CHƯƠNG 6: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NỒNG ĐỘ CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ XẢ ĐCĐT doc

CHƯƠNG 6: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NỒNG ĐỘ
CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ XẢ ĐCĐT
6.1. Khái quát chung.
 Nồng độ các chất ô nhiễm trong khí xả phụ thuộc vào đặc điểm
động cơ cũng như các thông số điều chỉnh, vận hành.
 Về đặc điểm, động cơ 2 kì cổ điển nói chung có mức độ phát ô
nhiễm cao hơn động cơ 4 kì do quá trình tạo hỗn hợp không hoàn
thiện.
 Tuy nhiên, động cơ 2 kì hiện đại phun nhiên liệu trực tiếp trong
buồng cháy đang được nghiên cứu phát triển sẽ khắc phục được
nhược điểm này và trở thành loại động cơ có nhiều triển vọng trong
tương lai.

CHƯƠNG 6: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NỒNG ĐỘ
CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ XẢ ĐCĐT
6.1. Khái quát chung.
 Động cơ Diesel có hiệu suất cao hơn động cơ đánh lửa cưỡng
bức nhưng do quá trình cháy khuếch tán và làm việc với hệ số dư
lượng không khí cao, trong sản phẩm cháy có chứa bồ hóng và
NOx, những chất ô nhiễm mà việc xử lí nó trên đường xả ngày nay
vẫn còn nhiều vướng mắc về mặt kĩ thuật.
 Động cơ sử dụng nhiên liệu khí bắt đầu phát triển từ những
năm đầu của thập niên 1990 có rất nhiều ưu điểm về mặt phát sinh
ô nhiễm.
 Tuy nhiên sự phát triển chủng loại động cơ này phụ thuộc nhiều
điều kiện, đặc biệt là điều kiện cơ sở hạ tầng phục vụ cho việc cung
cấp nhiên liệu khí.

CHƯƠNG 6: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NỒNG ĐỘ
CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ XẢ ĐCĐT

6.1. Khái quát chung.
 Động cơ Diesel có hiệu suất cao hơn động cơ đánh lửa cưỡng
bức nhưng do quá trình cháy khuếch tán và làm việc với hệ số dư
lượng không khí cao, trong sản phẩm cháy có chứa bồ hóng và
NOx, những chất ô nhiễm mà việc xử lí nó trên đường xả ngày nay
vẫn còn nhiều vướng mắc về mặt kĩ thuật.
 Động cơ sử dụng nhiên liệu khí bắt đầu phát triển từ những
năm đầu của thập niên 1990 có rất nhiều ưu điểm về mặt phát sinh
ô nhiễm.
 Tuy nhiên sự phát triển chủng loại động cơ này phụ thuộc nhiều
điều kiện, đặc biệt là điều kiện cơ sở hạ tầng phục vụ cho việc cung
cấp nhiên liệu khí.

CHƯƠNG 6: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NỒNG ĐỘ
CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ XẢ ĐCĐT
6.1. Khái quát chung.
 Mức độ phát sinh ô nhiễm của động cơ cũng phụ thuộc đáng kể
vào điều kiện vận hành. Việc điều chỉnh không phù hợp các thông số
công tác cũng như việc lựa chọn chế độ làm việc không hợp lí dẫn
đến sự gia tăng đáng kể nồng độ các chất ô nhiễm trong khí xả.
 Tuy nhiên tỉ lệ biến đổi các chất ô nhiễm của ống xả xúc tác chỉ
đạt được giá trị yêu cầu khi nhiệt độ khí xả đạt được giá trị nhất
định. Vì vậy cần phải làm giảm nồng độ các chất ô nhiễm đến mức
thấp nhất trước khi xử lí ở bộ xúc tác.

CHƯƠNG 6: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NỒNG ĐỘ
CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ XẢ ĐCĐT
6.2. Trường hợp động cơ đánh lửa cưỡng bức.
 Mặc dù có nhiều cải tiến về kết cấu nhằm hạn chế sự hòa trộn
giữa khí cháy và khí chưa cháy, đặc biệt đối với động cơ dùng bộ

chế hòa khí, nhưng vẫn không tránh khỏi sự thất thoát một bộ phận
khí mới làm tăng sự phát sinh HC và làm giảm tính năng kinh tế kĩ
thuật của động cơ hai kì. Thêm vào đó, khi làm việc ở tải cục bộ,
dạng động cơ này dễ bỏ lửa làm tăng HC.
6.2.1. Động cơ 2 kỳ.

Các giải pháp làm giảm tổn thất nhiên liệu trong quá trình quét
khí là?
 GP1: Làm thay đổi sự phân bố độ đậm đặc của hỗn hợp nhiên
liệu không khí trong xy lanh saocho chỉ có hỗn hợp nghèo mới
thoát ra đường thải.

CHƯƠNG 6: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NỒNG ĐỘ
CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ XẢ ĐCĐT
6.2. Trường hợp động cơ đánh lửa cưỡng bức.
6.2.1. Động cơ 2 kỳ.

Các giải pháp làm giảm tổn thất nhiên liệu trong quá trình quét
khí là?
 GP 2: Một giải pháp khác có hiệu quả hơn là phun nhiên liệu
vào buồng cháy một khi cửa thải đã đóng.
Với giải pháp này người ta phải dùng một bơm do động cơ
dẫn động do đó nó làm giảm đi một ít công suất có ích của
động cơ.
Hạn chế của giải pháp này là gì?

CHƯƠNG 6: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NỒNG ĐỘ
CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ XẢ ĐCĐT
6.2. Trường hợp động cơ đánh lửa cưỡng bức.
6.2.1. Động cơ 2 kỳ.

 Thời gian cuối của quá trình nén (sau khi đóng cửa nạp và
cửa thải) rất ngắn đòi hỏi phải phun nhiên liệu với tốc độ lớn,
do đó một bộ phận nhiên liệu bám lên thành buồng cháy làm
tăng nồng độ HC trong khí xả.
Hạn chế của giải pháp này là gì?
GP 3: Phun nhiên liệu bằng không khí ở áp suất cao trích ra
trong giai đoạn nén.
Để tránh hiện tượng bám nhiên liệu trên thành, người ta
dùng một vòi phun áp suất thấp được đặt trong một buồng cháy dự
bị trước xúpáp nạp phun trực tiếp trước một hỗn hợp rất đậm với
tốc độ tương đối thấp.

CHƯƠNG 6: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NỒNG ĐỘ
CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ XẢ ĐCĐT
6.2. Trường hợp động cơ đánh lửa cưỡng bức.
6.2.1. Động cơ 2 kỳ.
6.2.2. Động cơ làm việc với hỗn hợp nghèo.
 Động cơ đánh lửa cưỡng bức làm việc với hỗn hợp nghèo đã
được nghiên cứu từ lâu nhằm giảm suất tiêu hao nhiên liệu dẫn đến
giảm nồng độ CO2, chất 'ô nhiễm' được quan tâm nhiều trong
những năm gần đây vì nó là chất khí gây hiệu ứng nhà kính.
∆ Vấn đề là khi gia tăng hệ số dư lượng không khí hay làm bẩn
hỗn hợp bằng khí xả hồi lưu vượt quá một giới hạn cho phép sẽ
dẫn đến điều gì?
 Giảm tốc độ cháy, điểm cực đại của áp suất sẽ lệch về phía
giai đoạn giãn nở dù đánh lửa sớm hơn

CHƯƠNG 6: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NỒNG ĐỘ
CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ XẢ ĐCĐT
6.2. Trường hợp động cơ đánh lửa cưỡng bức.

6.2.1. Động cơ 2 kỳ.
6.2.2. Động cơ làm việc với hỗn hợp nghèo.
∆ Vấn đề là khi gia tăng hệ số dư lượng không khí sẽ dẫn đến
điều gì?

Momen phát ra không đều dẫn tới sự làm việc không ổn định.

Thường xuyên bỏ lửa.
 Gia tăng mức độ phát sinh HC.
 Gia tăng suất tiêu hao nhiên liệu do tốc độ cháy giảm.

CHƯƠNG 6: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NỒNG ĐỘ
CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ XẢ ĐCĐT
6.2. Trường hợp động cơ đánh lửa cưỡng bức.
6.2.1. Động cơ 2 kỳ.
6.2.2. Động cơ làm việc với hỗn hợp nghèo.
∆ Những giải pháp cho phép động cơ hoạt động gần giới hạn nghèo
của hỗn hợp:
 Các giải pháp tác động trước khi hỗn hợp vào xilanh: chuẩn
bị và định lượng hỗn hợp nhiên liệu (chế hòa khí hay phun), hệ
thống điều chỉnh hỗn hợp, thiết kế hợp lí đường nạp.
 Các biện pháp tác động bên trong động cơ: hình dạng buồng
cháy, bố trí xupáp và nến đánh lửa.

CHƯƠNG 6: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NỒNG ĐỘ
CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ XẢ ĐCĐT
6.2. Trường hợp động cơ đánh lửa cưỡng bức.
6.2.1. Động cơ 2 kỳ.
6.2.2. Động cơ làm việc với hỗn hợp nghèo.
∆ Những giải pháp cho phép động cơ hoạt động gần giới hạn nghèo

của hỗn hợp:
 Các biện pháp tác động trên đường thải: thiết kế đường thải,
trang bị bộ xúc tác oxy hóa để hạn chế CO và HC.
∆ Để động cơ có thể làm việc với hỗn hợp nghèo người ta áp dụng
giải pháp nạp phân lớp hỗn hợp nhiên liệu-không khí vào xy lanh
động cơ sao cho ở gần điểm đánh lửa, độ đậm đặc của hỗn hợp cao
hơn giá trị trung bình để có thể bén lửa và bốc cháy.

CHƯƠNG 6: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NỒNG ĐỘ
CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ XẢ ĐCĐT
6.2. Trường hợp động cơ đánh lửa cưỡng bức.
6.2.1. Động cơ 2 kỳ.
6.2.2. Động cơ làm việc với hỗn hợp nghèo.
∆
Có hai dạng tạo hỗn hợp phân lớp được ứng dụng khả quan nhất:

 Hệ thống buồng dự bị.
 Hệ thống phun trực tiếp.

CHƯƠNG 6: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NỒNG ĐỘ
CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ XẢ ĐCĐT
6.2.2. Động cơ làm việc với hỗn hợp nghèo.
 Hệ thống buồng dự bị.
Hình: Sơ đồ động cơ tạo hỗn hợp phân lớp sử dụng buồng cháy phụ.

CHƯƠNG 6: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NỒNG ĐỘ
CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ XẢ ĐCĐT
6.2.2. Động cơ làm việc với hỗn hợp nghèo.
 Hệ thống buồng dự bị.
Kết quả:

 Hệ thống này làm giảm nhiệt độ cực đại của quá trình cháy,
do đó làm giảm NOx, nhưng vẫn đủ cao để oxy hóa HC.
 Do độ đậm đặc của hỗn hợp thấp nên nồng độ CO trong khí
xả cũng giảm.
 Độngcơ làm việc với hệ thống này có suất tiêu hao nhiên
liệu riêng thấp, nhưng công suất lít của xylanh cũng giảm.
Do đó từ năm 1986 nó không còn được nghiên cứu nữa và thay
vào đó, người ta nghiên cứu một hệ thống tương tự trong đó bộ
chế hòa khí được thay thế bằng hệ thống phun.

CHƯƠNG 6: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NỒNG ĐỘ
CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ XẢ ĐCĐT
6.2.2. Động cơ làm việc với hỗn hợp nghèo.
 Hệ thống phun trực tiếp.

CHƯƠNG 6: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NỒNG ĐỘ
CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ XẢ ĐCĐT
6.2.2. Động cơ làm việc với hỗn hợp nghèo.
 Những khuynh hướng khác dựa vào sự gia tăng cường độ rối
trong buồng cháy động cơ.
 Giải pháp đầu tiên làm tăng cường độ rối là thiết kế đường nạp
hợp lí.
Sự gia tăng cường độ xoáy lốc cho phép giảm khoảng thời
gian từ lúc bật tia lửa điện đến khi hỗn hợp bắt đầu cháy cũng như
thời gian cháy

Giải pháp thứ hai là trang bị hai soupape nạp cho mỗi xilanh.

CHƯƠNG 6: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NỒNG ĐỘ
CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ XẢ ĐCĐT

6.2.2. Động cơ làm việc với hỗn hợp nghèo.
 Thực hiện một tia khí cao tốc phun trong một ống dẫn có tiết diện
nhỏ hơn ống nạp chính theo hướng tiếp tuyến với thành xilanh ở vị
trí xupáp nạp.
 Hệ thống này có hai bướm gió được điều khiển một cách riêng rẽ
theo tải động cơ.
 Nó có ưu điểm là không làm thay đổi dạng hình học của buồng
cháy, không cần thiết đánh lửa hai điểm nhưng vẫn cho phép động
cơ chạy ở chế độ không tải với độ đậm đặc thấp.

CHƯƠNG 6: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NỒNG ĐỘ
CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ XẢ ĐCĐT
6.2.2. Động cơ làm việc với hỗn hợp nghèo.
6.2.3 Ảnh hưởng của các chế độ vận hành động cơ xăng.
6.2.3.1. Cắt nhiên liệu khi giảm tốc

Để hạn chế nồng độ HC trong giai đoạn động cơ đóng vai trò
phanh ô tô (khi giảm tốc nhưng vẫn cài li hợp), biện pháp tốt nhất là
ngưng cung cấp nhiên liệu.

Tuy nhiên động tác này có thể dẫn tới điều bất lợi là làm xuất
hiện hai điểm cực đại HC:
 Đỉnh cực đại HC ở thời điểm cắt nhiên liệu.
 Điểm cực đại thứ hai khi cấp nhiên liệu trở lại.

CHƯƠNG 6: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NỒNG ĐỘ
CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ XẢ ĐCĐT
6.2.2. Động cơ làm việc với hỗn hợp nghèo.
6.2.3 Ảnh hưởng của các chế độ vận hành động cơ xăng.
6.2.3.1. Cắt nhiên liệu khi giảm tốc

 Đối với động cơ dùng bộ chế hòa khí, để tránh giai đoạn quá độ
khi động cơ phát lực trở lại, người ta sử dụng một hệ thống cho
phép cung cấp thêm nhiên liệu dự trữ.

Nhiên liệu này được tích trữ trong hệ thống bù trừ ở giai đoạn
giảm tốc.

Sự cung cấp nhiên liệu bổ sung này cho phép duy trì được độ đậm
đặc của hỗn hợp một cách hợp lí ở thời điểm mở đột ngột bướm ga
trở lại.

CHƯƠNG 6: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NỒNG ĐỘ
CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ XẢ ĐCĐT
6.2.2. Động cơ làm việc với hỗn hợp nghèo.
6.2.3 Ảnh hưởng của các chế độ vận hành động cơ xăng.
6.2.3.1. Cắt nhiên liệu khi giảm tốc
 Đối với động cơ phun nhiên liệu, người ta sử dụng một hệ thống
cho phép điều chỉnh lượng nhiên liệu phun vào đường nạp theo lưu
lượng không khí.

Khi giảm tốc,bướm ga đóng lại, một van giảm tốc mở ra để cung
cấp không khí cho động cơ và người ta sử dụng lượng không khí
này để điều khiển lượng nhiên liệu.

Trong trường hợp đó, động cơ hút một thể tích khí lớn hơn trong
trường hợp động cơ dùng chế hòa khí.

Hai điểm cực đại của HC cũng xuất hiện giống như trong trường
hợp động cơ dùng bộ chế hòa khí.

CHƯƠNG 6: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NỒNG ĐỘ
CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ XẢ ĐCĐT
6.2.3 Ảnh hưởng của các chế độ vận hành động cơ xăng.
6.2.3.2. Dừng động cơ ở đèn đỏ

Chế độ dừng động cơ hợp lí khi ô tô chạy trong thành phố có thể
làm giảm đồng thời mức độ phát sinh ô nhiễm và suất tiêu hao
nhiên liệu.

Thực nghiệm cho thấy khi thời gian dừng ô tô vượt quá một giá
trị cực đoan thì nên tắt động cơ.

Nếu không xét đến suất tiêu hao nhiên liệu thì việc tắt động cơ
không đem lại lợi ích gì về mặt giảm ô nhiễm trong trường hợp
động cơ có bộ xúc tác trên đường xả.

Trung bình thời gian dừng cực đoan là 50s.
 Khi vượt quá thời gian này nên tắt động cơ nếu động tác này
không làm giảm tuổi thọ của máy khởi động và bình điện.

CHƯƠNG 6: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NỒNG ĐỘ
CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ XẢ ĐCĐT
6.3. Trường hợp động cơ Diesel.
Đặc điểm phát sinh các chất ô nhiễm trong động cơ Diezel là gì?
 Kĩ thuật tổ chức quá trình cháy của động cơ Diesel ảnh hưởng trực
tiếp đến mức độ phát sinh ô nhiễm.
 Động cơ Diesel phun trực tiếp, có suất tiêu hao nhiên liệu riêng
thấp hơn động cơ có buồng cháy ngăn cách khoảng 10% và mức độ
phát sinh bồ hóng cũng thấp hơn khi động cơ làm việc ở chế độ tải
cục bộ.

 Tuy nhiên động cơ phun trực tiếp làm việc ồn hơn và phát sinh
nhiều chất ô nhiễm khác (NOx, HC).
 Vì vậy, ngày nay dạng buồng cháy này chỉ dùng đối với động cơ
ô tô tải hạng nặng.

CHƯƠNG 6: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NỒNG ĐỘ
CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ XẢ ĐCĐT
6.3. Trường hợp động cơ Diesel.
Đặc điểm phát sinh các chất ô nhiễm trong động cơ Diezel là gì?
 Việc hạn chế mức độ phát sinh ô nhiễm tối ưu đối với động cơ
Diesel cần phải cân đối giữa nồng độ hai chất ô nhiễm chính đó là
NOx và bồ hóng.
6.3.1. Ảnh hưởng của góc phun sớm và tối ưu hóa hệ thống phun

Tăng góc phun sớm →p
zmax
và T
z
↑→ ↑NO.
 Giảm góc phun sớm là biện pháp hữu hiệu làm giảm nồng độ
NOx trong khí xả.
 Tuy nhiên việc giảm góc phun sớm cần phải xem xét đến chế độ
tốc độ và chế độ tải để tránh sự gia tăng suất tiêu hao nhiên liệu.

CHƯƠNG 6: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NỒNG ĐỘ
CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ XẢ ĐCĐT
6.3.1. Ảnh hưởng của góc phun sớm và tối ưu hóa hệ thống phun
 Mặt khác, khi tăng góc phun sớm, do quá trình cháy trễ kéo dài,
lượng nhiên liệu hòa trộn trước với hệ số dư lượng không khí lớn gia
tăng. Hỗn hợp này khó bén lửa do đó chúng thường cháy không

hoàn toàn và phát sinh nhiều CO.
 Về mặt lí thuyết, tăng góc đánh lửa sớm có thể làm giảm HC do
quá trình cháy có thể diễn ra thuận lợi hơn, nhưng trên thực tế nó
có tác dụng ngược lại.
 Thật vậy, do thời gian bén lửa kéo dài, nhiên liệu phun ra có thể
bám trên thành buồng cháy, đó là nguồn phát sinh HC.

CHƯƠNG 6: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NỒNG ĐỘ
CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ XẢ ĐCĐT
6.3.1. Ảnh hưởng của góc phun sớm và tối ưu hóa hệ thống phun
Các biện pháp tối ưu hoá hệ thống phun là gì?
 Tăng tốc độ phun để làm giảm nồng độ bồ hóng do tăng tốc độ
hòa trộn nhiên liệu-không khí.
 Tăng áp suất phun, đặc biệt là đối với động cơ phun trực tiếp.
 Điều chỉnh dạng quy luật phun (quan hệ lưu lượng-thời gian)
theo khuynh hướng kết thúc nhanh quá trình phun để làm giảm HC.