(Luận văn thạc sĩ) Đánh giá ảnh hưởng của xoáy lốc và phu nhiên liệu nhiều lần đến công suất và khí thải động cơ Diesel bằng phương pháp mô phỏng

LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu và các kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng
được ai cơng bố trong các cơng trình nào khác.
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2013.
Học viên thực hiện

Nguyễn Minh Thích


LỜI CẢM ƠN
Trong suố t quá triǹ h ho ̣c tâ ̣p và hoàn thành luận văn này , em đã nhâ ̣n đươ ̣c sự
hướng dẫn , giúp đỡ quý báu c ủa các Thầy Cô , các bạn học viên cao học CKO trường
Đại học Sư Phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.
Đặc biệt, với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc em xin đươ ̣c bày tỏ lời cảm ơn
chân thành tới thầy TS. Nguyễn Lê Duy Khải Trưởng khoa Kỹ thuật Giao thông
trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh. Trong quá trình thực hiện luận văn,
mặc dù rất bận rộn trong công việc nhưng thầy vẫn dành rất nhiều thời gian và tâm
huyết trong việc hướng dẫn em. Thầy đã tận tình cung cấp phần mềm Kiva -3V, tài
liệu, thầ y đã hế t lòng giúp đỡ , dạy bảo, đô ̣ng viên và ta ̣o mọi điều kiện thuận lợi để em
hoàn thành luận văn tốt nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS. Đỗ Văn Dũng, thầ y TS. Lý Vĩnh Đạt
và các thầy trong hô ̣i đồ ng chấ m luâ ̣n văn trường Đại học Sư Phạm Kỹ thuật Thành
phố Hồ Chí Minh đã cho em những đóng góp quý báu để em hoàn chỉnh luận văn này.
Mặc dù đã hết sức cố gắng để hoàn thành luận văn một cách tốt nhất có thể,
nhưng do kiến thức và kinh nghiệm của em còn hạn chế. Em rất mong sẽ nhận được sự
đóng góp, chia sẻ ý kiến của Quý Thầy, Cô, cùng các bạn để đề tài có thể hoàn thiện và
phát triển ở mức cao hơn.
Em xin chân thành cám ơn !
Học viên thực hiện

Nguyễn Minh Thích

-i-


TĨM TẮT
Luận văn nghiên cứu ảnh hưởng của xốy lốc và phun nhiên liệu nhiều lần
trên động cơ Diesel phun trực tiếp đến cơng suất và ơ nhiễm khí thải bằng phương
pháp mô phỏng. Cụ thể, thông số “tỷ lệ xốy lốc” và thơng số “Số lần phun ” được
thay đổi để đánh giá sự tác động đến công suất và phát thải bồ hóng cũng như NOx
trong khí thải động cơ Diesel phun trực tiếp.
Mỗi thơng số q trình phun đều chứa đựng những ưu điểm và nhược điểm
hay chúng có thể tồn tại song song cùng nhau. Nghiên cứu trong luận văn đã chỉ ra
rằng, khi tỷ lệ xốy lốc tăng lên sẽ làm lượng bồ hóng giảm xuống . Khi chuyển qua
phun tách lượng bồ hóng giảm. còn NOx chia thành hai giai đoạn: thoạt đầu lượng
NOx giảm (25-3-75), sau đó tăng lên ở các trường hợp còn lại.

ABSTRACT
The thesis introduces the research into influence of the swril and multiple
Injections on direct injection Diesel (DI Diesel engine) engine performance and
emission, using simulation. The “Swril ratio” and “Number of sprays” was also
changed to appreciate the effect on DI Diesel engine performance and emit
particulates and oxides of nitrogen.
Each technology has its own merits and demerits or exists interaction. The
results show that, the total of oxides of particulates decreased when increased “Swril
ration”; when increased “Split injection” parameter

amount of oxides of

particulates decreased and change in the nitrogen divide two stages: the fist of all,

nitrogen decreased (25-3-75) ,after that, it increased.

- ii -


MỤC LỤC
Trang
Lời cảm ơn ..................................................................................................

i

Tóm tắt – Abstract .......................................................................................

ii

Mục lục........................................................................................................

iii

Danh mục hình ảnh .....................................................................................

v

Danh mục bảng biểu....................................................................................

viii

Danh mục phụ lục .......................................................................................

ix

Danh mục các chữ viết tắt ...........................................................................

x

CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan chung ..................................................................................

1

1.2. Lý do chọn đề tài ..................................................................................

2

1.2.1. Tác hại của các chất ơ nhiễm trong khí xả động cơ đốt trong..

4

1.2.1.1. Tác hại sức khỏe con ngƣời........................................

4

1.2.1.2. Tác hại sức mơi trƣờng ...............................................

5

1.3. Tính cấp thiết và ý nghĩa khoa học .....................................................

8

1.3.1. Tính cấp thiết của đề tài ...........................................................

8

1.3.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .................................

8

1.4. Mục tiêu đề tài, đối tƣợng nghiên cứu, giới hạn đề tài và phƣơng
pháp nghiên cứu ..........................................................................................

9

1.4.1. Mục tiêu đề tài .........................................................................

9

1.4.2. Đối tƣợng nghiên cứu ...............................................................

9

1.4.3. Giới hạn đề tài ..........................................................................

9

1.4.4. Phƣơng pháp nghiên cứu ..........................................................

9

CHƢƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1. Khái quát về các chất ơ nhiễm trong khí thải động cơ Diesel ...........

11

2.1.1. Bồ hóng (muội than).................................................................

12

2.1.1.1. Thành phần hạt bồ hóng ...............................................

12

- iii -


2.1.1.2. Cấu trúc hạt bồ hóng ....................................................

12

2.1.2. Cơ chế hình thành monoxit cacbon (CO) .................................

15

2.1.3. Oxit nito (NOx) ........................................................................

17

2.1.4. Hydocarbon (HC) .....................................................................

18

2.1.5. Oxit lƣu huỳnh (SO2) ...............................................................

18

2.2. Giới thiệu về phun nhiên liệu trong động cơ diesel .......................

18

2.2.1. Quá trình phun nhiên liệu .........................................................

19

2.2.1.1. Vấn đề phun nhiên liệu .................................................

19

2.2.1.2. Cấu trúc tổng quát của tia nhiên liệu ............................

20

2.2.1.3. Góc mở tia phun ...........................................................

23

2.2.1.5. Sự phân bố kích thƣớc hạt ............................................

25

2.2.1.6. Sự bốc hơi nhiên liệu ....................................................

28

2.3. Giới thiệu về xoáy lốc trong động cơ diesel .................................

30

2.4. Giới thiệu về phần mềm mô phỏng KIVA- 3V ..............................

35

2.4.1. Tầm quan trọng của phần mềm mô phỏng trong ngành công
nghệ ô tô ....................................................................................

35

2.4.2. Lịch sử phần mềm Kiva-3v ......................................................

37

2.4.3. Cấu trúc phầm mềm Kiva - 3. ..................................................

39

2.4.4. Các mơ hình sử dụng trong Kiva 3V ........................................

41

2.4.1.1. Mơ hình phân rã tia phun “Kelvin-Helmholtz và
Rayleigh-Taylor”.........................................................................................

41

2.4.1.1. Mơ hình bay hơi hạt nhiên liệu ....................................

43

2.4.1.1. Mơ hình dịng chảy rối “Renormalized Group kepsilon”(RNG k -  ......................................................................................

45

2.4.1.1. Mơ hình hình thành NOx .............................................

47

2.4.1.1. Mơ hình hình thành bồ hóng ........................................

49

CHƢƠNG 3 : TẠO LƢỚI VÀ THIẾT LẬP CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG CƠ
NGHIÊN CỨU
3.1. Động cơ mơ phỏng và q trình tạo mơ hình lƣới động cơ .................

52

3.2. Điều kiện mô phỏng .............................................................................

56

- iv -

CHƢƠNG 4 : ẢNH HƢỞNG CỦA PHUN NHIÊN LIỆU NHIỀU LẦN ĐẾN
CÔNG SUẤT VÀ Ô NHIỄM MÔI TRƢỜNG
4.1. Điều kiện mô phỏng .............................................................................

58

4.2. Thông số thay đổi .................................................................................

59

4.3. Kết quả và bình luận ............................................................................

61

4.3.1. Ảnh hƣởng của phun nhiên liệu nhiều lần đến áp suất và
nhiệt độ trong xy lanh ................................................................

61

4.3.2. Ảnh hƣởng của phun nhiên liệu nhiều lần đến hình thành bồ
hóng ...........................................................................................

65

4.3.3. Ảnh hƣởng của phun nhiên liệu nhiều lần đến hình thành
NOx ...........................................................................................

69

4.4. Kết luận ................................................................................................

72

CHƢƠNG 5 : ẢNH HƢỞNG CỦA XỐY LỐC ĐẾN CƠNG SUẤT VÀ Ô
NHIỄM MÔI TRƢỜNG
5.1. Điều kiện mô phỏng và thông số thay đổi ...........................................

73

5.2. Kết quả và bình luận ............................................................................

76

5.2.1. Ảnh hƣởng của xoáy lốc đến áp suất và nhiệt độ trong xy
lanh ............................................................................................

76

5.2.2 Ảnh hƣởng của xốy lốc đến hình thành bồ hóng .....................

79

5.2.3. Ảnh hƣởng của xốy lốc đến hình thành NOx .........................

82

5.3. Kết luận ................................................................................................

86

CHƢƠNG 6 : KẾT LUẬN
6.1. Kết luận ................................................................................................

87

6.2. Đề xuất hƣớng phát triển ......................................................................

88

Tài liệu tham khảo .......................................................................................

xi

Phụ lục….. ...................................................................................................

xiv

-v-


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Số hiệu hình

Trang

1.1

Phổ bức xạ nhiệt của mặt trời và vỏ trái đất ........................................................6

1.2

Hiện tượng hiện ứng nhà kính ...............................................................................7

2.1

Cấu trúc chuỗi bồ hóng ..........................................................................................
13

2.2

Dạng những hạt sơ cấp ..........................................................................................
13

2.3

Q trình tạo bồ hóng trong động cơ diesel ........................................................
14
Ảnh hưởng của hệ số dư lượng khơng khí (  ) đến nồng độ

2.4

monoxit carbon (CO)…………..………………………………………

16

2.5

Quá trình phun nhiên liệu nhiều lần trong động cơ Diesel ...............................

19

2.6

Sơ đồ tia phun nhiên liệu trong động cơ diesel…..…………………..

2.7

Ảnh chụp sự phát triển của tia nhiên liệu trong buồng cháy động
cơ Diesel khơng xốy lốc. a.Biên dạng ngồi của tia; b.Lõi tia
nhiên liệu ..................................................................................................................
21

2.8

Sơ đồ tia nhiên liệu phun hướng kính vào buồng cháy xoáy lốc ......................
22

2.9

Ảnh chụp biên dạng tia phun trong buồng cháy xốy lốc .................................
23

20

2.10 Biến thiên góc mở tia phun theo tỉ số g /l .........................................................
25
2.11 Ảnh hưởng của tỉ số chiều dài/đường kính lỗ tia (a) và đường kính
lỗ tia đến đường kính Sauter (b) theo áp suất phun ............................................
27

2.12 Biến thiên định tính của khối lượng,đường kính,nhiệt độ,tốc độ

bốc hơi của hạt và tốc độ truyền nhiệt từ khơng khí vào hạt nhiên
liệu lỏng theo thời gian...........................................................................................
28
2.13 Biến thiên độ xuyên thâu của đầu tia phun theo thời gian ứng với
các áp suất khác nhau trong buồng cháy khơng xốy lốc ..................................
31
2.14 Biến thiên độ xuyên thâu của tia phun theo thời gian của buồng

cháy xoáy lốc. (a) ảnh hưởng của độ xoáy lốc đến biên dạng tia
phun; (b) ảnh hưởng của độ xoáy lốc đến quan hệ S(t) .....................................
33
2.15 Ảnh hưởng của tỷ lệ xốy lốc đến NOx và bồ hóng (SOOT) ...................................
34
2.16 Osman Yasar (phịng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos (LANL)

Mỹ) ………………………………………………………………...

-v-

36


2.17 Cấu trúc phần mềm KIVA- 3V .................................................................................
40
2.18 Sơ đồ hình thành bồ hóng “8 bước” của Foster ..................................................
49
3.1

Động cơ diesel AVL 5402 .....................................................................................
52

3.2

Bản vẽ thiết kế piston AVL ...................................................................................
54

3.3

Bản vẽ piston AVL sau khi vẽ lại trên AutoCad ................................................
55

3.4

Phân vùng và lập tọa độ điểm vị trí biên của piston ...........................................
55

3.5

Mơ hình lưới buồng đốt piston AVL với góc mô phỏng 720 ............................
56

4.1

Mối quan hệ giữa công suất động cơ với các trường hợp phun khác
nhau ..........................................................................................................................
59

4.2

Mối quan hệ giữa suất tiêu hoa nhiên liệu với các trường hợp phun .......................
60

4.3

Mối quan hệ giữa áp suất trung bình và góc quay trục khuỷu tại
các trường hợp phun khác nhau ...........................................................................
62

4.4

Đồ thị nhiệt độ trung bình trong xy lanh tại các trường hợp phun
khác nhau .................................................................................................................
63

4.5

Đồ thị thời gian cháy trễ ứng với các trường hợp phun .....................................
63

4.6

Phân bố nhiệt độ trong xy lanh ứng với các trường hợp phun tại 7deg
BTDC ........................................................................................................................
64

4.7

Lượng bồ hóng phát thải tương ứng với trường hợp phun 1 lần và

90-3-10 .....................................................................................................................
65 64

4.8

Lượng bồ hóng hình thành tương ứng với trường hợp phun............................
66

4.9

Lượng bồ hóng bị oxi hóa tương ứng với trường hợp phun .............................
67

4.10 Lượng bồ hóng phát thải ứng với góc quay trục khuỷu tại các
trường hợp phun khác nhau ...................................................................................
67
4.11 Lượng bồ hóng phát thải tương ứng với các trường hợp phun ........................
68
4.12 Lượng NOx phát thải tương ứng với góc quay trục khuỷu ...............................
69
4.13 Đồ thị nhiệt độ cực đại trong xy lanh theo góc quay trục khuỷu ......................
70
4.14 Lượng NOx phát thải tương ứng với các trường hợp phun khác
nhau ..........................................................................................................................
71
4.15 Phân bố nhiệt độ lớn nhất trong xy lanh tương ứng trường hợp
phun ..........................................................................................................................
71
5.1

Mối quan hệ giữa công suất động cơ với tỷ lệ xoáy lốc ....................................
74

-vi-


5.2

Mối quan hệ giữa suất tiêu hao nhiên liệu động cơ với tỷ lệ xoáy
lốc..............................................................................................................................
75

5.3

Mối quan hệ giữa áp suất trung bình và góc quay trục khuỷu tương
ứng với tỷ lệ xoáy lốc khác nhau ..........................................................................
76

5.4

Đồ thị nhiệt độ trung bình trong xy lanh với góc quay trục khuỷu
ứng với tỷ lệ xoáy lốc khác nhau ..........................................................................
76

5.5

Sự phân bố nhiên liệu trong xy lanh ứng với tỷ lệ xoáy lốc khác
nhau tại 10 deg ATDC ...........................................................................................
78

5.6

Phân bố oxi trong xy lanh tại vị trí 10 deg ATDC ứng với tỷ lệ
xốy lốc khác nhau .................................................................................................
78

5.7

Lượng bồ hóng hình thành, bồ hóng bị Ơxi hóa và lượng bồ hóng
phát thải khi tỷ lệ xốy lốc 1.0 ..............................................................................
79

5.8

Lượng bồ hóng hình thành ứng với góc quay trục khuỷu .................................
80

5.9

Lượng bồ hóng bị Ôxi hóa ứng với góc quay trục khuỷu .................................
80

5.10 Lượng bồ hóng phát thải ứng với góc quay trục khuỷu ....................................
81
5.11 Lượng bồ hóng phát thải ứng với tỷ lệ xốy lốc khác nhau ..............................
82
5.12 Khối lượng NOx hình thành trong buồng đốt .....................................................
84
5.13 Đồ thị nhiệt độ cực đại trong xy lanh theo góc quay trục khuỷu .....................
84

5.14 Phân bố nhiệt độ lớn nhất trong xy lanh tương ứng tỷ lệ xoáy lốc ..................
85
5.15 Khối lượng NOx ứng với các tỷ lệ xoáy lốc khác nhau ....................................
85

-vii-


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Số hiệu bảng biểu

Trang

1.1

Thành phần điển hình của khí thải động cơ Diesel ....................................... 3

2.1

Hằng số mơ hình KH-RT................................................................................
43

2.2

Các tốc độ phản ứng sử dụng trong mơ hình bồ hóng “8 bước”
của Foster .......................................................................................................
50

3.1

Thơng số động cơ 1 xy lanh AVL .................................................................53

3.2

Trường hợp mô phỏng ....................................................................................56

3.3

Thông số q trình mơ phỏng .........................................................................57

4.1

Các thơng số mơ phỏng ..................................................................................58

4.2

Cơng suất và suất tiêu hao nhiên liệu ứng với các trường hợp phun..............60

5.1

Công suất và suất tiêu hao nhiên liệu ứng với các tỷ lệ xoáy lốc ...................73

5.2

Áp suất cực đại và nhiệt độ trung bình cực đại trong xy lanh .......................75

5.3

Áp suất cực đại và nhiệt độ trung bình cực đại trong xy lanh .......................77

5.4

Lượng NOx phát thải ứng với tỷ lệ xoáy lốc khác nhau ...............................82

-viii-


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Từ gốc

Nghĩa của từ

0

C

degree of Celsius

Độ Celsius

0

F

degree of Fahrenheit

Độ Fahrenheit

0

K

degree of Kelvin

Độ Kelvin

ATDC

After Top Dead Center

Sau điểm chết trên

BTDC

Before Top Dead Center

Trước điểm chết trên

CO

Carbon monoxide

Cạc-bon Mơ-nơ-xít

CO2

Carbon Dioxide

Cạc-bon Đi-ơ-xít

deg.

degree

Độ (quay trục khuỷu)

Deg ATDC

degree After Top Dead
Center

Độ quay trục khuỷu sau điểm chết
trên

Deg BTDC

degree Before Top Dead
Center

Độ quay trục khuỷu trước điểm
chết trên

DOHC

Double OverHead
Camshaft

Trục cam đơi

EGR

Exhaust Gas Recirculation

Hồi lưu khí thải

EVO

Exhaust Valve Open

Thời điểm xú páp xả mở ra

HC

Hydro Carbon

Hi-đrô Cạc-bon

IVC

Intake Valve Close

Thời điểm xú páp nạp đóng

KH-RT

Kelvin-Helmholtz and
Rayleigh-Taylor model

Mơ hình KH-RT

NOx

Oxides of Nitrogen

Ơ xít Nitơ

PR

Precursor

Hạt cơ sở

RNG k-e

Renormalized Group k-e
model

Mơ hình dịng chảy rối “RNG k-e”

rpm

Revolution per Minute

Vịng/phút

ppm

Parts per million

Phần triệu

SOx

Oxides of Sulfur

Ơ xít lưu huỳnh

TDC

Top Dead Center

Điểm chết trên

-x-


-xi-


LVThS – Đánh giá ảnh hưởng của xoáy lốc và phun nhiên liệu nhiều lần đến cơng suất và khí
thải của động cơ Diesel bằng mô phỏng

CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan chung
Như chúng ta đã biết, quá trình xốy lốc và phun nhiên liệu trên động cơ
Diesel đóng vai trò quan trọng trong việc phát thải ra các chất gây ô nhiễm và tác
động lớn đến suất tiêu hao nhiên liệu cũng như công suất của động cơ. Tùy thuộc vào
tỷ lệ xoáy lốc, phương thức và thời điểm mà nhiên liệu phun vào buồng đốt có thể làm

cho ơ nhiễm trong khí xả và tiêu hao nhiên liệu khác nhau. Có rất nhiều cơng trình
nghiên cứu về q trình xốy lốc và phun nhiên liệu trên động cơ Diesel ngày nay để
giảm thiểu đáng kể các chất độc hại trong khí xả. Mehta và Tamma (1998) và Fuchs
và Rutland (1998) kết luận rằng tăng xoáy lốc chỉ mang lại lợi ích một mức độ nhất
định. Fuchs và Rutland sử dụng Kiva-II và Kiva-3 chỉ ra rằng tỷ lệ xốy lốc q cao
có thể ảnh hưởng xấu đến hịa trộn, muội than có thể giảm khi xốy lốc tăng trong khi
NO tăng khi xốy lốc tăng, một mơ hình đa chiều (Magi, 1987) được sử dụng để
nghiên cứu này, Weaver và nhóm tác giả đã chỉ ra rằng khi giảm góc phun sớm sẽ
làm cho lượng NOx trong khí xả giảm. Nhưng vấn đề xảy ra khi nồng độ NOx giảm
thì lượng bồ hóng lại tăng (Weaver và nhóm tác giả,1994). Điều này cũng đã được
chứng minh qua rất nhiều cơng trình nghiên cứu khác, chẳng hạn như nghiên cứu về
tác động của áp suất phun kết hợp phun tách (Okude và nhóm tác giả, 2007), ảnh
hưởng của thời điểm phun và tuần hồn khí xả (Miyamoto và nhóm tác giả 1999) hoặc
nghiên cứu ảnh hưởng của xốy lốc dịng khí nạp trên động cơ Diesel phun trực tiếp…
cũng nhằm mục đích giảm ơ nhiễm khí xả và nâng cao công suất động cơ. Hệ thống
nhiên liệu “Common Rail” ra đời để tối ưu hóa q trình phun nhiên liệu với áp suất
phun tạo ra cao sẽ làm cho nồng độ bồ hóng giảm vì điều này giúp cải thiện cho quá
trình phân rã hạt nhân, bay hơi và hịa trộn với khơng khí của tia nhiên liệu (Flaig và
nhóm tác giả, 1999). Tuy nhiên, như đã trình bày ở trên, áp suất phun tăng lại làm cho
nồng độ NOx tăng theo, nguyên nhân do nhiệt độ cháy cao và các vùng khơng khí

HVTH: Nguyễn Minh Thích

1

CBHD: TS. Nguyễn Lê Duy Khải


LVThS – Đánh giá ảnh hưởng của xoáy lốc và phun nhiên liệu nhiều lần đến cơng suất và khí
thải của động cơ Diesel bằng mô phỏng

giàu ôxi xung quanh điểm lửa gây ra (Gunabalan và nhóm tác giả, 2010). Việc kết hợp
của hệ thống tuần hồn khí xả (EGR) và hiệu chỉnh góc phun sớm trên động cơ Diesel
có thể giảm được NOx nhưng lại làm tăng lượng bồ hóng phát thải (Han và nhóm tác
giả, 1996). Hoặc kết hợp giữa kỹ thuật phun tách và EGR (Mingfa và nhóm tác giả,
2009) hay kết hợp ưu điểm của hệ thống “Common rail” với EGR (Millo và nhóm tác
giả, 2009) có thể cải thiện cơng suất động cơ và giảm ô nhiễm nhưng NOx và bồ hóng
luôn luôn có sự xuất hiện trái ngược nhau trong khí xả động cơ Diesel.
1.2 .

Lý do chọn đề tài
Do hiệu suất nhiệt của động cơ Diesel cao hơn những dòng động cơ khác nên

chúng được ứng dụng rộng rãi trên các phương tiện vận tải, đặc biệt là vận tải hàng
hóa, chẳng hạn như: ơtơ khách, ơtơ tải, xe lửa, tàu thủy… Chính vì lý do này, thị
trường động cơ Diesel ngày càng phát triển, không chỉ ở riêng Việt Nam mà cả những
thị trường khó tính trên thế giới. Với một nền công nghiệp phát triển, chắc hẳn không
thể thiếu việc vận chuyển sản phẩm, hàng hóa từ nơi này sang nơi khác. Từ đó, dịng
động cơ Diesel cũng phát triển theo. Nhưng kèm theo đó vấn đề ơ nhiễm mơi trường
mà động cơ đem lại tác động mạnh đến môi trường con người.
Động cơ Diesel chuyển đổi năng lượng hóa học thành năng lượng cơ học.
Gasoil là hỗn hợp của các hydrocarbure mà trong q trình cháy lý tưởng, nó chỉ sinh
ra CO2 và H2O. Trong thực tế người ta quan sát thấy một vài sản phẩm khí và rắn khác.
Điều này liên quan một phần đến sự có mặt của các tạp chất chứa trong các HC (như
các hợp chất chứa lưu huỳnh), và mặt khác liên quan đến sự phức tạp của các phản ứng
hóa học xảy ra trong q trình cháy.

HVTH: Nguyễn Minh Thích

2

CBHD: TS. Nguyễn Lê Duy Khải


LVThS – Đánh giá ảnh hưởng của xoáy lốc và phun nhiên liệu nhiều lần đến cơng suất và khí
thải của động cơ Diesel bằng mô phỏng

Bảng 1.1: Thành phần điển hình của khí thải động cơ Diesel
Thành phần khí thải
CO2
H2 O
O2
NOX
HC
CO
SO2
N2 O

Các thông số
2 – 12%
2- 12%
3-17%
50- 1000 ppm
20 – 300 ppm
10- 500 ppm
10-30 ppm
≈3 ppm

Quá trình cháy lý tưởng của hỗn hợp hydrocarbure với khơng khí chỉ sinh ra CO2,
H2O và N2. Tuy nhiên, do sự không đồng nhất của hỗn hợp một cách lí tưởng cũng như

do tính chất phức tạp của các hiện tượng lí hóa diễn ra trong q trình cháy nên trong
khí xả động cơ đốt trong ln có một hàm lượng đáng kể những chất độc hại như oxit
nitơ (NO, NO2, N2O, gọi chung là NOx), monoxit carbon (CO), các hydrocarbure chưa
cháy (HC) và các hạt rắn, đặc biệt là bồ hóng. Nồng độ các chất ơ nhiễm trong khí xả
phụ thuộc vào loại động cơ và chế độ vận hành. Ở động cơ diesel, nồng độ CO rất bé,
chiếm tỉ lệ không đáng kể, nồng độ HC chỉ bằng khoảng 20% nồng độ HC của động cơ
xăng còn nồng độ NOx của hai động cơ có giá trị tương đương nhau. Trái lại, bồ hóng
là chất ơ nhiễm quan trọng trong khí xả động cơ diesel, nhưng hàm lượng của nó khơng
đáng kể trong khí xả động cơ xăng.
Những tạp chất, đặt biệt là lưu huỳnh, và các chất phụ gia trong nhiên liệu cũng có
ảnh hưởng đến thành phần các chất ô nhiễm trong sản phẩm cháy. Thành phần lưu
huỳnh có thể lên đến 0,5% đối với dầu diesel. Trong quá trình cháy, lưu huỳnh bị oxy
hố thành SO2, sau đó một bộ phận SO2 bị oxy hoá tiếp thành SO3, chất có thể kết hợp
với nước để tạo ra H2SO4.
Nhiệt độ cực đại của quá trình cháy cũng là một nhân tố quan trọng ảnh hưởng
đến thành phần các chất ơ nhiễm vì nó ảnh hưởng mạnh đến động học phản ứng, đặt
biệt là các phản ứng tạo NOx và bồ hóng.

HVTH: Nguyễn Minh Thích

3

CBHD: TS. Nguyễn Lê Duy Khải


LVThS – Đánh giá ảnh hưởng của xoáy lốc và phun nhiên liệu nhiều lần đến cơng suất và khí
thải của động cơ Diesel bằng mơ phỏng

Nói chung tất cả thông số kết cấu hay vận hành nào của động cơ có tác động đến
thành phần hỗn hợp và nhiệt độ cháy đều gây ảnh hưởng trực tiếp hay gián tiếp đến sự

hình thành các chất ơ nhiễm trong khí xả.
1.2.1. Tác hại của các chất ơ nhiễm trong khí xả động cơ đốt trong
1.2.1.1. Tác hại sức khỏe con ngƣời.
CO: Monoxit carbon là sản phẩm khí khơng màu, khơng mùi, khơng vị, sinh ra do
oxy hóa khơng hồn tồn carbon trong nhiên liệu trong điều kiện thiếu oxi. CO ngăn cản
sự dịch chuyển của hồng cầu trong máu làm cho các bộ phận của cơ thể bị thiếu oxi. Nạn
nhân bị tử vong khi 70% số hồng cầu bị khống chế (khi nồng độ CO trong khơng khí lớn
hơn 1000 ppm). Ở nồng độ thấp hơn, CO cũng có thể gây nguy hiểm lâu dài đối với con
người: khi 20% hồng cầu bị khống chế, nạn nhân bị nhức đầu, chóng mặt, buồn nơn và
khi tỷ số này lên đến 50%, não bộ con người bắt đầu bị ảnh hưởng mạnh.
NOx: NOx là họ các oxit nitơ, trong đó NO chiếm đại bộ phận. NOx được hình
thành do N2 tác dụng với O2 ở điều kiện nhiệt độ cao (vượt quá 1100oC). Monoxit nitơ
(x=1) không nguy hiểm mấy, nhưng nó là cơ sở để tạo ra dioxit nitơ (x=2). NO2 là chất
khí màu hơi hồng, có mùi, khứu giác có thể phát hiện khi nồng độ của nó trong khơng
khí đạt khoảng 0,12 ppm. NO2 là chất khó hịa tan, do đó nó có thể theo đường hơ hấp đi
sâu vào phổi gây viêm và làm hủy hoại các tế bào của cơ quan hô hấp. Nạn nhân bị mất
ngủ, ho, khó thở. Protoxit nitơ N2O là chất cơ sở tạo ra ozone ở hạ tầng khí quyển.
Hydocarbure: Hydocarbure (HC) có mặt trong khí thải do q trình cháy khơng hồn
tồn khi hỗn hợp giàu, hoặc do hiện tượng cháy khơng bình thường. Chúng gây tác hại
đến sức khỏe con người chủ yếu là do các hydrocarbure thơm. Từ lâu người ta đã xác
định được vai trò của benzen trong căn bệnh ung thư máu (leucemie) khi nồng độ của nó
lớn hơn 40 ppm hoặc gây rối loạn hệ thần kinh khi nồng độ lớn hơn 1 g/m3, đôi khi nó là
nguyên nhân gây các bệnh về gan.
SO2: Oxit lưu huỳnh là một chất háu nước, vì vậy nó rất dể hịa tan vào nước mũi, bị
oxy hóa thành H2SO4 và muối amonium rồi đi theo đường hô hấp vào sâu trong phổi.

HVTH: Nguyễn Minh Thích

4

CBHD: TS. Nguyễn Lê Duy Khải


LVThS – Đánh giá ảnh hưởng của xoáy lốc và phun nhiên liệu nhiều lần đến cơng suất và khí
thải của động cơ Diesel bằng mô phỏng

Mặt khác, SO2 làm giảm khả năng đề kháng của cơ thể và làm tăng cường độ tác hại của
các chất ô nhiễm khác đối với nạn nhân.
Bồ hóng: Bồ hóng là chất ơ nhiễm đặc biệt quan trọng trong khí xả động cơ diesel.
Nó tồn tại dưới dạng những hạt rắn có đường kính trung bình khoảng 0,3  m nên rất dễ
xâm nhập sâu vào phổi. Sự nguy hiểm của bồ hóng, ngồi việc gây trở ngại cho cơ quan
hơ hấp như bất kỳ một tạp chất cơ học nào khác có mặt trong khơng khí, nó cịn là
ngun nhân gây ra bệnh ung thư do các hydrocarbure thơm mạch vòng (HAP) hấp thụ
trên bề mặt của chúng trong quá trình hình thành.
Chì: Chì có mặt trong khí xả do Thetraetyl chì Pb(C2H5)4 được pha vào xăng để tăng
tính chống kích nổ của nhiên liệu. Sự pha trộn chất phụ gia này vào xăng hiện nay vẫn
còn là đề tài bàn cãi của giới khoa học. Chì trong khí xả động cơ tồn tại dưới dạng những
hạt có đường kính cực bé nên rất dễ xâm nhập vào cơ thể qua da hoặc theo đường hô
hấp. Khi đã vào được trong cơ thể, khoảng từ 30% đến 40% lượng chì này đi vào máu.
Sự hiện diện của chì gây xáo trộn sự trao đổi ion ở não, gây trở ngại cho sự tổng hợp
enzyme để hình thành hồng cầu, và đặc biệt hơn nữa, nó tác động lên hệ thần kinh làm
trẻ em chậm phát triển trí tuệ. Chì bắt đầu gây nguy hiểm đối với con người khi nồng độ
của nó trong máu vượt q 200 đến 250g/lít.
1.2.1.2.

Tác hại mơi trƣờng.

Ảnh hƣởng nhiệt độ khí quyển.
Trong số những chất khí gây hiệu ứng nhà kính, người ta quan tâm đến khí carbonic
CO2 vì nó là thành phần chính trong sản phẩm cháy của nhiên liệu có chứa thành phần

carbon. Việc tăng nhiệt độ bầu khí quyển do sự có mặt của các chất khí gây hiệu ứng nhà
kính có thể được giải thích:
Trái đất nhận năng lượng từ mặt trời và bức xạ lại ra không gian một phần nhiệt
lượng mà nó nhận được. Bức xạ mặt trời đạt cực đại trong vùng ánh sáng thấy được (có
bước sóng trong khoảng 0,4-0,73m) còn bức xạ cực đại của vỏ trái đất nằm trong vùng
hồng ngoại (7-15m).

HVTH: Nguyễn Minh Thích

5

CBHD: TS. Nguyễn Lê Duy Khải


LVThS – Đánh giá ảnh hưởng của xoáy lốc và phun nhiên liệu nhiều lần đến cơng suất và khí
thải của động cơ Diesel bằng mơ phỏng

Hình 1.1: Phổ bức xạ nhiệt của mặt trời và vỏ trái đất
Những chất khí khác nhau có dải hấp thụ bức xạ khác nhau. Do đó, thành phần các
chất khí có mặt trong khí quyển có ảnh hưởng đến sự trao đổi nhiệt giữa mặt trời, quả đất
và không gian. CO2 là chất khí có dải hấp thụ bức xạ cực đại ứng với bước sóng 15m, vì
vậy được xem như trong suốt đối với bức xạ mặt trời nhưng là chất hấp thụ quan trọng
đối với tia bức xạ hồng ngoại từ mặt đất. Một phần nhiệt lượng do lớp khí CO2 giữ lại sẽ
bức xạ ngược lại về trái đất (hình vẽ 1.2 ) làm nóng thêm bầu khí quyển theo hiệu ứng
nhà kính .
Với tốc độ gia tăng nồng độ khí carbonic trong bầu khí quyển hiện nay, người ta dự
đốn vào khoảng giữa thế kỷ XXII, nồng độ khí carbonic có thể tăng lên gấp đơi. Khi đó,
theo dự tính của các nhà khoa học, sẽ xảy ra sự thay đổi quan trọng đối với sự cân bằng
nhiệt trên quả đất:
+ Nhiệt độ bầu khí quyển sẽ tăng lên từ 2 đến 3oC.

+ Một phần băng ở vùng Bắc cực và Nam cực sẽ tan làm tăng chiều cao mực nước
biển.
+ Làm thay đổi chế độ mưa gió và sa mạc hóa thêm bề mặt trái đất.

HVTH: Nguyễn Minh Thích

6

CBHD: TS. Nguyễn Lê Duy Khải


LVThS – Đánh giá ảnh hưởng của xoáy lốc và phun nhiên liệu nhiều lần đến cơng suất và khí
thải của động cơ Diesel bằng mơ phỏng

Hình 1.2: Hiện tượng hiện ứng nhà kính
Ảnh hƣởng đến sinh thái.
Việc tăng của NOx nguy cơ làm gia tăng sự huỷ hoại tầng ozone ở thượng tầng
khí quyển, lớp khí cần thiết để lọc tia cực tím phát xạ từ mặt trời. Tia cực tím gây ung
thư da và gây đột biến sinh học.
Mặt khác, các chất khí có tính axit như SO2, NO2, bị oxy hố thành axit sulfuric,
axit nitric hịa tan trong mưa, trong tuyết, trong sương mù . . . làm hủy hoại thảm thực
vật trên mặt đất và gây ăn mịn các cơng trình kim loại.
Để giảm ơ nhiễm trong khí thải động cơ diesel có rất nhiều cách, hiện nay có rất
nhiều nghiên cứu của các chuyên gia trên thế giới về vấn đề này. Các phương pháp xử
lí ơ nhiễm hiện nay có thể phân chia thành 3 nhóm:.




Biện pháp xử lí bên trong động cơ:

-

Cải thiện quá trình cháy của động cơ.

-

Cải thiện quá trình phun nhiên liệu.

-

Cải thiện hình dáng buồng đốt...

Biện pháp xử lí ngoài động cơ:
-

Sử dụng bộ lọc “catalyst”

-

Sử dụng bộ lọc bồ hóng (particulate traps)

HVTH: Nguyễn Minh Thích

7

CBHD: TS. Nguyễn Lê Duy Khải


LVThS – Đánh giá ảnh hưởng của xoáy lốc và phun nhiên liệu nhiều lần đến cơng suất và khí
thải của động cơ Diesel bằng mô phỏng



Sử dụng hệ thống hồi lưu khí thải.

Thay đổi thành phần nhiên liệu:
-

Giảm nồng độ lưu huỳnh có trong nhiên liệu dầu diesel.

-

Thêm phụ gia vào nhiên liệu

-

Sử dụng biodiesel.

Trong nghiên cứu của mình, học viên chọn đề tài “Đánh giá ảnh hưởng của
xoáy lốc và phun nhiên liệu nhiều lần đến công suất và khí thải của động cơ diesel
bằng phương pháp mơ phỏng” để làm đề tài cho luận văn, nhằm đánh giá tác động
của xoáy lốc và phun nhiên liệu nhiều lần đến cơng suất và lượng khí thải phát ra từ
động cơ diesel. Từ đó làm quen và đi đến thành thạo việc ứng dụng phần mềm mơ
phỏng để tính tốn lượng khí thải phát ra từ ơ tơ, khi mà điều kiện trang thiết bị thí
nghiệm ở các trường đại học của nước ta cịn thiếu thốn.
1.3. Tính cấp thiết và ý nghĩa khoa học
1.3.1. Tính cấp thiết của đề tài
Tính cấp bách trong tìm kiếm các biện pháp góp phần cắt giảm ơ nhiễm khơng
khí từ động cơ đốt trong và ô tô cũng như nâng cao công suất động cơ. Việc nghiên
cứu bằng phương pháp mô phỏng là việc tạo ra một mơ hình đơn giản cho vật thể hoạt

động dựa trên những quy luật mô phỏng theo điều kiện thực tế, trên mơ hình này ta có
thể xác định những thơng số tác động và các đặc tính làm việc của vật thể đó .
1.3.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Thông qua q trình mơ phỏng chúng ta sẽ :
 Tiết kiệm thời gian và chi phí do khơng phải chế tạo nhiều vật mẫu để thử
nghiệm.
 Có thể xem xét gần như không hạn chế mức độ chi tiết của các kết quả mơ
phỏng.

HVTH: Nguyễn Minh Thích

8

CBHD: TS. Nguyễn Lê Duy Khải


LVThS – Đánh giá ảnh hưởng của xoáy lốc và phun nhiên liệu nhiều lần đến cơng suất và khí
thải của động cơ Diesel bằng mơ phỏng

 Có thể áp đặt các điều kiện ban đầu rất khắc nghiệt mà phương pháp thực
nghiệm khó tạo ra.
 Tránh việc chế tạo các vật mẫu nghiên cứu không cần thiết.
 Khắc phục trước các sai sót có thể khi chế tạo vật mẫu.
 Loại bỏ tính ước lượng, đốn chừng trong thiết kế vật nghiên cứu
1.4. Mục tiêu đề tài, đối tƣợng nghiên cứu, đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên
cứu
1.4.1. Mục tiêu đề tài
 Giảm ô nhiễm môi trường.
 Tăng công suất động cơ bằng cách thay đổi một số thông số của q
trình xốy lốc và phun nhiên liệu trong động cơ Diesel.

1.4.2. Đối tƣợng nghiên cứu
 Nghiên cứu mô phỏng q trình xốy lốc và phun nhiên liệu trên động
cơ common rail AVL 5402, một xy lanh, công suất tối đa 8kW
 Phần mềm mô phỏng Kiva-3v
1.4.3. Giới hạn đề tài:
Mơ phỏng q trình xốy lốc và phun nhiên liệu nhiều lần trên động cơ
thí nghiệm common rail AVL 5402, một xy lanh, công suất tối đa 8kW.
Trong đề tài này học viên thực hiện mô phỏng phun 2 lần với các tỷ lệ
thay đổi: 25-3-75, 50-3-50, 75-3-25, 90-3-10, phun 1 lần và các trường hợp xoáy
lốc với tỷ lệ thay đổi: 1.0, 1.5, 3.0, 5.0

HVTH: Nguyễn Minh Thích

9

CBHD: TS. Nguyễn Lê Duy Khải


LVThS – Đánh giá ảnh hưởng của xoáy lốc và phun nhiên liệu nhiều lần đến cơng suất và khí
thải của động cơ Diesel bằng mô phỏng

1.4.4. Phƣơng pháp nghiên cứu:
Nghiên cứu lý thuyết: sử dụng các lý thuyết động cơ hiện đại vào nghiên
cứu.
Nghiên cứu mơ phỏng: phân tích, đánh giá, so sánh dùng sự hỗ trợ của
phần mềm mơ phỏng máy tính.
Phân tích và đánh giá kết quả nghiên cứu

HVTH: Nguyễn Minh Thích

10

CBHD: TS. Nguyễn Lê Duy Khải


LVThS – Đánh giá ảnh hưởng của xoáy lốc và phun nhiên liệu nhiều lần đến cơng suất và khí
thải của động cơ Diesel bằng mô phỏng

CHƢƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Khái quát về các chất ô nhiễm trong khí thải động cơ Diesel [1]
Tương tự như động cơ xăng, khí thải động cơ Diesel là sự kết hợp của Nitơ,
Oxi, Hidrocarbon và CO2. Khí thải của động cơ Diesel bao gồm phần lớn các phần tử
của không khí, nhưng chất này khơng làm nguy hại lớn đến mơi trường. Cịn lại
khoảng 6,5% là các chất khí có thể ảnh hưởng lớn đến mơi trường cần được kiểm
sốt.
Carbon Dioxide (CO2) quan hệ trực tiếp đến hiệu suất của 1 đơn vị quá trình
cháy. Hiệu suất càng cao bao nhiêu thì lượng khí CO2 thải ra càng thấp bấy nhiêu.
Động cơ Diesel có hiệu suất cao vì thế lượng khí CO2 thải ra thấp hơn rất nhiều so
với các loại động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu khác. CO2 là khí gây nên hiệu ứng
nhà kính, vì vậy cần được cần được kiểm sốt ở mức độ có thể chấp nhận được.
CO và HC trực tiếp liên quan đến q trình cháy. Nếu q trình cháy xảy ra
hồn hảo thì lượng khí CO và HC sẽ thấp. Tương tự như CO2, CO và HC cũng cần
được kiểm soát khi nói đến ơ nhiễm do khí thải của động cơ đốt trong.
SOx lại liên quan đến việc chọn nhiên liệu sử dụng. Nếu nhiên liệu có hàm
lượng lưu huỳnh cao thì khí thải sẽ có nhiều SOx. Chính vì vậy, ngày nay dầu Diesel
có hàm lượng lưu huỳnh thấp được sử dụng rất phổ biến trong ngành vận tải. Bên
cạnh việc sử dụng nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp, các nhà sản xuất có thể
trang bị thêm bộ lọc SOx, tuy nhiên bộ lọc ngày nay có kích thước to và quá mắc nên
vẫn chưa được sử dụng nhiều.
Bồ hóng là chất ơ nhiễm đặc biệt quan trọng trong khí xả động cơ Diesel, đặc

biệt là động cơ Diesel phun trực tiếp. Quá trình cháy khuếch tán của loại động cơ này
rất thuận lợi cho việc tạo ra bồ hóng. Trong q trình bốc hơi của nhiên liệu, sự tập
trung cục bộ hơi nhiên liệu tại vùng có nhiệt độ cao là ngun nhân chính sản sinh ra
bồ hóng.

HVTH: Nguyễn Minh Thích

11

CBHD: TS. Nguyễn Lê Duy Khải


LVThS – Đánh giá ảnh hưởng của xoáy lốc và phun nhiên liệu nhiều lần đến cơng suất và khí
thải của động cơ Diesel bằng mơ phỏng

Bên cạnh đó, đối với động cơ Diesel phun trực tiếp, NOx là một trong những
chỉ tiêu quan trọng đánh giá khí thải. Quá trình cháy khuếch tán của động cơ Diesel
là một trong những tác nhân chính dẫn đến sự xuất hiện của NOx trong khí thải.
Chính vì lí do đó, việc khống chế NOX là công việc đầu tiên và quan trọng khi nói
đến việc xử lí khí thải trên động cơ này.
2.1.1. Bồ hóng (muội than)
2.1.1.1.
-

Thành phần hạt bồ hóng

Cacbon: thành phần này ít nhiều phụ thuộc vào nhiệt độ cháy và hệ số dư
lượng khơng khí trung bình, đặc biệt là khi động cơ hoạt động ở chế độ đầy
tải hoặc quá tải.

-

Dầu bôi trơn không cháy: đối với động cơ cũ, thành phần này chiếm tỉ lệ lớn,
lượng dầu bơi trơn bị tiêu hao và lượng hạt bồ hóng có quan hệ với nhau.

-

Nhiên liệu chưa cháy hoặc cháy khơng hồn tồn: thành phần này phụ thuộc
vào nhiệt độ và hệ số dư lượng khơng khí.

-

Sunfur: do lưu huỳnh trong nhiên liệu bị ơxi hóa thành SO2 hoặc SO4.

-

Các chất khác: can xi, silicon, chromium, phốt pho…
Thành phần hạt bồ hóng cịn phụ thuộc vào tính chất nhiên liệu, đặc điểm của

quá trình cháy, dạng động cơ cũng như thời hạn sử dụng của động cơ. Thành phần bồ
hóng trong sản phẩm cháy của nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh cao khác với nhiên
liệu có hàm lương lưu huỳnh thấp
2.1.1.2. Cấu trúc hạt bồ hóng
Hình 2.1 và 2.2 trình bày ảnh chụp khuếch đại của chuỗi và hạt sơ cấp tạo
thành hạt bồ hóng trong khí xả động cơ Diesel. Một cách tổng quát có thể nói hạt bồ
hóng mà người ta thường gọi hình thành do sự liên kết của nhiều hạt sơ cấp hình cầu
thành từng khối hoặc chuỗi. Một hạt bồ hóng có thể chứa đến 4000 hạt hình cầu sơ
cấp. các hạt sơ cấp này có đường kính từ 10 đến 80nm và đại bộ phận hạt nằm trong

HVTH: Nguyễn Minh Thích

12

CBHD: TS. Nguyễn Lê Duy Khải


LVThS – Đánh giá ảnh hưởng của xoáy lốc và phun nhiên liệu nhiều lần đến cơng suất và khí
thải của động cơ Diesel bằng mơ phỏng

khoảng 15-30nm. Đường kính trung bình của các hạt bồ hóng nằm trong khoảng 100150nm, có khi lên đến 500-1000nm.

Hình 2.1.Cấu trúc chuỗi bồ hóng

Hình 2.2. Dạng những hạt sơ cấp

Cấu trúc tinh thể của hạt bồ hóng trong khí xả động cơ Diesel có dạng tương
tự như graphit (hình 2.1 và 2.2) nhưng ít đều đặn hơn. Mỗi hạt sơ cấp hình cầu là một
tập hợp khoảng 1000 mầm tinh thể, có dạng phiến mỏng, được xếp đồng tâm quanh
tâm của mỗi hạt cầu, tương tự như cấu trúc hạt cacbon đen. Những nguyên tử cacbon
kết nối với nhau theo các phiến lục giác phẳng, cách nhau 0,34-0,36nm (nhỉnh hơn
một chút so với graphit: 0,33nm) các phiến này kết hợp với nhau tạo thành mầm tinh
thể (từ 2-5 phiến) với cấu trúc giống như cacbon đen. Những mầm tinh này lại sắp
xếp theo các hướng song song với mặt hạt cầu với kết cấu siêu tĩnh để tạo thành các
hạt.
Quá trình hình thành bồ hóng bắt đầu từ bộ phận nhiên liệu có chứa từ 12  22
nguyên tử cacbon và kết thúc với những hạt tụ cầu tiêu biểu có đường kính khoảng vài
trăm nanomet kết tụ từ các hạt có kích thước 20  30nm chứa khoảng 105  106
nguyên tử cacbon. Các nghiên cứu cơ bản về quá trình hình thành bồ hóng trong các
ngọn lửa và trong buồng đốt của động cơ diesel được đề cập nhiều trong các tài liệu
gần đây với 5 cơ chế hình thành hạt bồ hóng điển hình:

- Polyme hố qua axetylen và polyaxetylen.
- Khởi tạo các hydrocacbon thơm đa vòng (HAP).

HVTH: Nguyễn Minh Thích

13

CBHD: TS. Nguyễn Lê Duy Khải