cấu trúc phức tạp đa vòng, để nâng cao chất lượng sản phẩm (giảm khả năng tạo cốc, tăng tính ổn định của độ nhớt đối với nhiệt độ . . ). CHẾ BIẾN DẦU MỎÁ Á À Û 38GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG Các loại sản phẩm của công nghệ chế biến dầu khí Gồm có nhóm sản phẩm năng lượng, nhóm sản phẩm phi năng lượng, nhóm sản phẩm hóa học a. Nhóm sản phẩm năng lượng: gồm nhiên liệu động cơ các loại, nhiên liệu các lò đốt công nghiệp và chất đốt trong dân dụng sinh hoạt. Nhiên liệu khí, nhiên liệu lỏng là loại sản phẩm chủ yếu, chiếm tới 80 ¸ 90% sản lượng dầu khí của toàn thế giới. CHẾ BIẾN DẦU MỎÁ Á À Û 39GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG b. Nhóm sản phẩm phi năng lượng Vật liệu bôi trơn: Dầu mỡ bôi trơn từ nguồn dầu mỏ chiếm khoảng 10% so với nhiên liệu. Sản phẩm bôi trơn từ dầu mỏ có hai dạng: Bôi trơn lỏng là dầu nhờn, bôi trơn dẻo là mỡ nhờn. Bitum (nhựa đường) c. Nhóm sản phẩm hóa học Từ nguyên liệu dầu khí có thể chế biến ra rất nhiều sản phẩm phục vụ sản xuất và đời sống con người, gọi là sản phẩm hóa dầu (Petrochemical Products). Thực tế 90% các sản phẩm hữu cơ này có nguồn gốc hóa dầu. CHẾ BIẾN DẦU MỎÁ Á À Û Bộ môn Ô tô – Máy động lực Khoa Kỹ thuật Giao thông Trường Đại học Bách khoa 268 Lý thường kiệt, P.14, Q.10, Tp.HCM Điện thọai: +84 - 8655979 Email : vtbong@lib.hcmut.edu.vn TẬÄP SLIDE BÀØI GIẢÛNG BK TP.HCM NHIÊN LIỆU-DẦU MỠ VÀ CHẤT LỎNG CHUYÊN DÙNG Â Ä À Õ Ø Á Û Â Ø Chương 2: NHIÊN LIÊ ÄÄU XĂNGÊ q Đặc điểm động cơ sử dụng nhiên liệu xăng q Các yêu cầu đối với xăng q Các tính chất cơ bản của xăng q Các chỉ tiêu chính đáng giá chất lượng nhiên liệu xăng 41GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG Xăng là một trong nhiều sản phẩm của dầu mỏ, là loại nhiên liệu nhẹ, tồn tại dưới dạng lỏng, có nhiệt độ bốc hơi trong khoảng từ (30 ¸ 40)0C đến (180 ¸ 220)0C, có khối lượng riêng ở 150C là r = (0,65 ¸ 0,80) g/cm3. Xăng chứa khoảng 80¸90% Cacbuahydro nhóm Alkan và Cycloalkan. Thành phần tốt nhất: Parafin đồng vị (Iso–Alkan) và Cacbuahydro thơm vì có kết cấu phân tử bền vững. Xăng có nhiều các thành phần nêu trên sẽ có đặc tính chống kích nổ cao cho phép tăng tỷ số nén e của động cơ, kết quả tăng công suất Ne. ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU XĂNG Ë Å Ä Û Ï Â Ä Ê 42GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG Tỷ số nén thấp, số vòng quay cao. Hỗn hợp cháy hòa trộn trước, đồng nhất. Cháy cưỡng bức, tâm cháy xuất hiện tại bugi, cháy lan đều ra toàn bộ thể tích buồng cháy và kết thúc tại khu vực ngoài cùng của buồng cháy Quá trình cháy diễn ra rất nhanh Tỷ số nén thấp, số vòng quay cao. Hỗn hợp cháy hòa trộn trước, đồng nhất. Cháy cưỡng bức, tâm cháy xuất hiện tại bugi, cháy lan đều ra toàn bộ thể tích buồng cháy. Quá trình cháy diễn ra rất nhanh. ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU XĂNG Ë Å Ä Û Ï Â Ä Ê 43GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG § Đảm bảo động cơ dễ khởi động và chạy ổn định trong mọi điều kiện thời tiết. Không bị đông đặc khi nhiệt độ hạ thấp. § Thành phần đồng nhất, bắt cháy nhanh, có nhiệt trị cao. § Cung cấp đủ công suất thiết kế mà không bị gõ (kích nổ). § Chất lượng khí xả động cơ ô tô theo tiêu chuẩn quy định. § Chất lượng xăng ít bị thay đổi khi lưu trữ và vận chuyển. § Không gây ăn mòn kim loại, không tạo cặn muội bám lên các chi tiết trong buồng đốt. CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI XĂNGÙ Â À Á Ù Ê 44GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG Nhiệt trị của các lọai nhiên liệu CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI XĂNGÙ Â À Á Ù Ê 45GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG Tính chất cơ bản của xăng là các chỉ tiêu quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng hoạt động của xăng, gồm có: Tính bay hơi Áp suất hơi bão hòa của xăng (REID) Tính chống kích nổ xăng Tính ổn định hóa học của xăng Tính ăn mòn kim loại của xăng CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA XĂNGÙ Á Û Û Ê 46GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG 1. Tính bay hơi Xăng phải có độ bay hơi thích hợp, khoang nhiệt độ bay hơi của xăng ô tô từ 35 – 400C đến 180 – 2200C. Xăng có tính bay hơi kém (thành phần nặng nhiều hơn thành phần nhẹ) gây: Khó khởi động Khó điều chỉnh Cháy không hết xăng (hao xăng và gây ô nhiễm) Tạo nhiều muội than, làm loãng dầu nhờn bôi trơn, động cơ nhanh mòn. CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA XĂNGÙ Á Û Û Ê 47GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG Đồ thị mốc nhiệt độ T10, T50, T90 của xăng. Hiện nay các loại xăng thương phẩm quy định: Tsđ = 35 ¸ 40 T10 = 60 ¸ 70 T50 = 115 ¸ 120 T10 = 180 ¸ 190 Tsc = 195 ¸ 200 CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA XĂNGÙ Á Û Û Ê 48GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG Tính bay hơi của xăng được đánh giá bằng các chỉ tiêu: Đường cong bốc hơi. Thành phần điểm bay hơi. Áp suất hơi bão hòa. Khối lượng riêng hay tỷ trọng. CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA XĂNGÙ Á Û Û Ê 49GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG 2. Áp suất hơi bão hòa của xăng (REID) Áp suất hơi bảo hòa là áp suất của hơi ở trạng thái cân bằng với thể lỏng trong một thiết bị chuyên dùng (bomb REID) được đo tại nhiệt độ xác định là 37,80C (hay 1000F). Đơn vị đo áp suất hơi bão hòa REID: Psi, Bar, kPa, mmHg, kG/cm2... Áp suất hơi bão hòa REID càng cao thì khả năng bay hơi càng mạnh. Yêu cầu các loại xăng phải có áp suất hơi bão hòa REID phù hợp không quá cao hay quá thấp. Quy định áp suất hơi bão hòa của xăng: Không quá 500 mmHg (tiêu chuẩn xăng của Liên xô), trong khoảng: 44 ¸ 78 kPa (xăng thương phẩm của các nước khác). CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA XĂNGÙ Á Û Û Ê 50GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG 3. Tính chống kích nổ xăng Hiện tượng cháy kích nổ có thể xảy ra khi điều kiện cháy không phù hợp. Trong quá trình cháy lan truyền, áp suất và nhiệt độ phần hòa khí ở phía trước màng lửa được tăng liên tục do bức xạ nhiệt và do chèn ép bởi kết quả nhả nhiệt của hòa khí đã cháy gây ra, làm gia tăng phản ứng phía trước màng lửa của hòa khí càng sâu. Số hòa khí này tự phát hỏa khi màng lửa chưa lan tới sẽ tạo ra màng lửa mới có tốc độ cháy lan truyền lên đến 1500 – 2500 m/s, gây ra hiện tượng cộng hưởng áp suất làm tăng, giảm áp suất của khí cháy một cách đột ngột (160 kg/cm2) và tạo ra các sóng xung động va đập vào vách xylanh, kết quả làm cho động cơ nổ rung giật mạnh. CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA XĂNGÙ Á Û Û Ê 51GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG Các trung tâm tự cháy xuất hiện trong hỗn hợp khí trước màng lửa: nguồn gây kích nổ. CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA XĂNGÙ Á Û Û Ê 52GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG a. Phương pháp hạn chế kích nổ phía động cơ v Giải nhiệt tốt (đảm bảo điều kiện làm mát cho động cơ). v Giảm tải động cơ (đóng nhỏ bướm ga) sẽ làm giảm lượng hỗn hợp khí nạp mới vào xy lanh, giảm thời gian cháy của hỗn hợp. v Giảm góc đánh lửa sớm. v Thay đổi tỷ lệ nhiên liệu và không khí (đậm hoặc loãng hơn đều có xu hướng giảm kích nổ). CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA XĂNGÙ Á Û Û Ê 53GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG b. Phương pháp hạn chế kích nổ phía nhiên liệu Dùng loại xăng có tính chống kích nổ cao Dùng phụ gia tăng tính chống kích nổ Trộn xăng thô với các hợp chất ngậm Oxy Dùng loại xăng có tính chống kích nổ cao Xăng có nhiều thành phần Cacbuahydro nhóm Naphten (Xyclo Alkan), Hydrocacbon thơm và Parafin đồng vị vì chúng có kết cấu hóa học rất chặt, khó bị ôxy hóa, nên chúng có tính chống kích nổ cao. Các thành phần này có nhiều trong xăng tinh chế bằng phương pháp Cracking xúc tác. CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA XĂNGÙ Á Û Û Ê 54GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG Để đánh giá tính chống kích nổ của xăng người ta dùng Số Octan (ON), xác định bằng phương pháp thực nghiệm dựa trên sự so sánh đặc tính cháy của xăng này với một hỗn hợp nhiên liệu chuẩn gồm: Iso–Otan và n–Heptan. Iso–Octan là Parafin đồng vị C8H18 (2.2.4–Tri Metyl Pentan). n–Heptan là Parafin chuẩn có liên kết “C” theo mạch thẳng: C7H16 Với quy ước Iso–Otane có ON = 100 và n–Heptane có ON = 0 CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA XĂNGÙ Á Û Û Ê 55GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG 10411:1877:1 10812:1928:1 10010:1816:1 959:1725:1 Trị số Octan, RONTỉ số nénTrị số Octan, RONTỉ số nén Trị số octan là % lượng Iso–Otan tính theo thể tích trong hỗn hợp nhiên liệu mẫu gồm Iso–Otane (C8H18) và n– Heptane C7H16 (n–Parafin) mà nó có hiện tượng cháy kích nổ