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 độ
ng 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 nhi
ều 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 c
ơ 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