Bài giảng nhiên liệu, dầu mỡ, chất tẩy rửa

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH
BỘ MÔN CƠ KHÍ Ơ TƠ - KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BÀI GIẢNG
NHIÊN LIỆU, DẦU MỠ, CHẤT TẨY RỬA
(Dành cho sinh viên bậc Đại học)
(LƯU HÀNH NỘI BỘ)

Quảng Ninh, 2020


Khoa Cơ khí Động lực

Chƣơng I : KHÁI QUÁT CHUNG VỀ DẦU MỎ .......................................................... 3
1.1. Vài nét về dầu mỏ ..................................................................................................... 3
1.2. Thành phần hóa học của dầu mỏ .............................................................................. 4
1.2.1. Họ An kan ...........................................................................................................4
1.2.2. Nhóm xycloankan................................................................................................5
1.2.3. Cacbuahiđro thơm (Nhóm Hydrocacbon aromat) ...............................................5
1.2.4. Cacbuahiđro không no (Olefin)...........................................................................6
1.3. Chƣng cất Dầu mỏ. ................................................................................................... 6
1.3.1 Chƣng cất khí quyển.............................................................................................6
1.3.2 Chƣng cất khí quyển-chân khơng.........................................................................7
1.3.3 Các q trình chế biến sâu dầu mỏ .......................................................................8
1.3.3.1 Các q trình chế hóa nhiệt .........................................................................8
1.3.3.2 Các quy trình chế hóa nhiệt xúc tác ..........................................................10
1.3.4 Chế biến dầu mỡ nhờn .......................................................................................12
1.3.5 Chế biến mỡ nhờn ..............................................................................................13
Chƣơng II : NHIÊN LIỆU XĂNG VÀ DIESEL........................................................... 14
2.1 Khái niệm ................................................................................................................ 14

2.2 Nhiên liệu thể khí .................................................................................................... 15
2.3 Nhiên liệu lỏng ........................................................................................................ 16
2.3.1. Các tính chất lý hóa học của nhiên liệu lỏng ....................................................16
2.3.2. Phƣơng trình cháy của nhiên liệu ......................................................................17
2.3.3. Nhiệt trị..............................................................................................................18
2.3.3.1 Nhiệt trị của nhiên liệu ..............................................................................18
2.3.3.2 Nhiệt trị của hỗn hợp .................................................................................19
2.3.4. Nhiệt độ bén lửa và nhiệt độ tự bốc cháy ..........................................................19
2.4 Nhiên liệu xăng........................................................................................................ 20
2.4.1 Khái niệm ...........................................................................................................20
2.4.2 Yêu cầu và các thông số đánh giá chất lƣợng xăng ô tô ....................................20
2.4.2.1. Yêu cầu .....................................................................................................20
2.4.2.2. Các thông số đánh giá chất lƣợng xăng ô tô ............................................21
2.4.3 Các tính chất lý hóa của xăng ............................................................................30
2.4.4 Các loại xăng ......................................................................................................31
2.5 Nhiên liệu Diesel. .................................................................................................... 32
2.5.1 Khái niệm ...........................................................................................................32
Bộ môn:Cơ khí Ơ tơ.

Trang 1


Khoa Cơ khí Động lực

2.5.2 u cầu và thơng số đánh giá chất lƣợng nhiên liệu diesel ...............................32
2.5.2.1 Yêu cầu ......................................................................................................32
2.5.2.2. Thông số đánh giá chất lƣợng nhiên liệu diesel .......................................33
2.5.3 Tính chất lý hóa của nhiên liệu diesel ................................................................34
2.5.4 Các loại nhiên liệu diesel ...................................................................................36
Chƣơng 3. DẦU, MỠ BÔI TRƠN- DUNG DỊCH LÀM MÁT ................................... 38

3.1 Dầu bôi trơn ............................................................................................................. 38
3.1.1 Khái niệm về ma sát và bôi trơn.........................................................................38
3.1.2 Phân loại công dụng và yêu cầu đối với chất lƣợng của dầu bôi trơn. ..............40
3.1.2.1 Phân loại ....................................................................................................40
3.1.2.2 Công dụng .................................................................................................40
3.1.2.3 u cầu ......................................................................................................41
3.1.3 Tính chất của dầu bơi trơn ..................................................................................41
3.1.3.1 Nhiệt độ đông dặc và phƣơng pháp giảm nhiệt độ đông đặc ....................41
3.1.3.2 Độ nhớt của dầu bôi trơn ..........................................................................41
3.1.3.3 Tính ổn định của dầu, tính ăn mịn kim loại, tạp chất cơ học ở trong dầu
bôi trơn...................................................................................................................43
3.1.3.4 Tính chất đặc biệt của dầu bơi trơn động cơ .............................................44
3.1.4 Dầu bơi trơn dùng trên Ơ tơ ...............................................................................46
3.1.4.1 Dầu bôi trơn dùng cho động cơ đốt trong .................................................46
3.1.4.2 Dầu bôi trơn hệ thống truyền động............................................................50
3.1.4.3 Dầu dùng cho hệ thống thủy lực................................................................52
3.2 Mỡ bôi trơn .............................................................................................................. 56
3.2.1 Công dụng yêu cầu .............................................................................................56
3.2.2 Thành phần của mỡ ............................................................................................57
3.2.3 Sản xuất mỡ ........................................................................................................58
3.2.4. Đánh giá chất lƣợng mỡ bôi trơn ......................................................................60
3.2.5 Các loại mỡ và cách sử dụng ..............................................................................62
3.3 Dung dịch làm mát .................................................................................................. 67
3.3.1 Công dụng, yêu cầu ............................................................................................67
3.3.2 Thành phần của dung dịch làm mát ...................................................................67

Bộ mơn:Cơ khí Ơ tô.

Trang 2

Khoa Cơ khí Động lực

Mơn học: NHIÊN LIỆU VÀ CHẤT TẨY RỬA
Chương 1 : KHÁI QUÁT CHUNG VỀ DẦU MỎ
1.1. Vài nét về dầu mỏ.
Dầu khí là tên gọi tắt của dầu mỏ (dầu thơ) và hỗn hợp khí thiên nhiên. Dầu mỏ
thƣờng ở thể lỏng nhớt, nhƣng cũng có loại dầu ngay ở nhiệt độ thƣờng đã đông đặc
lại. Dầu mỏ có màu sắc thay đổi từ vàng nhạt tới đen sẫm, có ánh huỳnh quang. Độ
nhớt của dầu mỏ thay đổi trong một khoảng rất rộng, từ 5 tới 100 cst, có trƣờng hợp
màu sáng nhẹ giống nhƣ dầu hỏa và đặc quánh nhƣ kẹo và chìm lơ lửng trong nƣớc,
khối lƣợng riêng của dầu mỏ xấp xỉ khoảng 0,78-0,92g/cm3.
Thành phần cơ bản của dầu mỏ là hợp chất cacbuahiđrơ trong đó có hồ tan các
chất ở thể khí và thể rắn với cacbon chứa nhiều nhất khoảng 83-86%, khoảng 12-14%
là hyđrơ, cịn lại khoảng 1-3% là các khí lƣu huỳnh, oxy, nitơ.
Trong dầu mỏ có nhiều loại cacbuahiđro, tính chất của mỗi loại khác nhau nên
sản phẩm dầu mỏ ở các vùng khác nhau là không giống nhau.
Trong dầu mỏ có 4 loại chính nhƣ sau:
+ Cacbuahiđro parafin (ankan) có cơng thức phân tử: CnH2n+2
+ Cacbuahiđro xyclan (naften) có cơng thức phân tử: CnH2n
+ Cacbuahiđro thơm (Cacbuahiđro arơmatich): CnH2n-6
+ Cacbuahiđro Anken (Ơlephin): CnH2n
Nhiên liệu tồn tại ở cả 3 trạng thái rắn, lỏng, khí và đƣợc mơ tả nhƣ sơ đồ sau:

Bộ mơn:Cơ khí Ơ tơ.

Trang 3


Khoa Cơ khí Động lực

Hình 1.1 Sơ đồ tổng quan các loại nhiên liệu được sử dụng.
1.2. Thành phần hóa học của dầu mỏ.
1.2.1. Nhóm Ankan:
Cơng thức tổng qt: CnH2n+2
Ở điều kiện bình thƣờng họ Ankan có 3 trạng thái:
+ Thể khí từ CH4- C4H10
+ Thể lỏng từ C5H12- C13H28
+ Thể rắn từ C14H30- trở lên
Họ Ankan có hai dạng cấu tạo hóa học:
+ Các nguyên tử cacbon liên kết thành mạch thẳng gọi là dạng normal (nAnkal).
Ví dụ: C4H10 (n-butan):

CH3- CH2- CH2- CH3

+ Đồng phân tử của cacbuahiđrô tiêu chuẩn loại này các nguyên tử cacbon
trong phân tử đƣợc sắp xếp theo mạch nhánh khi gọi ta thêm đầu nối iso.
Ví dụ:
CH3
CH3 C-CH2-Ch-CH3
CH3

CH3

Đặc điểm của họ Ankan:
Ở điều kiện bình thƣờng họ Ankan ổn định nghĩa là chúng khơng bị ơxi hố khi
bảo quản ở nhiệt độ và áp suất bình thƣờng.

Bộ mơn:Cơ khí Ơ tơ.

Trang 4


Khoa Cơ khí Động lực
o

o

Dƣới tác dụng của t cao lớn hơn 500 C thì những cacbuahiđro tiêu chuẩn dễ bị
oxi hoá khả năng phản ứng của chúng tăng nhanh có tạo ra perơxit (R-O-O-R) và
hiđrơperơxit (R-O-O-H), đây là những mầm mống gây ra hiện tƣợng kích nổ đối với
động cơ xăng nhƣng những tính chất này lại rất cần cho động cơ dùng nhiên liệu
diesel.
Những cacbuahiđrơ parafen thƣờng có to đông đặc cao nên trong nhiên liệu và
dầu nhờn dùng ở mùa đông cần hạn chế loại cacbua này.
1.2.2. Nhóm Xycloankan:
Cơng thức tổng qt:

CnH2n

Ở phân tử Hydrocacbon naphten, các nguyên tử cacbon liên kết với nhau tạo thành
một vòng cacbon kín bằng liên kết đơn bền vững, nên có tên là Hydrocacbon vòng no.
Loại này chủ yếu là vòng 5 cacbon hoặc 6 cacbon nên có tên là cyclopentan (C5H10) và
cyclohexan (C6 H12).
CH2
H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

CH2
Xyclopentan

CH2
Cyclo hexan

Loại cacbua này làm cho sản phẩm của dầu mỡ có tính ổn định về nhiệt và ổn
định về hoá học cao. Loại cacbuahiđro xiclan nằm ở khoảng giữa 2 loại cacbuahiđro
farafin và cacbuahiđro thơm nên chúng đạt yêu cầu cho cả nhiên liệu xăng và nhiên
liệu diesel.
1.2.3. Cacbuahiđro thơm (Nhóm Hydrocacbon aromat):
Cơng thức tổng qt:

CnH2n-6

Phân tử của loại này có chứa benzen (C6H6), trong phân tử benzen, 6 nguyên tử cacbon
liên kết thành một vòng có ba liên kết đơn và ba liên kết đơi sắp xếp liên hợp với nhau.
Trên cơ sở vòng benzen hình thành các hydrocacbon thơm khác nhau chủ yếu bằng
các thế các nguyên tử H bằng các gốc Ankyl với độ dài và cấu trúc mạch khác nhau.

CH

Bộ mơn:Cơ khí Ô tô.

CH

HC

CH

HC

C

HC

CH

HC

CH

CH3

CH

CH

Benzen

Metyl Benzen

Trang 5


Khoa Cơ khí Động lực

Loại này có trong tất cả các loại dầu mỡ nhƣng hàm lƣợng ít có trị số nhớt,
nhiệt độ sôi và tỉ trọng cao hơn so với 2 loại parafin và xiclo ankan khi cùng khối
lƣợng phân tử. Vì vậy chúng khơng nên có trong nhiên liệu diesel bởi vì chúng rất khó
oxi hố làm cho động cơ bị làm việc cứng.
Ở to thấp thì độ nhớt của cacbuahiđro thơm tăng nhanh nên hạn chế nó trong
dầu nhờn sử dụng vào mùa đông.
1.2.4. Cacbuahiđro không no (Olefin):
Công thức tổng quát:

CnH2n

Cacbuahiđro kkông no các nguyên tử cacbon liên kết với nhau tạo nên một mạch
cacbon hở, bằng liên kết đơi và liên kết đơn kém bền vững.
Ví dụ: Etylen C2H4 (CH2=CH2)
Đặc điểm
Những cacbuahiđro không no rất không bền chúng dễ bị oxi hoá tạo ra kẹo axit
hữu cơ và hợp chất khác, những cacbuahidro khơng no có xu hƣớng liên kết một vài
phân tử vào một phân tử có khối lƣợng phân tử lớn (gọi là nhựa hoá) hoặc liên kết
những phân tử riêng lẻ trở về vật liệu ban đầu gọi là ngƣng tụ. Những cacbuahiđro
không no làm giảm tính ổn định đi rất nhiều lên các sản phẩm dầu mỏ thƣờng loại bỏ
bằng cách lọc.
1.3. Chưng cất Dầu mỏ.
Chƣng cất dầu mỏ là chế biến trực tiếp dầu mỏ trong các tháp chƣng cất với các

điều kiện về áp suất và nhiệt độ khác nhau để tách dầu mỏ thành các phân đoạn riêng
biệt có phạm vi độ sơi thích hợp. Trong q trình chƣng cất khơng xảy ra sự biến đổi
hóa học thành phần dầu mỏ.
1.3.1 Chưng cất khí quyển:
Dầu mỏ đƣợc đƣa vào trong lị ống, tại đó dầu đƣợc nấu nóng tới 330 - 3500C,
chuyển thành hơi di chuyển lên tháp tinh cất. Tháp có cấu tạo đĩa để tăng cƣờng q
trình trao đổi nhiệt và chất giữa hai luồng vật chất ở thể lỏng và thể hơi vận chuyển
ngƣợc chiều nhau, nhờ đó có thể phân chia hỗn hợp hơi dầu mỏ thành các phân đoạn
có phạm vi sơi khác nhau. Tuy nhiên cũng cần lƣu ý rằng, phạm vi độ sơi của các phân
đoạn chỉ là tƣơng đối, có thể thay đổi, phụ thuộc vào yêu cầu chất lƣợng sản phẩm,
vào đặc tính dầu thơ chƣng cất và những tính toán cụ thể của nhà sản xuất nhằm thu
đƣợc hiệu quả kinh tế cao nhất. Những phân đoạn chủ yếu của chƣng cất khí quyển là:
+ Xăng thơ (naphtha) từ 40 đến 2000C
Bộ mơn:Cơ khí Ơ tơ.

Trang 6


Khoa Cơ khí Động lực

+ Dầu hỏa (kerosine) từ 140 đến 300 C
0

+ Phân đoạn diesel (gas oil) từ 230 đến 3500C
+ Cặn chƣng cất (residue) độ sôi > 3500C
Phân đoạn xăng thơ:
Cịn gọi là xăng chƣng cất, có thể dùng pha chế với các loại xăng khác làm
xăng thƣơng phẩm. Ngồi ra có thể chƣng cất xăng thơ thành các phân đoạn có phạm
vi sơi hẹp hơn gọi là naphtha nhẹ, naphtha trung bình, naphtha nặng dùng làm nguyên
liệu cho các q trình chế biến sâu.

Phân đoạn dầu hỏa
Có thể tinh chế làm nhiên liệu phản lực. Ngoài ra cũng có thể dùng làm khí đốt
hay ngun liệu cho các dây chuyền cơng nghệ khác.
Phân đoạn diesel
Có thể dùng làm nhiên liệu cho động cơ diesel (DO), đồng thời có thể dùng làm
ngun liệu cho các q trình chế biến sâu.
Phân đoạn cặn chưng cất khí quyển
Cịn đƣợc gọi là cặn mazut (residue) có thể dùng làm nhiên liệu đốt lị (FO),
hoặc chuyển vào tháp chƣng cất khí quyển - chân khơng để tách làm các phân đoạn
nặng có phạm vi độ sơi khác nhau.
1.3.2 Chưng cất khí quyển-chân khơng:
Cặn chƣng cất khí quyển đƣợc đƣa vào tháp chƣng cất khí quyển - chân khơng.
Tại đây mazut đƣợc phân chia thành 3 phân đoạn và phần cặn.
- Phân đoạn nhẹ
- Phân đoạn trung bình
- Phân đoạn nặng
- Phần cặn.
Ba phân đoạn này sử dụng làm nguyên liệu chế biến 3 loại dầu nhờn gốc. Phần
cặn chƣng cất chân không có thề dùng làm nguyên liệu tách lọc dầu nhờn cặn hay
nguyên liệu sản xuất Bitum, hoặc làm nguyên liệu cho cơng nghệ chế biến sâu.
Sơ đồ tinh cất khí quyển và chân khơng đƣợc trình bày trong hình 1.2

Bộ mơn:Cơ khí Ơ tơ.

Trang 7


Khoa Cơ khí Động lực

Hình 1.2 Sơ đồ chưng cất dầu mỏ

1. Lò ống

3. Bộ phận làm lạnh

6. Bộ phận trao đổi nhiệt

2,5.Tháp tính cất

4. Bộ phận tách lỏng và khí 7. Bơm 8. Cột hóa hơi

1.3.3 Các q trình chế biến sâu dầu mỏ:
Quá trình chƣng cất dầu mỏ trình bày ở trên chủ yếu dựa vào tính chất vật lý là
bay hơi và ngƣng tụ. Trong quá trình chƣng cất khơng xảy ra các chuyển hóa thành
phần hydrocacbon có trong dầu, do đó hiệu suất và chất lƣợng các sản phẩm chƣng cất
không đáp ứng đƣợc yêu cầu sử dụng. Để nâng cao chất lƣợng cũng nhƣ hiệu suất các
loại sản phẩm có giá trị kinh tế, cần có những q trình chế biến sâu. Cơng nghệ chế
biến sâu (chế biến thứ cấp) dầu mỏ bao gồm một số dây chuyền cơng nghệ chủ yếu là
các q trình chế hóa nhiệt và các q trình chế biến nhiệt - xúc tác.
1.3.3.1 Các q trình chế hóa nhiệt:
a. Cracking nhiệt, visbreaking:
Dây chuyền cracking nhiệt nhằm phân hủy các phần cặn của quá trình chƣng
cất dầu, dƣới tác dụng của nhiệt độ cao thích hợp để thu đƣợc những sản phẩm sáng

Bộ mơn:Cơ khí Ơ tơ.

Trang 8


Khoa Cơ khí Động lực

màu. Dây chuyền visbreaking nhằm phân hủy các thành phần của nhiên liệu đốt lò
bằng nhiệt độ cao để giảm độ nhớt tới mức phù hợp.
Nguyên liệu của các công nghệ này là phần cặn chƣng cất: mazut và gudron
cũng nhƣ các phần cặn của quá trình chế biến sâu khác.
Sản phẩm bao gồm:
+ Hỗn hợp khí: bao gồm các khí hydrocacbon no và khơng no, đƣợc sử dụng
làm nhiên liệu hoặc nguyên liệu cho hóa dầu.
+ Cracking nhiệt: có chứa tới 25% hydrocacbon khơng no do đó tính ổn định
hóa học kém.
+ Phân đoạn Dầu hỏa – diesel có thể dùng làm nhiên liệu diesel sau khi làm
sạch bằng hydro, hoặc dùng làm nhiên liệu đốt lò.
+ Cặn cracking dùng làm nhiên liệu đốt lò có nhiệt độ cháy cao hơn, nhiệt độ
đơng đặc và độ nhớt thấp hơn so với mazut chƣng cất trực tiếp.
b. Cốc hóa:
Dây truyền cốc hóa nhằm chế hóa nhiệt các phần dầu nặng, cặn dầu để thu đƣợc
các loại than cốc và các sản phẩm dầu sáng mầu.
Nguyên liệu cho cốc hóa là gudron, các loại gas oil nặng, các loại cặn dầu, các
loại nhựa – asphalten của các quy trình chế biến khác.
Sản phẩm thu đƣợc gồm:
+ Các loại than cốc có nguồn gốc dầu mỏ dùng làm điện cực cho cơng nghệ
điện luyện kim.
+ Hỗn hợp khí tƣơng tự khí cracking nhiệt, có hàm lƣợng hydrocacbon khơng
no ít hơn.
+ Xăng cốc hóa có hàm lƣợng hydrocacbon khơng no tới 60% rất kém ổn định,
cần qua công đoạn làm sạch bằng hydro để giảm lƣợng hydrocacbon không no đó,
dùng pha chế xăng loại thƣờng.
+ Phân đoạn dầu hỏa - diesel dùng làm thành phần nhiên liệu diesel, tuốc bin
khí, đốt lị hoặc dùng làm ngun liệu cracking xúc tác.
c. Nhiệt phân:
Dây truyền nhiệt phân là chế hóa nhiệt trong môi trƣờng hơi nƣớc với nguyên

liệu dầu lỏng (phân đoạn xăng thơ) hoặc ngun liệu khí nhƣ etan, propan, butan, hoặc
hỗn hợp.

Bộ mơn:Cơ khí Ơ tơ.

Trang 9


Khoa Cơ khí Động lực

Sản phẩm thu đƣợc chủ yếu là hỗn hợp khí có nhiều etylen, propylen làm
ngun liệu cho hóa dầu. Sản phẩm lỏng là xăng nhiệt phân có tính ổn định hóa học
kém và các sản phẩm có những tính năng sử dụng khác.
Nhìn chung các sản phẩm thu đƣợc từ các quy trình chế hóa nhiệt cho ra các
sản phẩm lỏng sáng màu có chất lƣợng không cao, ngày nay đƣợc sử dụng trong phạm
vi hẹp và đƣợc thay dần bằng công nghệ nhiệt - xúc tác. Tuy nhiên một số dây chuyền
vẫn có ý nghĩa quan trọng nhƣ nhiệt phân để thu đƣợc các anken nhẹ làm nguyên liệu
cho tổng hợp hóa dầu.
1.3.3.2 Các quy trình chế hóa nhiệt xúc tác:
Các quy trình chế hóa dƣới tác dụng của nhiệt đơn thuần cho ra các sản phẩm
kém giá trị, do đó ngƣời ta sáng tạo ra các công nghệ kết hợp sử dụng nhiệt với xúc tác
để nâng cao chất lƣợng các sản phẩm thu đƣợc. Các chất xúc tác đƣợc sử dụng có tính
chọn lọc cao, thúc đẩy các phản ứng chuyển hóa đi theo hƣớng tạo thành các sản phảm
mong muốn.
a. Cracking xúc tác:
Dây truyền cracking xúc tác nhằm thu đƣợc các sản phẩm sáng mầu nhƣ xăng
và nhiên liệu diesel nhờ phản ứng phân hủy các phân đoạn nặng có tác dụng của xúc
tác là alumino silicat dạng vơ định hình hoặc tinh thể zeolit.
Nguyên liệu đƣợc sử dụng là cặn mazut và các phân đoạn diesel của chƣng cất trực
tiếp và chế biến sâu.

Sản phẩm thu đƣợc gồm:
+ Hỗn hợp khí có chứa tới 80 – 90% hydrocacbon no và khơng no C3 và C4, đƣợc đem
tách lọc thành riêng từng phân đoạn thích hợp làm ngun liệu hóa dầu.
+ Xăng cracking xúc tác có phạm vi độ sơi từ nhiệt độ sôi đầu tới 1950C, dùng làm
hợp phần cho xăng thƣơng phẩm. Thành phần các nhóm hydrocacbon của xăng
cracking xúc tác: hydrocacbon thơm 20-30%, hydrocacbon không no 8-15%,
hydrocacbon naphten 7-15% và hydrocacbon ankan 45-50%. Xăng cracking xúc tác có
chất lƣợng cao hơn hẳn xăng cracking nhiệt.
+ Phân đoạn gas oil nhẹ (195-2800C) dùng làm hợp phần nhiên liệu diesel hoặc tuốc
bin khí.
+ Phân đoạn 280-4200C dùng làm nguyên liệu sản xuất cacbon kỹ thuật.
+ Phân đoạn gas oil nặng sôi trên 4200C dùng làm nhiên liệu đốt lò.
b. Reforming xúc tác:

Bộ mơn:Cơ khí Ơ tơ.

Trang 10


Khoa Cơ khí Động lực

Dây truyền Reforming xúc tác nhằm thu đƣợc xăng có chất lƣợng cao, hỗn hợp
hydrocacbon thơm và khí hydro kỹ thuật nhờ q trình chuyển hóa xúc tác các phân
đoạn xăng thô hoặc chế biến sâu. xúc tác sử dụng có thể là hệ đơn kim loại, nhị kim
loại hoặc đa kim loại, chủ yếu là bạch kim (Pt) nên có tên platforming với chất kích
hoạt xúc tác ở dạng axit là flo (F) hoặc Clo (Cl).
Nguyên liệu dùng cho Reforming xúc tác tùy thuộc vào nhu cầu sản phẩm nên
rất khác nhau:
+ Để sản xuất xăng dùng phân đoạn xăng thô rộng (600C - 1800C).
+ Để sản xuất các hydrocacbon thơm benzen, tuluen, và xylen dùng các phân

đoạn xăng thơ nhẹ có phạm vi sơi tƣơng ứng là 62-850C, 85-1050C, 105-1400C.
+ Yêu cầu trong nguyên liệu hàm lƣợng lƣu huỳnh không quá 0,0001 0,0005% thể tích và hàm lƣợng Nito khơng q 0,0001%.
Sản phẩm thu đƣợc bao gồm:
+ Hỗn hợp khí chứa trong thành phần nhiều metan, etan, propan và butan dùng
làm nhiên liệu hoặc đƣợc tách lọc thành những hợp phần thích hợp dùng cho tổng hợp
hóa dầu.
+ Reformat là hỗn hợp lỏng có thành phần các nhóm hydrocacbon thơm 4065%, hydrocacbon ankan 34-60%, cịn nhóm hydrocacbon khơng no rất ít 0,5-1,1%.
Sản phẩm này có thể dùng làm hợp phần pha chế xăng thƣơng phẩm, gọi là xăng
reforming có tính ổn định hóa học tốt. Cũng do hàm lƣợng hydrocacbon thơm rất cao
nên dùng làm nguyên liệu tách lọc các loại hydrocacbon thơm.
+ Khí hydro kỹ thuật có chứa tới 75-85% thể tích khí hydro nguyên chất, đƣợc
dùng làm nguồn cung cấp hydro cho các quy trình cơng nghệ khác nhƣ làm sạch bằng
hydro, hydrocracking, đồng phân hóa…
c. Hydro cracking:
Quy trình hydrocracking nhằm phân hủy các nguyên liệu nặng thành các sản
phẩm dầu sáng mầu, dƣới tác dụng của xúc tác trong môi trƣờng khí hydro. Dƣới ảnh
hƣởng của khí hydro các hợp chất chứa lƣu huỳnh, nitơ, oxy có trong ngun liệu
đƣợc hồn tồn loại bỏ, các hợp chất khơng no đƣợc no hóa. Do đó sản phẩm
hydrocracking hầu nhƣ chỉ là sản phẩm sáng mầu có độ sạch và tính ổn định hóa học
cao, khơng có phần cặn dầu.
Ngun liệu cho quy trình hydrocracking khá phong phú, có thể sử dụng từ
phần nhẹ xăng thô đến các phân đoạn nặng trong chƣng cất chân khơng, phân đoạn gas
oil của các quy trình chế biến sâu, các loại cặn dầu mazut, gudron.
Bộ môn:Cơ khí Ơ tơ.

Trang 11


Khoa Cơ khí Động lực

Hỗn hợp khí chủ yếu là khí hydrocacbon no nhƣ propan và butan dùng làm
nguyên liệu cho tổng hợp hóa dầu sau khi xử lý tách lọc.
Naphta hydrocracking có tính ổn định chống oxy hóa tốt, dùng pha chế xăng
máy bay. Ngƣời ta thƣờng chƣng cất naphta này thành hai phân đoạn: Xăng nhẹ (sôi
đầu tới 850C) có thể dùng làm ngun liệu cho quy trình reforming.
Kerosin có tính ổn định tốt dùng làm hợp phần cho nhiên liệu phản lực.
Gas oil dùng làm hợp phần cho nhiên liệu diesel.
d. Đồng phân hóa:
Quy trình đồng phân hóa nhằm thu nhiều loại sản phẩm, trong đó có loại xăng
đồng phân có chất lƣợng cao. Để sản xuất xăng chất lƣợng cao, ngƣời ta dùng nguyên
liệu là xăng chƣng cất nhẹ (từ độ sôi đầu tới 620C hoặc 700C) có nhiều hợp chất
hydrocacbon mạch thẳng. Nhờ tác dụng chuyển hóa xúc tác sẽ hình thành nhiều
hydrocacbon mạch nhánh nên tăng thêm chất lƣợng cho quá trình cháy. Xúc tác sử
dụng trong quy trình đồng phân hóa là alumino silicat tổng hợp ở dạng zeolit.
1.3.4 Chế biến dầu mỡ nhờn:
Dầu mỡ nhờn cịn đƣợc gọi là dầu mỡ bơi trơn cũng là một loại sản phẩm của
công nghệ chế biến dầu mỏ. Dƣới dây sẽ giới thiệu sơ đồ nguyên tắc chế biến dầu
nhờn theo phƣơng pháp truyền thống.
a. Khử asphalten đối với cặn dầu (gudron):
Là quy trình tách các chất asphalten - nhựa, các hợp chất đa vòng kém ổn định
dễ biến chất, dễ tạo cốc, có độ nhớt thay đổi nhiều theo nhiệt độ, nhằm thu đƣợc các
phân đoạn sản xuất dầu nhờn cặn, đồng thời có thể dùng làm nguyên liệu cho các quá
trình chế biến sâu khác nhƣ cracking xúc tác và hydrocracking.
Dung môi sử dụng trong quy trình này để thu đƣợc nguyên liệu chế biến dầu
nhờn là propan lỏng. Trong trƣờng hợp cần thu nguyên liệu cho cracking xúc tác và
hydrocracking, không cần khử asphalten triệt để, có thể dùng butan lỏng, pentan hoặc
xăng nhẹ. Khi cặn dầu đƣợc xử lý bằng các loại dung môi này trong điều kiện kỹ thuật
phù hợp về áp suất, nhiệt độ, tỷ lệ dung môi/nguyên liệu… thì các hợp chất cần loại bỏ
sẽ lóng đọng xuống thành cặn asphalten (dùng để chế biến nhựa đƣờng). Còn hỗn hợp
đã khử asphlten sẽ đƣợc chế biến tiếp tục thành dầu nhờn cặn hoặc làm nguyên liệu

cho cracking xúc tác và hydrocracking.
b. Làm sạch các phân đoạn nguyên liệu cho dầu nhờn:
Nhằm mục đích tách loại khỏi các phân đoạn nguyên liệu các thành phần xấu
có hại cho chất lƣợng của dầu nhờn, đó là các chất keo nhựa, các hợp chất
Bộ mơn:Cơ khí Ơ tơ.

Trang 12


Khoa Cơ khí Động lực

hydrocacbon thơm có cấu trúc phức tạp đa vòng để nâng cao chất lƣợng sản phẩm:
Giảm khả năng tạo cốc, tăng tính ổn định của độ nhớt đối với nhiệt độ, làm màu sắc
của dầu sáng hơn.
Phƣơng pháp làm sạch là q trình chiết tách (trích ly) lỏng - lỏng. Nguyên lý
của phƣơng pháp là dùng một dung mơi chọn lọc khơng hịa tan các hydrocacbon có
trong nguyên liệu, đồng thời có khẳ năng chiết tách các hợp phần cần loại bỏ ra khỏi
nguyên liệu ở dạng cặn phân lớp với phần sản phẩm. Từ đó có thể tách phần cặn ra
khỏi sản phẩm.
Nguyên liệu cho q trình làm sạch bằng dung mơi chọn lọc là các phân đoạn
dầu nhờn thu đƣợc từ chƣng cất dƣới áp suất thấp và phần cặn dầu đã khử asphalten.
Dung môi chọn lọc thƣờng dùng hiện nay là sunfuro, phenol… sản phẩm chính rafinat
là ngun liệu cho cơng đoạn tách lọc parafin tiếp theo để sản xuất các loại dầu nhờn
gốc. Phần cặn dùng chế biến nhựa đƣờng hoặc cacbon kỹ thuật dùng trong công nghệ
sản xuất cao su.
c. Tách lọc parafin rắn:
Nhằm loại bỏ khỏi nguyên liệu hợp phần hydrocacbon rắn có nhiệt độ nóng
chảy cao để hạ thấp nhiệt độ đông đặc của các loại sản phẩm dầu nhờn gốc, nâng cao
tính năng sử dụng chúng trong mơi trƣờng giá lạnh.
Để tách lọc ngƣời ta dùng công nghệ kết tinh parafin trong dung môi chọn lọc ở

các điều kiện kỹ thuật thích hợp nhƣ tỷ lệ dung mơi/ngun liệu, nhiệt độ kết tinh, tốc
độ hạ nhiệt độ… Dung mơi thƣờng dùng là hỗn hợp có thành phần thích hợp giữa
metyletyl xeton và toluen (60%V và 40%V), axeton và toluen (35%V và 65%V)…
Sản phẩm thu đƣợc của quy trình tách lọc parafin:
+ Bốn loại dầu khoáng sẽ đƣợc làm sạch bổ xung nhờ một số công nghệ khác
nhau cho ra bốn loại dầu nhờn gốc phân biệt chủ yếu về tỷ trọng và độ nhớt, đƣợc
dùng để pha chế với nhau và với các loại phụ gia thích hợp, theo tỷ lệ các định, nhằm
sản xuất ra các những nhãn hiệu dầu thƣơng phẩm khác nhau.
+ Ba loại parafin rắn (tách từ các phân đoạn chƣng cất chân không) phân biệt
nhau bởi nhiệt độ nóng chảy và xêrezin (tách từ cặn gudron) là các hydro rắn khác
nhau về thành phần và cấu trúc phân tử, cũng đƣợc làm sạch theo các yêu cầu cụ thể
để thành các thƣơng phẩm, đƣợc dùng nhiều trong đời sống và một số ngành sản xuất.
1.3.5 Chế biến mỡ nhờn:
Mỡ nhờn là một thành phẩm chế biến từ dầu nhờn và chất làm đặc thích hợp
theo các tỷ lệ xác định. Tùy theo yêu cầu về tính năng sử dụng của các loại mỡ, chất
Bộ mơn:Cơ khí Ơ tơ.

Trang 13


Khoa Cơ khí Động lực

làm đặc thƣờng dùng là các loại xà phịng có gốc kim loại khác nhau hoặc bentonit
(khống sét). Quy trình chế biến mỡ nhờn đơn thuần là các cơng đoạn mang tính cơ
học hoặc vật lý nhƣ: khuấy trộn, nghiền, lọc, hạ nhiệt độ hợp lý… tạo điều kiện thuận
lợi cho việc hình thành một khối mỡ trạng thái phân tán vi dị thể đồng nhất, tránh hiện
tƣợng không đồng nhất trong thành phần mỡ.

Chương 2 : NHIÊN LIỆU XĂNG VÀ DIESEL
2.1 Khái niệm.

Bộ mơn:Cơ khí Ô tô.

Trang 14


Khoa Cơ khí Động lực

Các chất cháy được dùng để sản nhiệt năng khi đốt cháy chúng được gọi là
nhiên liệu đốt.
Với các loại động cơ ngƣời ta dùng hai loại nhiên liệu sau:
Nhiên liệu dùng cho động cơ bộ chế biến hồ khí: nhiên liệu xăng.
Nhiên liệu dùng cho động cơ diesel: nhiên liệu diesel.
Đối với nhiên liệu lỏng ngƣời ta có thể xác định nhiệt độ sơi ban đầu, nhiệt độ
sôi 10%; 50%; 90% và nhiệt độ sôi kết thúc (hay cịn đƣợc gọi nhiệt độ sơi đầu nhiệt
độ chƣng cất 10%, chƣng cất 50%, 90% và nhiệt độ sôi kết thúc).
Vậy thành phần chưng cất của nhiên liệu là tỉ lệ phần trăm các chất chưng cất
có nhiệt độ sôi khác nhau để xác định thành phần chƣng cất của nhiên liệu ngƣời ta
dùng thiết bị chuyên dùng.
2.2 Nhiên liệu thể khí.
Nhiên liệu khí dùng cho động cơ đốt trong gồm có: khí thiên nhiên (sản phẩm
của các mỏ khí), khí cơng nghiệp (sản phẩm xuất hiện trong q trình luyện cốc, luyện
gang (khí lị cao) và tinh luyện dầu mỏ) và khí lị ga (khí hóa nhiên liệu thể rắn trong
các lò ga). Một nhiên liệu thể khí bất kỳ đều là hỗn hợp cơ học của các loại khí cháy
và khí trơ khác nhau. Thành phần chính của nhiên liệu thể khí gồm có: CO, CH4, các
loại hydrocacbon CnHm, CO2, O2,… với các tỷ lệ khác nhau.
Nhìn chung, cơng thức hóa học của các chất trong nhiện liệu thể khí có chứa C,
O, H đều có thể viết dƣới dạng CnHmOr (với n = 0~5, m = 0~12, r = 0~2).
Ưu điểm
- Nhiên liệu và khơng khí hịa trộn với nhau đồng đều hơn so với nhiên liệu lỏng.

- Phạm vi cháy rộng hơn nên động cơ dễ khởi động.
Nhược điểm
- Cất giữ nhiên liệu khí địi hỏi có chỗ chứa lớn rất mất diện tích và khơng an tồn.
a. Khí dầu mỏ hóa lỏng LPG (Liquefied Petroleum Gas):
Thành phần chủ yếu của khí hóa lỏng là hỗn hợp propan và butan thu đƣợc từ
khí đồng hành khi khai thác dầu mỏ hoặc các nhà máy lọc dầu, nó đƣợc chế biến từ
dầu mỏ có thành phần hỗn hợp nhƣ sau:
- Hơi butan C4H10:

89%

- Hơi butylen C4H8:

6%

- Hơi iso-pentan C5H12: 2%

Bộ mơn:Cơ khí Ơ tơ.

Trang 15


Khoa Cơ khí Động lực

Các loại khí này thốt ra trong quá trình khai thác dầu mỏ và chƣng cất dầu thơ, tại đây
ngƣời ta biến nó thành thể lỏng để lƣu trữ chủ yếu là propan và butan với theo những
tỷ lệ khác nhau. Tùy theo nhu cầu sử dụng và tính năng làm việc mà thành phần tỷ lệ
theo thể tích của Propan: Butan sẽ khác nhau, chúng có thể là 50:50 hoặc 60:40 hay
70:30…
b. Khí thiên nhiên NGV (Natural Gas Vehicle):

Nhiên liệu khí dùng trong động cơ đốt trong đƣợc lấy từ các mỏ khí. Bất kỳ một
loại khí thiên nhiên nào bao giờ cũng là hỗn hợp của khí cháy và khí trơ khác nhau.
Thành phần của khí thiên nhiên bao gồm: CO, CH4, CnHm, CO2, H2S… Căn cứ vào
phƣơng pháp lƣu trữ khí thiên nhiên bao gồm 3 loại:
- Khí nén CNG (Compress Natural Gas).
- Khí hóa lỏng LNG (Liquefied Petroleum Gas).
- Khí hấp thụ ANG (Air Natural Gas).
2.3. Nhiên liệu lỏng.
2.3.1. Các tính chất lý hóa học của nhiên liệu lỏng:
Nhiên liệu lỏng dùng cho động cơ đốt trong chủ yếu là sản phẩm đƣợc tạo ra từ
dầu mỏ vì loại này có nhiệt trị lớn, ít tro dễ vận chuyển và bảo quản. Mỗi loại nhiên
liệu lỏng kể trên đều là một hỗn hợp của nhiều loại hydrocacbon có cấu tạo hóa học
khác nhau, chính cấu tạo đó gây ảnh hƣởng lớn tính chất lý – hóa cơ bản, đặc biệt là
tới quá trình bay hơi, tạo hịa khí và bốc cháy của nhiên liệu trong động cơ.
Ankal chính, do các nguyên tử C đƣợc liên kết đơn theo mạch thẳng nên các
mạch cacbon dễ bị gãy, (dễ gây phản ứng hóa học) làm cho nó dễ tự cháy (mạch liên
kết càng dài càng dễ tự cháy), vì vậy khơng phải là thành phần lý tƣởng của nhiên liệu
dùng cho động cơ xăng đốt cháy cƣỡng bức, nhƣng nó lại rất thích hợp với động cơ
diesel. Với izoAnkal (chất đồng phân của ankal) thì hồn tồn trái ngƣợc, rất khó bị
gãy mạch, tức là khó tự cháy. Trong ankan do tỷ số C/H nhỏ nên khối lƣợng riêng thấp
và nhiệt trị lớn hơn loại khác, ngồi ra do cấu tạo bão hịa nên tính chất của nó rất ổn
định khó biến chất. Nhiên liệu dùng cho động cơ xăng đốt cháy cƣỡng bức, cần có
nhiều iso ankan để tránh kích nổ.
Tính chất lý - hóa học của nhiên liệu phụ thuộc vào tỷ lệ thành phần của các
nhóm hydrocacon kể trên. Tùy theo phƣơng pháp hình thành và đốt cháy hịa khí trong
chu trình cơng tác mà có các u cầu khác nhau đối với nhiên liệu vì vậy ngƣời ta chí
nhiên liệu lỏng thành hai nhóm.
+ Nhiên liệu dùng cho động cơ tạo hịa khí bên ngồi, đốt cháy cững bức.
Bộ mơn:Cơ khí Ơ tơ.

Trang 16


Khoa Cơ khí Động lực

+ Nhiên liệu dùng cho động cơ diesel.
2.3.2. Phương trình cháy của nhiên liệu:
Khái niệm: Cháy là một phản ứng xảy ra nhanh kèm theo tỏa nhiệt và phát
sáng thường đó là q trình oxi hố hỗn hợp nhiên liệu với oxi trong khơng khí.
Để bắt đầu phản ứng thì nhiên liệu và oxi cần đƣợc nung nóng tới nhiệt độ bốc
cháy của nhiên liệu, nhiệt độ bốc cháy này rất khác nhau đối với những loại nhiên liệu
khác nhau.
Số lƣợng khơng khí đƣa vào để tạo hỗn hợp cháy đóng một vai trị quan trọng
trong q trình cháy nếu lƣợng khơng khí đƣa vào khơng đủ thì sinh ra cháy chậm và
nhiệt độ khơng cao. Trong đó tạo ra các sản phẩm cháy nhƣ CO, NO, HC
(hiđrocacbon) muội than… Nếu lƣợng khơng khí đƣa vào lớn hơn thì quà trình cháy sẽ
mất mát một phần nhiệt để đốt nóng nitơ và số lƣợng oxi thừa do đó ảnh hƣởng đến
chất lƣợng làm việc của động cơ và chi phí nhiên liệu. Vì vậy lƣợng khơng khí đƣa
vào phải phù hợp để đốt cháy hồn tồn hỗn hợp nhiên liệu.
Lƣợng khơng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu phụ thuộc
vào thành phần nhiên liệu cụ thể là:
Nếu trong nhiên liệu càng chứa nhiều các ngun tố cháy (C,H) thì lƣợng
khơng khí cần thiết để đốt cháy hoàn toàn một khối lƣợng đơn vị nhiên liệu càng lớn,
ta thiết lập phƣơng trình cháy dựa vào mối tƣơng quan khối lƣợng nguyên tử để xác
định lƣợng oxi cần thiết.
C +O2 = CO2

(a)

2H2 +O2 = 2H2O

(b)

Căn cứ vào phƣơng trình a, b ta có thể xác định các phƣơng trình cân bằng khối
lƣợng của các phản ứng:
12 kg C + 32 kg O2 = 44 kg CO2 (c)
4 kg H2 + 32 kg O2 = 36 kg H2O (d)
Phƣơng trình c, d viết cho C kg cacbon và H kg Hidro có dạng:
C kg cacbon + 8/3 C kg Oxi = 11/3 C kg cacbonnic (e)
H kg hidro + 8H kg Oxi = 9H kg Nƣớc

(f)

Khối lƣợng ôxi (kg) cần thiết cho hai phản ứng (e) và (f) là:
8/3 C + 8 H (g)
Trong 1kg nhiên liệu có sẵn O kg ơxi. Vì vậy lƣợng Ơxi cần thiết trong khơng khí Oct
để đốt cháy hoàn toàn một kg nhiên liệu:
Oct = 8/3 C + 8 H - O
Bộ mơn:Cơ khí Ơ tơ.

Trang 17


Khoa Cơ khí Động lực

Thành phần khối lƣợng của Ơxi trong khơng khí là 0,23 cịn thành phần thể tích là
0,21. Vậy lƣợng khơng khí cần thiết để đốt cháy hoàn toàn một kg nhiên liệu là:
L 0 = ( 8/3 C + 8 H - O )/ 0.23 (kg/kg nhiên liệu)
Thực tế bằng thực nghiệm có thể xác định đƣợc lƣợng khơng khí thực sự nạp vào động
cơ tính cho 1 kg nhiên liệu là L:

 = L/L0
Trong đó

: Hệ số dƣ lƣợng khơng khí
 < 1 hỗn hợp nhiên liệu giàu
 = 1 hồn hợp nhiên liệu tiêu chuẩn
 > 1 hồn hợp nhiên liệu nghèo (loãng).

2.3.3. Nhiệt trị:
2.3.3.1 Nhiệt trị của nhiên liệu:
Nhiệt trị là nhiệt lƣợng thu đƣợc khi đốt cháy kiệt 1kg (hoặc 1m3 tiêu chuẩn)
nhiên liệu (điều kiện tiêu chuẩn p =760 mmHg và t = 00C).
Để xác định nhiệt trị của nhiên liệu có hai phƣơng pháp:
+ Thực nghiệm: Đốt nhiên liệu trong nhiệt lƣợng kế
+ Phân tích: Cần biết thành phần hóa học của nhiên liệu rồi áp dụng
công thức sau:
Hu = 8100gC + 24600gH kcal/kg
Hoặc áp dụng công thức của Menđêlêép:
Hu = 8100gC + 30000gH – 2600(gO - gS) – 600(9gH + gW) kcal/kg
Trong đó:
gC: Lƣợng các bon
gH: Lƣợng hidro
gO: Lƣợng ôxy
gS: Lƣợng lƣu huỳnh
gW: Lƣợng hơi nƣớc có trong nhiên liệu.
Ngƣời ta phân nhiệt trị của nhiên liệu tra làm hai loại là: Nhiệt trị cao và nhiệt trị thấp.
Nhiệt trị cao
Nhiệt trị cao Qc là toàn bộ nhiệt lƣợng thu đƣợc sau khi đốt cháy kiệt 1kg (hoặc
1m tiêu chuẩn) nhiên liệu, trong đó có cả số nhiệt lƣợng do hơi nƣớc đƣợc tạo ra
3

trong sản vật cháy ngƣng tụ thành nƣớc nhả ra, khi sản vật cháy đƣợc làm lạnh tới
bằng nhiệt độ trƣớc khi cháy đƣợc gọi là nhiệt ẩn trong hơi nƣớc.
Nhiệt trị thấp
Bộ mơn:Cơ khí Ô tô.

Trang 18


Khoa Cơ khí Động lực

Nhiệt trị thấp bằng nhiệt trị cao trừ đi nhiệt lƣợng do ngƣng đọng hơi nƣớc tạo
ra:
Trong thực tế, khí xả từ động cơ thải ra ngồi trời ở nhiệt độ rất cao, do đó hơi
nƣớc trong khí xả chƣa kịp ngƣng tụ đã bị thải mất, vì vậy chu trình cơng tác của động
cơ khơng thể sử dụng số nhiệt ẩn này để sinh công. Do đó khi tính chu trình cơng tác
của động cơ, ngƣời ta dùng nhiệt trị thấp Qt, nhỏ hơn Qc một số nhiệt lƣợng vừa bằng
nhiệt ẩn của hơi nƣớc đƣợc tạo ra khi cháy. Mối quan hệ giữa Qc và Qt đƣợc xác định
theo biểu thức sau:
Nhiên liệu lỏng: (nhiệt trị của 1kg - Qtk và Qck)
Qtk = Qck - 2,512.(9h + w), MJ/kg
Trong đó:

2,512 MJ/kg - nhiệt ẩn của 1kg hơi nƣớc;
h

- thành phần khối lƣợng của H trong nhiên liệu;

w - thành phần khối lƣợng của nƣớc trong nhiên liệu.
2.3.3.2 Nhiệt trị của hỗn hợp:

Mỗi loại nhiên liệu cần một số lƣợng khơng khí xác định để cháy, ví dụ cần
khoảng 15kg khơng khí để đốt cháy hồn tồn 1kg nhiên liệu xăng, trong khi đó chỉ
cần 8,6kg khơng khí để đốt cháy hồn tồn 1kg cồn êtylic 950. Bởi vậy nhiệt trị của
nhiên liệu thực tế không phải là một thông số quan trọng, mà là nhiệt trị của hỗn hợp.
Nhiệt trị của hỗn hợp bằng nhiệt trị của 1kg nhiên liệu chia cho lƣợng hỗn hợp
tạo thành với 1kg nhiên liệu khi  = 1.
Ví dụ: nhiệt trị của 1kg hỗn hợp: xăng- khơng khí bằng 645 kcal/kghh
nhiệt trị của 1kg hỗn hợp: diesel- không khí bằng 645 kcal/kghh
nhiệt trị của 1kg hỗn hợp: cồn êtylic - khơng khí bằng 670 kcal/kghh.
2.3.4. Nhiệt độ bén lửa và nhiệt độ tự bốc cháy:
a. Nhiệt độ bén lửa:
Nhiệt độ bén lửa là nhiệt độ thấp nhất để hịa khí bén lửa. Nhiệt độ bén lửa phản
ánh số lƣợng thành phần chƣng cất nhẹ của nhiên liệu, nó đƣợc dùng làm chỉ tiêu
phòng hỏa đối với nhiên liệu dùng trên tàu thủy. Để tránh cho nhiên liệu có thể bén lửa
ở điều kiện sử dụng, nhiệt độ bén lửa của nhiên liệu dùng trên tàu thủy không đƣợc
thấp hơn 650C.
b. Nhiệt độ tự bốc cháy:
Nhiệt độ tự bốc cháy là nhiệt độ thấp nhất để hịa khí tự bốc cháy mà không cần
nguồn nhiệt để châm cháy. Nhiệt độ tự cháy của hịa khí phụ thuộc vào loại nhiên liệu.
Thơng thƣờng phân tử lƣợng càng lớn thì nhiệt độ tự cháy càng nhỏ và ngƣợc lại.
Bộ mơn:Cơ khí Ô tô.

Trang 19


Khoa Cơ khí Động lực

Ngồi ra nhiệt độ tự cháy của nhiên liệu còn phụ thuộc vào khối lƣợng riêng
của hịa khí. Khối lƣợng riêng của hịa khí càng lớn thì nhiệt độ tự cháy càng thấp và
ngƣợc lại, bởi vì số lần va đập giữa các phần tử tham gia phản ứng trong một đơn vị

thời gian tỷ lệ thuận với mật độ.
c. Tính chống kích nổ của nhiên liệu dùng cho động cơ đốt cháy cưỡng bức:
Quá trình cháy của động cơ đốt trong hình thành hịa khí bên ngoài, đốt cháy
cƣỡng bức bằng tia lửa điện đƣợc bắt đầu từ khi tia lửa điện phóng qua khe hở điện
cực của bugi, từ đó màng lửa hình thành và lan truyền khắp buồng cháy.
Nếu cháy bình thƣờng, tốc độ lan truyền màng lửa khoảng 20-40m/s. Khi xảy ra
cháy kích nổ tốc độ lan truyền của màng lửa có thể đạt 1500-2000m/s do số hịa khí ở
xa điện cực bugi bị tự bốc cháy khi màng lửa chƣa kịp lan tới. Hiện tƣợng kích nổ phát
sinh ra sóng kích nổ với cƣờng độ lớn gây ra tiếng gõ kim loại và nhiệt độ cao gây tác
hại nghiêm trọng đối với động cơ. Chính vì vậy nhiên liệu phải có tính chống kích nổ
nó liên quan mật thiết đến tính tự cháy của nhiên liệu. Nếu nhiên liệu càng khó tự cháy
thì hiện tƣợng kích nổ càng khó xảy ra.
d. Tính tự cháy của nhiên liệu dùng cho động cơ diesel:
Là một chỉ tiêu quan trọng của nhiên liệu này. Trong động cơ diesel nhiên liệu
đƣợc phun vào buồng cháy ở cuối q trình nén, nhiên liệu khơng cháy ngay mà nó
phải có thời gian chuẩn bị để thay đổi tính chất hóa lý rồi mới bốc cháy. Thời gian tính
từ lúc bắt đầu phụn nhiên liệu đến khi hịa khí bốc cháy gọi là thời kỳ cháy trễ và đƣợc
đo bằng góc quay trục khuỷu hay thời gian. Giá trị này lớn hay nhỏ sẽ thể hiện đƣợc
tính tự cháy là khó hay dễ.
2.4 Nhiên liệu xăng.
2.4.1 Khái niệm:
Xăng là hợp chất hydrocacbon tồn tại ở thể lỏng dễ bay hơi, khơng màu hoặc có
màu vàng, xanh, đỏ… khi ngƣời ta pha thêm vào nó những chất phụ gia đặc biệt.
Xăng khơng hịa tan trong nƣớc, nhẹ hơn nƣớc, khối lƣợng riêng 0,67 ~ 0,75 (kg/l).
2.4.2 Yêu cầu và các thông số đánh giá chất lượng xăng ô tô:
2.4.2.1. Yêu cầu:
Đối với nhiên liệu dùng xăng hỗn hợp cháy đƣợc tạo thành nhờ bộ chế hồ khí
để động cơ đảm bảo độ tin cậy phát huy công suất và tính tiết kiệm thì nhiên liệu xăng
phải có những u cầu sau:
+ Có tính chế hồ khí cao nghĩa là tạo đƣợc hỗn hợp cháy đảm bảo động cơ dễ

khởi động và làm việc ở mọi chế độ đều ổn định.
Bộ mơn:Cơ khí Ơ tơ.

Trang 20


Khoa Cơ khí Động lực

+ Có độ bền chống kích nổ cao nghĩa là đảm bảo cho hỗn hợp cháy và làm việc
bình thƣờng khơng gây ra kích nổ ở bất cứ chế độ làm việc nào của động cơ.
+ Ít đọng muội than trên các chi tiết của động cơ.
+ Nhiên liệu cũng nhƣ sản phẩm cháy của nó khơng gây ăn mịn kim loại,
khơng lẫn nƣớc và các tạp chất cơ học.
+ Nhiệt trị hỗn hợp phải đủ lớn (nhiệt lƣợng toả ra).
2.4.2.2. Các thông số đánh giá chất lượng xăng ô tô:
1. Thành phần chưng cất:
Thành phần chƣng cất là tỷ lệ phần trăm các chất trƣng cất có nhiệt độ sơi khác
nhau.
Thành phần trƣng cất là một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất, đánh giá
phẩm chất của nhiên liệu (tính năng khởi động, tính tăng tốc, cơng suất, tính kinh
tế…).
Thiết bị dùng để trƣng cất nhƣ ở hình sau:

Hình 2.1 Thiết bị chƣng cất nhiên liệu
1.

1. Bếp điện

2.

2. Nhiên liệu thử nghiệm (100ml)

3.

3. Nhiệt kế

Bộ mơn:Cơ khí Ơ tơ.

4.

4. Bình ngƣng

5.

5. Bình đo

Trang 21


Khoa Cơ khí Động lực

Hình 2.2 Đƣờng cong chƣng cất
Cách xác định thành phần chưng cất:
Trong quá trình đun nhiệt độ của nhiên liệu tăng dần. Các thành phần nhẹ của
nhiên liệu bay hơi trƣớc và sau đó tiếp tục các thành phần nặng hơn. Hơi nhiên liệu từ
bình chứa qua ống dẫn tới bộ phận làm lạnh, ngƣng tụ lại và đƣợc hứng vào cốc đo.
Ngƣời ta thƣờng ghi lại nhiệt độ khi ngƣng đọng từng 10% nhiên liệu để vẽ thành các
đƣờng cong chƣng cất. Các nhiệt độ có liên quan đến tính chất khai thác nhiên liệu là
nhiệt độ khi chƣng cất dƣới 10%, 50%, 90% và 100% (cịn gọi là nhiệt độ sơi cuối
cùng của nhiên liệu).

Loại nhiên liệu tốt thƣờng có phạm vi nhiệt độ chƣng cất hẹp, ví dụ: đối với
xăng phạm vi nhiệt độ chƣng cất 40~2000C; đối với nhiên liệu diesel phạm vi nhiệt độ
chƣng cất 200~3000C.
Sau đây ta xét một số ảnh hƣởng cua thành phần chƣng cất đến sự làm việc của
động cơ.
a. Khởi động động cơ lạnh:
Khi bật tia lửa điện, hịa khí dễ bén lửa nhất ở tỉ lệ hòa trộn m = 12:1  13:1.
Khi khởi động tốc độ động cơ rất chậm, khơng khí và xăng hịa trộn khơng tốt, nhiệt
độ bề mặt thành ống nạp, xilanh, piston thấp, do đó chỉ có khoảng 1/5  1/10 xăng
đƣợc bay hơi. Nếu bộ chế hịa khí đã đƣợc điều chỉnh ở thành phần hịa khí tốt nhất,
Bộ mơn:Cơ khí Ơ tơ.

Trang 22


Khoa Cơ khí Động lực

thì hịa khí thực tế vào động cơ lúc khởi động sẽ rất nhạt (đặc biệt khi trời lạnh), rất
khó bén lửa và khởi động. Vì vậy phải đóng bƣớm gió để cung cấp hịa khí có thành
phần m  1:1, làm cho hịa khí thực tế vào xilanh có giá trị sát với hịa khí tốt nhất.
Lúc ấy chỉ cần 8% xăng phun vào đƣợc bay hơi là đủ.
Trên đƣờng cong chƣng cất, tƣơng ứng với 10% nhiên liệu bay hơi, nếu nhiệt
độ càng thấp thì động cơ càng dễ khởi động lạnh do đó điểm 10% (nhiệt độ bay hơi
10%) đƣợc coi là chỉ tiêu khởi động của động cơ xăng.
b. Sự tạo thành nút hơi:
Nếu khơng khí xung quanh đƣờng ống dẫn xăng, từ thùng chứa tới bơm xăng,
hoặc từ bơm xăng đến chế hịa khí có nhiệt độ cao thì xăng trong đƣờng ống dẫn bị
hâm nóng làm cho xăng chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi.
Khi xăng ở trạng thái hơi trên đƣờng ống dẫn sẽ dẫn đến:
-

Làm mất hiệu quả của bơm xăng, xăng không đƣợc cấp đến chế hịa khí

hoặc khơng đủ.
-

Tạo áp lực bơm xăng tại các lỗ giclơ làm cho hỗn hợp quá đậm.

Hiện tƣợng hình thành nút hơi thƣờng xảy ra trong mùa hè và đặc biệt ở vùng
cao, áp suất khí quyển thấp, xăng sẽ sơi ở nhiệt độ thấp hơn.
Nhiên liệu có điểm 10% càng thấp, càng dễ hình thành bọt hơi tạo ra nút hơi
trên đƣờng từ thùng chứa đến bộ chế hịa khí khi trời nắng, khiến lƣu động của đƣờng
xăng thiếu linh hoạt, có thể cịn gây tắc bơm xăng là cho động cơ chạy khơng ổn định,
thậm chí làm chết máy. Tình trạng ấy dễ làm cho xe đang chạy nhanh với tải trọng lớn
đột nhiên chậm lại rồi dừng hẳn, không thể khởi động lại đƣợc. Do đó điểm 10%
khơng thể q thấp, trong quy phạm về xăng thƣờng quy định áp suất bão hịa của
xăng khơng quá 500mmHg. Tất nhiên nếu thiết kế đƣờng xăng một cách hợp lý, tăng
cƣờng năng lực hoạt động của bơm xăng và có biện pháp cách nhiệt hợp lý cũng có thể
làm tăng khả năng tránh nút hơi kể trên.
c. Sự mài mòn động cơ:
Nếu xăng trong thành phần hỗn hợp nạp vào xylanh, không ở dạng hơi mà ở
dạng hạt thì các hạt xăng này sẽ hịa tan dầu bơi trơn trên thành xylanh, và chỗ đó sẽ
xuất hiện ma sát nửa khơ làm tăng sự mài mịn, mặt khác dầu sẽ bị loãng và giảm độ
nhớt.
Ngƣời ta đã tìm thấy trong dầu ở cácte những thành phần xăng có nhiệt độ sơi
lớn hơn 1800C.
Bộ mơn:Cơ khí Ơ tơ.

Trang 23

Khoa Cơ khí Động lực

Do đó, nếu tính bay hơi chung của xăng khơng tốt, xăng có thể ngƣng đọng trên
thành xylanh và lọt xuống cácte làm loãng và phá hỏng dầu nhờn. Tình trạng này càng
trầm trọng khi khởi động lạnh và chạy ấm máy. Vì vậy điểm 90% của đƣờng chƣng
cất khơng đƣợc q cao.
d. Sự đóng băng ở bộ chế hịa khí:
Để xăng từ thể lỏng chuyển thành thể hơi cần phải thu một nhiệt lƣợng nhất
định, nhiệt lƣợng thu vào khi xăng bay hơi lấy ở các chi tiết của động cơ và khơng khí
xung quanh.
Qua thí nghiệm ngƣời ta thấy, khi nhiệt độ của khơng khí xung quanh là 7,50C
thì nhiệt độ ở bƣớm ga sau 2 phút làm việc giảm xuống -140C.
Do giảm nhiệt độ nên hơi nƣớc trong khơng khí sẽ đọng lại trên các chi tiết của
hệ thống và tạo thành băng.
Sự đóng băng này sẽ dẫn đến giảm tiết diện lƣu thông ảnh hƣởng đến việc định
lƣợng nhiên liệu – không khí trong bộ chế hịa khí.
Dùng xăng dễ bay hơi, dễ gây hiện tƣợng đóng băng trong bộ chế hịa khí. Để
tránh hiện tƣợng này, ngƣời ta thƣờng tăng nhiệt độ chƣng cất 10%, 50% và 90% của
xăng và nhất là nhiệt độ chƣng cất 10%, song cần chú ý tới tính năng khởi động của
động cơ.
e. Sự hâm nóng và tăng tốc động cơ:
Thời gian hâm nóng động cơ phụ thuộc rất nhiều vào thành phần chƣng cất của
xăng. Nói chung thành phần nhẹ, trung bình cũng nhƣ nhiệt độ chƣng cất 90% đều ảnh
hƣởng tới thời gian hâm nóng động cơ. Song ảnh hƣởng lớn nhất đến thời gian hâm
nóng đơng cơ là nhiệt độ chƣng cất 50% của xăng. Nhiệt độ này càng tăng thì thời
gian hâm nóng càng lâu.
Tăng tốc động cơ là khi ngƣời lái xe đạp bàn đạp ga một cách đột ngột.
Khả năng tăng tốc động cơ phụ thuộc vào thành phần chƣng cất 50% là chủ yếu
ngồi ra nó cịn phụ thuộc vào kết cấu của hệ thống nhiên liệu, đánh lửa, phân phối

khí…
f. Chất lượng cháy:
Muốn có chất lƣợng cháy tốt trong động cơ xăng cần đảm bảo cho xăng kịp bay
hơi hết trƣớc khi bật tia lửa điện. Do đó điểm hóa sƣơng mù của hịa khí phải rất thấp.
Điểm sƣơng mù lại phụ thuộc vào điểm 90%. Nếu điểm 90% cao quá sẽ làm cho nhiên
liệu cháy không kiệt, tạo khói đen, trong buồng cháy có nhiều muội than. Nếu điểm

Bộ mơn:Cơ khí Ơ tơ.

Trang 24