Đang tải... (xem toàn văn)
Nhiên liệu là vật chất được sử dụng để giải phóng năng lượng khi cấu trúc vật lý hoặc hóa học bị thay đổi. Nhiên liệu giải phóng năng lượng thông qua quá trình hóa học như cháy hoặc quá trình
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG --------- NHIÊN LIỆU VÀ VẬT LIỆU BÔI TRƠN Dùng cho sinh viên ngành động lực Biên soạn: Nguyễn Quang Trung BS: Nguyễn Quang Trung 1 Nội dung giáo trình Phần 1 NHIÊN LIỆU Chương 1.GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHIÊN LIỆU Chương 2. NHIÊN LIỆU CÓ NGUỒN GỐC TỪ DẦU KHÍ Chương 3.NHIÊN LIỆU SINH HỌC Phần 2 VẬT LIỆU BÔI TRƠN Chương 4. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VẬT LIỆU BÔI TRƠN. Chương 5. DẦU NHỜN Chương 6. MỠ NHỜN BS: Nguyễn Quang Trung 2 Phần 1 NHIÊN LIỆU Chương 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHIÊN LIỆU Nhiên liệu là vật chất được sử dụng để giải phóng năng lượng khi cấu trúc vật lý hoặc hóa học bị thay đổi. Nhiên liệu giải phóng năng lượng thông qua quá trình hóa học như cháy hoặc quá trình vật lý, ví dụ phản ứng nhiệt hạch, phản ứng phân hạch. Tính năng quan trọng của nhiên liệu đó là năng lượng có thể được giải phóng khi cần thiết và sự giải phóng năng lượng được kiểm soát để phục vụ mục đích của con người. Mọi dạng sự sống trên Trái đất – từ những cấu trúc vi sinh vật cho đến động vật và con người, đều phụ thuộc và sử dụng nhiên liệu là nguồn cung cấp năng lượng. Các tế bào trong cơ thể sống tham gia quá trình biến đổi hóa học mà qua đó năng lượng trong thức ăn hoặc ánh sáng Mặt trời được chuyển hóa thành những dạng năng lượng có thể duy trì sự sống. Con người sử dụng nhiều cách thức nhằm biến đổi năng lượng ở nhiều hình thức thành những dạng phù hợp mới mục đích sử dụng phục vụ cuộc sống và các quá trình xã hội. Ứng dụng giải phóng năng lượng từ nhiên liệu rất đa dạng trong cuộc sống như đốt cháy khí tự nhiên để đun nấu, kích nổ xăng dầu để chạy động cơ, biến năng lượng hạt nhân thành điện năng, v.v Các dạng nhiên liệu phổ biến được dùng là dầu hỏa, xăng dầu, than đá, chất phóng xạ, v.v Tuy vậy giáo trình này chỉ đề cập đến các loại nhiên liệu sử dụng cho động cơ đốt trong, đây là các loại nhiên liệu có yêu cầu rất khắt khe để đảm bảo cho động cơ hoạt động hiệu quả nhất. 1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH HÒA KHÍ TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Động cơ đốt trong là một loại động cơ nhiệt tạo ra công cơ học bằng cách đốt nhiên liệu bên trong động cơ. Các loại động cơ sử dụng dòng chảy (tiếng Anh: Fluid flow engine) để tạo công thông qua đốt cháy như tuốc bin khí và các động cơ đốt bên ngoài xy lanh thí dụ như máy hơi nước hay động cơ Stirling không thuộc về động cơ đốt trong.Hỗn hợp không khí và nhiên liệu được đốt trong xy lanh của động cơ đốt trong. Khi đốt cháy nhiệt độ tăng làm cho khí đốt giãn nở tạo nên áp suất tác dụng lên một pít tông đẩy pít tông này di chuyển đi. BS: Nguyễn Quang Trung 3 Có nhiều loại động cơ đốt trong khác nhau, một phần sử dụng các chu kỳ tuần hoàn khác nhau. Tuy vậy tất cả các động cơ đốt trong đều lặp lại trong một chu trình tuần hoàn chu kỳ làm việc bao gồm 4 bước: Nạp, nén, nổ (đốt) và xả. Xả và nạp là hai bước dùng để thay khí thải bằng khí mới. Nén và nổ dùng để biến đổi năng lượng hóa học (đốt hỗn hợp không khí và nhiên liệu) thông qua nhiệt năng (nhiệt độ) và thế năng (áp suất) thành năng lượng cơ (động năng trong chuyển động quay). Nguyên tắc hoạt động của động cơ đốt trong: Trong thì thứ nhất (nạp – van nạp mở, van xả đóng) hỗn hợp không khí và nhiên liệu được "nạp" vào xy lanh trong lúc pít tông chuyển động đi xuống. Trong thì thứ hai (nén – hai van đều đóng) pít tông nén hỗn hợp khí trong xy lanh khi chuyển động đi lên. Ở cuối thì thứ hai (pít tông ở tại điểm chết trên) hỗn hợp khí được đốt, trong động cơ xăng bằng bộ phận đánh lửa, trong động cơ diesel bằng cách tự bốc cháy. Trong thì thứ ba (tạo công – các van vẫn tiếp tục được đóng) hỗn hợp khí được đốt cháy. Vì nhiệt độ tăng dẫn đến áp suất của hỗn hợp khí tăng và làm cho pít tông chuyển động đi xuống. Chuyển động tịnh tiến của pít tông được chuyển bằng tay biên đến trục khuỷu và được biến đổi thành chuyển động quay. Trong thì thứ tư (xả - van nạp đóng, van xả mở) pít tông chuyển động đi lên đẩy khí từ trong pít tông qua ống xả thải ra môi trường. Chuyển động của pít tông ở thì thứ nhất, hai và bốn là nhờ vào năng lượng được tích trữ bởi bánh đà gắn ở trục khuỷu trong thì thứ ba (thì tạo công). Một động cơ bốn thì vì thế có góc đánh lửa là 720 độ tính theo góc quay của trục khuỷu tức là khi trục khuỷu quay 2 vòng thì mới có một lần đánh lửa. Có thêm nhiều xy lanh thì góc đánh lửa sẽ nhỏ đi, năng lượng đốt được đưa vào nhiều hơn trong hai vòng quay của trục khuỷu sẽ làm cho động cơ chạy êm hơn. Do trong lúc khởi động chưa có đà nên trục khuỷu phải được quay từ bên ngoài bằng một thiết bị khởi động như dây (máy cưa, động cơ của ca nô), cần khởi động (mô tô), tay quay khởi động ở các ô tô cổ hay một động cơ điện nhỏ trong các mô tô và ô tô hiện đại. Việc thay thế khí thải bằng hỗn hợp khí mới được điều khiển bằng trục cam. Trục này được gắn với trục khuỷu, quay có giảm tốc 1:2, đóng và mở các van trên đầu xy lanh của động cơ. Thời gian trục khuỷu đóng và mở các van được điều chỉnh sao cho van nạp và van xả được mở cùng một lúc trong một thời gian ngắn khi BS: Nguyễn Quang Trung 4 chuyển từ thì xả sang thì nạp. Khí thải thoát ra với vận tốc cao sẽ hút khí mới vào buồng đốt nhằm nạp khí mới vào xy lanh tốt hơn và tăng áp suất đốt. Nhiệt năng được dùng để chuyển biến thành cơ năng trong động cơ là do phản ứng cháy của hòa khí. Cần tạo mọi điều kiện để phản ứng cháy này được diễn ra đúng lúc, kịp thời, triệt để, đồng thời đảm bảo cho máy chạy êm. Tất cả những điều đó lại phụ thuộc vào chất lượng hình thành hòa khí và tính chất của nhiên liệu dùng trong động cơ. Hòa khí là hỗn hợp giữa hơi nhiên liệu và không khí, có tính đồng nhất (mức độ hòa trộn) tùy thuộc vào phương thức hòa trộn và nhiên liệu sử dụng. Có hai phương thức hình thành hòa khí đó là: hòa khí được hình thành bên ngoài và hình thành bên trong xilanh. Tạo hỗn hợp bên ngoài: Nhiên liệu và không khí được hòa vào nhau ở ngoài xy lanh, sau đó được đưa vào xy lanh và nén lại. Đại diện đặc trưng cho loại này là động cơ Otto có bộ chế hòa khí hay động cơ hai thì. Nếu nhiệt độ động cơ quá cao, thời điểm đánh lửa quá sớm hay vì tự bốc cháy hỗn hợp này có thể gây ra nổ không kiểm soát được làm giảm công suất và gây hư hại cho động cơ. Trong lúc được nén lại nhiên liệu phải bốc hơi một phần để có thể cháy rất nhanh ngay sau khi đánh lửa, tạo vận tốc vòng quay nhanh. Tạo hỗn hợp bên trong: Chỉ có không khí được đưa vào và nén lại trong xy lanh, nhiên liệu được phun vào sau đó. Do không có nhiên liệu nên không xảy ra việc tự cháy vì thế mà có thể tăng hiệu suất bằng cách tăng độ nén nhiều hơn. Đánh lửa bằng cách tự bốc cháy (động cơ diesel) hay bằng bộ phận đánh lửa (động cơ Otto có bộ phận phun liêu nhiệu trực tiếp hay ở các động cơ có thể dùng nhiều loại nhiên liệu khác nhau). Sau khi được phun vào nhiên liệu cần một thời gian nhất định để bốc hơi vì thế mà vận tốc vòng quay bị giới hạn. Khi nhiên liệu được cung cấp trên đường nạp động cơ thì nó tiếp xúc và hòa trộn với không khí ngay tại đây và tiếp tục cho đến khi hòa khí được đốt cháy. Vì thế mà hòa khí tương đối đồng nhất và tùy thuộc vào trạng thái và tính bay hơi của nhiên liệu. Ở động cơ hình thành hòa khí bên trong, vào cuối quá trình nén nhiên liệu (diesel) mới được phun dưới dạng sương có áp suất cao kết hợp vào không khí chuyển động xoáy. Vì thời gian hòa trộn ngắn nên hòa khí hình thành không đồng nhất và mang tính cục bộ tùy thuộc vào phân bố của chùm tia phun, áp suất phun và chuyển động xoáy lốc của không khí trong xilanh. BS: Nguyễn Quang Trung 5 1.2. YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI NHIÊN LIỆU SỬ DỤNG TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG. - Dễ hòa trộn với không khí để tạo thành hòa khí. - Sản vật cháy không được có tro vì tro sẽ làm cho xéc măng bị liệt và làm tăng độ mài mòn của xilanh, piston và xéc măng. - Đảm bảo tính kinh tế, an toàn và ít gây ô nhiễm môi trường. 1.3. PHÂN LOẠI NHIÊN LIỆU 1) Theo trạng thái: + Nhiên liệu thể lỏng: xăng, diesel,… + Nhiên liệu thể khí: khí thiên nhiên, khí công nghiệp, … + Nhiên liệu thể rắn: than đá (chỉ dùng sau khi hóa khí). 2) Theo nguồn gốc: + Nhiên liệu có nguồn gốc từ dầu khí: xăng, diesel, khí thiên nhiên,… + Nhiên liệu có nguồn gốc sinh học: Cồn, biodiesel, biogas,… + Nhiên liệu có nguồn gốc từ công nghiệp: khí hiđrô, khí lò gas BS: Nguyễn Quang Trung 6 . Phần 1 NHIÊN LIỆU Chương 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHIÊN LIỆU Chương 2. NHIÊN LIỆU CÓ NGUỒN GỐC TỪ DẦU KHÍ Chương 3.NHIÊN LIỆU SINH HỌC Phần 2 VẬT LIỆU. THÔNG -- -- - -- - - NHIÊN LIỆU VÀ VẬT LIỆU BÔI TRƠN Dùng cho sinh viên ngành động lực Biên soạn: Nguyễn Quang Trung BS: Nguyễn Quang Trung 1