Góc kỹ thuật dầu nhờn

Dầu nhờn là loại hợp chất hữu cơ, làm dễ dàng cho sự chuyển động của các chi tiết cơ khí .

Dầu nhờn được pha chế rất phức tạp, đó là sự kết hợp tương thích giữa các loại Dầu gốc và các loại phụ gia để tạo ra sản phẩm Dầu Nhờn thích hợp cho từng loại máy móc chuyên dụng.

Thành phần dầu nhờn

Dầu nhờn để bôi trơn cho các động cơ hoạt động vận hành trong thực tế đó là hỗn hợp bao gồm dầu gốc và phụ gia, hay người ta thường gọi là dầu nhờn thương phẩm. Phụ gia thêm vào với mục đích là giúp cho dầu nhờn thương phẩm có được những tính chất phù hợp với chỉ tiêu đề ra mà dầu gốc không có được.

Dầu gốc:  Là dầu thu được sau quá trình chế biến, xử lý tổng hợp bằng các quá trình xử lý vật lý và hóa học. Dầu gốc thông thường gồm có ba loại là:

1.> Dầu gốc khoáng: Là loại dầu gốc được tách ra từ dầu mỏ thông qua quá trình lọc hóa dầu.

2.> Dầu gốc tổng hợp: Là loại dầu gốc được tạo ra bởi các phản ứng hóa học, thông thường là việc tổng hợp các hydro cacbon hoặc từ các hợp chất có phân tử lượng thấp.

3.> Dầu gốc bán tổng hợp : Là loại dầu gốc được tạo ra từ việc pha chế dầu gốc khoáng và dầu gốc tổng hợp theo một tỷ lệ nhất định tùy theo mục đích sử dụng.

4.> Tính cơ bản của dầu gốc là độ nhớt, chỉ số độ nhớt, điểm đông đặc, điểm chớp cháy.

Dầu gốc khoáng

Trước đây, thông thường người ta dùng phân đoạn cặn mazut là nguyên liệu chính để sản xuất dầu nhờn gốc. Nhưng về sau này khi ngành công nghiệp nặng và chế tạo máy móc phát triển, đòi hỏi lượng dầu nhờn ngày càng cao và chủng loại ngày càng phong phú cũng như tiêu chuẩn về chất lượng ngày càng cao, nên người ta đã nghiên cứu tận dụng phần cặn của quá trình chưng cất chân không có tên gọi là cặn gudron làm nguyên liệu để sản xuất dầu nhờn gốc có độ nhớt cao. Tóm lại nguyên liệu chính để sản xuất dầu nhờn gốc là cặn mazut và gudron.

Cặn mazut

Mazut là phần cặn của quá trình chưng cất khí quyển có nhiệt độ sôi cao hơn 350°C. Phần cặn này có thể đem đi đốt hoặc làm nguyên liệu để sản xuất dầu nhờn gốc. Để sản xuất dầu nhờn gốc người ta đem mazut chưng cất chân không thu được phân đoạn có nhiệt độ sôi khác nhau:

• Phân đoạn dầu nhờn nhẹ ( LVGO: Light Vacuum Gas Oil ) có nhiệt độ sôi từ 300°C - 350°C.
• Phân đoạn dầu nhờn trung bình ( MVGO: Medium Vacuum Gas Oil ) có nhiệt độ từ 350°C - 420°C.
• Phân đoạn dầu nhờn nặng ( HVGO: Heavy Vacuum Gas Oil ) có nhiệt độ từ 420°C - 500°C.

Thành phần của các phân đoạn này gồm những phân tử hydrocacbon có số cacbon từ C21-40, những hydrocacbon trong phân đoạn này có trọng lượng phân tử lớn ( 1000 – 10000), cấu trúc phức tạp, bao gồm:

Các parafin mạch thẳng và mạch nhánh.

• Các hydrocacbon napten đơn hay đa vòng thường có gắn nhánh phụ là các parafin.
• Các hydrocacbon thơm đơn hay đa vòng chủ yếu chứa mạch nhánh ankyl, nhưng chủ yếu là 1 đến 3 vòng.
• Các hợp chất lai hợp mà chủ yếu là lai hợp giữa napten và paraffin, giữa napten và hydrocacbon thơm.
• Các hợp chất phi hydrocacbon như các hợp chất chứa các nguyên tố oxy, nitơ, lưu huỳnh cũng chiếm phần lớn trong phân đoạn dầu nhờn. Các hợp chất chứa kim loại cũng gặp trong phân đoạn này.
• Cặn gudron

Cặn gudron là phần cặn còn lại của quá trình chưng cất chân không, có nhiệt độ sôi trên 500°C. Trong phần này tập trung các cấu tử có số nguyên tử cacbon từ C41 trở lên, thậm chí có cả C80, có trọng lượng phân tử lớn, có cấu trúc phức tạp. Do đó người ta không chia thành phần của phân đoạn này theo từng hợp chất riêng biệt mà người ta phân làm ba nhóm như sau:

Nhóm chất dầu

Nhóm chất dầu bao gồm các hydrocacbon có phân tử lượng lớn, tập trung nhiều các hợp chất thơm có độ ngưng tụ cao, cấu trúc hỗn hợp nhiều vòng giữa hydrocacbon thơm và napten, đây là nhóm chất nhẹ nhất có tỷ trọng xấp xỉ bằng 1. Nhóm chất này hòa tan được các dung môi nhẹ như paraffin và xăng, nhưng người ta không thể tách nó bằng các chất như silicagen hay là than hoạt tính vì đây là những hợp chất không có cực. Trong phân đoạn cặn gudron, nhóm dầu chiếm khoảng 45 – 46%.

Nhóm chất nhựa

Nhóm nhựa hòa tan được trong các dung môi như nhóm dầu nhưng nó là hợp chất có cực nên có thể tách ra bằng các chất như than hoạt tính hay silicagen. Nhóm chất nhựa gồm hai thành phần là các chất trung tính và axit. Các chất trung tính có màu nâu hoặc đen, nhiệt độ hóa mềm nhỏ hơn 100°C, tỷ trọng lớn hơn 1, dễ dàng hòa tan trong xăng, naphta. Chất trung tính tạo cho nhựa có tính dẻo dai và tính kết dính. Hàm lượng của nó ảnh hưởng trực tiếp đến độ kéo dài của nhựa, chiếm khoảng 10 – 15% khối lượng cặn gudron. Các chất axit là chất có nhóm-COOH, màu nâu sẫm, tỷ trọng lớn hơn 1, dễ dàng hòa tan trong clorofom và rượu etylic, chất axit tạo cho nhựa có tính hoạt động bề mặt, chiếm 1% trong cặn dầu mỏ.

Nhóm asphanten

Nhóm asphanten là nhóm chất rắn màu đen, cấu tạo tinh thể, tỷ trọng lớn hơn 1, chứa hầu hết hợp chất dị vòng có khả năng hòa tan mạnh trong cacbon disunfua (CS2), nhưng không hòa tan trong các dung môi nhẹ như parafin hay xăng, ở 300°C không bị nóng chảy mà bị cháy thành tro.

Trong quá trình thì nhóm dầu, nhựa, asphanten tồn tại ở trạng thái hệ keo, trong đó nhóm nhựa tan trong dầu tạo thành một dung dịch thật sự, người ta gọi là môi trường phân tán. Asphanten không tan trong nhóm dầu nên tồn tại ở trạng thái pha phân tán. Ngoài ba nhóm chất trên, trong cặn godron còn tồn tại các hợp chất cơ kim của kim loại nặng, các hợp chất cacbon, cacboit, các hợp chất này không tan trong các dung môi thông thường, chỉ tan trong pyridine.

Dầu nhờn tổng hợp 

Dầu nhờn sản xuất từ dầu mỏ vẫn chiếm ưu thế do nó có những ưu điểm như: công nghệ sản xuất dầu đơn giản, giá thành rẻ. Nhưng ngày nay, để đáp ứng yêu cầu cao của dầu nhờn bôi trơn, người ta bắt đầu quan tâm đến dầu tổng hợp nhiều hơn. Dầu tổng hợp là dầu được tạo ra bằng các phản ứng hóa học từ những hợp chất ban đầu, do đó nó có những tính chất được định ra trước. Nó có thể có những tính chất tốt nhất của dầu khoáng, bên cạnh nó còn có các tính chất khác đặc trưng như là: không cháy, không hòa tan lẫn trong nước.
Ưu điểm của dầu tổng hợp là có khoảng nhiệt độ hoạt động rộng từ -55°C đến 320°C, có độ bền nhiệt lớn, có nhiệt độ đông đặc thấp, chỉ số độ nhớt cao… Chính những ưu điểm này mà dầu tổng hợp ngày càng được sử dụng nhiều, nhất là trong các động cơ phản lực. Có hai phương pháp chính để phân loại dầu nhờn tổng hợp:

• Phương pháp 1: dựa vào một số tính chất đặc thù để phân loại như: độ nhớt, khối lượng riêng.
• Phương pháp 2: dựa vào bản chất của chúng.

Theo phương pháp 2 người ta chia dầu tổng hợp thành những loại chính sau: hydrocacbon tổng hợp, este hữu cơ, poly glycol, và este photphat. Bốn hợp chất chính này chiếm trên 40% lượng dầu tổng hợp tiêu thụ trên thực tế.

Phụ gia cho dầu nhờn

Dầu nhờn thương phẩm để sử dụng cho mục đích bôi trơn là hỗn hợp của dầu gốc và phụ gia. Do đó, chất lượng của dầu bôi trơn ngoài sự phụ thuộc rất nhiều vào dầu gốc, nó còn phụ thuộc vào phụ gia. Phụ gia là những hợp chất hữu cơ, vô cơ, thậm chí là những nguyên tố hóa học được thêm vào chất bôi trơn, nhằm nâng cao hay mang lại những tính chất mong muốn. Thông thường, hàm lượng phụ gia đưa vào là 0,01 – 5%, và cũng có một vài chủng loại sản phẩm sử dụng tới 20%. Do là những hợp chất hoạt động, vì vậy khi tồn tại trong dầu phụ gia có thể tác dụng với nhau và làm mất chức năng của dầu nhờn. Ngược lại, chúng cũng có thể tác động tương hỗ với nhau tạo ra một tính chất mới có lợi cho dầu nhờn, do đó việc phối trộn các phụ gia cần phải được nghiên cứu kỹ lưỡng để loại trừ những hiệu ứng đối kháng và nâng cao tính tác động tương hỗ. Sự tác động tương hỗ giữa phụ gia và dầu gốc cũng là một yếu tố cần được quan tâm khi sản xuất dầu nhờn.

Ngày nay, để đạt được các tính năng bôi trơn thì dầu có chứa nhiều phụ gia khác nhau. Chúng có thể được pha riêng lẻ vào dầu nhờn hoặc phối trộn lại với nhau để tạo thành một phụ gia đóng gói rồi mới đưa vào dầu nhờn.

Yêu cầu chung của một loại phụ gia:

• Dễ hòa tan trong dầu.
• Không hoặc ít hòa tan trong nước.
• Không ảnh hưởng đến tốc độ nhũ hóa của dầu.
• Không bị phân hủy bởi nước và kim loại
• Không bị bốc hơi ở điều kiện làm việc của hệ thống dầu nhờn.
• Không làm tăng tính hút ẩm của dầu nhờn.
• Hoạt tính có thể kiểm tra được.

Phụ gia thường có các loại với các tính năng tương ứng gồm: Phụ gia chống oxy hóa, phụ gia chống ăn mòn, phụ gia chống gỉ, phụ gia chống tạo cặn, phụ gia tăng chỉ số độ nhớt, phụ gia chống tạo bọt, phụ gia chống tạo nhũ, phụ gia tẩy rửa, một số loại phụ gia đặc chủng khác...

Tùy theo đối tượng sử dụng, dầu nhớt có thể được phân thành các loại sau:

 

   1>. Dầu nhớt động cơ >>: Là dầu nhớt sử dụng cho các loại động cơ nổ. Trong số các chủng loại dầu nhớt, dầu động cơ chiếm tỷ trọng khoảng 70%:

• Dầu động 2 thì: 

           -  Dành cho xe 2 bánh >>

           -  Dành cho nông nghiệp, lâm nghiệp, ngư nghiệp >>, ... máy cắt cỏ, máy cưa gỗ, máy canô, máy phát điện 2 thì, máy tàu ghe...

• Dầu động cơ 4 thì:   

           - Dầu nhờn động cơ xe 2 bánh >>

           - Dầu nhờn động cơ xe hơi (Ôtô) >>

           - Dầu nhờn động cơ xe vận tải nặng thương mại đường dài >>

           - Dầu nhờn động cơ xe cơ giới, xe công trình >>   

        

 

2>. Dầu nhớt công nghiệp: Là dầu nhớt sử dụng cho các loại máy và hệ thống công nghiệp bao gồm:

• Dầu Thủy lực ( nhớt 10) >
• Dầu Bánh răng >
• Dầu Turbin >
• Dầu máy nén khí >
• Dầu cắt gọt kim loại >
• Dầu bôi trơn máy công cụ >
• Dầu truyền nhiệt >
• một số chủng loại dầu công nghiệp khác, ... > 

   

Hình chụp dầu truyền nhiệt: VIPEC VT32

 

3>. Dầu nhớt hàng hải: Là dầu nhớt sử dụng cho các loại động cơ máy thủy:

         Dầu nhờn động cơ dành cho ngư nghiệp, hàng hải >>

 

5 CHỨC NĂNG CỦA DẦU NHỚT ĐỘNG CƠ 

Dầu nhớt động cơ có 05 chức năng chính, gồm:

    1. Bôi trơn: Dầu nhớt động cơ làm giảm ma sát và sự mài mòn xảy ra khi các bộ phận của động cơ chuyển động và cọ sát vào nhau.

    2. Làm mát: Dầu nhớt động cơ hấp thụ nhiệt được tạo ra trong quá trình hoạt động của động cơ, giúp cản trở tăng nhiệt quá cao.

    3. Làm kín: Dầu nhớt động cơ làm kín khoảng trống giữa Séc măng và lót xy lanh để ngăn áp suất cháy (năng lượng động cơ) thoát ra ngoài.

    4. Làm sạch: Dầu nhớt động cơ ngăn các chất thải của quá trình đốt cháy và các tạp chất được tạo ra do quá trình oxy hóa không bị dính vào phía trong động cơ, giúp giữ cho động cơ sạch sẽ.

    5. Chống ăn mòn: Dầu nhớt động cơ trung hòa các axit được tạo ra do quá trình đốt cháy nhiên liệu, ngăn sự tạo rỉ sắt và sự ăn mòn hóa học các chi tiết của động cơ.

 

NHỮNG THÔNG SỐ QUAN TRỌNG CỦA NHỚT ĐỘNG CƠ

-  Cấp độ nhớt:  Thể hiện sự "đặc" hay "loãng" của dầu nhờn động cơ và thường được phân loại bởi hệ thống thang độ nhớt do Hiệp hội Kỹ sư Ô tô (Society of Automotive Engineers) ban hành.

   Cấp độ nhớt thường ký hiệu là: SAE 20W-50 hoặc SAE 15W-40 hoặc SAE 10W hoặc SAE 40,...

-  Cấp chất lượng:

   Chất lượng của dầu nhờn động cơ phân loại bởi các nhà sản xuất Ôtô Châu Âu (ACEA); Tổ chức Tiêu chuẩn Ô-tô Nhật Bản (JASO); Các Hãng chế tạo gốc (OEM) và Viện dầu khí Mỹ (API).