NHIÊN LIỆU, DẦU MỠ VÀCHẤT LỎNG CHUYÊN DÙNG

nhiên liệu

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

TẬP SLIDE BÀI GIẢNG

GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG

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 TuyênGV.Th.S Hồng Đức Thông

GIẢNG 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

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

ật c ủ a c h ất lỏ n

g chuyên dùng.

GIẢNG 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,

h Phổ, Kỹ thuật sản xuất điện hóa, NXB

GIẢNG 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

NG VIÊ N: T h.S VĂ

N T HỊ BÔ NG

Chöông 1: TOÅNG QUAN VEÀ NHIEÂN LIEÄU,

1.3 Chế biến dầu mỏ

Chương 2: NHIÊN LIỆU XĂNG

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

Chương 3: NHIÊN LIỆU 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

GIẢ NG VIÊ N: T h.S VĂ

N T HỊ BÔ NG

Chöông 4: NHIEÂN LIEÄU THAY THEÁ

4.1 Khí thieân nhieân (NG)

4 2 K hí ñ

4.5 khí Biogas

4.6 Năng lượng điện và pin nhiên liệu

GIẢNG 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

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

Chương 7: MỠ BÔI TRƠN

GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG 12

Chương 8: CHẤT LỎNG CHUYÊN DÙNG

8.1 Chất lỏng làm mát

8.2 Chất lỏng thủy lực

8.3 Chất lỏng đặc chủng

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

CHẤT LỎNG CHUYÊN DÙNG

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU –

DẦU MỎ – CHẾ BIẾN DẦU MỎ

q Tổng quan về Nhiên liệu

q Dầu mỏ

q Chế biến dầu mỏ

TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU

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

GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG

15

TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU

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)

GIẢ

NG V IÊN: Th.S VĂN THỊ BÔN G

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

GIẢNG 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%

(H):11,5

÷14

%

GIẢNG 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

àiratrongdầumỏ

còn chứa một lượng nhỏ lưu

huỳnh, Oxy, Nitơ

GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG

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

ỳnhquang

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

GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG

Các Hydrocacbon trong dầu mỏ có khối lượng phân tửkhác nhau nên chúng có nhiệt độ sôi khác nhau.

Khối lượng riêng dầu mỏ khoảng ρ = 0,78 ÷ 0,98 kg/lít.Dầu có màu càng sáng thì có khối lượng riêng càng nhỏvà càng loãng

Nhiệt trị thấp trong khoảng QH = 41.000 ÷ 46.000kJ/kg

Dầu mỏ và các sản phẩm của dầu mỏ hòa tan trongrượu, tự hòa tan tốt trong mỡ, dầu và axit béo.

GIẢNG 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

NG V IÊN: Th.S VĂN THỊ BÔN G

4 Thành phần chính của dầu mỏ: gồm 4 nhóm chính

Ở điều kiện thường (t = 250C, p = 1bar) Parafin có thể

tồn tại ở 3 trạng thái:

Thể khí (C 1 → C 4 ): Mêtan (CH4), Etan (C2H6), Propan

(C3H8) và Butan (C4H10)

Thể lỏng (C 5 → C 17 ): Pentan (C5H12), Hexan (C6H14),

Heptan (C7H16), Octan (C8H18), Nonan (C9H20), Decan

(C10H22), …, Xetan (C16H34), (C17H36)

T hể rắ

n (

C1

8 trởlê

dễ cháy), nên chúng có nhiều trong nhiên liệ u

Diesel như Xetan (C16H34).

GIẢNG 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

Hydrocacbontrongdầumỏ

b Nhóm Olefin (Alken)

Công thức tổng quát: C n H 2n

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

Etylen (n – C2H4): CH2 = CH2

GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG

c Nhóm Hydrocacbon Naphten (vòng no)

Công thức tổng quát: C n H 2n

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

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

họcvớ

i axitvàkiềm

Ở nhiệt độ cao có thể bị

Oxy hóa tạo thành axit Naphten và giải phóng Hydro

GIẢNG 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

gcónhiề

u trongdầum

ỡ bôi trơn (chiếm khoảng

70%)

GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG

d Nhóm Hydrocacbon thơm (Aromatic)

Công thức tổng quát: C n H 2n–6

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 (C 6 H 6 ) Metyl Benzen (Toluen) (C 6 H 5 – CH 3 )

HC

% 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

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 dướidạng liên kết với Napten gọi là:

Napten – Hydrocacbon thơm.

GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG

e Những thành phần khác

Trong khí dầu mỏ ngoài các hợp phần Hydrocacbonnói trên còn có chứa một lượng nhỏ các hợp chất chứaOxy, nitơ, lưu huỳnh, và một số axit hữu cơ

Oxy trong dầu mỏ ở dưới dạng các hợp chất chứa Oxynhư axit hữu cơ, keo và nhựa hắc ín Thông thườngOxy chiếm 0,1÷1%, tuy nhiên có loại dầu nhiều nhựaOxy chiếm 2 ÷ 3%

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 quátrình 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 %

(từtốtđếnxấu)

Ngoài ra, trong dầu mỏ còn tồn tại các Hydrocacbonlai tạp như chất nhựa–Asphalten là các hợp chất thơmngưng tụ, có khối lượng phân tử cao từ 600 – 2500 hoặchơn nữa Nhựa–Asphalten có tính ổn định hóa học kém,dễ bị Oxy hóa, dễ làm sản phẩm dầu mỏ biến chất, đổimàu, dễ tạo cốc

Các chất này là những tạp chất Số lượng các chất nêutrên 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

Công nghệ chế biến dầu mỏ chia làm 03 nhóm chính:

Tách dầu mỏ thành các phân đoạn riêng biệt bằngchưng cất

Biến đổi thành các dạng Hydrocacbon thích hợp bằngcác quá trình chế hóa nhiệt, cracking, tái tạo lại

Tinh luyện (làm sạch) để loại các thành phần khôngmong muốn, có hại như: Lưu huỳnh, chất keo nhựa,các hợp phần Hydrocacbon thơm có cấu trúc phức tạp

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

GIẢ

NG V IÊN: Th.S VĂN THỊ BÔN G

b Nhóm sản phẩm phi năng lượng

Vật liệu bôi trơn: Dầu mỡ bôi trơn từ nguồn dầu mỏ chiế m

khoảng 10% so với nhiên liệu Sản phẩm bôi trơn từ dầ u

mỏ có hai dạng: Bôi trơn lỏng là dầu nhờn, bôi trơn dẻ o

là mỡ nhờn.

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

BKTP.HCM

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

NHIÊN LIỆ

U-DẦU MỠ

VÀ

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

Xăng là một trong nhiều sản phẩm của dầu mỏ, là loại

n hi ên liệ u

nhẹ, tồn tại dưới dạng lỏng, có nhiệt độ bốc hơi

trong khoảng từ (30 ÷ 40)0C đến (180 ÷ 220)0C, có khốilượng riêng ở 150C là ρ = (0,65 ÷ 0,80) g/cm 3 Xăng chứakhoảng 80÷90% Cacbuahydro nhóm Alkan và Cycloalkan

và Cacbuahydro thơm vì có kết cấu phân tử bền vững.Xăng có nhiều các thành phần nêu trên sẽ có đặc tínhchống kích nổ cao cho phép tăng tỷ số nén ε của động cơ,kết quả tăng công suất N e

GIẢNG 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 la n

đều ra toàn bộ thể tích buồng cháy và kết thúc tại khu vự c

ngoài cùng của buồng cháy Quá trình cháy diễn ra rất nhanh Tỷ số nén thấp, số vòng quay cao.

hợ

p c há

y h òa trộ

n t

rước, đồng nhất.

Cháy cưỡng bức, tâm cháy xuất hiện tại bugi, cháy la n

đều ra toàn bộ thể tích buồng cháy.

Quá trình cháy diễn ra rất nhanh.

GIẢNG 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

GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG

Nhiệt trị của các lọai nhiên liệu

GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG 44

Tính chất cơ bản của xăng là các chỉ tiêu quan trọngảnh hưởng đến chất lượng hoạt động của xăng, gồm có:

Tính bay hơiÁp suất hơi bão hòa của xăng (REID)Tính chống kích nổ xăng

GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG 45

1 Tính bay hơi

Xăng phải có độ bay hơi thích hợp, khoang nhiệt độbay hơi của xăng ô tô từ 35 – 400C đến 180 – 2200C

Xăngcótín

h 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.

GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG

Đồ thị mốc nhiệt độ T10, T50,

T90 của xăng.

Tính bay hơi của xăng được đánh giá bằng các

Áp suất hơi bão hòa.

Khối lượng riêng hay tỷ trọng.

Á

p 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 (bom

á c

GIẢNG 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

vách xylanh, kết quả làm cho động cơ nổ rung giật mạnh.

GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG

50

CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA XĂNG

a Phương pháp hạn chế kích nổ phía động cơ

v Giải nhiệt tốt (đảm bảo điều kiện làm mát cho độngcơ)

v Giảm tải động cơ (đóng nhỏ bướm ga) sẽ làm giảmlượng hỗn hợp khí nạp mới vào xy lanh, giảm thời giancháy của hỗn hợp

v Giảm góc đánh lửa sớm

v Thay đổi tỷ lệ nhiên liệu và không khí (đậm hoặcloãng hơn đều có xu hướng giảm kích nổ)

GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG

b Phương pháp hạn chế kích nổ phía nhiên liệu

Dùng loại xăng có tính chống kích nổ caoDùng 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

GIẢNG 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 nghiệmdựa 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 MetylPentan)

n–Heptan là Parafin chuẩn có liên kết “C” theo mạch

Trị số octan là % lượng Iso–Otan tính theo thể tích trong

Heptane C7H16 (n–Parafin) mà nó có hiện tượng cháy kích

nổ giống như nhiên liệu đem thử

Tỉ số nén Trị số Octan, RON Tỉ số nén Trị số Octan, RON

Bảng quan hệ trị số Octan và tỉ số nén của động cơ Yêu

cầu trị số Octan cho cùng ε có thể giản từ 2 – 4 đơn vị

ùn g