Kiến thức về dầu động cơ

KIẾN THỨC VỀ DẦU MỠ NHỜN - DẦU ĐỘNG CƠ

Tác dụng chính của dầu động cơ là bôi trơn bề mặt giữa các chi tiết có chuyển động tương đối với nhau, nhằm làm giảm ma sát giúp cho quá trình vận hành, hoạt động của các cơ cấu hệ thống trong động cơ được trơn chu, êm dịu qua đó làm tăng tuổi thọ của động cơ cũng như tiết kiệm nhiên liệu. Trong quá trình sử dụng xe ô tô, việc phải kiểm tra và thay thế dầu động cơ của chúng ta là thường xuyên, nó diễn ra một cách định kỳ hoặc khi cần thiết phải thay sớm hơn trong một số trường hợp đặc biệt, nhưng việc lựa chọn loại dầu phù hợp với động cơ cũng như các kiến thức cơ bản về các loại dầu, cách đọc chỉ số của dầu thì không phải ai cũng biết điều này…vì dầu dùng cho động cơ 2 kỳ khác động cơ 4 kỳ, động cơ xăng khác động cơ diesel, mùa đông khác mùa hè và ở các vùng khác nhau lại sử dụng loại dầu khác nhau. Chưa kể đến vấn đề nữa là hiện có rất nhiều nhà sản xuất dầu trên thị trường với nhiều sản phẩm khác nhau, khiến người tiêu dùng không khỏi băn khoăn khi phải đưa ra lựa chọn. Nội dung trong bài viết này sẽ cho chúng ta cái nhìn tổng quan về các vấn đề trên.
1. Tác dụng của dầu động cơ

  • Bôi trơn: Động cơ được cấu thành từ rất nhiều chi tiết, cụm chi tiết lắp ghép với nhau. Trong đó, một số cụm chi tiết là các cơ cấu lắp ghép có chuyển động tương đối với nhau như cơ cấu trục khuỷu thanh truyền (đầu to thanh truyền quay xung quanh trục cơ qua cổ biên hoặc các cổ trục khuỷu quay trên ổ đỡ), cơ cấu phân phối khí (các cổ trục cam quay trong gối đỡ, vẫu cam tác động làm cho xupap chuyển động lên xuống), hay piston chuyển động trong lòng xylanh…Tất cả các chuyển động đó đều là chuyển động tương đối giữa các bề mặt kim loại, mặc dù bằng mắt thường chúng ta có thể thấy các bề mặt này được gia công rất nhẵn, rất chính xác nhưng trên thực tế không phải vậy mà nó vẫn có độ mấp mô nhất định (còn gọi là độ nhám).
  • Bao kín: Động cơ sẽ bị yếu máy hoặc cho công suất kém nếu buồng đốt không được làm kín tốt (ảnh hưởng đến tỷ số nén). Buồng đốt của động cơ được hình thành bởi các chi tiết là nắp máy, đỉnh piston và thành xylanh, trên thực tế để làm kín giữa thành xylanh và piston thì cần phải lắp thêm các loại xéc măng. Tuy nhiên, tất cả các lắp ghép này cũng là sự tiếp xúc giữa các bề mặt kim loại với nhau và thực tế giữa các bề mặt này vẫn có độ mấp mô nhất định và vì thế nó không thể làm cho không gian bên trong buồng đốt kín hoàn toàn được.
  • Làm mát: Trong quá trình làm việc động cơ sinh ra một lượng nhiệt rất lớn, vì vậy nhờ quá trình tuần hoàn của dầu bôi trơn qua các bề mặt kim loại sẽ làm cho nhiệt độ của các chi tiết này được giảm đi đáng kể, giúp cho động cơ làm việc ổn định mà không bị quá nhiệt.
  • Làm sạch: Do dầu luôn được bơm để bôi trơn các bề mặt kim loại một cách tuần hoàn nên các chất bẩn, cặn sinh ra trong quá trình làm việc của đông cơ cũng sẽ được rửa trôi xuống đáy các te mà không bám lại tại các vị trí tiếp xúc giữa 2 chi tiết kim loại, giúp cho bề mặt các chi tiết luôn được sạnh, đảm bảo an toàn không bị cọ xước. Ngoài ra các chất phụ gia có trong thành phần của dầu cũng có tác dụng hòa tan các muội, cặn các bon sinh ra trong quá trình động cơ hoạt động. Các cặn bẩn sẽ được giữ lại tại đáy các te dầu hoặc trong lọc dầu động cơ.
  • Bảo vệ bề mặt kim loại: Trong quá trình bôi trơn, dầu động cơ tạo thành lớp màng mỏng bám trên bề mặt các chi tiết kim loại, do đó ngăn không cho không khí hoặc độ ẩm…tiếp xúc trực tiếp với các bề mặt này gây ra các hiện tượng rỉ sét. Vì lý do này mà các nhà sản xuất ô tô khuyến cáo đối với các trường hợp xe không được sử dụng thường xuyên thì cần phải nổ máy tối thiểu một lần/tuần với 10-15 phút để cho các chi tiết được bôi trơn và bảo vệ bề mặt kim loại tránh han rỉ.
  • Tiêu chuẩn SAE: SAE là tên viết tắt của Hiệp hội kỹ sư ô tô (Society of Automobile Engineer), tổ chức này sử dụng chỉ số độ nhớt (độ loãng) để đánh giá và phân loại dầu bôi trơn. Theo đó, thường sẽ phân thành 2 loại lớn là dầu đơn cấp và dầu đa cấp. Dầu đơn cấp có độ nhớt chỉ thỏa mãn được ở một điều kiện nhất định và hiện nay gần như không được sử dụng nữa, nên tôi chỉ đi sâu vào hướng dẫn đọc chỉ số với dầu đa cấp. Dầu đa cấp là loại dầu mà độ nhớt có thể thỏa mãn được ở nhiều điều kiện nhiệt độ khác nhau. Khi nhiệt độ thay đổi thì độ nhớt của dầu cũng thay đổi, hay nói cách khác nhiệt độ tăng thì dầu bị loãng ra.
  • Tiêu chuẩn API: đây là tiêu chuẩn của Viện Nghiên Cứu Dầu Mỏ Mỹ (American Petroleum Institute) đưa ra để đánh giá về phẩm cấp dầu bôi trơn động cơ.
  • Tiêu chuẩn ILSAC: Ủy ban Phê duyệt Tiêu chuẩn Dầu nhờn Quốc tế ILSAC (InternationalLubricants Standardization and Approval Committee) được thành lập năm 1992 giữa AAM(Hiệp hội các nhà sản xuất ô tô Mỹ mà đại diện là tập đoàn Daimler Chrysler, tập đoàn Ford Motor, tập đoàn General Motors) và JAMA (Hiệp hội các nhà sản xuất ô tô Nhật Bản) để xác định nhu cầu, các thông số, cấp phép và quản lý các thông số kỹ thuật của dầu bôi trơn. Từ đó Hệ thống cấp phép và chứng nhận dầu động cơ EOLCS được thành lập song song với 3 hệ thống khác là SAE, API và ASTM. Nội dung tiêu chuẩn ILSAC bao gồm các bài thử nghiệm để đánh giá độ sạch động của động cơ, độ chống mài mòn, bảo vệ môi trường (khí thải) và tiết kiệm nhiên liệu (năng lượng). Ký hiệu tiêu chuẩn dầu của ILSAC là GF-x (trong đó x- là số thể hiện phẩm cấp chất lượng dầu có thứ tự từ 1, 2, 3…) phẩm cấp cao nhất hiện nay của dầu bôi trơn theo tiêu chuẩn ILSAC là GF-6.
  • Dầu gốc khoáng (Mineral): Dầu gốc khoáng được chế xuất trực tiếp từ dầu mỏ (dầu thô tự nhiên) trải qua các công đoạn trưng cất để thu được các loại hydro carbon (HC) thuộc tầng sản phẩm dầu bôi trơn, sau đó sẽ được loại sạch các chất sáp (nến) để được dầu khoáng tinh chế. Thành phần của dầu khoáng tinh chế bao gồm nhiều loại HC có kích thước, khối lượng phân tử, tính chất lý hóa khác nhau nên cấu trúc phân tử của dầu không đồng đều. Dầu khoáng làm việc sẽ kém bền đặc biệt là ở nhiệt độ thấp hoặc nhiệt độ quá cao, các phân tử HC dễ dàng bị bẻ gãy mạch làm thay đổi tính chất của dầu bôi trơn, vì thế dầu khoáng làm việc không ổn định. Ưu điểm của dầu khoáng là sản xuất đơn giản, giá thành thấp.
  • Dầu tổng hợp (synthetic): là loại dầu bôi trơn có thành phần dầu gốc là dầu tổng hợp. Quá trình sản xuất dầu tổng hợp phức tạp hợp dầu khoáng. Sau khi thu được khí Ethylene (tầng trên cùng của tháp chưng cất), nó sẽ tiếp tục được xử lý qua các công đoạn phản ứng hóa học khác tại nhà máy hóa chất để cho ra dầu gốc có thành phần là các phân tử HC đồng nhất. Do có cấu trúc phân tử là các HC đồng nhất, tính chất hóa lý ổn định nên dầu tổng hợp có độ bền tốt hơn so với dầu khoáng, thời gian hoạt động của dầu tổng hợp vì thể cũng dài hơn dầu khoáng. Tuy nhiên, dầu tổng hợp cũng có nhược điểm là ít tương thích với các loại vật liệu làm kín như gioăng phớt, không tương thích với các loại dầu khác. Dầu tổng hợp có quy trình sản xuất phức tạp hơn dầu khoáng nên chi phí cao dẫn đến giá thành cũng cao hơn dầu khoáng.
  • Dầu bán tổng hợp (Semi-Synthtic): là loại dầu bôi trơn mà dầu gốc có thành phần là dầu khoáng pha trộn với một tỷ lệ nhất định dầu tổng hợp (tối thiểu 10%). Đặc điểm của dầu bán tổng hợp là có thể giữ được nhiều tính năng như dầu tổng hợp, dầu có độ bền, tuổi thọ dài hơn dầu khoáng, giá thành lại thấp hơn dầu tổng hợp. Dầu bán tổng hợp đang được sử dụng nhiều và phổ biến trên thị trường hiện nay. Ký hiệu nhận biết dầu khoáng trên tem nhãn của can chứa có chữ “Part Synthetic” hoặc “Semi-Synthetic”.

2. Các tiêu chuẩn đánh giá chất lượng dầu động cơ
3. Phân loại dầu động cơ theo phương pháp sản xuất
4. Cách chọn dầu động cơ
Bề mặt thực tế của kim loại
Hình minh họa bề mặt tiếp xúc thực tế được phóng to giữa 2 chi tiết kim loại
Chính độ mấp mô này sẽ gây ra ma sát cơ học làm cản trở quá trình chuyển động của các chi tiết khi làm việc. Do đó, dầu bôi trơn được sử dụng có chức năng như một lớp đệm lỏng giữa hai bề mặt của các chi tiết lắp ghép, nhằm mục đích làm cho các chi tiết có thể chuyển động tương đối với nhau một cách trơn tru, êm dịu và giảm thiểu lực ma sát sinh ra tại đây.
tác dụng bao kín của dầu động cơ
Một giải pháp hữu hiệu nhất là sử dụng dầu bôi trơn, dầu bôi trơn động cơ khi được bôi trơn lên thành xylanh không những làm giảm ma sát mà nó còn trở thành lớp đệm mềm không định hình bao kín giữa thành xylanh và piston, do đó không gian bên trong buồng đốt được làm kín một cách tốt nhất.
Chúng ta hãy xe clip bên dưới để hiểu rõ hơn nữa về tác dụng của dầu bôi trơn động cơ
Nguyên lý hoạt động của hệ thống bôi trơn động cơ ô tô
Hiện nay trên thế giới có khá nhiêu tiêu chuẩn đánh giá chất lượng, phẩm cấp của dầu bôi trơn động cơ, ví dụ như tiêu chuẩn SAE, API, JASO, ILSAC, ACEA/CCWC… Mỗi tiêu chuẩn đánh giá đều có phương pháp và quy định chỉ sổ kỹ thuật nhất định để phân loại phẩm cấp dầu. Trong bài viết này tôi xin nêu ra 3 loại tiêu chuẩn mà chúng ta thường gặp như sau:
Mối quan hệ giữa độ nhớt và nhiệt độ của dầu bôi trơn
Hình minh họa mối quan hệ giữa độ nhớt và nhiệt độ của dầu bôi trơn động cơ
Trong hình minh họa trên thì dầu SAE 10 hay SAE 30 là dầu đơn cấp còn SAE 10W-30 là dầu đa cấp. Ý nghĩa của nó, khi nhiệt độ của dầu ở mức thấp nhất (tương ứng với loại 10W là -30oC) thì dầu có độ nhớt của loại dầu đơn cấp SAE10, còn khi nhiệt độ dầu ở mức 100oC thì độ nhớt của dầu SAE 30.
Độ nhớt của dầu đa cấp theo tiêu chuẩn SAE được phân ra làm 11 cấp độ khác nhau. Có 6 cấp nhiệt độ thấp là 0W, 5W, 10W, 15W, 20W và 25W các cấp này tương ứng với các điểm nhiệt độ thấp nhất là -40oC, -35oC, -30oC, -25oC, -20oC và -15oC, khi đó độ nhớt của dầu vẫn còn có thể bơm lên được. Ví dụ, với dầu 5W thì ở nhiệt độ -35oC độ nhớt của dầu vẫn cho phép nó có thể bơm lên bình thường. Còn lại 5 cấp nhiệu độ cao là 20, 30, 40, 50  60 có độ nhớt động học của dầu tối thiểu ở 100oC lần lượt là 5.6, 9.3, 12.5, 16.3 và 21.9. Chữ “W” trong các ký hiệu dầu đa cấp này có nghĩa là “Winter – Mùa đông”, các số thể hiện trước chữ W là chỉ số độ nhớt thể hiện khả năng hoạt động của dầu vào mùa đông tương ứng với mức nhiệt độ cho phép (khả năng chịu đông), các số phía sau thể hiện độ nhớt tối thiểu của dầu ở nhiệt độ 100oC.
Theo tiêu chuẩn này, dầu bôi trơn động cơ được chia làm 2 loại: dùng cho động cơ xăng có ký hiệu ký tự đầu tiên là S (S-Spark) và dầu dùng cho động cơ Diesel có ký hiệu ký tự đầu tiên là chữ C (C-Combustion).
Ký hiệu về phẩm cấp dầu theo tiêu chuẩn API rất đơn giản chỉ bao gồm 2 ký tự. Trong đó ký tự đầu tiên là để phân biệt dầu dùng cho loại động cơ xăng hay diesel, ký tự thứ 2 được quy định theo bảng chữ cái A, B, C, D, … chữ cái càng về sau thì phẩm cấp dầu càng tốt, chất lượng dầu càng cao. Ví dụ “SN”, thì chữ S là ký tự loại nhớt dùng cho động cơ xăng và N là phẩm cấp dầu. Hiện nay cấp N là cấp cao nhất của dầu bôi trơn động cơ theo tiêu chuẩn API.
phân loại dầu theo tiêu chuẩn API
Hình minh họa các loại phẩm cấp dầu bôi trơn động cơ ô tô theo tiêu chuẩn API
phan loai nhot theo API
Qua đây có thể thấy SN là cấp cao nhất của dầu bôi trơn động cơ xăng và CJ-4 cho động cơ diesel theo tiêu chuẩn API tính đến thời điểm hiện tại
Dầu động cơ về cơ bản bao gồm dầu gốc (hydro carbon) chiếm từ 75% đến 98%, còn lại từ 2% đến 25% là các phụ gia được thêm vào để đảm bảo các tính năng hoạt động của dầu. Tính chất bôi trơn của dầu phụ thuộc chủ yếu vào thành phần dầu gốc, các tính năng chống khác như khả năng chống oxy hóa, chống gỉ, chống ăn mòn… là do tác dụng của các chất phụ gia được pha trộn vào.
các thành phần của dầu động cơ
Dựa vào thành phần dầu gốc chúng ta có thể chia dầu bôi trơn động cơ ra làm 3 loại với các ưu điểm khác nhau:
dầu gốc khoáng
Hình minh họa quá trính sản xuất dầu bôi trơn gốc khoáng và đặc điểm của nó
dầu tổng hợp
Hình minh họa quá trình sản xuất dầu tổng hợp và đặc điểm bôi trơn của nó
Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều nhà sản xuất dầu nhớt với nhiều chủng loại sản phẩm khác nhau nhưng về cơ bản bất kỳ loại dầu nhớt nào cũng cần phải tuân thủ các quy trình sản xuất cũng như công thức pha chế sao cho đảm bảo được các tiêu chuẩn quốc tế như chúng ta đã phân tích ở trên phần 2. Do vậy, việc lựa chọn thương hiệu dầu nhớt cũng giống như việc lựa chọn thương hiệu ô tô chúng ta nên tham khảo những ý kiến đánh giá của người đã sử dụng sản phẩm để có sự lựa chọn tốt nhất. Theo khuyến cáo của cá nhân tác giả bài viết này, việc lựa chọn dầu nhớt chúng ta nên theo chỉ dẫn của nhà sản xuất.
Chúng ta cấn lưu ý, dầu nhớt dùng cho xe máy khác dầu dùng cho ô tô. Nguyên nhân là do các đặc tính hoạt động của động cơ ô tô khác hẳn xe máy do đó các thành phần, công thức pha chế dầu của ô tô cũng khác biệt (chủ yếu là do tỷ lệ và thành phần các chất phụ gia pha chế thêm). Dầu xe máy thường được đóng can có dung tích 800 ml hoặc 1000 ml và trên vỏ can có ghi chú rõ ràng dầu dùng cho động cơ 2 kỳ hay 4 kỳ, dầu dùng cho xe tay ga hay xe số, ngoài ra các thông tin tiêu chuẩn dầu cũng đọc tương tự như ô tô.
Trình tự lựa chọn và đọc thông số của dầu động cơ như sau:
Bước 1. Tham khảo sách hướng dẫn để biết thông tin loại dầu phù hợp với động cơ của xe theo khuyến cáo của nhà sản xuất và điều kiện môi trường hoạt động.
do nhot dau dong co
Theo hướng dẫn trên áp dụng cho thị trường Việt Nam ta phải lựa chọn loại nhớt có thông số theo các tiêu chuẩn như API SM hoặc cao hơn (SN), ILSAC GF-4 hoặc cao hơn (GF-5, GF-6), tiêu chuẩn ACEA A5 hoặc cao hơn, chỉ số độ nhớt 5W-20 hoặc cao hơn.
Bước 2. Đọc các thông số nhớt ở tem dán trên can.
Theo các chỉ số trên tem can ta thấy loại dầu này có chỉ số độ nhớt SAE 10W-40 phù hợp với tiêu chuẩn yêu cầu (cao hơn 5W-20), chỉ số API SN phù hợp với yêu cầu (cao hơn SM) và đây là loại dầu bán tổng hợp.
Kết luận loại dầu có thể tương thích và phù hợp với các yêu cầu về tiêu chuẩn dầu nhớt bôi trơn của động cơ theo khuyến cáo của nhà sản xuất.
5. Chu kỳ thay dầu động cơ
Chu kỳ thay dầu động cơ thông thường sẽ căn cứ vào hướng dẫn sử dụng của nhà sản xuất và phụ thuộc vào chất lượng, phẩm cấp của từng loại dầu sử dụng. Tại Việt Nam hầu hết tất cả các hãng ô tô khuyến cáo nên thay dầu động cơ sau mỗi 5.000 km hoặc 3 tháng xe chạy.