Cần hiểu về dầu nhớt

Hiện nay, nhờ vào những tiến bộ trong sản xuất động cơ mà xe chạy bền hơn, ít phải chăm sóc hơn cũng như nhờ những cải tiến về dịch vụ sửa xe, làm cho người lái xe mất dần thói quen thường xuyên kiểm tra mức dầu nhớt và tự bổ sung hoặc thay dầu máy cho xe ô tô của mình.

Câu hỏi đặt ra: Vì sao phải quan tâm đến dầu máy?

Dầu máy là một chất lỏng nhớt điền đầy các khoảng trống trong động cơ, có nhiệm vụ làm giảm ma sát cho các bộ phận chuyển động và chống ăn mòn cho các chi tiết của động cơ. Dầu máy còn đóng vai trò môi trường tản nhiệt và lưu giữ các hạt vụn kim loại kích thước cỡ micromet sinh ra do bào mòn các phần chuyển động của động cơ, muội than do cháy nhiên liệu và các sản phẩm tạo ra do dầu bị phân hủy.

Dầu máy bao gồm những gì? Thành phần chính của nó có khoảng 90% là dầu nặng - đó là tổ hợp các hyđrocacbon thuộc nhóm parafin từ dầu mỏ  (paraffinic hyđrocarbon). Phần còn lại là các phụ gia. để pha các loại dầu máy, người ta tổ hợp các thành phần hyđrocacbon nặng có độ dài mạch cacbon tùy thuộc vào tính chất cần thiết, thường nằm trong khoảng C16 đến C50.

Gốc cơ bản  (base stocks) được chia thành năm nhóm. Nhóm I-III là thành phần hyđrocacbon tách ra trong quá trình chưng phân đoạn dầu mỏ, còn nhóm IV-V là các dầu gốc được tạo ra bằng con đường tổng hợp các sản phẩm hóa dầu.

Dù xuất xứ như thế nào, dầu máy cũng phải thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật được đánh giá theo một tiêu chuẩn chung được quốc tế thừa nhận.

Cấp độ của dầu máy dựa trên độ nhớt của nó ở nhiệt độ thường. độ nhớt càng cao, cấp độ của nó càng lớn. Thông thường cấp độ biểu thị bằng một con số nằm trong khoảng 0 - 50.

Việc chọn dầu máy phụ thuộc vào thời tiết. Ví dụ, loại dầu ký hiệu 5W-30 dùng cho trường hợp nhiệt độ rất lạnh dưới -20oC, loại 10W - 30 dùng cho trường hợp nhiệt độ lạnh tới -20oC, còn loại 20W - 30 dùng cho khí hậu ấm nhiệt độ tới 0oC. Tuy nhiên người ta cũng sản xuất loại dầu nhớt đa cấp độ. đây là thuộc loại đặc biệt chỉ dùng trong điều kiện thời tiết cực kỳ khắc nghiệt hay dùng cho các loại xe đua. Trong trường hợp này người ta cho thêm vào dầu các polyme như polymetylacrylat, poly-etylen để cải thiện độ nhớt của dầu gốc khi ở nhiệt độ quá thấp hoặc quá cao.

Phụ gia là một phần rất quan trọng trong dầu máy. Thông dụng nhất hiện nay là dùng các phụ gia họ metal phenoxid có công thức RC6H4ONa trong đó R là gốc alkyl. Nhiệm vụ của chúng là trung hòa các axit tạo ra bởi các gốc sunfua có trong dầu; ngăn cản quá trình ôxy hóa xảy ra trong dầu; tẩy sạch và làm lắng đọng các hạt muội than, các sản phẩm phân hủy và vận chuyển chúng đến bộ lọc dầu để loại chúng ra khỏi chu trình làm việc của dầu máy.

Một lớp phụ gia khác được dùng làm chất chống bào mòn, ví dụ như dialkyldithiophotphat kẽm Zn[S2P (OR)2]2, trong đó R là gốc alkyl mạch thẳng. Chất phụ gia này bám thành lớp mỏng vài micromet trên bề mặt kim loại và có tác dụng ngăn cản bề mặt bị trầy xước.

Các hợp chất của kẽm cùng với các amin như là diphenylamin vừa là chất ức chế ăn mòn kim loại vừa là chất chống ôxy hóa.

Cuối cùng, một câu hỏi nóng bỏng đặt ra: ta nên thay dầu như thế nào?

Quả thực có nhiều thông tin khác biệt nhau về vấn đề này. Kinh nghiệm lâu nay đã được kiểm chứng của cánh lái xe là nên thay dầu máy mỗi khi xe chạy hết 3.000 dặm đường.

Nhưng cũng có những ý kiến khác. Với những cải tiến áp dụng trong sản xuất động cơ và sản xuất dầu máy hiện nay thì thay dầu cho 5.000 dặm đường là được, còn nếu thay sau 3.000 dặm là lãng phí và tăng thêm lượng dầu thải. Người ta còn thử nghiệm một loại dầu máy tổng hợp mới có các tính năng tốt, thậm chí sau khi chạy 25.000 dặm (40.000km) đường trong điều kiện thông thường mới cần phải thay dầu.

Nhờ tiến bộ khoa học, xe hơi được cải tiến với blốc máy mỗi ngày một mạnh hơn, thì nhớt máy cũng phải được cải tiến mỗi ngày để đáp ứng nhiệm vụ đặt ra cho mình. Máy càng mạnh càng phát nhiều hơi nóng, buộc nhớt phải làm việc vất vả hơn để hóa giải hơi nóng sinh ra trong lòng máy. Ðiều đó có nghĩa là, cùng với sự phát triển của xe hơi, nhớt cũng phải được cải biến với những tiến độ tương ứng.

Thông thường, nghĩ tới nhớt, ý tưởng chung của gần như tất cả chúng ta là nghĩ tới một chất lỏng trơn, có mục đích “làm trơn” các bộ phận kim loại khi chúng tiếp giáp với nhau.

Thế nhưng, ngoài cái nhiệm vụ dễ quan niệm và phổ quát ấy, nhớt còn làm được cái gì khác nữa không? Ðược, rất nhiều. Công dụng của nhớt, có ta có thể nói tóm lại trong 4 lãnh vực sau đây:

Làm trơn máy

Trước hết, nhớt phải làm trơn các linh kiện bên trong máy, để các thành phần này tiếp cận với nhau được dễ dàng, mà không làm tiêu lực do cọ sát. Nhất là khi xe mới đề máy, vai trò của nhớt lại càng trở nên quan trọng. Là vì, khi xe không chạy, đầu máy không làm việc, thì nhớt chảy về bình. Khi đầu máy vận hành, lập tức nhớt được huy động, và được bơm đến khắp mọi ngõ ngách trong máy, và tạo ra một lớp màng mỏng giữa những bộ phận chuyển động, làm trơn tru mọi sự cọ sát. Mỗi một loại máy cần tới một độ trơn nào đó, được cung ứng bởi lớp màng do nhớt tạo ra giữa 2 bề mặt chuyển động.

Có người cho rằng, nếu nhớt 30 là tốt, thì ắt hẳn nhớt 50 phải tốt hơn. Không hẳn thế. Nếu đầu máy của chiếc xe chúng ta đang sử dụng không tương xứng với nhớt 50, thì dùng nó chưa chắc đã tốt: Dùng nhớt 50 không làm cho máy mòn hơn, nhưng rất có thể sẽ nâng cao nhiệt độ trong lòng máy. Tình trạng này trước mắt có vẻ như “không sao”, nhưng về lâu dài, thì xe sẽ bị giảm thọ, do đầu máy bị hao mòn trước tuổi.

Nhớt phải bảo vệ

Lớp màng mỏng do nhớt máy tạo ra giữa 2 bề mặt kim loại, ngoài việc làm trơn, còn có thêm những công dụng khác quan trọng không kém. Ðó là giữ cho 2 bộ phận khỏi trực tiếp cà vào nhau khi tiếp xúc, nhờ đó chúng không bị bào mòn. Ðiều này có vẻ như là một công dụng hiển nhiên. Nhưng một điều không hiển nhiên, mà quan trọng không kém. Ðó là nhớt phải giúp cho các linh kiện máy chống lại tiến trình bị ăn mòn (corrosion). Xin phân biệt rõ: Bào mòn (wear) xảy ra khi 2 vật thể tiếp xúc vào nhau, còn “bị ăn mòn” là do tiếp cận hóa chất trong không khí hoặc môi trường. Ngoài việc bị bào mòn khi tiếp cận, các bộ phận trong đầu máy còn có thể bị hóa chất ăn mòn nữa. Xuyên qua thời gian sử dụng, nhớt bị ốc xít hóa, hoặc hấp thụ những chất ô nhiễm và “phó phẩm” sinh ra trong tiến trình cháy nổ ở đầu máy, làm nhớt biến chất, với nồng độ acid càng lúc càng cao. Rồi trong khi làm nhiệm vụ, nhớt lại trải acid ra trên mặt các linh kiện máy, và như thế tiến trình ăn mòn bắt đầu, mau chóng đưa đến sự suy sụp của máy. Vì thế, nhớt phải được chế tạo với những đặc tính chống lại các chất acid này.

Nhớt phải làm sạch

Nếu đầu máy không sạch, máy không thể nào hoạt động hiệu quả. Các chất cặn dơ đóng trong máy sẽ cản trở chuyển dộng của các bộ phận máy, gây hao tốn nhiên liệu, và đầu máy không thể làm việc hiệu quả. Thêm vào đó, các chất ô nhiễm ẩn chứa trong nhớt, nếu không có cách trị, có thể bào mòn linh kiện máy rất thê thảm tới mức không còn có thể phục hồi được.

Bất cứ một vẩn bụi nào lớn hơn từ 5 tới 20 micron (tùy loại xe) đều có thể gây tổn hại nghiêm trọng cho đầu máy nếu không được lấy ra hoặc “kềm chế” kịp thời. Ðể các bạn có một ý niệm về micron, xin hình dung sợi tóc trên đầu chúng ta. Người ta vẫn nói nhỏ hoặc mỏng như sợi tóc, nhưng dù mỏng nhỏ như vậy, một sợi tóc cũng đo được 100 micron độ dầy. Thì thừ hỏi, những vẩn bụi 20 micron, thậm chí 5 micron còn nhỏ đến thế nào? Ấy vậy mà chúng cũng có thể gây những tổn hại khó lường cho đầu máy. Ðiều này cho thấy nhớt phải sạch trong, tinh tuyền tới mức nào. Chính vì thế, công tác lọc nhớt (filter) là một việc làm rất quan trọng. Ngoài ra, nhớt còn phải tự mình thực hiện công tác thanh tẩy, tức là không cho vẩn bụi lắng xuống để kết tủa thành những tầng cặn trong đầu máy, mà phải liên tục đưa các chất ô nhiễm ấy luân lưu cho đến khi chúng được thải ra qua bộ lọc.

Nhớt phải làm mát

Nhớt máy càng đóng một phần lớn trong công tác làm mát máy. Nói tới làm mát máy, thường thì chúng ta chỉ nghĩ tới hệ giải nhiệt (tức cooling system). Thực ra, nước giải nhiệt chỉ làm mát được phẩn trên của đầu máy. Phần còn lại (chứa crankshaft, camshaft, timing gears, piston và rất nhiều thành phần quan trọng khác trong bl ốc máy) chủ yếu được làm mát do nhớt.

Tiến trình cháy nổ và sự cọ sát giữa các thành phần trong đầu máy phát sinh rất nhiều nhiệt. Sức nóng này được dòng nhớt hấp thụ khi nó chảy qua các bề mặt linh kiện, và được đưa về bình nhớt. Từ đây, sức nóng được phát tán vào tầng không khí bao quanh bình nhớt.
Phần sau đây, chúng ta sẽ tìm hiểu xem nhớt được cấu tạo thế nào để có thể thực hiện được những công tác trên.
Thành phần cấu tạo nhớt

Nhớt được tạo thành ra sao? Những yếu tố nào có ở trong nhót? Sự khác biệt cơ bản trong tiến trình chế tạo giữa nhớt thường (standard petroleum oil) và nhớt tổng hợp (synthetic) là gì?

Có 2 thành phần cơ bản mà bất cứ một loại nhớt nào cũng phải có. Ðó là: Phần căn bản và phần pha chế (additive). Phần căn bản là phần chính trong nhớt. Phần pha chế là những hóa chất được thêm vào, làm tăng chất lượng của nhớt, hoặc làm giảm những yếu tố tác hại vốn có trong nhớt.

Nói về phần căn bản, lại có 2 loại chính: Nhớt lấy từ dầu khí (petroleum), cũng là loại nhớt thường dùng, và nhớt tổng hợp (synthetic). Nhớt dầu khí là loại dầu thô tinh khiết, chủ yếu là thành phẩm của thiên nhiên. Còn nhớt tổng hợp, trái lại, là một tổng hợp các hóa chất, được bào chế pha trộn trong phòng thí nghiệm. Là một sản phẩm nhân tạo, dĩ nhiên, nhớt Synthetic chỉ dùng những hợp chất tinh khiết - không ô nhiễm  đáp ứng hiệu quả nhất với công tác được giao phó. Nhớt tổng hợp đã có từ những năm đầu thế kỷ 20, những phải chờ mãi đến thập niên 1970 thì mới trở thành phổ biến.