II. NHỮNG TÍNH CHẤT CỦA NHIÊN LIỆU DIESEL ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG:

1. Quá trình cháy:

•Không khí được nén trong buồng đốt tới nhiệt độ 500- 7000C, áp suất khoảng 40 Kg/cm2 tới gần thì nén, nhiên liệu được phun vào dưới dạng sương mù trộn đều với không khí và tự bốc cháy.

Đồ thị đường cong biểu diễn của nhiên liệu Diesel trong động cơ

Quá trình cháy có thể chia làm 4 giai đoạn:

•Giai đoạn I: chuẩn bị cháy

•Giai đoạn.II: cháy nhanh

•Giai đoạn III: cháy tiếp tục

•Giai đoạn IV: cháy rớt.

a. Giai đoạn I:

•Kể từ khi nhiên liệu bắt đầu phun vào buồng đốt cho đến lúc bắt đầu cháy. Cho nên gọi a - b là giai đoạn chuẩn bị cháy. Do nhiên liệu phải hút nhiệt của không khí để nâng lên tới nhiệt độ tự cháy, nên phải có thời gian ti

Người ta tính ti bằng công thức:

- ti: thời gian chuẩn bị cháy (s)

- j0: góc độ chậm cháy

- n: số vòng quay (vòng / phút )

•Thời gian chuẩn bị cháy trong động cơ Diesel khoảng 0,002 - 0,003 s.

b. Giai đoạn II:

•Nhiên liệu tự bùng cháy mãnh liệt, lúc đó píttông cứ đi lên, nhiên liệu cứ phun vào, nhiệt độ và áp suất tăng nhanh.

•Trung bình trục khuỷu cứ quay một độ thì áp suất tăng lên 3 - 6 atm là bình thường.

•Nếu giai đoạn I kéo dài, nhiên liệu bị tích lũy lại trong buồng đốt quá nhiều, do đó khi bắt đầu đến giai đoạn II, nhiên liệu bốc cháy mãnh liệt với thời gian bị rút ngắn. Nếu nhiệt độ và áp suất tăng lên đột ngột lớn hơn 6 atm, thì sinh ra hiện tượng gõ đập mạnh, có thể dẫn đến tai hại: các vòng bi, vòng đỡ bị va đập mạnh chóng mòn hỏng, vòng găng, píttông bị biến dạng và bị lọt hơi xuống cácte, từ đó có thể dẫn đến các tai hại khác

•Động cơ làm việc có kích nổ thường phụ thuộc vào giai đoạn I và thành phần cất của nhiên liệu. Khi giai đoạn I ngắn, thì lúc tự cháy, nhiên liệu cháy với lượng không nhiều. Qúa trình cháy tiếp diễn theo sự phun nhiên liệu dần dần vào trong buồng đốt, nhiên liệu cháy một cách đều đặn làm cho áp suất tăng dần.

c. Giai đoạn III:

•Ở giai đoạn này, tại điểm y có áp suất cao nhất (Py), nhưng ở đây nhiệt độ chưa cao, mà tại điểm z nhiệt độ mới là cao nhất (Pz)

d. Giai đoạn IV:

•Tại điểm z vòi phun ngừng phun, nhưng một số nhiên liệu rơi vào trong buồng đốt còn tiếp tục cháy.

•Giai đoạn cháy rớt không có lợi cho công, nhiên liệu phun vào tốn, cho nên cần rút ngắn góc độ của giai đoạn này.

•Trong 4 giai đoạn thì giai đoạn chuẩn bị cháy quyết định đến tình trạng làm việc của động cơ

2. Tính chất đốt cháy của nhiên liệu:

•Tính chất đốt cháy phụ thuộc vào nhiệt độ tự cháy (độ tự cháy) và tính bốc hơi của nhiên liệu, trong đó độ tự cháy được coi là yếu tố chủ yếu.

•Nhiên liệu có độ tự cháy càng thấp thì thời gian chuẩn bị cháy càng ngắn, nên tính chất cháy càng tốt, không làm cho động cơ bị kích nổ.

•Mỗi loại cacbua hydro có độ tự cháy khác nhau:

- Cacbua parafin mạch thẳng có độ tự cháy thấp nhất

- Cacbua thơm có độ tự cháy cao nhất

- Cacbua napten có độ tự cháy trung bình

•Khi hai thứ nhiên liệu có độ tự cháy như nhau, thì thứ nào có tính bốc hơi cao, thứ đó sẽ có phẩm chất tốt hơn vì nó mau trộn đều với không khí để ôxy hóa.

•Người ta thường dùng hai đại lượng chỉ số xêtan (hexadecan) và chỉ số Diesel để đánh giá phẩm chất đốt cháy của nhiên liệu Diesel.

a. Chỉ số xêtan:

•Là con số biểu thị tính chống kích nổ của nhiên liệu Diesel khi cháy trong động cơ. Nhiên liệu có chỉ số xêtan càng lớn thì tính chống kích nổ càng cao.

•Nhiên liệu tiêu chuẩn là một hỗn hợp theo phần trăm thể tích giữa xêtan mạch thẳng (C16H34 còn gọi là n.hexadecan) có tính chống kích nổ tốt, được coi có giá trị là 100, còn chất C10H7CH3 có tính chống kích nổ rất kém, được coi có giá trị là 0. Số phần trăm thể tích của n.hexadecan trong hỗn hợp đó là chỉ số xêtan của nhiên liệu tiêu chuẩn đó.

* Cách đo chỉ số xêtan được dùng các phương pháp sau:

•Phương pháp so sánh tỷ số nén:

   Đem nhiên liệu tiêu chuẩn và nhiên liệu thí nghiệm lần lượt sử dụng vào động cơ phát động, đặc biệt có thể thay đổi được tỷ số nén. Điều chỉnh tỷ số nén sao cho ở mức thấp nhất nhiên liệu có thể tự bốc cháy được.

Phương pháp đo thời gian chuẩn bị cháy:

•Đem so sánh nhiên liệu thí nghiệm với nhiên liệu tiêu chuẩn ở trong cùng một động cơ phát động với những điều kiện giống nhau. Động cơ phát động này có bộ phận cảm ứng cho biết thời gian chuẩn bị cháy (giai đoạn I).

•Đo chỉ số xêtan bằng máy chuyên dùng:

   Dùng nhiên liệu thí nghiệm và nhiên liệu tiêu chuẩn lần lượt sử dụng vào động cơ phát động chuyên dùng, có thể điều chỉnh tỷ số nén của máy sao cho thời gian chuẩn bị cháy của hai thứ nhiên liệu là bằng nhau. Sau đó căn cứ vào tỷ số nén của chúng khác nhau để tính toán ra chỉ số xêtan.

b. Chỉ số Diesel:

•Chỉ số Diesel cũng là một cách biểu thị tính cháy ổn định của nhiên liệu Diesel và được tính theo công thức thực nghiệm dưới đây:

Chỉ số Diesel =

- A: độ anilin (0C)

- D: tỷ trọng nhiên liệu ở 150C

•Độ anilin là nhiệt độ thấp nhất mà nhiên liệu Diesel hoàn toàn hòa tan với cùng thể tích anilin. Nếu nhiên liệu có nhiều cácbua thơm thì sẽ có độ anilin thấp.

•Cũng qua thực nghiệm, từ chỉ số Diesel có thể tính ra chỉ số xêtan theo công thức sau:

   Chỉ số xêtan = chỉ số Diesel * 0,77 + 10

c. Quan hệ giữa chỉ số xêtan đến sử dụng nhiên liệu:

•Động cơ có tốc độ quay càng nhanh, cần phải dùng nhiên liệu có chỉ số xêtan càng cao.

•n < 1000 vòng / phút, chỉ số xêtan từ 35 - 40.

•n = 1000 - 1500 vòng / phút, chỉ số xêtan từ 40 - 45.

•n > 1500 vòng / phút, chỉ số xêtan từ 45 – 60.

•Qua thực nghiệm cho thấy khi nâng cao chỉ số xêtan lên 50 thì thời gian chuẩn bị  cháy cũng không được rút ngắn đi bao nhiêu. Hơn nữa, nếu dùng nhiên liệu có chỉ số xêtan quá cao (65 - 70) thì sẽ không tiết kiệm, vì có một số thành phần nhiên liệu trước khi tự cháy do nhiệt độ cao trong xylanh đã bị phân giải thành cacbua tự do, không bảo đảm cháy được trong động cơ.

d. Ảnh hưởng của thành phần hóa học đến chỉ số xêtan của nhiên liệu:

•Ankan thẳng là loại cacbua hydro có chỉ số xêtan cao hơn cả, thấp nhất là cacbua hydro thơm, ankan vòng vào loại trung bình.

•Trong ankan mạch nối thẳng càng dài thì chỉ số xêtan càng cao. Ankan nhánh có chỉ số xêtan thấp hơn ankan thẳng tương ứng.

•Allkan vòng (xyclo ankan) có số nguyên tử cacbon trong phân tử nhiều lên, thì chỉ số xêtan giảm đi một ít.

•Trong cacbua thơm thì chỉ số xêtan của loại không có mạch nhánh thấp nhất, nếu có mạch nhánh càng dài thì chỉ số xêtan càng cao.

•Nếu biết thành phần hóa học của nhiên liệu, có thể tính gần đúng chỉ số xêtan của nhiên liệu theo công thức thực nghiệm dưới đây:

        Chỉ số xêtan = O,8P + 0,1N - 0,2A

- P: phần trăm của cacbua parafin có trong nhiên liệu

- N: phần trăm napten có trong nhiên liệu

- A: phần trăm cacbua thơm có trong nhiên liệu.

3. Tính bốc hơi của nhiên liệu:

•Sự bốc hơi hoàn toàn của nhiên liệu phụ thuộc vào nhiệt độ và chuyển động xoáy của không khí trong buồng đốt.

•Càng phun khếch tán mạnh, càng tạo ra diện tích bốc hơi lớn.

•Phun khuếch tán không những yêu cầu phải phun nhỏ mà còn phải phun xa, do đó độ cất của nhiên liệu không được quá cao.

•Động cơ có tốc độ quay càng nhanh, thời gian bốc hơi càng ngắn, nên phải dùng nhiên liệu có tính bốc hơi tốt (thích hợp).

–Nếu dùng nhiên liệu có tính bốc hơi kém, độ cất cao không bảo đảm chuyển thành hơi dễ dàng, dẫn đến cháy không hoàn toàn.

•Độ cất của nhiên liệu còn ảnh hưởng tới sự khởi động động cơ. Khi khởi động, có nhiều điều kiện không lợi cho việc bốc hơi và cháy của nhiên liệu như: nhiệt độ không đủ cao, áp suất không khí không đủ lớn, vì thế nhiên liệu phải có tính bốc hơi đủ để tạo thành hơi hỗn hợp, thích ứng với khả năng tự cháy của nhiên liệu.

•Khi dùng nhiên liệu có phạm vi độ cất thấp thì dễ khởi động động cơ, dùng nhiên liệu quá nhẹ cũng không được vì chỉ số xêtan thấp, mà dùng nhiên liệu nặng thì khởi động khó khăn và không cháy được hoàn toàn.

4. Độ nhớt của nhiên liệu:

•Độ nhớt nói lên trình độ đặc loãng của nhiên liệu.

•Độ nhớt của nhiên liệu cũng có ảnh hưởng đến sự phun xa và bốc hơi của nhiên liệu.

5. Ảnh hưởng đến tính lưu chuyển của nhiên liệu:

•Độ nhớt, độ vẫn đục, độ đông đặc, tạp chất cản trở đến sự lưu chuyển của nhiên liệu.

a. Độ nhớt:

•Độ nhớt của nhiên liệu không những ảnh hưởng đến khả năng phun và bốc hơi của nhiên liệu trong động cơ, mà còn ảnh hưởng rõ rệt đến sự lưu chuyển của nhiên liệu trong máy, vì độ nhớt lớn thì sức cản trong hệ thống nhiên liệu sẽ tăng.

•Sự thay đổi độ nhớt của nhiên liệu phụ thuộc vào nhiệt độ, đặc biệt khi nhiệt độ xuống dưới 00C dẫn đến sức cản trong đường ống tăng lên rõ rệt

•Tuy nhiên, độ nhớt của nhiên liệu Diesel cũng không được quá nhỏ, vì nhiên liệu còn có tác dụng làm nhờn bơm cao áp và các lò xo trong bộ phận phun. Hiện nay, qua nghiên cứu ở 200C, độ nhớt của nhiên liệu Diesel không được lớn hơn 8,5 CCT và không được nhỏ hơn 1,8 CCT

b. Độ vẫn đục và đông đặc:

•Trong nhiên liệu Diesel có những thành phần cacbua hydro có độ nóng chảy cao, trước hết phải kể đến parafin.

•Khi nhiên liệu bị vẫn đục thì việc lưu chuyển của nhiên liệu sẽ rất khó khăn, còn khi đã đông đặc thì rõ ràng là nhiên liệu không thể lưu chuyển được.

   Muốn dùng được nhiên liệu khi nhiệt độ xuống thấp, người ta phải tìm cách giảm độ vẫn đục và độ đông đặc của nhiên liệu, có thể dùng các cách sau:

•Tẩy và khử parafin khỏi nhiên liệu trong khi chế luyện cũng có ảnh hưởng đến chất lượng, đó là chỉ số xêtan bị giảm thấp và thu hẹp sản lượng.

•Pha thêm dầu hỏa có độ đông đặc thấp vào nhiên liệu Diesel.

•Tẩy nước ra khỏi nhiên liệu hoặc khắc phục không để nước tan lẫn trong nhiên liệu, vì khi nhiệt độ xuống thấp phần nước tách ra kết tinh sớm nên sẽ gây ra hiện tượng vẫn đục. Độ đông đặc của nhiên liệu Diesel tùy loại nhưng thường trong khoảng -100C đến -600C

4. Một số tính chất khác:

a. Khả năng tạo thành muội than:

•Muội than sinh ra là do nhiên liệu bị phân giải ở nhiệt độ cao và không có không khí. Nếu trong nhiên liệu có nhiều chất keo nhựa, thì trong sử dụng sẽ sinh ra nhiều muội than.

•Khả năng tạo thành muội than được đánh giá bằng % lượng muội than của nhiên liệu Diesel. Ở động cơ tốc độ nhanh không được quá 0,1%. Còn các nhiên liệu nặng, lượng muội than rất cao, có thể lên tới 3 – 4% nên chỉ dùng cho máy cố định có tốc độ quay thấp.

b. Tính ăn mòn của nhiên liệu:

•Nhiên liệu có tính ăn mòn là do lưu huỳnh (S) và axit. Ở khu vực nhiệt độ cao, hơi nước không thể ngưng tụ được, nhân tố ăn mòn chính là lưu huỳnh. Ở nơi có nhiệt độ thấp, hơi nước có thể ngưng tụ được nhân tố ăn mòn chính là axit

•Lượng lưu huỳnh còn có tác dụng mài mòn máy vì lượng lưu huỳnh càng cao, thì lượng muội than cũng tăng theo.

c. Độ bén lửa:

•Độ bén lửa là nhiệt độ khi nhiên liệu bốc hơi hỗn hợp với không khí và gặp tia lửa có thể bốc cháy và tắt ngay. Độ bén lửa của nhiên liệu Diesel biểu thị tính bốc hơi  và nói lên trình độ nguy hiểm về cháy có thể xảy ra khi bảo quản, vận chuyển hay khi dùng nhiên liệu ở những nơi không thoáng gió.

•Độ bén lửa của nhiên liệu Diesel được quy định trong phạm vi 35- 900C, trong bảo quản không được để lẫn xăng vào nhiên liệu Diesel. Nếu để lẫn xăng độ bén lửa sẽ thấp, dẫn đến quá trình cháy không êm. Các thùng chứa xăng muốn chứa dầu Diesel phải tẩy rửa sạch.

d. Tạp chất và nước:

•Nhiên liệu Diesel yêu cầu không có tạp chất, khi có tạp chất sẽ làm tắc hệ thống nhiên liệu, đặc biệt là vòi phun của bơm cao áp. Do đó, trong quá trình bơm hút, tồn chứa, tiếp nhận, cấp phát, vận chuyển, bảo quản nhiên liệu Diesel cần hết sức chú ý không cho tạp chất lẫn vào (vật chứa, thiết bị bơm hút phải sạch sẽ, đậy kín,... ).

•Nước lẫn vào nhiên liệu gây ra ăn mòn kim loại, làm hỏng thuốc pha và ảnh hưởng xấu đến quá trình đốt cháy nhiên liệu.

Tách nước và tạp chất ra khỏi nhiên liệu có thể dùng phương pháp lắng, lọc, phân ly.