Động cơ tiêu thụ dầu như thế nào ? – Việc tiêu thụ nhiều dầu động cơ hầu như luôn luôn là một triệu chứng hoặc hậu quả của một tình trạng khác thậm chí còn quan trọng hơn. Bài viết này sẽ giải quyết vấn đề này từ quan điểm của sự thất thoát dầu qua đường đốt cháy (so với rò rỉ).
Trong khi trọng tâm sẽ tập trung nhiều hơn vào động cơ diesel được sử dụng trong dịch vụ công nghiệp và thương mại, phần lớn những gì sẽ được thảo luận áp dụng tốt cho ô tô cá nhân và động cơ chạy bằng khí tự nhiên.
Tự bản thân, tiêu thụ dầu là một nguồn phát thải độc hại nổi tiếng vào khí quyển (xem thanh bên ở trang 4). Dầu chưa cháy hoặc đốt cháy một phần được thải ra ngoài qua đường dẫn khí thải dưới dạng hydrocacbon và ô nhiễm dạng hạt (muội than).
Ngoài ra, các chất phụ gia chống mài mòn dầu động cơ được biết đến là chất độc hoặc ít nhất làm giảm hiệu suất của bộ chuyển đổi xúc tác. Lượng dầu tiêu thụ qua buồng đốt càng nhiều, nguy cơ / ảnh hưởng nhiễm độc này càng lớn. Điều này làm tăng tác động môi trường hơn nữa.
Nguyên nhân của việc tiêu thụ nhiều dầu rất nhiều và phức tạp. Bởi vì mức tiêu thụ này là triệu chứng của các tình trạng khác, cần phải lưu ý những thay đổi trong tỷ lệ tiêu thụ dầu. Những thay đổi này nên được xem xét trong bối cảnh của các dữ liệu và yếu tố khác, bao gồm phân tích dầu , khí thải trực quan, tuổi thọ của động cơ (từ lần xây dựng lại cuối cùng), áp suất tăng, nhiệt độ chạy, tải / RACK, điều kiện hoạt động và thổi khí. Phân tích dầu sẽ được thảo luận về mối tương quan và ý nghĩa của các xu hướng chung cũng như cách chúng có thể hữu ích cho các mục đích xử lý sự cố.
Nguyên nhân của việc tiêu thụ nhiều dầu
Tìm hiểu các cơ chế vận chuyển dầu là cần thiết để ngăn chặn dầu đi đến nơi mà nó không nên. Sự thất thoát của dầu động cơ bị ảnh hưởng bởi thiết kế của động cơ và các điều kiện vận hành. Việc tiêu thụ dầu chủ yếu xảy ra gần hoặc qua buồng đốt, đi xuống qua van hoặc đi lên qua bộ vòng piston.
Khả năng di chuyển và tiêu thụ dầu thông qua van động cơ
Dầu thu trên thân van nạp được hút vào buồng đốt trong quá trình hoạt động bình thường. Khí thải nóng đốt cháy dầu trên thân van xả. Nếu có quá nhiều khe hở giữa các thân van và thanh dẫn, động cơ sẽ hút nhiều dầu hơn xuống các thanh dẫn và vào xi lanh. Điều này có thể do mòn dẫn hướng van và vòng đệm bị mòn, nứt, thiếu, hỏng hoặc lắp đặt không đúng cách. Động cơ có thể vẫn có độ nén tốt nhưng sẽ đốt nhiều dầu.
Dòng chảy dầu qua hộp Piston Ring-pack
Dầu động cơ được thiết kế để tạo ra một màng dầu trên thành xi lanh. Trong khi vòng điều khiển dầu trên piston ép đi phần lớn nó, một lớp màng mỏng sẽ vẫn còn. Khi động cơ giảm tốc, áp suất âm cao sẽ hút dầu trong buồng đốt và ra ngoài ống xả.
Vấn đề rõ ràng hơn khi các vòng hoặc xi lanh bị mòn hoặc hư hỏng nặng, nhưng nó cũng có thể xảy ra nếu các xi lanh không được mài dũa đúng cách (các khuyết tật hoàn thiện bề mặt hoặc bề mặt) khi động cơ được chế tạo (hoặc chế tạo lại) hoặc nếu vòng được cài đặt không đúng cách.
Phần lớn dầu được vận chuyển qua bộ vòng piston và dọc theo ống lót thường xảy ra trong hành trình nén. Vòng điều khiển dầu gạt dầu khỏi thành xi lanh. Dầu cạo chảy đến các lỗ / hốc thoát nước vòng.
Dầu còn sót lại trên thành xylanh là cần thiết để bôi trơn các vòng nén. Một khi dầu di chuyển qua các vòng nén, dầu sẽ khó quay trở lại bể chứa. Tuy nhiên, khí thổi có thể cung cấp một phương tiện vận chuyển để giúp tái chế dầu trở lại bể chứa (xem Hình 1).
Piston Ring-pack Tiền gửi và Di chuyển
Các cặn bám ở vòng piston có thể làm giảm mạnh chuyển động và độ uốn của vòng đệm. Tương tự như vậy, chuyển động của vòng có thể ảnh hưởng rất nhiều đến nơi hình thành cặn và chuyển động (vận chuyển) của chất bôi trơn trong hộp vòng.
Chuyển động vòng này xác định thời gian lưu trú của chất bôi trơn trong bộ vòng đệm, do đó ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy chất bôi trơn và nơi sẽ hình thành cặn (xem Hình 2). Nhiệt độ của gói vòng có thể dao động từ 195-340 độ C.
Nói chung, những điều kiện này có thể làm tăng tốc độ mòn vòng đệm pít-tông (PRL), làm giảm hiệu suất đốt cháy, tăng tốc độ xả và giảm tiết kiệm dầu (tiêu thụ nhiều dầu hơn).
Một cách điều này xảy ra là thông qua kích cacbon. Trong hiện tượng này, sự tích tụ carbon xảy ra trong các rãnh vòng (được nạp bởi muội than và các sản phẩm phân hủy của dầu ). Việc hạn chế chuyển động của vòng đệm tương ứng làm tăng mài mòn, xì hơi và tiêu thụ dầu theo nhịp của piston.
Hình 2. Trình tự hình thành cặn đóng gói vòng piston
Bốc hơi dầu tường xi lanh
Có tới 17% tổng lượng dầu tiêu thụ có liên quan đến sự bay hơi của thành ống lót. Lớp lót xi lanh càng méo mó (ngoài vòng) và gồ ghề (bề mặt hoàn thiện), thì càng có nhiều màng dầu còn sót lại trên tấm lót sau hành trình trợ lực. Nhiệt độ bề mặt lớp lót cao (80-300 độ C) sẽ làm thất thoát lượng dầu này do phun sương và bay hơi. Các phân tử dầu nhẹ dễ bị bay hơi hơn. Các phân tử nhẹ này là phân tử đầu tiên cạn kiệt, và kết quả là, có ít tổn thất do bay hơi hơn vào cuối khoảng thời gian bảo dưỡng của chất bôi trơn.
Không phải tất cả các loại dầu có cùng độ nhớt đều như nhau theo quan điểm về độ bay hơi (nguy cơ mất mát do bay hơi). Một số chất bôi trơn có thể thể hiện sự mất mát do bay hơi nhiều hơn 50% so với những chất bôi trơn khác. Điều này bị ảnh hưởng bởi sự phân bố trọng lượng phân tử của dầu gốc.
Tất nhiên, nhiệt độ đóng một vai trò quan trọng. Nhiệt độ lớp lót thấp dẫn đến tốc độ bay hơi thấp. Nhiệt độ lót bị ảnh hưởng bởi tải trọng, hiệu suất đốt cháy và làm mát. Khoảng 74 phần trăm hóa hơi xảy ra trong quá trình nạp và nén (không tìm thấy hiệu ứng tốc độ).
Thổi từ lỗ khoan hình trụ hình bầu dục
Lỗ khoan hình trụ hình bầu dục thường do các vấn đề gia công cũng như biến dạng nhiệt và áp suất gây ra. Các vòng piston có thể phù hợp với hình trụ không tròn trịa ở một mức độ nhất định. Tuy nhiên, khí thổi ngược và sương mù dầu có thể đi theo đường xuyên qua các biến dạng của lỗ khoan xi lanh này bằng cách di chuyển dễ dàng hơn so với mặt chạy của vòng đệm. Sương mù dầu được dẫn theo khí thổi ngược vào buồng đốt và ra ngoài cùng với ống xả.
Điều kiện nổi vòng cao
Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng độ nhớt của dầu thấp hơn có thể làm giảm tình trạng “phao” của vòng điều khiển dầu. “Phao” về cơ bản có nghĩa là có quá nhiều độ dày màng giữa vòng kiểm soát dầu và thành xi lanh.
Do đó, độ nhớt quá mức này sẽ cản trở khả năng của vòng đệm để đẩy dầu ra khỏi thành xi lanh và đưa dầu trở lại bể chứa. Kết quả là, quá nhiều dầu còn lại trên thành xi lanh có thể di chuyển về phía các vòng nén hoặc vẫn bám vào ống lót, làm tăng lượng dầu thất thoát qua quá trình phun sương và bay hơi.
Việc tiêu thụ dầu ảnh hưởng như thế nào đến khí thải và sức khỏe của ống xả
Khi động cơ già đi và hao mòn, chúng trở thành đối tượng tiêu thụ dầu cacte nhiều hơn. Các chất bẩn rắn kết hợp với bồ hóng và các chất lơ lửng trong dầu khác ảnh hưởng đến độ mài mòn của động cơ, cặn bẩn và tính tiết kiệm dầu (tỷ lệ tiêu thụ dầu). Khi dầu được tiêu thụ, nó đi vào buồng đốt, đốt cháy cùng nhiên liệu và được đẩy ra ngoài cùng với khí thải dưới dạng các hạt và hydrocacbon dễ bay hơi.
Dầu nhớt mới có nhiều phân tử nhẹ dễ bay hơi hơn và dễ bị phát thải hydrocacbon hơn. Khi dầu già đi, mức phát thải hydrocacbon giảm đi nhưng có thể tăng trở lại nếu dầu bị nhiễm nhiên liệu ( pha loãng nhiên liệu ), chẳng hạn như trong thời gian chạy ngắn hoặc chạy không tải dài.
Tuy nhiên, nói chung, tuổi thọ của dầu không có ảnh hưởng đáng kể đến lượng khí thải carbon monoxide và nitric-oxide.
Mức độ phát thải khí thải có thể tăng lên đáng kể theo thời gian, tương ứng với sự mài mòn của động cơ và sự hình thành cặn. Điều này không chỉ dẫn đến các hạt khí thải lớn hơn mà còn dẫn đến một tỷ lệ cao hơn là hydrocacbon, là sản phẩm phụ của việc tiêu thụ dầu.
Người ta đã quan sát thấy rằng dầu bôi trơn là một yếu tố góp phần đáng kể vào dấu hiệu phát thải hạt khi động cơ già đi, đặc biệt là với động cơ diesel. Chiến lược rõ ràng để kiểm soát / giảm phát thải hydrocacbon là giảm tiêu thụ dầu.
Điều này, phần lớn, chỉ được thực hiện bằng cách kiểm soát hiệu suất đốt cháy, hao mòn và cặn bẩn (đặc biệt là thông qua thực hành lọc và bôi trơn tốt).
Oxit nitơ (NOx) bao gồm oxit nitric (NO) và nitơ đioxit (NO2). Các tiền chất ozone này cũng dẫn đến khói mù khi tiếp xúc với khí hydrocacbon và ánh sáng mặt trời. Là một mối nguy hại cho sức khỏe, NOx có thể gây kích ứng và tổn thương mô phổi cũng như tê liệt.
Do các yêu cầu quy định và áp lực bảo vệ môi trường để giảm cả hạt và NO2, áp suất tăng đã được đặt lên công thức dầu nhờn, thiết kế động cơ và hiệu suất của bộ lọc.
Cần lưu ý rằng độ nhớt quá ít cũng gây ra vô số nguy hiểm. Độ nhớt tham chiếu tối ưu (không quá thấp hoặc quá cao) luôn được mong muốn. Sự “tối ưu” này được thúc đẩy và kéo bởi nhiều yếu tố thiết kế và vận hành động cơ, bao gồm cả mong muốn giảm tiêu thụ dầu.
Hiệu ứng khoảng thời gian thay dầu
Các cống dẫn dầu mở rộng là một xu hướng ngày càng phát triển. Mặc dù có những lợi thế rõ ràng (chi phí thay dầu thấp hơn, năng suất cao hơn, lợi ích môi trường, v.v.), nhưng cũng có rủi ro về tuổi thọ động cơ, rủi ro về tiết kiệm nhiên liệu và các hình phạt về tiết kiệm dầu. A recent study on the effects of the oil change interval on miles per quart of oil is shown in Figure 3.
Ba động cơ khác nhau (Loại 8, dịch vụ đường dài) ở các khoảng thời gian thay dầu khác nhau cho thấy mối quan hệ rõ ràng giữa sức khỏe của dầu và mức tiêu thụ dầu. Người ta có thể kết luận rằng khi dầu già đi, các tác động của sự lão hóa (muội cao, mất khả năng phân tán , cạn kiệt phụ gia, chất không tan, trượt chỉ số nhớt, tải bẩn, v.v.) làm giảm khả năng giữ dầu của động cơ trong quá trình sử dụng.
Figure 3. Effects of the oil change interval
on miles per quart of oil (Ref. Carver, Exxon)
Các vấn đề tiêu thụ dầu được tiết lộ bởi phân tích dầu
Theo dõi mức dầu và tỷ lệ trang điểm cung cấp một dấu hiệu đáng tin cậy về mức tiêu thụ dầu và mức tiết kiệm dầu tương đối. Nếu mức tiêu thụ dầu thấp, có thể giả định rằng trong khi nhiều thứ có thể xảy ra sai sót, chúng không sai đơn giản vì mức tiêu thụ dầu động cơ nằm trong phạm vi bình thường và an toàn. Do đó, hợp lý để theo dõi mức dầu và dầu trang điểm tiêu thụ giữa các lần thay dầu theo lịch trình.
|
|
Có thể có nghĩa |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Bảng trên không chỉ trình bày chi tiết mức độ tiêu thụ dầu cao có thể đi kèm với một số điều kiện phân tích dầu có thể báo cáo mà còn cung cấp các ví dụ về những điều kiện này có thể có ý nghĩa như thế nào.
Việc tìm hiểu cách động cơ tiêu thụ dầu vẫn là một công việc đang được tiến hành và là chủ đề nghiên cứu liên tục của nhiều tổ chức. Điều quan trọng là làm chậm hoặc bắt giữ vấn đề càng nhiều càng tốt.
Không nghi ngờ gì nữa, nhiều tiến bộ sẽ được thực hiện trong những năm tới. Trong khi đó, sẽ rất có lợi nếu bạn sử dụng kiến thức hiện tại một cách tối đa. Các chiến lược được mô tả trong bài viết này đưa ra một số cách hợp lý để có thể đạt được điều này.
