nghiên cứu ảnh hưởng của chất xado đến thành phần độc hại phát thải và hàm lượng kim loại hao mòn của động cơ diesel lăp trên oto tải faw sản xuất năm 2005

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG NGUYỄN NGỌC ĐÀN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XADO ĐẾN THÀNH PHẦN ĐỘC HẠI PHÁT THẢI VÀ HÀM LƯỢNG KIM LOẠI HAO MÒN CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL LẮP

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

NGUYỄN NGỌC ĐÀN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XADO ĐẾN THÀNH PHẦN ĐỘC HẠI PHÁT THẢI VÀ HÀM LƯỢNG KIM LOẠI HAO MÒN CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL LẮP TRÊN Ô TÔ TẢI FAW SẢN XUẤT NĂM 2005

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KHÁNH HÒA- 2013

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

NGUYỄN NGỌC ĐÀN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT XADO ĐẾN THÀNH PHẦN ĐỘC HẠI PHÁT THẢI VÀ HÀM LƯỢNG KIM LOẠI HAO MÒN CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL LẮP TRÊN Ô TÔ TẢI FAW SẢN XUẤT NĂM 2005

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Ngành đào tạo: Kỹ thuật cơ khí động lực

Mã số : 62520116

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS.LÊ BÁ KHANG

KHÁNH HÒA- 2013

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công

bố trong bất kỳ công trình nào khác

Ngày tháng năm 2013

Tác giả luận văn

Nguyễn Ngọc Đàn

DANH MỤC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

- TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

- DBT : Dầu bôi trơn

MỤC LỤC

Trang

LỜI CAM ĐOAN i

DANH MỤC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU vi

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1

1.1 Ô nhiễm không khí và các biện pháp giảm độc hại gây ô nhiễm do ô tô gây ra 1

1.1.1 Ô nhiễm không khí 1

1.1.2 Các biện pháp giảm ô nhiễm do khí thải động cơ ô tô gây ra 4

1.2 Hao mòn máy móc 5

1.3 Chất Xado và ứng dụng 8

1.3.1 Giới thiệu Chất Xado 8

1.3.2 Phạm vi ứng dụng Chất Xado và hiệu quả 10

2.3.3.1 Phạm vi ứng dụng 10

2.3.3.2 Hiệu quả khi sử dụng Chất Xado 11

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 12

2.1 Sự hình thành các chất độc hại trong khí thải ở động cơ diesel 12

2.1.1 Cơ chế hình thành oxit nitơ (NOx) 12

2.1.2 Cơ chế hình thành HC 14

2.1.2.1 Đặc điểm phát sinh HC trong quá trình cháy động cơ diesel 14

2.1.2.3 Phát sinh HC trong trường hợp hỗn hợp quá giàu 15

2.1.2.4 Phát sinh HC do tôi ngọn lửa và hỗn hợp không tự bốc cháy 16

2.1.3 Cơ chế hình thành bồ hóng 17

2.1.3.1 Thành phần bồ hóng[3] 18

2.1.3.2 Cấu trúc hạt bồ hóng 19

2.1.3.3 Hình thành hạt bồ hóng 21

2.1.3.4 Phát triển hạt bồ hóng 21

2.1.3.5 Quá trình ôxy hóa hạt bồ hóng 21

2.2 Hao mòn và hao mòn ở động cơ đốt trong 22

2.2.1 Lý thuyết về hao mòn 22

2.2.1.1 Luận đề 1 22

2.2.1.2 Luận đề 2 22

2.2.2 Đặc điểm hao mòn 23

2.2.2.1 Hao mòn ôxy hóa 23

2.2.2.2 Tróc loại I và loại II 25

2.2.2.3 Quá trình fretting 26

2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hao mòn 27

2.2.3.1 Ảnh hưởng của tốc độ trượt 27

2.2.3.2 Ảnh hưởng của áp suất pháp 27

2.2.3.3 Ảnh hưởng của vật liệu 28

2.2.4 Biện pháp chống hao mòn 29

2.2.5 Hao mòn ở động cơ đốt trong 30

2.2.5.1 Đặc điểm hao mòn block 30

2.2.5.2 Đặc điểm hao mòn lót xylanh 30

2.2.5.3 Đặc điểm hao mòn piston 33

2.2.5.4 Đặc điểm hao mòn xéc măng 33

2.2.5.5 Đặc điểm hao mòn chốt piston 33

2.2.5.6 Đặc điểm hao mòn cổ biên 33

2.2.5.7 Đặc điểm hao mòn trục khuỷu 33

2.2.5.8 Đặc điểm hao mòn của bạc lót 34

2.2.5.9 Đặc điểm hao mòn cơ cấu phân phối khí 34

2.3 Bản chất vật lý, nguyên tắc hoạt động của Chất Xado 34

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 38

3.1 Thiết bị và dụng cụ phục vụ nghiên cứu 38

3.1.1 Thiết bị đo áp suất cuối kì nén của động cơ (MPEU do Đức chế tạo) 38

3.1.2 Máy đo khí xả MDO 2 LON (Trung tâm Đăng kiểm xe cơ giới Phú Yên)38 3.1.3 Thiết bị đo số vòng quay của động cơ (MS MOTOR do Đức chế tạo) 39

3.1.4 Bơm hút dầu bôi trơn 39

3.1.5 Thiết bị xác định hàm lượng kim loại hao mòn trong động cơ 40

3.2 Chọn động cơ nghiên cứu 40

3.2.1 Bộ khung động cơ 43

3.2.2 Hệ thống truyền lực 44

3.2.3 Hệ thống trao đổi khí 44

3.2.4 Hệ thống nhiên liệu 45

3.2.5 Hệ thống bôi trơn 45

3.2.6 Hệ thống làm mát 46

3.2.7 Hệ thống khởi động 46

3.3 Thiết lập quy trình và tiến hành thực nghiệm 47

3.3.1 Nhiên liệu, dầu bôi trơn sử dụng trong quá trình thực nghiệm 47

3.3.2 Chất Xado diesel và phương pháp sử dụng 48

3.3.2.1 Chất Xado diesel 48

3.3.2.2 Chọn liều lượng chất Xado diesel cho động cơ thực nghiệm 48

3.3.2.3 Các bước sử dụng Chất Xado cho động cơ CA1031K4 49

3.3.3 Xác định độ đục khí thải 50

3.3.4 Xác định áp suất cuối kỳ nén 50

3.3.5 Xác định hàm lượng kim loại mài mòn trong dầu bôi trơn động cơ

CA1031K4 51

3.3.5.1 Qui trình lấy mẫu dầu bôi trơn ở động cơ CA1031K4 51

3.3.5.2 Qui trình phân tích mẫu dầu bôi trơn 52

3.4 Kết quả, xử lý và thảo luận 54

3.4.1 Độ đục khí thải, áp suất cuối kỳ nén và hàm lượng kim loại mài mòn (Al, Cu, Fe) trong dầu bôi trơn động cơ lắp trên ô tô FAW 78B-0814 (5,3ml Chất Xado diesel/1 lít DBT) 54

3.4.1.1 Độ đục khí thải 54

3.4.1.2 Áp suất cuối kỳ nén (pc) của động cơ 57

3.4.1.3 Hàm lượng kim loại mài mòn trong dầu bôi trơn động cơ 60

3.4.2 Độ đục khí thải, áp suất cuối kỳ nén và hàm lượng kim loạimài mòn 62

3.4.2.1 Độ đục khí xả 62

3.4.2.2 Áp suất cuối kỳ nén (pc) của động cơ 64

3.4.2.3 Hàm lượng kim loại mài mòn trong dầu bôi trơn động cơ 67

3.4.3 Độ đục khí thải, áp suất cuối kỳ nén và hàm lượngkim loại mài mòn 69

3.4.3.1 Độ đục khí xả 69

3.4.3.2 Áp suất cuối kỳ nén (pc) của động cơ 72

3.4.3.3 Hàm lượng kim loại mài mòn trong dầu bôi trơn động cơ 75

3.4.4 Xử lý số liệu thực nghiệm 76

3.4.5.Thảo luận 77

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 79

4.1 Kết luận 79

4.2 Đề xuất 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 PHỤ LỤC

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Trang

Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của 3 ôtô FAW (3 ô tô cùng chủng loại) 42

Bảng 3.2: Đặc điểm kỹ thuật của động cơ loại CA1031K4 lắp trên ôtô FAW 43

Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật của dầu đốt DO 0,25% S 47

Bảng 3.4: Các thông số kỹ thuật của dầu bôi trơn Nikko 48

Bảng 3.5: Độ đục khí thải động cơ ô tô FAW78B-0814 khi chạy được quãng đường 500km trước sử dụng Chất Xado (số liệu đo trên máy MDO 2 LON) 54

Bảng 3.6: Độ đục khí thải động cơ ô tô FAW78B-0814 khi chạy được quãng đường 1000km trước sử dụng Chất Xado(số liệu đo trên máy MDO 2 LON) 55

Bảng 3.7: Độ đục khí thải động cơ ô tô FAW78B-0814 khi chạy đượcquãng đường 1500km trước sử dụng Chất Xado(số liệu đo trên máy MDO 2 LON) 55

Bảng 3.8: Độ đục khí thải động cơ ô tô FAW78B-0814 khi chạyđược quãng đường 500km sau sử dụng Chất Xado(số liệu đo trên máy MDO 2 LON) 55

Bảng 3.9: Độ đục khí thải động cơ ô tô FAW78B-0814 khi chạy được quãng đường 1000km sau sử dụng Chất Xado(số liệu đo trên máy MDO 2 LON) 56

Bảng 3.10: Độ đục khí thải động cơ ô tô FAW78B-0814 khi chạy được quãng đường 1500km sau sử dụng Chất Xado(số liệu đo trên máy MDO 2 LON) 56

Bảng 3.11: Giá trị áp suất cuối kỳ nén pc đo được tại các xylanh của động cơ ô tô FAW 78B-0814 khi chạy được quãng đường 500 km trước và sau khi sử dụng Chất Xado 57

Bảng 3.12: Giá trị áp suất cuối kỳ nén pc đo được tại các xylanh của động cơ ô tô FAW 78B-0814chạy được quãng đường 1000 km trước và sau khi sử dụng Chất Xado 58

Bảng 3.13: Giá trị áp suất cuối kỳ nén pc đo được tại các xylanh của động cơ ô tô FAW 78B-0814 khi chạy được quãng đường 1500 km trước và sau sử dụng chất Xado 59

Bảng 3.14: Hàm lượng kim loại mài m‘òn trong dầu bôi trơn động cơô tô FAW 78B-0814 60

Bảng 3.15: Độ đuc khí thải động cơ ô tô FAW78B-0873 khi chạy được quãng đường 500km trước sử dụng Chất Xado(số liệu đo trên máy MDO 2 LON) 62

Bảng 3.16: Độ đục khí thải động cơ ô tô FAW78B-0873 khi chạy được quãng đường 1000km trước sử dụng Chất Xado(số liệu đo trên máy MDO 2 LON) 62

Bảng 3.17: Độ độ khí thải động cơ ô tô FAW78B-0873 khi chạy được quãng đường 1500km trước sử dụng Chất Xado(số liệu đo trên máy MDO 2 LON) 62

Bảng 3.18: Độ đục khí thải động cơ ô tô FAW78B-0873 khi chạy được quãng đường 500km sau sử dụng Chất Xado 63

Bảng 3.19: Độ đục khí thải động cơ ô tô FAW78B-0873 khi chạy được quãng

đường 1000km sau sử dụng Chất Xado 63 Bảng 3.20: Độ đục khí thải động cơ ô tô FAW78B-0873 khi chạy được quãng

đường 1500km sau sử dụng Chất Xado 63 Bảng 3.21: Giá trị áp suất cuối kỳ nén đo được tại các xylanh của động cơ ô tô

FAW 78B-0873 khi chạy được quãng đường 500 km trước và sau sử dụng Chất Xado 64 Bảng 3.22: Giá trị áp suất cuối kỳ nén đo được tại các xylanh của động cơ ô tô

FAW 78B-0873 khi chạy được quãng đường 1000 km trước và sau sử dụng Chất Xado 65 Bảng 3.23: Giá trị áp suất cuối kỳ nén đo được tại các xylanh của động cơ ô tô

FAW 78B-0873 khi chạy được quãng đường 1500 km trước và sau sử dụng Chất Xado 66 Bảng 3.24: Hàm lượng kim loại mài mòn trong dầu bôi trơn động cơ ô tôFAW 78B-0873 67 Bảng 3.25: Độ đục khí thải động cơ ô tô FAW78B-0815 khi chạy được quãng

đường 500km trước sử dụng Chất Xado 69 Bảng 3.26: Độ đục khí thải động cơ ô tô FAW78B-0815 khi chạy được quãng

đường 1000km trước sử dụng Chất Xado 70 Bảng 3.27: Độ đục khí thải động cơ ô tô FAW78B-0815 khi chạy được quãng

đường 1500km trước sử dụng Chất Xado 70 Bảng 3.28: Độ đục khí thải động cơ ô tô FAW78B-0815 khi chạy được quãng

đường 500km sau sử dụng Chất Xado 70 Bảng 3.29: Độ đục khí thải động cơ ô tô FAW78B-0815 khi chạy được quãng

đường 1000km sau sử dụng Chất Xado 71 Bảng 3.30:Độ đục khí thải động cơ ô tô FAW78B-0815 khi chạy được quãng đường

1500km sau sử dụng Chất Xado 71 Bảng 3.31:Giá trị áp suất cuối kỳ nén đo được tại các xylanh của động cơ ô tô

FAW 78B-0815 khi chạy được quãng đường 500 km trước và sau sử dụng Chất Xado 72 Bảng 3.32: Giá trị áp suất cuối kỳ nén đo được tại các xylanh của động cơ FAW 78B-

0815 khi chạy được quãng đường 1000 km trước và sau sử dụng Chất Xado 73 Bảng 3.33: Giá trị áp suất cuối kỳ nén đo được tại các xylanh của động cơ ô tô

FAW 78B-0815 khi chạy được quãng đường 1500 km trước và sau sử dụng Chất Xado 74 Bảng 3.34: Hàm lượng kim loại mài mòn trong dầu bôi trơn động cơô tô FAW 78B-

0815 75

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Trang

Hình 1.1: Số lượng phương tiện tham giao giao thông 3

Hình 1.2: Các giai đoạn mòn trong một chu kỳ sử dụng và sự biến đổi của các tham số về cường độ mòn và mòn tích lũy (mòn tổng) của cặp ma sát (máy móc thiết bị) Z - lượng mòn tổng 6

Hình 1.3: Diễn biến các dạng hao mòn trong chu kỳ khai thác (sử dụng máy) 7

Hình 2.1: Phân bố độ đậm đặc trong tia phun diesel 15

Hình 2.2: Ảnh hưởng của nhiên liệu đến mức độ phát sinh bồ hóng 17

Hình 2.3: Thành phần hạt bồ hóng theo tính chất nhiên liệu 19

Hình 2.4: Thành phần hạt bồ hóng của động cơ đã sử dụng trên 10 năm 19

Hình 2.5: Cấu trúc chuỗi bồ hóng 20

Hình 2.6: Dạng những hạt sơ cấp 20

Hình 2.7: Mô hình cấu trúc dạng hạt sơ cấp 20

Hình 2.8: Sự hình thành và phá hoại các lớp màng ôxyt của thép 45, X 20000 25

Hình 2.9: Sơ đồ nguyên tắc của sự thay đổi cường độ hao mònphụ thuộc vào tốc độ trượt 27

Hình 2.10: Sơ đồ nguyên tắc 28

Hình 2.11: Đường ghi biến dạng bề 28

Hình 2.12:Sự thay đổi dạng hao mòn khi thay đổi tính chất cơ học của bề mặt chịu ma sát 28

Hình 2.13: Hao mòn xylanh theo phương đường kính của các loại động cơ khác nhau 32

Hình 2.14: Ảnh hưởngcủa nhiệt độ làm mát đến hao mòn của các xylanh động cơ ε; hao mòn xylanh sau hành trình 1000km ; t nhiệt độ của nước làm mát 32

Hình 2.15: Các giai đoạn hình thành lớp bề mặt khi sử dụng Chất Xado 36

Hình 2.16: a) Xylanh động cơ trước khi phục hồi Xado; b) Xylanh động cơ sau khi phục hồi bằng Xado 36

Hình 3.1: Thiết bị đo áp suất cuối kì nén của động cơ 38

Hình 3.2: Máy đo phân tích khí xả MDO 2LON 38

Hình 3.3: Thiết bị đo số vòng quay của động cơ 39

Hình 3.4: Bơm hút dầu bôi trơn trong cácte động cơ nghiên cứu 39

Hình 3.5: Thiết bị phân tích quang phổ của Viện Công nghệ - Môi trường Đại học Nha Trang, dùng xác định hàm lượng kim loại mài mòn trong dầu bôi trơn động cơ 40

Hình 3.6: Ô tô tải FAW 78B-0873; 78B-0814;78B-0815 41

Hình 3.7: Động cơ diesel loại CA1031K4 lắp trên ô tô FAW 42

Hình 3.8: Bộ khung của động cơ CA1031K4 43

Hình 3.9: Hệ thống truyền lực động cơ CA1031K4 44

Hình 3.10: Hệ thống trao đổi khí động cơ CA1031K4 44

Hình 3.11: Sơ đồ kết cấu nguyên lý hệ thống nhiên liệu động cơ CA1031K4 45

Hình 3.12: Sơ đồ kết cấu nguyên lí của hệ thống bôi trơn động cơ CA1031K4 45

Hình 3.13: Sơ đồ kết cấu nguyên lý hệ thống làm mát động cơ CA1031K4 46

Hình 3.14: Sơ đồ khối hệ thống khởi động điện động cơ CA1031K4 46

Hình 3.15: Chất Xado diesel dạng tuýp 48

Hình 3.16: Thao tác đưa chất Xado vào các te động cơ CA1031K4 49

Hình 3.17: Đạp ga để thực hiện qui trình đo độ đục khí xả của động cơ ô tô tải FAW 50 Hình 3.18: Đo áp suất cuối kỳ nén trên động cơ CA1031K4 51

Hình 3.19: Lấy mẫu dầu bôi trơn trong các te của động cơ nghiên cứu 51

Hình 3.20: Pha chế các mẫu thí nghiệm để tiến hành phân tích 53

Hình 3.21: Đồ thị biểu diễn độ đục khí thải của động cơ ô tô FAW 78B-0814chạy ở quãng đường (500÷1000)km trước và sau sử dụng chất Xado 56

Hình 3.22: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi áp suất cuối kì nén các xylanh động cơ ô tô FAW 78B-0814 trước và sau sử dụng Chất Xado khi chạy được quãng đường 500km 57

Hình 3.23: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi áp suất cuối kì nén các xylanh động cơ FAW 78B-0814 trước và sau sử dụng Chất Xado chạy được quãng đường 1000km 58

Hình 3.24: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi áp suất cuối kì nén các xylanh động cơ ô tô FAW 78B-0814 trước và sau sửdụng Chất Xado chạy được quãng đường 1500km 59

Hình 3.25: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi hàm lượng hao mòn Fe của động cơ ô tô FAW 78B-0814 trước và sau sử dụng Chất Xado quãng đường chạy được (500÷1500)km 60

Hình 3.26: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi hàm lượng hao mòn Al của động cơ ô tô FAW 78B-0814 trước và sau sử dụng Chất Xado quãng đường chạy được (500÷1500)km 61

Hình 3.27: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi hàm lượng hao mònCu của động cơ ô tô FAW 78B-0814 trước và sau sử dụng Chất Xado quãng đường chạy được (500÷1500)km 61

Hình 3.28: Đồ thị biểu diễn độ đục khí thải của động cơ ô tô FAW 78B-0873chạy ở quãng đường (500÷1000)km trước và sau sử dụng chất Xado 64

Hình 3.29: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi áp suất cuối kì nén các xylanh động cơ ô tô

FAW 78B-0873 trước và sau sử dụng Chất Xado, chạy được quãng đường 500km 65 Hình 3.30: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi áp suất cuối kì nén các xylanh động cơ

FAW 78B-0873 trước và sau sử dụng Chất Xado, chạy được quãng đường 1000km 66 Hình 3.31: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi áp suất cuối kì nén các xylanh động cơ

FAW 78B-0873 trước và sau áp dụng Chất Xado, chạy được quãng đường 1500km 67 Hình 3.32: Đồ thị biễu diễn sự thay đổi hàm lượng mài mòn Fe của động cơ ô tô

FAW 78B-0873 trước và sau sử dụng Chất Xado 68 Hình 3.33: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi hàm lượng mài mòn Al của động cơ ô tô

FAW 78B-0873 trước và sau sử dụng Chất Xado 68 Hình 3.34: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi hàm lượng mài mòn Cu của động cơ ô tô

FAW 78B-0873 trước và sau sử dụng Chất Xado 69 Hình 3.35: Đồ thị biểu diễn độ đục khí thải của động cơ ô tô FAW 78B-0815chạy ở

quãng đường (500÷1000)km trước và sau sử dụng chất Xado 71 Hình 3.36: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi áp suất cuối kì nén các xylanh động cơ ô tô

FAW 78B-0815 trước và sau sử dụng Chất Xado, chạy được quãng đường 500km 72 Hình 3.37: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi áp suất cuối kì nén các xylanh động cơ ô tô

FAW 78B-0815 trước và sau sử dụng Chất Xado, chạy được quãng đường 1000km 73 Hình 3.38: Đồ thị biểu diễn hiện sự thay đổi áp suất cuối kì nén các xylanh động cơ

ô tô FAW 78B-0815 trước và sau áp dụng Chất Xado, chạy được quãng đường 1500km 74 Hình 3.39: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi hàm lượng mài mòn Fe của ô tô FAW 78B-

0815 trước và sau sử dụng Chất Xado 75 Hình 3.40: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi hàm lượng mài mòn Al của ô tô FAW 78B-

0815 trước và sau sử dụng Chất Xado 76 Hình 3.41: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi hàm lượng mài mòn Cu của ô tô FAW 78B-

0815 trước và sau sử dụng Chất Xado 76

MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài:

Theo tổ chức Hợp tác và Phát triển kinh tế (OECD) vừa công bố báo cáo (tháng 5/2012) về triển vọng môi trường toàn cầu đến năm 2050, nếu không có sự cải thiện

so với hiện nay, ô nhiễm không khí đô thị sẽ trở thành "sát thủ toàn cầu", có thể giết

chết khoảng 3,6 triệu người mỗi năm trên thế giới Nồng độ ô nhiễm không khí ở một

số thành phố, đặc biệt ở Châu Á, đã vượt xa mức an toàn của Tổ chức y tế thế giới Đến năm 2050, số vụ tử vong do tiếp xúc các hạt vật chất được dự báo sẽ tăng gấp đôi hiện nay

Về chất lượng không khí, Việt Nam là một trong 10 nước có không khí đô thị ô nhiễm nhất thế giới (Theo nghiên cứu của trường Đại họcYale và Columbia của Mỹ công bố tại Diễn đàn Kinh tế thế giới tháng 3/2012)

Trong các nguồn gây ô nhiễm không khí, ô nhiễm do động cơ đốt trong ô tô phát thải là nguồn gây ô nhiễm lớn nhất Quá trình hoạt động, động cơ đốt trong ô tô thải ra các chất gây ô nhiễm như CO, CO2, NOx, HC, bồ hóng…Ngoài việc gây ô nhiễm trực tiếp, các chất thải này khi phát tán vào không khí sẽ bị phân tích hoặc tổng hợp để tạo ra các tác nhân khác, gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người cũng như đến môi trường sinh thái, khí hậu

Kiểm soát khí thải phương tiện xe cơ giới tham gia giao thông tại các thành phố lớn là một yêu cầu cấp thiết hiện nay Chính phủ đã ban hành Quyết định số 249/2005/QĐ-TTg ngày 10/10/2005 quy định tiêu chuẩn khí thải tương đương mức Euro 2 Chỉ thị số 46/2004/CT-TTg và Nghị định số 23/2004/NĐ-CP của Chính phủ loại bỏ ô tô quá niên hạn sử dụng

Thực trạng việc kéo dài thời gian sử dụng ô tô cũ tại Việt Nam trong đó có tỉnh Phú Yên rất thông dụng, điều này gây ô nhiễm môi trường khá nghiêm trọng Tại Trung Tâm Đào Tạo Lái Xe Trường Cao Đẳng Nghề Phú Yên với lưu lượng 520 học viên / khóa đòi hỏi một lượng xe ô tô không nhỏ để đáp ứng nhu cầu người học kèm theo đó lượng khí thải gây ô nhiễm môi trường rất lớn, vì ô tô cũ chiếm 60% riêng ô

tô tải đào tạo hạng B hiệu FAW chiếm 50%

Quá trình sử dụng, do ma sát, điều kiện và môi trường làm cho động cơ đốt trong bị hao mòn, ảnh hưởng đến tính năng kỹ thuật và hiệu quả khai thác kỹ thuật động cơ

Chất Xado đã được Cấp bản quyền Quốc tế, đã thương mại hóa, có thể có khả năng ứng dụng vào việc giảm thiểu chất gây ô nhiễm môi trường của ĐCĐT

Tại Việt Nam cho đến thời điểm này chưa có bất kỳ công trình khoa học nào công bố về ảnh hưởng của Chất Xado đến thành phần độc hại phát thải và hao mòn của động cơ ô tô

Vì vậy tôi chọn thực hiện đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của Chất Xado đến

thành phần độc hại phát thải và hàm lượng kim loại hao mòn của động cơ diesel lắp trên ô tô tải FAW sản xuất năm 2005 ”.

Mục tiêu nghiên cứu:

N/cứu ảnh hưởng của Chất Xado đến thành phần khí thải độc hại của động cơ diesel loại CA1031K4 Lắp trên ô tô tải FAW sx 2005

N/cứu ảnh hưởng của chất Xado đến hàm lượng kim loại hao mòn của động cơ diesel loại CA1031K4 lắp trên ô tô tải FAW sx 2005

Đối tượng nghiên cứu:

Động cơ CA1031K4 lắp trên ô tô hiệu FAW đang hoạt động tại Trung tâm đào tạo lái xe Trường Cao Đẳng Nghề Phú Yên

Phạm vi, nội dung nghiên cứu:

Đặc điểm Chất Xado diesel và ứng dụng

Một số đặc điểm kỹ thuật trước và sau sử dụng Chất Xado của động cơ CA1031K4 lắp trên ô tô tải FAW: Xác định độ đục khí thải [ K%], xác định áp suất cuối kỳ nén (pc), xác định hàm lượng kim loại hao mòn trong dầu bôi trơn

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:

Đề tài mang ý nghĩa thực tế, thiết thực Hy vọng là một trong số các biện pháp

có khả năng giảm thiểu chất phát thải gây ô nhiễm môi trường và hao mòn của động

cơ lắp trên ô tô tải FAW cũ, góp phần thực hiện nghiêm chỉnh tiêu chuẩn khí thải Euro

2 mà Chính phủ yêu cầu đồng thời duy trì khả năng hoạt động của đội xe này đặc biệt trong tình hình kinh tế khó khăn hiện nay mà không cần tháo rời sửa chữa

Nội dung luận văn gồm có 4 chương cấu trúc như sau :

Chương 1: TỔNG QUAN

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

Chương 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT

Qua đây tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến Ban Giám Hiệu, Ban Chủ nhiệm Khoa Kỹ thuật Giao thông, Trường Đại học Nha Trang đã tạo điều kiện cho tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu tại Trường

Đặc biệt tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến TS Lê Bá Khang đã tận tình hướng dẫn, động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của: Quí thầy cô giáo trong Khoa Kỹ thuật Giao thông, Trường Đại học Nha Trang, Trường Cao Đẳng nghề Phú Yên, Trung tâm Đăng kiểm xe cơ giới Phú Yên, gia đình, bạn bè và đồng nghiệp luôn động viên, giúp

đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn!

Nha Trang, ngày tháng năm 2013

Học Viên

Nguyễn Ngọc Đàn

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Ô nhiễm không khí và các biện pháp giảm độc hại gây ô nhiễm do ô tô gây ra 1.1.1.Ô nhiễm không khí [3]

Trên thế giới, ô nhiễm môi trường do khí xả của động cơ gây ra đã là mối quan tâm của nhiều quốc gia từ lúc nền công nghiệp ô tô phát triển Theo thời gian, danh sách các chất ô nhiễm ngày càng trở nên chi tiết hơn, giới hạn nồng độ của chúng trong khí xả ngày càng trở nên khắt khe hơn và ngày càng nhiều quốc gia hưởng ứng vấn đề chống ô nhiễm môi trường do khí xả ô tô gây ra

Các chất phát thải từ động cơ ô tô có tính độc hại đối với môi trường và sức khỏe của con người là CO, HC, NOx, các chất thải dạng hạt (Particulale Matter viết tắt

là P-M), các hợp chất chứa chì Pb (đối với động cơ dùng xăng pha chì), các hợp chất chứa lưu huỳnh…vv

Ô-xýt-các-bon (CO) hay còn gọi là mô-nô-xít-các-bon là sản phẩm cháy của C trong nhiên liệu trong điều kiện thiếu ôxy Mô-nô-xít-các-bon ở dạng khí không màu, không mùi Khi kết hợp với sắt có trong sắc tố của máu sẽ tạo thành một hợp chất ngăn cản quá trình hấp thụ ôxy của hê-mô-glo-bin trong máu, làm giảm khả năng cung cấp ôxy cho các tế bào trong cơ thể mô-nô-xít-các-bon rất độc, chỉ với một hàm lượng nhỏ trong không khí có thể gây cho con người tử vong Hàm lượng cực đại cho phép [CO] = 33mg/m3

Các-bua-hy-đro (HC) có trong nhiên liệu hoặc dầu bôi trơn không cháy hết chứa trong khí thải Các-bua-hy-đro có rất nhiều loại Mỗi loại có ảnh hưởng mức độ độc hại khác nhau nên không thể đánh giá chung một cách trực tiếp Ví dụ, pa-ra-phin

và naph-ta-nin có thể coi là vô hại Trái lại, các loại các-bua-hy-đro thơm thường rất độc, ví dụ như các-bua-hy-đro có nhân ben-zen (3 hoặc 4 nhân) có thể gây ung thư Để đơn giản khi đưa ra các tiêu chuẩn về môi trường, người ta chỉ đưa ra thành phần các-bua-hy-đro tổng cộng trong khí thải (Total Hydrocacbon viết tắt là TH) Các-bua-hy-đro tồn tại trong khí quyển còn gây ra sương mù, gây tác hại cho mắt và niêm mạc

đường hô hấp

Ô-xýt-ni-tơ (NOx) là sản phẩm ôxy hóa ni-tơ có trong không khí (được đưa vào buồng cháy động cơ) trong điều kiện nhiệt độ cao Do ni-tơ có nhiều hóa trị nên ô-xýt-

ni-tơ tồn tại ở nhiều dạng khác nhau, được gọi chung là NOx Trong khí thải của động

cơ đốt trong NOx tồn tại ở hai dạng chủ yếu là NO2 và NO

• Pe-ô-xýt-ni-tơ (NO2) là một khí có mùi gắt, màu nâu đỏ Với một hàm lượng nhỏ cũng có thể gây tác hại cho phổi, niêm mạc Khi tác dụng với hơi nước sẽ tạo thành a-xít gây ăn mòn các chi tiết máy và đồ vật, giới hạn cho phép [NO2] = 9mg/m3

• Ni-tơ-mô-nô-ô-xýt (NO) là thành phần chủ yếu của NOx trong khí thải NO là một khí không mùi, gây tác hại cho hoạt động của phổi, gây tổn thương niêm mạc Trong khí quyển, NO không ổn định nên bị ôxy hóa tiếp thành NO2 và kết hợp với hơi nước tạo thành a- xít-ni-tơ-ríc, giới hạn cho phép [NO] = 9mg/m3

Hợp chất chứa lưu huỳnh (SO2)là một khí không màu, có mùi gắt và gây tác hại đối với niêm mạc Khi kết hợp với nước tạo thành a-xít yếu H2SO3, giới hạn cho phép [SO2] = 2ml/m3

Chất thải dạng hạt (P-M), có trong khí thải ở dạng rắn và lỏng (trừ nước) ở nhiệt độ nhỏ hơn 52oC Các hạt rắn chủ yếu là muội than hay còn gọi là bồ hóng (soot) sinh ra do phân hủy nhiên liệu và dầu bôi trơn Muội than gây độc hại với con người trước hết đối với đường hô hấp Ngoài ra một số loại các-bua-hy-đrô thơm bám vào muội than có thể gây ung thư Đối với môi trường, P-M còn là tác nhân gây sương mù,

ảnh hưởng đến giao thông và sinh hoạt của con người

Ngoài ra, còn có CO2 là thủ phạm chính gây ra hiệu ứng nhà kính

Nồng độ các chất độc hại trong khí quyển là một thông số rất quan trọng đánh giá mức độ ô nhiễm Nồng độ độc hại phụ thuộc trước hết vào mức độ tập trung công nghiệp và giao thông, thời gian hoạt động cao điểm vv… Nồng độ độc hại cho phép được ban hành bởi các cơ quan chức năng để bảo vệ sức khỏe của nhân dân và báo động khi nồng độ độc hại vượt quá giới hạn cho phép

Các chất độc hại gây bệnh dịch, ung thư vv… ảnh hưởng đến sức khỏe con người một thành tố quan trọng của môi trường

Đối với môi trường thiên nhiên, độc hại sẽ làm giảm sản lượng mùa màng, ô nhiễm môi trường khí quyển, đất và nước Cụ thể, gây xói mòn và làm bạc màu đất canh tác, phá hủy rừng và đẩy nhanh tốc độ ăn mòn phá hủy các công trình kiến trúc…

Đối với khí hậu, các chất độc hại phá hủy dần dần tầng ô-zôn được coi như tấm

áo che chắn giảm thiểu tác hại của tia cực tím và tia vũ trụ đối với trái đất Đặc biệt

nguy hiểm, một số chất độc hại gây hiệu ứng nhà kính làm biến đổi khí hậu nhanh chóng trái đất

Một số quốc gia đã sớm đặt vấn đề ô nhiễm môi trường do khí xả động cơ gây

ra như: Đức 1910, Mĩ 1959, Pháp 1963, Nhật 1966, tiếp theo là những nước trong cộng đồng Châu Âu, Canada, Úc, các nước Châu Á (Singapore, Đài Loan, Hàn Quốc…) [3]

Năm 1967, theo cộng đồng Châu Âu: "Không khí gọi là ô nhiễm khi thành phần của nó bị thay đổi hay khi có sự hiệndiện của những chất lạ gây ra những tác hại mà khoa học chứng minh được hay gây ra sự khó chịu đối với con người"[3]

Ở Việt Nam, theo nguồn tin của Cục bảo vệ môi trường năm 2006 cho biết hoạt động giao thông vận tải là nguồn gây ô nhiễm chính Nước ta đang có tốc độ đô thị hóa khá nhanh Đồng hành với tốc độ đó thì lượng phương tiện giao thông vận tải cũng tăng nhanh Sự tăng vọt về phương tiện giao thông để đáp ứng nhu cầu đô thị hóa được thể hiện qua hình 1.1

Hình 1.1: Số lượng phương tiện tham giao giao thông

Từ hình 1.1 ta thấy mức độ tăng rất nhanh của lượng ô tô tải Cụ thể, từ tháng

07 năm 2007 có khoảng hơn 250 nghìn chiếc ô tô tải thì đến tháng 3 năm 2009 đã có hơn 400 nghìn chiếc Tỉ lệ tăng bình quân trong năm là gần 60% Như vậy, nếu giữ nguyên tốc độ tăng là 60%/năm thì đến tháng 3 năm 2015, số xe tải sẽ là 1.440.000 chiếc Sự tăng vọt của phương tiện giao thông làm nồng độ phát thải chất ô nhiễm ra môi trường tăng đột biến Xe tải thải ra chất ô nhiễm chiếm tỉ lệ cao nhất là 87% NOx , 55% SO2 và 22% HC

Năm 1997, PGS.PTS Trần Văn Tế Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã chủ trì đề tài nghiên cứu cấp Bộ - T19-97, “Nghiên cứu ô nhiễm môi trường do khí thải của ĐCĐT gây

ra” Đề tài đã chỉ ra rằng hầu hết các ô tô cũ đang sử dụng ở Việt Nam đều không đạt chỉ tiêu về ô nhiễm môi trường theo tiêu chuẩn Việt Nam

Việt Nam là một trong những nước bị ảnh hưởng ô nhiễm nặng Đặc biệt là ô nhiễm không khí do chất phát thải từ ô tô gây ra

Giảm thiểu ô nhiễm môi trường là một chương trình quốc gia hiện nay của Nhà Nước Việt Nam

1.1.2 Các biện pháp giảm ô nhiễm do khí thải động cơ ô tô gây ra[3]

-Hoàn thiện động cơ về kết cấu

- Sử dụng động cơ diesel sạch (CDC)

- Hoàn thiện quá trình đốt cháy nhiên liệu trong xy lanh

- Hồi lưu một bộ phận khí xả trên động cơ diesel

- Hồi lưu khí xả kết hợp với bộ xúc tác

- Sử dụng nhiên liệu và năng lượng sạch :

+Khí dầu mỏ hóa lỏng LPG

+Khí thiên nhiên

+Năng lượng điện

+Pin nhiên liệu

+ Công nghệ xử lý khí thải Bluetec

+ Sử dụng Công nghệ xử lý khí thải của Nissan

Với cách kết hợp lớp hấp thu HC trong khoang xúc tác hấp thu khí NOx mà H2

và CO ngay khi được giải phóng sẽ tiếp tục phản ứng với NOx tạo thành N2, CO2, và H2O

+ Sử dụng xúc tác chuyển hóa NOx của Perovskite

Perovskites là một lớp các khoáng chất ôxýt hỗn hợp La1-X Srx COO3, La1-X

SrxMnO3 Có thể dùng làm xúc tác để chuyển đổi NO thành NO2 trong khí thải động

cơ diesel

+ Xúc tác dùng Công nghệ nano đơn của Mazda

Sử dụng Công nghệ nano đơn để tạo ra một bộ xúc tác có cấu trúc kim loại giúp giảm sử dụng kim loại quý như bạch kim hay palladium Tổng lượng kim loại sử dụng trong bộ xúc tác có thể giảm được từ (70÷90)%

Các công nghệ xử lý khí thải nêu trên là công nghệ tiên tiến trên thế giới Giảm thiểu được 95% NOx, (85÷95)% PM.Tuy nhiên, các công nghệ này mới được nghiên cứu và đưa vào sử dụng ở các nước phát triển như Mỹ, Đức, Nhật Giá thành của các

bộ xúc tác này khá cao

1.2 Hao mòn máy móc [9]

Phần lớn máy móc (85÷90)% không tiếp tục làm việc được vì nguyên nhân hao mòn các chi tiết Hao mòn làm giảm kích thước của cặp ma sát mà hậu quả của nó làm giảm chức năng làm việc của cặp ma sát nói riêng và toàn hệ thống máy móc nói chung

Thế giới hàng trăm ngàn các máy móc thiết bị loại ra khỏi dây chuyền sản xuất

do hậu quả của hao mòn Chi phí cho việc sửa chữa máy móc thiết bị và các phương tiện vận tải ở Liên Xô vào những năm 1978 là 40 tỉ rúp một năm và hàng năm còn tăng thêm 1 tỉ rúp nữa Chi phí này ở Mỹ hàng năm là 48,6 tỷ đôla [9]

Hội nghị về giảm độ mòn trong kỹ thuật tổ chức ở Mỹ năm 1976 đã kết luận rằng việc ứng dụng kỹ thuật ma sát sẽ tiết kiệm cho nước Mỹ hàng năm từ 12 đến 16

tỷ đôla [9]

Báo cáo của Hội ma sát Anh năm 1966 thừa nhận hàng năm hiệu quả kinh tế do ứng dụng các thành tựu của kỹ thuật ma sát học là 500 triệu bảng Anh tương đương với 2% thu nhập của nền kinh tế Anh

Tại Tây Đức, tổn thất do ma sát mòn trong máy trong năm 1974 lên tới 100 tỷ mác, chiếm trên 1% ngân sách [9]

Ở Mỹ, theo công bố mới đây của chương trình ECUT việc hoàn thiện các quá trình Tribology có thể tiết kiệm cho nước Mỹ 4,22 TJ năng lượng [5]

Các nhà khoa học phân loại các dạng hao mòn theo 3 cách:

- Cách thứ nhất, dựa trên cơ sở hình dáng và kích thước vết mòn trên bề mặt

- Cách thứ hai, dựa trên cơ chế dẫn đến hao mòn

- Cách thứ ba, dựa trên nguyên nhân làm hao mòn

Theo cách thứ nhất có: hao mòn rỗ (pitting wear), nứt vỡ (spalling) cày xước (Scratched), sự mài bóng (polishing), nứt rạn (crazed), gậm nhấm (pretting), đục khoét (gouge), bào mòn (scufing)

Về cơ chế dẫn đến hao mòn có thể mòn do mài mòn (abrasive wear), mòn do

mỏi (surface fatigue wear), mòn do dính bám (adhesive wear) mòn do sói mòn (cavitation wear)…

Theo nguyên nhân làm hao mòn có:

I- Giai đoạn chạy rà hay còn gọi là giai đoạn thử máy

II- Giai đoạn (thời gian) sử dụng trong một chu kỳ

III- Giai đoạn quá giới hạn sử dụng về mặt kỹ thuật có thể dẫn đến phá huỷ bề mặt

Hình 1.2: Các giai đoạn mòn trong một chu kỳ sử dụng và sự biến đổi của các tham số về cường

độ mòn và mòn tích lũy (mòn tổng) của cặp ma sát (máy móc thiết bị) Z - lượng mòn tổng.

Hình 1.3:Diễn biến các dạng hao mòn trong chu kỳ khai thác (sử dụng máy)

Khi nghiên cứu cơ chế mài mòn, không thể bỏ qua những đặc điểm của sự phân

bố độ mòn giữa các bề mặt trong cặp ma sát Ở cùng một điều kiện, độ mòn của những chi tiết có vật liệu như nhau sẽ bằng nhau Nếu vật liệu khác nhau, cường độ mòn của mỗi chi tiết được xác định bỡi dạng mòn Có thể xảy ra là trong dạng mòn này một chi tiết bị mòn nhiều hơn ở dạng khác, chi tiết khác Đã có một số thử nghiệm để giải thích ảnh hưởng của diện tích bề mặt đến độ mòn khối lượng Giả thuyết đầu tiên của V.X Ratrich và A.X Ratrich [9] là sự thay đổi dấu của ứng suất sẽ làm tăng độ mòn của chi tiết quay Giả thiết thứ hai của viện sĩ V.Đ Cudơnhétxôv là xuất hiện lẹo kim loại trên

bề mặt có diện tích nhỏ Những lẹo có độ cứng cao sẽ cào và làm mòn bề mặt có diện tích lớn Giả thiết thứ ba lại cho rằng sự phá hủy xảy ra ở những chỗ yếu biệt lập có ở vật liệu chi tiết Bề mặt lớn có nhiều chỗ yếu hơn sẽ mòn nhanh hơn

Khi nghiên cứu sự mài mòn của các chi tiết có các bề mặt ma sát không bằng nhau B.V.Prôtaxôv đã đi đến kết luận rằng sự phân bố nhiệt giữa các chi tiết có vai trò quyết định Theo ông vật mòn nhanh hơn là vật quay nhanh hơn nên cần được làm nguội nhiều hơn [9]

Khi nghiên cứu mòn của lót xylanh, bạc lót và xecmăng A.A Xtaroxenxki và A.A Vaxecman [9] đã chỉ ra về khối lượng độ mòn bạc lót và xylanh lớn hơn so với xecmăng, nguyên nhân chính do quãng đường của các phần tử mòn ở bạc lớn hơn quãng đường của xecmăng vài lần

Điều kiện ma sát có ảnh hưởng quyết định đến tỉ số độ mòn của các bề mặt ma sát Vì vậy các tỉ số này là một trong các tiêu chuẩn của sự mô hình hóa các quá trình

xảy ra trên các bề mặt ma sát các thí nghiệm của V.Vinkenx chỉ rõ, khi mòn hạt mài, xylanh bị mòn nhiều nhất ở phần giữa, khi mòn ôxy hóa lại ở phần trên [9]

Ở Việt Nam, trong những năm 1975 phòng thí nghiệm ma sát của Trường đại học Bách khoa Hà Nội do GS.TSKH Nguyễn Anh Tuấn đứng đầu đã nghiên cứu về mòn của vật liệu trong điều kiện khí hậu nhiệt đới, biện pháp nâng cao tuổi thọ của cặp

ma sát cơ bản của máy [9]

Năm 1983, Nguyễn Văn Thêm và Nguyễn Anh Tuấn [12] đã nghiên cứu tính độ mòn sống trượt máy công cụ bằng phương pháp giải tích

Năm 2000, PGS.TS Nguyễn Phú Ấp [13] đã nghiên cứu ứng dụng công nghệ thấm Cacbon Nitơ thể khí để nâng cao tuổi bền chi tiết ngành giao thông vận tải

Năm 2003, Nghiên cứu sinh Phan Thạch Hổ, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã nghiên cứu về mòn của bạc ngõng chính trục khuỷu động cơ diesel

Năm 2012, TS Phạm Hữu Tân, Trường Đại học Hàng Hải [14] đã nghiên cứu mối quan hệ giữa rò lọt và mài mòn trong bơm piston rotor hướng trục

1.3 Chất Xado và ứng dụng

1.3.1 Giới thiệu Chất Xado [11]

Chất Xado bước đầu nghiên cứu trong những năm (1970÷1972) và sau hơn 20 năm, năm 1996 được công bố, sản phẩm Revitalizant Xado ra đời Ban đầu chủ yếu phục vụ cho kỹ thuật quân sự, mãi đến năm 1999 sản phẩm mới được thương mại hóa

trên thị trường

Hóa chất Revitalizant Xado (gọi tắt Chất Xado - là loại hóa chất mới, tổ hợp rất nhiều chất khoáng chất dạng hạt rất nhỏ cỡ từ 3µm đến 5µm, chất kích thích đặc biệt, chất xúc tác và nhiều chất khác) là nội dung chính của Công nghệ Xado

Công nghệ Xado là một phương pháp bảo dưỡng và sửa chữa dự phòng, phương pháp sửa chữa phục hồi hay phương pháp hóa bền bề mặt - nâng cao độ chính xác và chất lượng chi tiết

Công nghệ Xado có tên gọi là Công nghệ tiết kiệm nguyên nhiên liệu (Energy Resources Saving Technology) hay Công nghệ sửa chữa ngay trong quá trình vận hành (In Place Repair Technology Xado) hay Công nghệ gốm kim loại Xado (Matalceramic Technology Xado) hay Công nghệ xanh (Green Tech)

Chất Xado do Tập đoàn Xado của Ucraina sản xuất Tập đoàn Xado có tổng đại

lý và chi nhánh ở 32 nước Mạng lưới bán hàng trên 70 quốc gia, chất Xado của tập

đồn được áp dụng rộng trên thế giới, đã đăng ký bằng sáng chế tại Mỹ, Đức, Nga, Ucrane, Trung Quốc, Úc, Cộng hịa Nam Phi, vv…Thương hiệu sản phẩm Xado đã đăng kí Sở hữu Quốc tế theo thỏa ước Madrid, được thừa nhận bảo vệ trên 70 nước

Ở nước ngồi, một số nước sớm áp dụng Cơng nghệ Xado như Ucraina, Nga đã mang lại nguồn lợi cho ngành cơng nghiệp từ (2÷7) lần [11]

- Ứng dụng nhiều nhất và khá điển hình đĩ là dùng Xado phục hồi động cơ và các cơ cấu cơ khí trên xe ơ tơ

- Tại Ucraina và một số nước đã sử dụng Xado phục hồi xy lanh của các hãng

xe nổi tiếng trên thế giới như BMW, Ford, Mitsubishi, VAZ, Caterpillar

- Tại Trường Đại học Khơng gian N.Ye.Zhukovsky đã dùng Xado cho cặp trục

- bạc động cơ chính máy bay Kết quả, bề mặt làm việc khơng phát hiện bị mịn, tại vùng chịu tải bề dày thành bạc tăng (10÷30)µm, vùng khơng chịu tải bề dày thành bạc tăng 14µm, trọng lượng bạc tăng trên 70mg, độ cứng HB tăng (23÷25) [11]

- Tại Nga, tháng 1/2006 nhờ một phần sử dụng Cơng nghệ Xado cho đội xe KAMAZ mà đội đã giành giải nhất trong cuộc đua xe tải đường trường Pari- Đacka

2006 lần thứ 7 [11]

Trong nước, năm 2004, tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh, KS Mai Văn Tịnh đã “Nghiên cứu ứng dụng Cơng nghệ Xado nhằm tăng bền các thiết bị cơ khí” (Luận án tốt nghiệp Cao học) [10], cho kết quả:

- Dùng dầu bơi trơn Xado bơi trơn bộ truyền bánh răng hộp số, độ cứng tế vi (HV) của bề mặt răng cĩ sử dụng chất Xado là 432,5 so với bánh răng được chế tạo cùng vật liệu đó khi sử dụng dầu bơi trơn bình thường 193,6 tăng 238,9

- Dùng mỡ Xado bơi trơn bộ truyền bánh răng máy tiện CHARLES, độ cứng tế

vi (HV) của bề mặt răng đo được là 392,7 so với bánh răng được chế tạo cùng vật liệu

đĩ khi sử dụng mỡ bơi trơn bình thường 265,1 tăng 127,6 (HV)

- Tại Viện Vật lý - Trung tâm Khoa học và Cơng nghệ Quốc gia đã thử nghiệm dùng Chất Xado cho xe gắn máy Kết quả sau xử lý Xado xe hoạt động bình thường trên chặng đường 64,3 km với tốc độ (50÷70) km/h mà khơng sử dụng dầu bơi trơn cho xe [10]

- Cơng ty Vinappro sử dụng Chất Xado cho động cơ DS 60 - số máy 11288 (đã qua sử dụng, tình trạng kỹ thuật cịn 70%) Kết quả sau 70 giờ chạy rà và chạy tải trong điều kiện xả hết dầu bơi trơn với thời gian 50 phút, đo cơng suất động cơ trước

và sau khi xả dầu tăng từ 5,18 Hp/2200v/ph lên 5,4Hp/ 2400v/ph Trong thời gian chạy tải không có dầu bôi trơn động cơ vẫn hoạt động bình thường và sau khi nạp lại dầu bôi trơn mới cho động cơ, công suất động cơ không thay đổi so với trước khi xả dầu bôi trơn [10]

- Tại nhà máy thép Thủ Đức, Công ty thép Miền nam đã sử dụng công nghệ mới này trên vòng bi Kết quả vòng bi có sử dụng mỡ Xado sau 500 giờ hoạt động nhiệt độ đo được giảm 200C [10]

- Năm 2007 TS Lê Bá Khang, Trường Đại học Nha Trang đã chủ trì thực hiện

đề tài khoa học Cấp Bộ - B2007-13-19 “Nghiên cứu ứng dụng Công nghệ Xado để nâng cao hiệu quả sử dụng động cơ diesel tàu thủy công suất nhỏ, tốc độ cao”[4] Đề tài đã xây dựng được quy trình sử dụng chất Xado gồm 4 bước, sử dụng 5,7 ml Chất Xado Diesel/1 lít dầu bôi trơn động cơ Sau sử dụng chất Xado cho động cơ tiêu thụ nhiên liệu giờ trung bình (GnlTB) giảm (10,42÷12,09 %), dầu bôi trơn giảm (18,2÷23,1%), chi phí sửa chữa giảm ≥ 30% mà không phải dừng sản xuất để sửa chữa máy, máy tăng tốc tốt hơn, chạy êm hơn, dễ nổ hơn, ít khói hơn (động cơ Diesel Yanmar tàu thủy, công suất nhỏ, tốc độ cao, đã qua trên 15 năm sử dụng, lượng dầu bôi trơn cácte < 15 lít) Đề tài chưa nghiên cứu đến độ bền, hàm lượng chất độc hại phát thải của động cơ diesel tàu thủy công suất nhỏ, tốc độ cao khi sử dụng Chất Xado

1.3.2 Phạm vi ứng dụng Chất Xado và hiệu quả [11]

2.3.3.1 Phạm vi ứng dụng

Cặp chi tiết tiếp xúc ma sát kim loại – kim loại và có ít nhất một bên là kim loại đen, cấp độ hao mòn dưới 100% [máy móc, thiết bị có độ hao mòn (70÷100)% phải dùng liều lượng tăng cường phù hợp], không có chi tiết máy hư hỏng cơ học (kẹt, nứt, gãy, sứt, mẻ, rỗ và xước sâu), hệ ma sát đủ mạnh và phải có đúng, đủ Chất Xado trong vùng tiếp xúc ma sát giữa hai bề mặt tiết máy,vận hành đủ thời gian qui định

Nên sử dụng Chất Xado đúng phạm vi và thời điểm mới thu được hiệu quả cao

Cụ thể khi máy móc, thiết bị còn đang hoạt động và có độ mòn chưa cao là kinh tế nhất Máy móc, thiết bị hao mòn quá nặng trên 100% phải kết hợp sửa chữa thông thường trước rồi mới dùng Xado

Xado tương thích với mọi loại dầu mỡ, không tác động và làm thay đổi tính chất của dầu mỡ Có thể dùng Xado chung với mọi loại dầu mỡ

Chất Xado không áp dụng cho tiết máy là vật liệu phi kim loại, máy có hệ thống bôi trơn kiểu thấm xốp, máy làm việc bằng hiệu ứng ma sát

Cần phải nhấn mạnh rằng những máy móc, thiết bị đang lắp ráp, máy mới 100%, máy vừa kết thúc giai đoạn chạy rà cỡ (10÷20)% hành trình làm việc đầu tiên, những máy móc, thiết bị chế tạo từ dây chuyền công nghệ không cao, hóa bền yếu, độ chính xác thấp là đối tượng sử dụng Xado Các cơ sở sản xuất, chế tạo, lắp ráp máy nói trên sử dụng Xado để đổi mới nâng cấp công nghệ tạo ra sản phẩm mới, chất lượng cao hơn với chi phí đầu tư rất thấp, chỉ là chi phí mua Chất Xado

Đối với máy móc, thiết bị được chế tạo bằng công nghệ tốt khi dùng Xado sẽ giúp vừa nâng cấp về độ bền vừa tăng độ chính xác lắp ghép

2.3.3.2 Hiệu quả khi sử dụng Chất Xado [11]

- Tăng độ bền sử dụng máy móc lên (2÷3) lần

- Tăng hiệu suất lên (5÷25)%

- Tiết kiệm nhiên liệu (5÷30)%, năng lượng điện (7÷34)%

- Tiết kiệm chi phí sửa chữa từ 30% trở lên, không cần nhà xưởng, không cần dừng máy, không phải tháo rã máy

- Giảm khí thải độc hại của động cơ đốt trong (2÷10) lần

- Giảm hẳn độ rung, tiếng ồn, máy chạy rất nhẹ và êm

- Tiết kiệm thời gian (3÷10) lần so với sửa chữa tháo rời

Như vậy, trong nước chưa có công trình khoa học nào công bố về nghiên cứu ảnh hưởng của Chất Xado đến sự phát thải chất độc hại và hao mòn của động cơ diesel lắp trên ô tô

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Sự hình thành các chất độc hại trong khí thải ở động cơ diesel

Ở động cơ diesel trong quá trình làm việc phát thải các chất độc hại chủ yếu:

NOx, HC, Bồ hóng

2.1.1 Cơ chế hình thành oxit nitơ (NO x )[3]

NO và NO2 là 2 thành phần chính của NOx Trong đó, NO là khí không màu không mùi trong khi NO2 có màu nâu đỏ và có mùi gắt Cả 2 loại khí đều rất độc, nhưng NO2 độc gấp 5 lần xo với NO, phần lớn NO2 hình thành từ việc ôxy hóa NO

- Cơ chế hình thành NO và NO 2

NO được hình thành trong quá trình cháy rớt trong xylanh tại vùng nhiệt độ cao Thành phần chính để hình thành NO là khí N2 trong không khí nạp vào động cơ Phản ứng dây chuyền ôxy hóa khí nitơ được tạo bởi các nguyên tử ôxy, được hình thành từ việc tách ra khỏi phân tử O2 tại nhiệt độ cao trong quá trình cháy Phản ứng chủ đạo để hình thành NO từ phân tử N2 là:

NO2 + O ↔ NO + O2 (2.6)

Sự hình thành NO2 trong vùng ngọn lửa nóng sẽ bị dập tắt khi tiếp xúc với vùng lạnh Do đó tỷ lệ NO2/NO sẽ cao nhất tại chế độ tải cao của động cơ diesel, khi mà những vùng lạnh có thể dập tắt sự hình thành trở lại NO Nồng độ cục bộ của những nguyên tử ôxy phụ thuộc vào nồng độ phân tử ôxy cũng như nhiệt độ cục bộ Sự hình

thành NOx tồn tại chủ yếu ở nhiệt độ trên 20000K Do đó, bất kỳ kỹ thuật nào có thể khống chế được nhiệt độ tức thời trong buồng cháy dưới 20000K thì có thể giảm được NOx

NOx hình thành từ phản ứng ôxy hóa nitơ trong điều kiên nhiệt độ cao của quá trình cháy Thành phần NOx phụ thuộc rất nhiều vào hệ số lý tưởng không khí λ (tức nồng độ ôxy của hỗn hợp) và nhiệt độ của quá trình cháy Nồng độ NOx đạt giá trị cực đại tại λ= (1,05÷1,1) Tại đây, nhiệt độ của quá trình cháy đủ lớn để ôxy và nitơ phân hủy thành nguyên tử có tính năng hoạt hóa cao và tại đây nồng độ ôxy đủ lớn đảm bảo

đủ ôxy cho phản ứng, do đó NOx đạt cực đại Do đặc điểm của động cơ diesel là hình thành hỗn hợp bên trong không gian công tác nên hệ số lý tưởng không khí λ nằm trong giới hạn rất rộng, cụ thể là λ = (1,2÷10) tương ứng từ toàn tải đến không tải

Ở động cơ diesel, khi λ tăng, nhiệt độ cháy giảm nên nhiệt độ NOx giảm So với động cơ xăng thì động cơ diesel có thành phần NOx thấp hơn Tuy nhiên, thành phần

NO2 trong NOx lại cao hơn, chiếm (5÷15)% trong khi tỷ lệ này ở động cơ xăng (2 ÷10)%

Phương pháp hình thành hỗn hợp có ảnh hưởng lớn đến hình thành NOx Ðối với buồng cháy ngăn cách, quá trình cháy diễn ra ở buồng cháy phụ (hạn chế không khí), rất thiếu ôxy nhưng mặc dù nhiệt độ lớn nhưng NOx rất nhỏ Khi cháy ở buồng cháy chính, mặc dù λ rất lớn, ôxy nhiều nhưng nhiệt độ quá trình cháy không lớn nên

NOx cũng nhỏ Tổng hợp, NOx của động cơ có buồng cháy ngăn cách chỉ bằng khoảng một nửa so với động cơ có buồng cháy thống nhất Tuy vậy, động cơ sử dụng buồng cháy ngăn cách có tính kinh tế không cao do có suất tiêu hao nhiên liệu lớn nên ngày nay không được sử dụng nhiều

- Cơ chế hình thành protoxide nitơ (N 2 O)

N2O chủ yếu hình thành từ các chất trung gian NH và NCO khi chúng tácdụng với NO:

2.1.2 Cơ chế hình thành HC[3]

2.1.2.1 Đặc điểm phát sinh HC trong quá trình cháy động cơ diesel

Do nguyên lí làm việc của động cơ diesel, thời gian lưu lại của nhiên liệu trong buồng cháy ngắn hơn trong động cơ đánh lửa cưỡng bức nên thời gian dành cho việc hình thành sản phẩm cháy không hoàn toàn cũng rút ngắn làm giảm thành phần hydrocarbure cháy không hoàn toàn trong khí xả Có nghĩa là chúng cháy hoàn toàn hơn động cơ xăng

Do nhiên liệu diesel chứa hydrocarbure có điểm sôi cao, nghĩa là khối lượng phân tử cao, sự phân hủy nhiệt diễn ra ngay từ lúc phun nhiên liệu Điều này là tăng tính phức tạp của thành phần hydrocarbure cháy không hoàn toàn trong khí xả Quá trình cháy trong động cơ diesel là một quá trình phức tạp, trong quá trình đó diễn ra đồng thời sự bay hơi nhiên liệu và hòa trộn nhiên liệu với không khí và sản phẩm cháy Khi độ đậm đặc trung bình của hỗn hợp quá lớn hoặc quá bé đều làm giảm khả năng tự cháy và lan tràn màng lửa Trong trường hợp đó, nhiên liệu sẽ được tiêu thụ từng phần trong những phản ứng ôxy hóa diễn ra chậm ở giai đoạn dãn nở sau khi hòa trộn thêm không khí Có thể chia ra hai khu vực đối với bộ phận nhiên liệu được phun vào buồng cháy trong giai đoạn cháy trễ: khu vực hỗn hợp quá nghèo do pha trộn với không khí quá nhanh và khu vực hỗn hợp quá giàu do pha trộn với không khí quá chậm Trong trường hợp đó, chủ yếu là khu vực hỗn hợp quá nghèo diễn ra sự cháy không hoàn toàn còn khu vực hỗn hợp quá giàu sẽ tiếp tục cháy khi hòa trộn thêm không khí Đối với bộ phận nhiên liệu phun sau giai đoạn cháy trễ, sự ôxy hóa nhiên liệu hay các sản phẩm phân hủy nhiệt diễn ra nhanh chóng khi chúng dịch chuyển trong khối khí ở nhiệt độ cao Tuy nhiên, sự hòa trộn không đồng đều có thể làm cho hỗn hợp quá giàu cục bộ hay dẫn đến sự làm mát đột ngột làm tắt màng lửa, sinh ra các sản phẩm cháy không hoàn toàn trong khí xả Mức độ phát sinh HC trong động cơ diesel phụ thuộc nhiều vào điều kiện vận hành, ở chế độ không tải hay tải thấp, nồng

độ HC cao hơn ở chế độ đầy tải Thêm vào đó, khi thay đổi tải đột ngột có thể gây ra

sự thay đổi mạnh các điều kiện cháy dẫn đến sự gia tăng HC do những chu trình bỏ lửa Cuối cùng, khác với động cơ đánh lửa cưỡng bức, không gian chết trong động cơ diesel không gây ảnh hưởng quan trọng đến nồng độ HC trong khí xả vì trong quá trình nén và giai đoạn đầu của quá trình cháy, các không gian chết chỉ chứa không khí

và khí sót Ảnh hưởng của lớp dầu bôi trơn trên mặt gương xylanh, ảnh hưởng của lớp

muội than trên thành buồng cháy cũng như ảnh hưởng của sự tôi màng lửa đối với sự hình thành HC trong động cơ diesel cũng không đáng kể so với trường hợp động cơ đánh lửa cưỡng bức

2.1.2.2 Phát sinh HC trong trường hợp hỗn hợp quá nghèo

Sự phân bố không đồng đều nhiên liệu trong xylanh ngay lúc bắt đầu phun được giới thiệu trên hình 2.1 Trong dòng xoáy lốc, sự tự cháy diễn ra trong khu vực

có độ đậm đặc hơi thấp hơn 1 Bộ phận nhiên liệu ở ngoài rìa tia nằm ngoài giới hạn dưới của sự tự bén lửa do đó chúng không thể tự cháy cũng không thể duy trì màng lửa Khu vực đó chỉ có thể là vị trí sản sinh các phản ứng chậm dẫn đến sản phẩm cháy không hoàn toàn Do đó, trong vùng này có mặt nhiên liệu chưa cháy hết, những sản vật phân giải từ nhiên liệu, những sản phẩm ôxy hóa cục bộ (CO, aldehyde và những oxyde khác) và một bộ phận của những sản phẩm này có mặt trong khí xả Tầm quan trọng của những hydrocarbure chưa cháy từ những khu vực nghèo này phụ thuộc vào lượng nhiên liệu phun vào động cơ trong thời kì cháy trễ, phụ thuộc vào tỉ lệ không khí kéo theo vào tia trong giai đoạn này và những điều kiện lí hóa ảnh hưởng đến sự tự cháy trong xylanh

Hình 2.1: Phân bố độ đậm đặc trong tia phun diesel

Vì vậy, nồng độ HC trong khí xả và độ dài của giai đoạn cháy trễ có quan hệ mật thiết với nhau, hay nói cách khác mức độ phát sinh HC có liên quan đến chỉ số cetane của nhiên liệu Những thay đổi điều kiện vận hành của động cơ làm kéo dài thời

kì cháy trễ sẽ làm gia tăng nồng độ HC

2.1.2.3 Phát sinh HC trong trường hợp hỗn hợp quá giàu

Có hai nguyên nhân dẫn đến sự phát sinh HC do hỗn hợp quá giàu Nguyên nhân thứ nhất do nhiên liệu rời khỏi vòi phun với tốc độ thấp và thời gian phun kéo

Vòiphun

Trung tâm phát hỏa

Chuyển động xoáy lốc

λ <

λ≈ 1

λ >

dài Nguồn phát sinh HC chính trong trường hợp này là không gian chết ở mũi vòi phun và sự phun rớt do sự đóng kim phun không dứt khoát Nguyên nhân thứ hai là do

sự thừa nhiên liệu trong buồng cháy do hỗn hợp quá đậm Vào cuối giai đoạn phun, lỗ phun (không gian chết) ở mũi vòi phun chứa đầy nhiên liệu Trong giai đoạn cháy và dãn nở, nhiên liệu được sấy nóng và một bộ phận bốc hơi thoát ra khỏi lỗ phun (ở pha lỏng và hơi) và đi vào xylanh với tốc độ thấp và hòa trộn chậm với không khí, do đó chúng không bị đốt cháy trong giai đoạn cháy chính Ở động cơ phun trực tiếp, thời gian của giai đoạn cháy trễ bé, mức độ phát sinh HC tỉ lệ với thể tích không gian chết

ở mũi vòi phun Tuy nhiên, không phải toàn bộ thể tích nhiên liệu chứa trong không gian chết đều có mặt trong khí xả Ví dụ 1mm3 không gian chết trong buồng cháy động

cơ phát sinh khoảng 350ppmC trong khí xả, trong khi đó 1mm3 nhiên liệu cho 1660ppmC Sự chênh lệch này là do một bộ phận hydrocarbure nặng tiếp tục lưu lại trong vòi phun và một bộ phận hydrocarbure nhẹ bị ôxy hóa khi thoát ra khỏi không gian chết Trong động cơ có buồng cháy dự bị cơ chế này cũng diễn ra tương tự nhưng với mức độ thấp hơn [6]

Ở động cơ phun trực tiếp, hiện tượng nhả khói đen làm giới hạn khả năng tăng

độ đậm đặc trung bình của hỗn hợp ở chế độ toàn tải Ở chế độ tải thấp, tốc độ phun bé

và lượng nhiên liệu phun vào nhỏ, do đó động lượng của tia phun bé làm giảm lượng không khí kéo theo vào tia nên độ đậm đặc cục bộ rất cao Trong điều kiện quá độ khi gia tốc, hỗn hợp trong buồng cháy có thể rất đậm đặc Trong trường hợp đó, dù tỉ lệ nhiên liệu không khí tổng quát trong toàn buồng cháy thấp nhưng độ đậm đặc cục bộ rất cao trong giai đoạn giãn nở và thải Khi độ đậm đặc cục bộ vượt quá 0,9 thì nồng

độ HC sẽ gia tăng đột ngột Ảnh hưởng tương tự như vậy cũng diễn ra trong động cơ

có buồng cháy dự bị Tuy nhiên, cơ chế này chỉ gây ảnh hưởng đến nồng độ HC khi gia tốc và nó gây ảnh hưởng đến nồng độ HC ít hơn khi hỗn hợp nghèo ở chế độ không tải hay tải thấp [3]

2.1.2.4 Phát sinh HC do tôi ngọn lửa và hỗn hợp không tự bốc cháy

Như động cơ đánh lửa cưỡng bức, sự tôi ngọn lửa diễn ra gần thành và đó chính

là nguồn phát sinh HC Hiện tượng này phụ thuộc đặc biệt vào khu vực va chạm giữa tia nhiên liệu và thành buồng cháy Sự bỏ lửa dẫn đến sự gia tăng mạnh nồng độ HC hiếm khi xảy ra đối với động cơ làm việc bình thường Nó chỉ diễn ra khi động cơ có tỉ

số nén thấp và phun trễ Mặt khác, sự bỏ lửa cũng xảy ra khi khởi động động cơ diesel

ở trạng thái nguội với sự hình thành khói trắng (chủ yếu là do những hạt nhiên liệu không cháy tạo thành) [7]

2.1.3 Cơ chế hình thành bồ hóng

Trong khí xả động cơ đốt trong, ngoài các chất khí độc như CO, NOx, HC,

SOx… còn có các chất rắn tồn tại 3 dạng sau: các hạt chì của xăng pha chì, hạt sunphat của tạp chất lưu huỳnh trong nhiên liệu và hạt bồ hóng Khi hoạt động bình thường, trong khí xả động cơ xăng có rất ít bồ hóng Lượng bồ hóng chỉ đáng kể khi nó làm việc với hỗn hợp đậm đặc Còn ở động cơ diesel, do quá trình cháy khuếch tán, bồ hóng là chất ô nhiễm đặc biệt quan trọng và là thành phần chủ yếu tồn tại dưới dạng hạt rắn trong khí xả [3]

Sự hình thành bồ hóng trong ngọn lửa khuyết tán trước tiên phụ thuộc vào nhiên liệu Nhiên liệu có thành phần C càng cao thì nồng độ bồ hóng càng lớn Hình 2.2 so sánh nồng độ bồ hóng đo trên trục ngọn lửa khuếch tán của 3 loại nhiên liệu khác nhau: butane, propane và methane với cùng điều kiện ban đầu (tốc độ phun 90m/s, đường kính lỗ phun 3mm) Nồng độ được biểu diễn thông qua bề dày đặc trưng của bồ hóng fv L (L: chiều dài quang trình) Chúng ta thấy nồng độ bồ hóng trong sản phẩm cháy của ngọn lửa butane lớn nhất và nồng độ này thấp nhất trong ngọn lửa methane

Hình2.2: Ảnh hưởng của nhiên liệu đến mức độ phát sinh bồ hóng

Yếu tố thứ hai ảnh hưởng đến nồng độ bồ hóng là nồng độ nhiên liệu và nồng

độ ôxy Thật vậy, sự hình thành bồ hóng chủ yếu là do quá trình cháy không hoàn toàn của nhiên liệu Khi hỗn hợp nghèo và được phân bố đồng nhất thì nồng độ bồ hóng rất

bé, có thể bỏ qua Nồng độ ôxy ảnh hưởng đến sự ôxy hóa bồ hóng sau khi chúng được hình thành do đó cũng ảnh hưởng đến nồng độ bồ hóng cuối cùng có mặt trong sản phẩm cháy [3]

Yếu tố thứ ba ảnh hưởng đến sự hình thành bồ hóng là sự phân bố trong ngọn lửa Nhiệt độ cao ở vùng giàu nhiên liệu sẽ thuận lợi cho việc hình thành bồ hóng Ngược lại, nhiệt độ cao ở vùng thừa ôxy sẽ thuận lợi cho việc ôxy hóa bồ hóng Nồng

độ bồ hóng thoát ra khỏi ngọn lửa khuếch tán và hiệu số giữa lượng bồ hóng hình thành và lượng bồ hóng bị ôxy hóa

Tóm lại, nồng độ bồ hóng có mặt trong khí cháy sau khi thoát ra khỏi ngọn lửa khuếch tán phụ thuộc vào 4 yếu tố cơ bản: thành phần nhiên liệu, nồng độ nhiên liệu, nồng độ ôxy và sự phân bố nhiệt độ trong ngọn lửa [3]

Thành phần hạt bồ hóng còn phụ thuộc vào tính chất nhiên liệu, đặc điểm của quá trình cháy, dạng động cơ cũng như thời hạn sử dụng của động cơ (cũ hay mới) Thành phần bồ hóng trong sản phẩm cháy của nhiên liệu có thành phần lưu huỳnh cao khác với thành phần bồ hóng trong sản phẩm cháy của nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp Hình 2.3 trình bày thành phần bồ hóng của loại nhiên liệu diesel có thành phần lưu huỳnh 0,26% Đối với động cơ đã qua sử dụng trên 10 năm, thành phần bồ hóng có chứa trên 40% dầu bôi trơn không cháy hết như hình 2.4

Hình 2.3: Thành phần hạt bồ hóng theo tính chất nhiên liệu

Hình 2.4: Thành phần hạt bồ hóng của động cơ đã sử dụng trên 10 năm

Kết quả nghiên cứu thực nghiệm về sự phân bố kích thước hạt cho thấy bồ hóng trong khí xả tồn tại dưới hai dạng: dạng đơn và dạng tích tụ Dạng đơn (gam kích thước nhỏ) tồn tại ở nhiệt độ trên 500oC Ở dạng này, các hạt bồ hóng là sự kết hợp của các hạt sơ cấp hình cầu (mỗi một hạt sơ cấp hình cầu này chứa khoảng 105-106nguyên tử cacbon) Dạng đơn này còn được gọi là thành phần không hòa tan Dạng tích tụ (gam kích thước lớn) do các bồ hóng liên kết lại với nhau và tồn tại ở nhiệt độ thấp hơn 500oC Các hạt bồ hóng này được bao bọc bởi các thành phần hữu cơ nặng ngưng tụ và hấp thụ trên bề mặt hạt: HC chưa cháy, HC bị ôxy hóa và các hydrocarbure thơm

đa phân tử

2.1.3.2 Cấu trúc hạt bồ hóng

Hình 2.5 và hình 2.6 trình bày ảnh chụp khuếch đại của chuỗi và hạt sơ cấp tạo thành hạt bồ hóng trong khí xả động cơ diesel Một cách tổng quát có thể nói hạt bồ hóng mà người ta thường gọi hình thành do sự liên kết của nhiều hạt sơ cấp hình cầu thành từng khối hoặc chuỗi Mỗi hạt bồ hóng (khối hay chuỗi) có thể chứa đến 4000 hạt hình cầu sơ cấp Các hạt sơ cấp có đường kính từ 10 đến 80nm và đại bộ phận hạt

nằm trong khoảng (15÷30)nm, đường kính trung bình của các hạt bồ hóng nằm trong khoảng (100÷150)nm, có khi lên đến (500÷1000)nm

Hình 2.5: Cấu trúc chuỗi bồ hóng Hình 2.6: Dạng những hạt sơ cấp

Cấu trúc tinh thể của hạt bồ hóng trong khí xả động cơ diesel có dạng tương tự như graphit (hình 2.7) nhưng ít đều đặn hơn Mỗi hạt sơ cấp hình cầu là một tập hợp khoảng 1000 mầm tinh thể, có dạng phiến mỏng được xếp đồng tâm quanh tâm của mỗi hạt cầu, tương tụ như cấu trúc hạt carbon đen Những nguyên tử carbon kết nối với nhau theo các phiến lục giác phẳng cách nhau (0,34÷0,36)nm (chỉ lớn hơn một chút so với graphit: 0,33nm Các phiến này kết hợp với nhau tạo thành các mầm tinh thể (từ 2÷5phiến) với cấu trúc giống như carbon đen Những mầm tinh này lại sắp xếp lại theo các hướng song song với mặt hạt cầu với kết cấu siêu tĩnh để tạo thành các hạt [3]

Hình 2.7: Mô hình cấu trúc dạng hạt sơ cấp

2.1.3.3 Hình thành hạt bồ hóng[3]

Vật chất của pha ngưng tụ đầu tiên phát triển từ những hạt phân tử nhiên liệu thông qua các sản phẩm của sự ôxy hóa hoặc các sản phẩm phân hủy nhiệt Những sản phẩm này gồm những hydrocarbure không bão hòa khác nhau, đặc biệt là acestylense

và các đồng vị bậc cao của nó Hai dạng phân tử này được coi như là nhân tố chính trong sự hình thành bồ hóng Phản ứng ngưng tụ của những phân tử thể khí dẫn đến sự hình thành các hạt nhân bồ hóng đầu tiên có đường kính rất bé (d<2nm), đây là các hạt

sơ cấp được hợp thành bởi một lượng lớn các gốc tinh thể đơn lẻ

2.1.3.4 Phát triển hạt bồ hóng[3]

Quá trình phát triển các hạt bồ hóng bao gồm sự phát triển bề mặt, ngưng tụ và

sự liên kết hạt Sự phát triển bề mặt diễn ra do các chất thể khí ngưng tụ trên vật rắn và biến thành một bộ phận các hạt Các phản ứng phát triển bề mặt dẫn đến sự gia tăng nồng độ bồ hóng fv nhưng không làm thay đổi số lượng hạt Ngược lại, sự phát triển bằng con đường liên kết và hợp dính các hạt với nhau làm giảm số lượng hạt nhưng nồng độ bồ hóng không thay đổi Khi sự phát triển bề mặt hạt kết thúc, quá trình liên kết hạt thành chuỗi và cụm vẫn có thể sảy ra Khi đó lực tĩnh điện của chúng có vai trò quan trọng và là yếu tố chính tạo ra sự hợp dính này

Trong buồng cháy động cơ liên tục xảy ra quá trình tạo hạt nhân, phát triển bề mặt và liên kết hạt Ở mỗi giai đoạn, khi nhiệt độ đủ cao, hạt bồ hóng bị ôxy hóa một

bộ phận hay toàn phần

2.1.3.5 Quá trình ôxy hóa hạt bồ hóng[3]

Quá trình ôxy hóa có thể diễn ra ngay lúc hình thành các phân tử hoạt tính, hạt nhân và hạt bồ hóng Thực nghiệm cho thấy phần lớn bồ hóng bị ôxy hóa trong xylanh trước khi quá trình thải bắt đầu Tốc độ ôxy hóa bồ hóng trong động cơ phụ thuộc vào

sự khuếch tán của các chất tham gia cũng như động học phản ứng Có rất nhiều chất bên trong sản phẩm cháy hay ở gần ngọn lửa có thể ôxy hóa bồ hóng như O2, O, OH,

CO2 và H2O Khi áp suất riêng của ôxy cao, sự ôxy hóa bồ hóng có thể tuân theo công thức gần đúng dựa trên các nghiên cứu về ôxy hóa của pyrographite Sự ôxy hóa bồ hóng bởi OH tác động trên bề mặt hạt Trong khi đó, sự ôxy hóa bồ hóng do ôxy tác động trên bề mặt hạt diễn ra chậm hơn nên có thời gian xuyên sâu vào bên trong để ôxy hóa và phân hủy hạt bồ hóng Theo những kết quả gần đây, trong điều kiện áp suất

môi trường và hỗn hợp giàu thì sự ôxy hóa bồ hóng bởi gốc OH quan trọng hơn so với

sự ôxy hóa bởi O hay O2

Như vậy, rõ ràng hạt bồ hóng hình thành là sản phẩm của các quá trình: tạo hạt

cơ sở, hình thành hạt bồ hóng, phát triển và ôxy hóa hạt bồ hóng Tốc độ tạo bồ hóng trong quá trình cháy là hiệu số giữa tốc độ sản sinh và tốc độ ôxy hóa bồ hóng Cơ chế hình thành bồ hóng phụ thuộc chủ yếu vào nồng độ nhiên liệu, ôxy và nhiệt độ quá trình cháy

2.2 Hao mòn và hao mòn ở động cơ đốt trong [1]

2.2.1 Lý thuyết về hao mòn

2.2.1.1 Luận đề 1

Các hiện tượng ma sát và hao mòn kim loại do những quá trình P1, P2, P3 Pn,

và những tốc độ ứng với chúng là vp1, vp2, vp3, … vpn gây ra

Trong bất kỳ điều kiện ma sát nào cũng đều có một quá trình diễn ra với tốc độ lớn nhất (vp) Quá trình này (P) lấn át các quá trình khác và chiếm ưu thế

Dạng hao mòn được quyết định bởi quá trình P, diễn ra trên bề mặt ma sát với tốc độ lớn nhất vp

Khi sự hao mòn là ổn định, tốc độ phá hoại các bề mặt làm việc (hay tốc độ hao mòn) không thể lớn hơn tốc độ của quá trình quyết định dạng hao mòn, tức là :

Vph< vp (2.11) Cần phải bảo đảm những điều kiện ổn định để duy trì hao mòn ôxy hóa, là dạng hao mòn có tốc độ nhỏ nhất, chống tróc loại I, loại II, hư hỏng do mài và do mỏi

Vtróc< vox ; vnhiệt< vox ; vmài< vox ; vmỏi< vox (2.12) Điều kiện phụ bảo đảm sự tồn tại của hao mòn ôxy hóa là tốc độ quá trình ôxy hóa lớn hơn tốc độ phá hoại:

Khi hao mòn ôxy hóa, cần bảo đảm điều kiện :

Vox
min (2.14) Khi có hao mòn ôxy hóa, sự biến dạng dẻo tồn tại trong những lớp mỏng giới hạn dưới dạng sự tạo dải, tức là sự sắp xếp định hướng các phần tử cấu trúc theo hướng chuyển động khi ma sát Về phương diện năng lượng, điều đó tương đương với

sự cực tiểu hóa trị số năng lượng bị hấp thụ (∆E)

Thực chất của sự hao mòn ôxy hóa bao hàm sự tiến triển đồng thời của biến dạng dẻo và của các quá trình ôxy hóa

Có thể thay đổi tính dẻo, để thay đổi cường độ hình thành các cấu trúc thứ cấp Hoặc thay đổi bản chất hóa học của các cấu trúc thứ cấp được hình thành do kết quả của sự hấp phụ, sự khuếch tán và các phản ứng hóa học của các cấu trúc thứ cấp được hình thành do kết quả của sự hấp phụ, sự khuếch tán và các phản ứng hóa học trên bề mặt và trong các lớp bề mặt của kim loại, chịu ma sát

2.2.2 Đặc điểm hao mòn[1]

2.2.2.1 Hao mòn ôxy hóa

Đặc điểm các quá trình biến dạng, hấp thụ và các phản ứng hóa học khi hao mòn ôxy hóa diễn ra đồng thời và ảnh hưởng lớn đến nhau Biến dạng làm hoạt hóa các kim loại bề mặt mỏng, nâng cao khả năng hấp phụ, khuếch tán và phản ứng hóa học của chúng Ngược lại, các quá trình hấp phụ, khuếch tán và phản ứng hóa học lại quyết định đặc điểm của cơ chế biến dạng dẻo

Khi hao mòn ôxy hóa bình thường không có bất kỳ một dạng phá hoại kim loại gốc nào, sự phá hoại chỉ tồn tại định vị mỏng, những lớp cấu trúc thứ cấp bề mặt rất mỏng được hình thành trong quá trình ma sát, sự cân bằng động của các quá trình cơ hóa làm hình thành và phá hoại các cấu trúc thứ cấp

Dạng thành phần và tính chất của các lớp màng oxyde xuất hiện trong khi ma sát ngoài khác về căn bản so với các oxyde, các sản phẩm ăn mòn và các dạng cấu trúc ôxýt khác được tạo nên khi không có tác dụng cơ học

Sự tạo dải của các lớp bề mặt rất mỏng của kim loại khi ma sát quyết định động học của sự tương tác của kim loại với ôxy, trong khi đó, toàn bộ các quá trình ôxy hóa chỉ tồn tại định vị trong các thể tích chịu biến dạng dẻo mà thôi Ở những điều kiện ma sát giới hạn thông thường, quá trình tạo dải phân bổ tương đối đều theo chiều sâu khoảng (100÷1000)A0 Độ dày của lớp màng ôxýt phù hợp với độ dày của lớp tạo dải,

và vào khoảng (100÷1000)A0 Khi ma sát giới hạn, môi trường bôi trơn kìm hãm sự thâm nhập của ôxy vào vùng ma sát Nhân tố quyết định không phải là nhiệt độ hay ái lực của kim loại đối với ôxy, mà là mức độ biến dạng dẻo (tức là trạng thái cấu trúc tế

vi của kim loại)

Thành phần và tínhchất của các lớp màng được hình thành khi ma sát khô và

ma sát giới hạn cũng khác xa nhau Trong trường hợp ma sát khô gần sát với ma sát giới hạn, quá trình ôxy hóa chỉ diễn ra ở những áp suất và tốc độ không lớn lắm Trong tất cả những điều kiện ma sát khô khác, lớp màng dày hơn, bão hòa hơn sẽ được hình thành, có thành phần và tính chất gần các ôxýt kim loại FeO, Fe2O3, Fe3O4

Có thể chia một cách quy ước quá trình hao mòn ôxy hóa diễn ra trong các lớp

bề mặt (vào khoảng vài trăm ăngxtrôn) thành ba giai đoạn:

- Biến dạng và hoạt hóa

Công liên kết tạo nên một dạng biến dạng dẻo đặc biệt – sự tạo dải Khi ấy mật

độ biến vị và mật độ các chỗ khuyết sẽ đạt đến các giá trị gần bão hòa Trạng thái không ổn định về nhiệt động lực học của kim loại trong quá trình tạo dải làm cho nó bị hoạt hóa rất mạnh

- Sự hình thành các cấu trúc thứ cấp

Sự tiếp xúc vật chất của các lớp bị hoạt hóa và các thành phần xâm thực của môi trường ma sát sẽ dẫn tới tương tác hóa – lý giữa chúng làm tạo thành các cấu trúc thứ cấp

- Sự phá hủy các cấu trúc thứ cấp

Do kết quả chịu tải nhiều lần và do nội ứng suất, trong lớp màng cấu trúc thứ cấp sẽ hình thành và phát triển các vết nứt tế vi, còn trên bề mặt phân cách, liên kết (bám dính) yếu đi và làm bong tách các lớp màng (diễn ra do sự không phù hợp giữa các hệ biến vị của lớp màng và của kim loại) Tác dụng cơ học tiếp đó sẽ làm phá hủy

và tách hẳn lớp màng Sau đó, trên bề mặt thuần khiết của kim loại, quá trình lại lặp lại Do chịu tải không đều và do đặc tính của lớp màng không đồng nhất, nên luôn luôn quan sát thấy ba giai đoạn vừa mô tả của quá trình trên bề mặt tiếp xúc Có thể xem xét tiến triển của quá trình hao mòn ôxy hóa trên hình 2.8

Hình 2.8: Sự hình thành và phá hoạicác lớp màng ôxyt của thép 45, X 20000 :

a) Trước khi phá hoại;b) Bắt đầu phá hoại; c) Phá hoại

2.2.2.2 Tróc loại I và loại II

Tróc sảy ra khi dịch sát hai bề mặt thuần khiết của kim loại vào nhau, tới khoảng cách tác dụng của các lực tương tác giữa các nguyên tử Khi ấy, dưới tác dụng của tải bên ngoài, sẽ xuất hiện biến dạng dẻo ở những chỗ tiếp xúc thực, xuất hiện các tâm kích hoạt với độ tập trung các chỗ trống và các nguyên tử biến vị tăng lên rất mạnh Ở những vùng tâm kích hoạt sẽ xảy ra sự khuếch tán vào nhau của các kim loại

Dĩ nhiên là khi ấy sẽ có sự thiết lập lại các mức điện tử của các nguyên tử kim loại liên hợp theo các quan hệ năng lượng phù hợp nhất

Công của ngoại lực khi làm biến dạng dẻo các lớp bề mặt trong quá trình ma sát được dùng để tạo nên các khuyết tật trong kim loại và làm hoạt hóa nó Hệ số khuếch tán tăng lên khi tăng nhiệt độ và thời gian khuếch tán Nếu thời gian tiếp xúc giữa hai tinh thể là t1 (ứng với vận tốc độ dịch chuyển tương đối v1) đủ để diễn biến quá trình khuếch tán tương hỗ, thì sẽ làm tạo nên các cầu hàn khuếch tán

Nếu thời gian không đủ lớn, tức là t2< t1 (ứng với tốc độ dịch chuyển tương đối

v2>v1), thì ôxy sẽ khuếch tán vào sâu trong lòng kim loại, tạo thành các tầng lớp ôxýt Với tốc độ v3> v2, nhiệt độ bề mặt ma sát sẽ tăng, do vậy sẽ xảy ra quá trình khuếch tán vào nhau giữa các kim loại – như người ta thường gọi là quá trình tróc do nhiệt – mặc dù rằng t3< t2 Như vậy, bằng quan điểm lý thuyết biến vị ta có thể giải thích được

sự xen kẽ của các quá tình tróc và ôxy hóa