Vật liệu vận hành ở xe cơ giới là tất cả vật liệu cần thiết cho việc vận hành xe.
Vật liệu phụ được dùng để tẩy rửa, chăm sóc, sửa chữa xe và các bộ phận của xe.
Vật liệu vận hành:
Nhiên liệu lỏng và khí thí dụ như xăng, diesel, khí thiên nhiên, khí hydro. Khi đốt nhiên liệu trong động cơ, nhiệt năng được tạo ra và được chuyển hóa thành động năng.
Dầu bôi trơn và chất bôi trơn thí dụ như dầu bôi trơn động cơ, mỡ bôi trơn, than chì. Chúng làm giảm ma sát và hao mòn ở những chi tiết trượt.
Chất làm mát và chất chống đông như nước, ethylen glycol, chất làm lạnh R134a, đá khô, nitơ lỏng. Chúng bảo vệ động cơ tránh hiện tượng quá nhiệt và hư hại do đóng băng, hoặc được dùng để làm lạnh không gian trong xe hay nơi chứa hàng.
Dầu phanh như glycol ether. Loại này truyền áp suất lớn trong hệ thống phanh thủy lực. Dầu phanh không được phép chuyển sang dạng hơi ở nhiệt độ cao.
Chất lỏng dùng để truyền lực như dầu ATF. dầu Silicon, dầu thủy lực. Chúng được dùng trong các biến mô thủy lực, tay lái trợ lực, bộ ly hợp nhớt hay những thiết bj nâng thủy lực.
Vật liệu phụ:
Chất tẩy rửa các bộ phận của xe như xăng rửa, chất tẩy dầu mỡ, cồn, chất tẩy rửa chất dẻo.
Chất tẩy rửa và chăm sóc xe như chất tẩy hắc ín và côn trùng, chất đánh bóng sơn vả những phần bằng chromi hay nhôm, chất bảo quản, chất rửa kính.
1. Nhiên liêu
Tất cả nhiên liệu được sử dụng hiện nay là hỗn hợp các hợp chất hydrocarbon khác nhau (Hình 1) hoặc hoàn toàn là khí hydro. Trong quá trình đốt cháy, những nguyên tử hydro và carbon cùa phân tử nhiên liệu bị oxy hóa với oxy của Không khí và trở thành H20 và C02. Chỉ một phần năng lượng sinh ra bởi phản ứng hóa học này được dùng để vận hành động cơ. Hiện nay trong động cơ diesel tối đa khoảng 46% và
trong động cơ xăng tối đa khoảng 35% năng lượng được sử dụng để truyền động. Đièu này có nghĩa là phần lớn năng lượng sinh ra có tác dụng làm nóng môi trường xung quanh. Khi C02 tạo ra do sự đốt cháy hydrocarbon đượcc gọi là khí nhà kính, làm tăng sự nóng lên của khí quyển. Vì vậy người ta đang nỗ lực tìm kiếm những giải pháp thay thế cho động cơ đốt trong thông thường.
Đặc tính của hydrocarbon
Đặc tính của phân tử hydrocarbon được xác định bởi kích thước của phân tử. Tỷ lệ giữa số lượng nguyên tử carbon và nguyên tử hydro, và cấu trúc của phản tử (Hình 1). Trong khi các vật liệu được hình thành từ những chuỗi ngắn như propan C3H8 xuất hiện dưới dạng khí, thì
các vật liệu được hình thành từ những chuỗi dài như Cetan C16H34 ở thể lỏng. Độ nhớt tăng theo số lượng nguyên tử carbon. Cấu trúc của các phân tử hydrocarbon có dạng chuỗi hoặc dạng vòng. Paraffin (Hình 1) hay olefin, loại paraffin với liên kết đôi giữa hai nguyên tử carbon, là phân tử có dạng chuỗi dơn giản. Chuỗi càng dài thì tính dễ bóc cháy càng lớn. Với tính chất này, paraffin khiến chúng
thích hợp để làm nhiên liệu cho động cơ diesel. Đối với động cơ otto, chuỗi paraffin dài không thích hợp vì gây
ra hiện tượng kích nổ. Phân tử với chuỗi bên ngắn (isoparaffin) hay phân tử có dang vòng (hợp chất thơm, cycloparaffin) có tính
chống kích nổ. Do đó chúng thích hợp để dùng cho động cơ otto. Chúng không thích hợp dùng cho động cơ diesel vì khó bốc cháy.
Những hợp chất thơm có tính chống kích nổ mạnh, thí dụ như benzen C6H6, dễ gây ung thư. Tùy loại, những
hợp chất này không được phép hoặc chỉ được phép sử dụng với số lượng giới hạn trong việc vận hành động cơ.
Đỉều chế nhiên liệu từ dầu mỏ
Nguyên liệu quan trọng nhất để điều chế nhiên liệu là dầu mỏ. Dầu mỏ bao gồm nhiều loại hợp chất hydrocarbon khác nhau và có thành phần khác biệt tùy theo nguồn dầu mỏ. Do sự hiện hữu đa dạng của những hợp chất hydrocarbon vởi những tính chất hoàn toàn khác nhau, người ta phải tách riêng các hợp chất ra. Một phần trong các bán thành phẩm được tiếp tục điều chế để trở thành nhiên liệu thích hợp cho động cơ. Cần thiết phải thực hiện điều này vì tỷ lệ ban đầu của nhiên liệu chất lượng cao có sẵn trong dầu thô thấp.
Trong việc xử lý dầu thô người ta phân biệt:
• Phương pháp phân cách, thí dụ như lọc, chưng cất, tinh chế
• Phương pháp biến đổi, thí dụ như cracking, biến đổi liên kết, đồng phân hóa
Lọc
Những tạp chất thô như cát, nước và muối được loại ra khỏi dầu thô trước khi bắt đầu điều chế.
Chưng cất
Chưng cất khí quyển (Hình 1). Dầu mỏ được đun nóng trong môi trường kín khí. Ở nhiệt độ khoảng 20 °c, methan và ethan tách ra (LPG = Liquefied Petroleum Gas = Khí dầu mỏ hóa lỏng). Ngưng tụ những thành phần bốc hơi trong phạm vi nhiệt độ sôi
tới 180 °c sẽ cho ra nhiên liệu nhẹ, phần lớn là xăng. Chúng gồm có paraffin bình thường (chuỗi không phân nhánh) và cycloparaffin (hình vòng tròn). Phạm vi nhiệt độ sôi từ 160 °c đến 280 °c cung cấp nhiên liệu trung bình (nhiên liệu cho tua bin khí, kerosine, dầu hỏa). Nhiên liệu nặng cho động cơ diesel được điều chếtrong khoảng nhiệt độ từ 210 °c đến 280 °c. Những chất còn lại được dẫn tới lò chưng cất chân không.
Chưng cất chân không (Hình 1). Những chất còn lại từ lò chưng cất khí quyển được đun nóng lần nữa trong chân không. Bằng phương pháp này nhiệt độ sôi được hạ xuống. Điều này ngăn được việc những phân tử lớn còn lại bị phá hủy một cách thiếu kiểm soát
ở nhiệt độ cao hơn nữa. Qua cách chưng cất chận không, dầu gazoin (gas oil) được tạo ra, dầu này tiếp tục được gia công, chủ yếu để trờ thành dầu diesel hay dầu sưởi. Những dầu nền được tiếp tục khai thác để chế tạo những loại dầu bôi trơn khác nhau.
Phương pháp thu thập nhiên liệu theo phạm vi nhiệt độ soi còn được gọi là chưng tách phân đoạn (Hình 1).
Tỷ lệ nhiên liệu thu được trong quá trình chưng cất còn rất thấp so với nhu cầu hiện nay. Qua phương pháp cracking, có thể tăng thêm phần nguyên liệu căn bản dùng được để chế ra xăng (Bảng 1) và những thành phần cracking thu được với trị số RON từ 88 đến 92 có tính chống kích nổ tương đối cao so với xăng thô khai thác được từ việc chưng cất (RON = 62 đến 64).
Để thu được nhiên liệu dùng cho động cơ thì những sản phẩm trung gian đã điều chế được còn phải trải qua những phương pháp biến đổi đặc biệt tiếp theo (Bảng 2).
Những phương pháp xử lý thêm
Những loại xăng ít kích nổ được sản xuất theo cách
trên còn được xử lý thêm bằng phương pháp tinh
luyện. Qua đó độ tinh khiết của xăng tăng lên (loại trừ
những chất còn lại dạng khí, lưu huỳnh và những chất
nhựa hòa tan). Qua việc trộn những loại xăng khác nhau và thêm các chất phụ gia, có thể tạo ra những
phẩm chất mong muốn của xăng và làm tăng có chủ
đích tính chất của xăng (xăng super cộng, xăng super
và xăng thường).
2. Nhiên liêu otto
Nhiên liệu otto là nhiên liệu dễ bốc hơi. Chúng thuộc vê cấp nguy hiểm A I vì rất dễ cháy (điểm bốc cháy dưới 21 °C). Ngoài ra nhiên liệu otto còn độc và nguy hiểm cho môi trường. Bởi vậy khi tiếp xúc cần phải tuân thủ những chỉ dẫn về những nguy hiểm đặc biệt (quy định H) và những lời khuyên an toàn (quy định P). Những tính chất quan trọng nhất của nhiên liệu otto dùng cho động cơ được giải thích và xác định trong tiêu chuẩn DIN EN 228.
Quá trình bốc hơi
Trong động cơ otto, nhiên liệu phải bốc hơi nhanh và hoàn toàn vì chỉ có nhiên liệu dạng khí mới có thể đốt cháy được. Tính bốc hơi của nhiên liệu được diễn tả qua đường biểu diễn bốc hơi (Hình 1).
Tính khởi động nguội
Để động cơ khi còn lạnh hoặc chưa nóng máy chắc chắn khởi động ở nhiệt độ thấp và chạy đềụ lúc không tải, cần có nhiên liệu với đường biểu diễn bốc hơi thấp. Điều này có nghĩa là ngay ở nhiệt độ thấp, phải có một phần rất lớn nhiên liệu đã bốc hơi.
Tỷ lệ nhiên liệu bốc hơi ở nhiệt độ thấp được diễn tả băng điểm E70 (tỷ lệ bốc hơi ở 70 °С) hoặc bằng điểm T10 (nhiệt độ ở đó 10% nhiên liệu bốc hơi). Để khởi động nguội chắc chắn xảy ra thì tối thiểu 10% nhiên liệu phải bốc hơi ở nhiệt độ từ 40 c đến 50 c.
Tính khởi động nóng Ở động cơ ấm hay nóng cũng như trong mùa hè, có thể xảy ra việc những bong bóng khi xuất hiện trong
hệ thống nhiên liệu. Nhiên liệu chỉ được phép bắt đầu sôi ở nhiệt độ cao. Chúng phải khó bốc hơi, nghĩa là có đường biểu diễn bốc hơi cao. Có thể đạt được điều này qua việc trộn vào nhiên liệu một tỷ lệ nhất định nhiên liệu khó bốc hơi, ngoài ra những nhiên liệu này
còn có lượng năng lượng cao hơn. Tỷ lệ bốc hơi ở nhiệt độ cao được diễn tả bằng điểm E180 (tỷ lệ bốc hơi ở 180 °С) hoặc bằng điểm T90
(nhiệt độ ở đó 90% nhiên liệu bốc hơi). Một tỷ lệ quá lớn nhiên liệu khó bốc hơi sẽ dẫn đến việc ngưng tụ nhiên liệu ở thành xi lanh của động cơ lạnh và làm loãng dầu.
Tính chống kích nổ (RON, MON)
Xu hướng không tự bốc cháy của nhiên liệu ở nhiệt độ và áp suất cao được gọi là tính chống kích nổ. Thước đo tính chống kích nổ là trị số octan khảo cứu (RON) và trị số octan động cơ (MON). Hai trị số octan này được đo trên toàn thế giới trong những động cơ một xi lanh CFR. Trị số octan của nhiên liệu cần đo được xác định qua việc so sánh với một nhiên liệu quy chiếu, là hỗn hợp của isooctan
(RON=100) và heptan thường (RON=0). Một nhiên liệu có trị số octan thí dụ là 95 khi tính chống kích nổ của nó giống với tính chống kích nổ của một hỗn hợp gồm 95% isooctan và 5% heptan thường.
Trị số MON khác với trị số RON vì nó được đo ở tốc độ quay cao hơn và với hỗn hợp được làm nóng trước tới nhiệt độ 150 c (Bảng 1).
Thực tế cho thấy ở đa số các động cơ sản xuẩt hàng loạt, trị số RON có ý nghĩa hơn khi tăng tốc hết ga và ở tốc độ quay nhỏ (kích nổ khi tăng tốc), ở tốc độ quay lớn và toàn tải (kích nổ ở vận tốc cao) trị số MON có tầm quan trọng hơn.
Vì xăng được điều chế từ dầu mỏ có tính chống kích nổ quá thấp, nên cần phải được trộn thêm chất chống kích nổ để gia tăng tính chất này. Chất chống kích nổ có kim loại. Không còn được sử dụng ở Đức vì tạo nên những sản phẩm cháy độc hại (chì, Scavengers = hợp chất brom và chlor).
Chất chống kích nổ không kim loại. Hợp chất thơm như benzen, toluen và xylen nằm trong vùng trị số octan RON từ 108 đến 112, khi trộn vào sẽ làm tăng trị số octan chung của nhiên liệu. Benzen được giới hạn ở tỷ lệ 1% thể tích vì có thể gây ung thư.
Các hợp chất oxy hữu cơ được dùng như chất chống kích nổ. Điểm bất lợi của rượu (methanol, ethanol), phenol, ether là chúng ít hòa tan trong nhiên liệu, tạo ra mùi khó chịu và tính kinh tế thấp vì hàm lượng năng lượng nhỏ.
Chất chống kích nổ MTB (Methyl-Tertiary- Buthylether). Chất này có trị số octan cao trong khoảng từ RON 110 đến 115 nên có thể làm tăng đáng kể trị số octan chung. Vì nhiệt độ bốc hơi thấp, ở 55 °c, nên tính chống kích nổ của nhiên liệu đặc biệt được cải thiện ở phạm vi dưới nhiệt độ bốc hơi. Loại này được trộn thêm vào nhiên liệu khoảng từ 10% đến 15%.