Khai thác kỹ thuật ô tô

SỰ HÌNH THÀNH CÁC CHẤT ĐỘC HẠI TRONG KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ DIESEL
DÙNG CHO Ô TÔ VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC.
CHUYÊN ĐỀ
GVHD : TS. Lê Bá Khang
SVTH : Nhóm 4
THÀNH VIÊN NHÓM 4

Phạm Lê Ngọc Tín (NT)

Nguyễn Quốc Thắng

Nguyễn Văn Hiệu

Phan Trọng Thi

Võ Chí Thống

Trần Văn Tài
THỰC TRẠNG
•
Khi động cơ làm việc hỗn hợp khí nhiên liệu được đốt cháy trong kỳ nổ với phương trình phản ứng cháy
như sau:
C
x
H
y
+ ( O
2
+ N
2
) → CO

2
+ H
2
O + N
2
+ CO + NO
x
+ HC + O
2
Sản phẩm cháy gồm : NO
x
, CO , HC làm 3 tác nhân chính gây ra ô nhiễm môi trường, cũng như ảnh hưởng
xấu đến sức khỏe con người
A. Đặt vấn đề
•
3. Mục đích:
Lý giải sự hình thành các chất độc
hại phát thải và biện pháp giảm
thiểu, từ đó áp dụng vào vận hành,
sửa chữa, chẩn đoán, cải tiến ot
mang lại hiệu quả.
1. Đối tượng Động cơ
Diesel lắp trên ô tô
2. Phạm vi
Chất độc hại trong khí xả động
cơ lắp trên ô tô
B. NỘI DUNG
I. Các thành phần độc hại chính trong khí thải động cơ diesel và ảnh hưởng của chúng.
II. Tỷ lệ các chất độc hại trong khí thải.
III. Các nhân tố ảnh hưởng đến nồng độ khí thải độc hại trong động cơ diesel.

IV. Một số giải pháp giảm thiểu phát thải độc hại trong động cơ Diesel ô tô
Khí thải Động
cơ
I. Các thành phần độc hại chính trong khí thải động cơ và ảnh hưởng của chúng:
CnHm
SO
2
P-M
NOx
CO
CO
SỰ HÌNH THÀNH
Là sản phẩm cháy của C trong nhiên
liệu ở điều kiện thiếu oxy
GIỚI HẠN CHO PHÉP
[ CO ] = 33mg/m3
ẢNH HƯỞNG
Ngăn cản quá trình hấp thụ ô xy của
hemoglobin trong máu
Giảm khả năng cung cấp oxy cho các
tế bào trong cơ thể
I. Các thành phần độc hại chính trong khí thải động cơ diesel và ảnh hưởng của chúng:
1.1
CO là khí không màu, không mùi, không vị .Sản phẩm trung gian của quá trình oxy hóa nhiên
liệu hydro cacbon để tạo thành sản phẩm cuối cùng là CO
2
RH → R → RO
2
→ RCO → CO
Trong đó: R là gốc hydrocacbon

CO tạo ra sẽ bị oxy hóa với tốc độ chậm tạo thành CO
2
theo phương trình:
CO + OH ↔ CO
2
+ H
Yếu tố chính phát sinh CO
2
là độ đậm đặc của hỗn hợp nhiên liệu và không khí
Cơ chế hình thành CO
CnHm
ẢNH HƯỞNG
Các hydrocacbua thơm có thể gây ung
thư. Ngoài ra gây sương mù, hại mắt
và niêm mạc đường hô hấp.
I. Các thành phần độc hại chính trong khí thải động cơ diesel và ảnh hưởng của chúng:
1.2
SỰ HÌNH THÀNH
Nhiên liệu hoặc dầu bôi trơn
không cháy hết, chưa cháy trong
khí thải
NOx
SỰ HÌNH THÀNH
Là sản phẩm oxy hóa ni-tơ có trong không
khí xảy ra trong buồng cháy trong điều kiện
nhiệt độ cao. NOx tồn tại 2 dạng:
NO
2
[10%-20%]
NO [80%-90%]

GIỚI HẠN CHO PHÉP
[NO
2
] = 9mg/m3
[NO] = 9mg/m3
ẢNH HƯỞNG
Gây tác hại cho phổi và niêm mạc
Gây ăn mòn các chi tiết máy
I. Các thành phần độc hại chính trong khí thải động cơ và ảnh hưởng của chúng:
1.3
NO (mùi gắt, màu nâu đỏ) hình thành trong quá trình cháy rớt trong xylanh tại vùng có nhiệt độ cao.
Phản ứng dây chuyền oxy hóa ni-tơ
O
2
↔ 2O
N
2
+ O → NO +N
N + O2 → NO + O
N + OH → NO + H
Thực nghiệm chứng tỏ, NO hình thành phía sau ngọn lửa trong vùng cháy và nhanh chóng trở thành
NO
2
qua phản ứng:
NO + H
2
O → NO
2
+ OH
Tiếp đó NO2 lại phản ứng và tạo thành NO:

NO
2
+ O → NO + O
2
Cơ chế hình thành NOx
P-M
SỰ HÌNH THÀNH
Là các hạt rắn chủ yếu là muội than (bồ hóng)
sinh ra do phân hủy nhiên liệu và dầu bôi trơn.
Gồm:
+ Carbon
+ Dầu bôi trơn không cháy
+ Nhiên liệu cháy không hết
+ Sunfat và các chất khác (lưu huỳnh, sắt,silicol )
ẢNH HƯỞNG
Độc hại với đường hô hấp của con người
Một số hydrocacbua bám vào muội than làm gây ung
thư
Tác nhân gây sương mù
I. Các thành phần độc hại chính trong khí thải động cơ và ảnh hưởng của chúng:
1.4
Cơ chế hình thành bồ
hóng
SOx
SỰ HÌNH THÀNH
Lượng S chứa trong nhiên liệu
diesel (còn lại khi chưng cất dầu
mỏ) bị cháy và chuyển thành SO
2
ẢNH HƯỞNG

Gây ăn mòn các chi tiết trong động
cơ. Một trong những nguyên nhân
gây ra mưa axit
I. Các thành phần độc hại chính trong khí thải động cơ và ảnh hưởng của chúng:
1.5
Các phản ứng dây chuyền xảy ra trong quá trình cháy:
S + O
2
→ SO
2

SO
2
+ OH → HOSO
2
HOSO
2
+ O2 → HO2 + SO
3
SO
3
(k) + H
2
O(l) → H
2
SO
4
(l)
Cơ chế hình thành SOx
II. Tỷ lệ các chất độc hại trong khí thải

II. Tỷ lệ các chất độc hại trong khí thải
Đặc tính các thành phần độc hại của động cơ diesel theo λ
Mật độ
λ
•
2.1 Đối với CO
II. Tỷ lệ các chất độc hại trong khí thải

λ > 1 nhiều lần vẫn còn tồn tại một lượng
nhỏ CO  Vì vẫn có phần cục bộ thiếu O2 (λ<1)

λ tăng lên ban đầu CO giảm và đến giá trị
min
(λ ≈ 2)

Tiếp tục tăng λ làm nhiệt độ cháy giảm
 Tỷ lệ CO tái hợp với O2 trong quá trình giãn
nở giảm
 CO trong khí thải tăng
λ
II. Tỷ lệ các chất độc hại trong khí thải
2.2 Đối với CnHm

Khi tăng λ  Nhiệt độ cháy giảm nên nhiên liệu
không cháy được ( hay CnHm tăng)

Trong phương pháp hỗn hợp màng  Do hiệu
ứng sát vách
 CnHm tăng lên
2.3 Đối với P-M


Khi tăng λ  tỷ lệ nhiên liệu ít nên ít tạo ra giọt
làm ít tạo bồ hóng

Khi λ > 3 thì lượng P-M không đổi do một số
nguyên khác ảnh hưởng

λ

II. Tỷ lệ các chất độc hại trong khí thải
2.4 Đối với NOx

Khi tăng λ  Nhiệt độ cháy giảm nên NOx giảm

Đối với buồng cháy ngăn cách lượng NOx chỉ bằng ½
đối với buồng cháy thống nhất
λ
3.1.1. Khởi động nguội

Hỗn hợp phải đậm (tức λ <1)  CO lớn

Nhiệt độ buồng cháy thấp, λ nhỏ  NOx nhỏ

Nhiên liệu đọng bám lên thành vách xylanh và buồng cháy. Trong quá trình giãn nở, màng
nhiên liệu bay hơi  Tăng CnHm
Khi nhiệt độ của máy tăng

CO và CnHm giảm đồng thời NOx tăng dần
III. Các nhân tố ảnh hưởng đến nồng độ khí thải độc hại trong động cơ diesel
3.1 Chế độ làm việc không ổn định

3.1.2. Tăng tốc

Đối với động cơ Diesel không tăng áp:

Hầu như không khác biệt trong quá trình tăng tốc.

Đối với động cơ Diesel tăng áp bằng tuốc-bin khí thải:

Khi tăng tốc thường thiếu không khí  P-M tăng (khí xả có khói đen)
3.1 Chế độ làm việc không ổn định
III. Các nhân tố ảnh hưởng đến nồng độ khí thải độc hại trong động cơ diesel
3.1.3. Giảm tốc

Khi động cơ bị kéo, điều tốc giữ cho động cơ làm
việc ở chế độ không tải

Khi tốc vòng quay vượt quá một giá trị nào đó,
điều tốc sẽ cắt hoàn toàn nhiên liệu
3.1 Chế độ làm việc không ổn định
III. Các nhân tố ảnh hưởng đến nồng độ khí thải độc hại trong động cơ diesel
III. Các nhân tố ảnh hưởng đến nồng độ khí thải độc hại trong động cơ diesel
3.2. Ảnh hưởng của góc phun sớm
 Tăng góc phun sớm  áp suất cực đại và nhiệt độ cháy
tăng  NOx tăng
Động cơ phun trực tiếp có góc phun sớm hơn nên NOx
nhiều hơn đ/c có buồng cháy ngăn cách

Tăng góc phun sớm  quá trình cháy trễ kéo dài, lượng
nhiên liệu hòa trộn trước với λ gia tăng  Hỗn hợp khó
cháy (cháy không hoàn toàn)  CO tăng