Giáo trình chuyên đề ô nhiễm môi trường (do ô tô gây ra) phần 1 TH s đỗ quốc ấm (đh sư phạm kỹ thuật TP HCM)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
BỘ MÔN ĐỘNG CƠ

ooOoo

CHUYÊN ĐỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG
( DO ÔTÔ GÂY RA )

Giảng viên biên soạn: Th . S Đỗ Quốc Ấm

TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 3 NĂM 2005


Trường ĐH SPKT TP. HCM



Ô nhiễm môi trường

Th.S Đỗ Quố c Ấm
CHƯƠNG I
TỔ NG QUAN VỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG

I - CÁ C CHẤ T ĐỘC HẠI LÀM Ô NHIỄM MÔI TRƯỜ NG DO ĐỘNG CƠ ĐỐT
TRONG SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU XĂ NG GÂY RA
I.1-Ô nhiễm khô ng khí ?
- Định nghóa về ô nhiễm không khí do cộng đồng Châu Âu đưa ra vào năm 1967:
“Không khí gọ i là ô nhiễm khi thà nh phần củ a nó bị thay đổ i, hay khi có sự hiện điện củ a
những chấ t lạ gây ra những tác hại mà khoa học chứ ng minh được, hay gây ra sự khó chịu đố i

với con ngườ i “
- Theo định nghóa trên ta có thể hiể u: các chấ t gây ô nhiễm có thể nguy hại đến tự nhiên và
con ngườ i mà khoa học nhận biế t đượ c hay đơn giản là gây ra sự khó chịu chẳ ng hạn như mù i
hôi, màu sắc...
- Các chất ô nhiễm và giớ i hạn về nồng độ cho phép củ a chúng trong cá c nguồn phát thả i
có thể thay đổi theo thờ i gian.
M
. HC
- Ngà y nay, người ta đã xá c định được các chất ô nhiễm KT TPkhông khí, mà phần lớn là
trong
SP
các chất đó có trong khí xả độ ng cơ đố t trong.
g ĐH
ờn
à Trư
äc ve
thuo
uyền
q
Bản
Hiệ n nay
Tố c độ tăng
Thờ i kỳ tiề n
(ppm)
(%/năm)
Chấ t ô nhiễm
Công nghiệp
*
(ppm)
270

340
0.4
CO2
0.28
0.30
0.25
NOX
0.05
0.13
3
CO
0.001
0.002
2
SO2
* ppm: part per million ( mộ t phần triệu )
Bả ngI.1: Sự gia tăng củ a các chất ô nhiễm trong bầu khí quyể n.
- Tuỳ theo chính sách năn g lượ ng củ a mỗi nước , sự phân bố tỷ lệ phát sinh ô nhiễm của cá c
nguồn khác nhau không đồn g nhất:
Nguồn phát sinh ô nhiễm
Ô tô
Sản xuất điện
Qúa trình cháy trong Công nghiệp
Các quá trình cháy khá c
Công nghiệp dầu mỏ
Các hoạ t động khác
Tổng cộng

CO
93

0.1
0.0
6.3
0.6
100

HC
57.3
0.1
26.4
0.7
14.8
0.7
100

NOX
39
21.5
31.3
0.8
5.1
2.6
100

Bả ng I.2 Tỷ lệ phát thả i cá c chất ô nhiễm ở Nhật (tính theo %)
Trang 1
Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -


Trường ĐH SPKT TP. HCM

Ô nhiễm môi trường



Th.S Đỗ Quố c Ấm

Nguồn phát ô nhiễm
CO
HC
NOX
Ô tô
64.7
45.7
36.6
Các phương tiện giao thông khác
9.0
7.2
10.5
Qúa trình cháy công nghiệp
9.1
16.8
42.8
Công nghiệp dầu mỏ
5.2
5.3
1.7
Các hoạ t động khác
12
25

8.4
Tổng cộng
100
100
100
Bả ng I.3: Tỷ lệ phát thả i cá c chấ t ô nhiễm ở Mỹ (tính theo %).
I.2- Các chất ô nhiễm sinh ra trê n độ ng cơ đốt trong sử dụng nhiên liệ u xăng
Qúa trình cháy lý tưởng củ a hỗn hợp hydrocarbone với khô ng khí chỉ sinh ra CO2, H2 O, và
N2. Tuy nhiên , do sự không đồn g nhấ t của hỗn hợp, cũng như tính chấ t phức tạp củ a hiệ n tượn g
lý hoá diễn ra trong quá trình chá y nê n trong khí xả động cơ đốt trong luôn có chứ a mộ t hàm
lượng đáng kể cá c chất độc hạ i như:
 oxide nitơ: NO, NO2, N2O gọi chung là NOX
M
. HC
 Monoxide cacbon: CO
T TP
SPK
 Hydrocarbon chưa cháy : HC
g ĐH
ờn
 Bồ hóng, muộ i than
à Trư
äc ve
 Chì: Pb ; Lưu huỳnh: S
thuo
uyền cá c chất phụ gia trong nhiên liệu cũ ng có ảnh hưởng đến
q
- Nhữn g chất như lưu huỳn h, chì và
Bản
thành phần các chấ t ô nhiễm trong sản phẩm cháy.

Một trong những thông số có tính tổng quát ản h hưởn g đến mứ c độ phát sinh ô nhiễm củ a
động cơ là hệ số dư lượng không khí . Hình I.4 trình bày một cách định tính sự phụ thuộ c của
nồng độ NOX, CO, HC trong khí xả theo hệ số dư lượn g khôn g khí 

Hình I..4: Biến thiên nồng độ cá c chấ t ô nhiễm theo hệ số dư lượng khôn g khí
Trang 2
Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -


Trường ĐH SPKT TP. HCM



Ô nhiễm môi trường

Th.S Đỗ Quố c Ấm

I.2.1 NOx ( oxide nitơ) :
- NOX là tên gọi chung củ a oxide nitơ gồm: NO, NO2 và N 2O. Hình thành do sự kết hợp giữ a
oxi và nitơ ở điều kiện nhiệt độ cao.
- Một trong những xu hướ ng nân g cao tính kinh tế củ a độ ng cơ ngày nay là áp dụng kỹ thuậ t
chế hoà khí phân lớp cho động cơ làm việ c vớ i hỗn hợp nghèo. Trong điều kiện đó NOx là đố i
tượng chính củ a việ c xử lý ô nhiễm.
- Mức độ phát sinh ô nhiễm trung bình củ a quá trình cháy nhiê n liệu hydrocarbon.
Chấ t ô nhiễm
NOx
CO
HC
Bồ hóng

Lượ ng phá t sinh
(g/kg nhiên liệu )
20
200
25
2÷5

M
P. HC
Trê n đây là số liệu trung bình, ở điều kiện cháy củ a hỗn PKT T hệ số dư lượng khôn g khí 
hợp có
HS
= 1. Tuy nhiên trong những điều kiện cháy ở á p suấøng Đnhiệ t độ cao, hệ số dư lượng không khí
ươ t và
r
ve T
 lớn thì tỷ lệ thành phần cá c chất ô nhiễộc sẽ à thay đổ i theo hướng gia tăng NOx .
um
th
I.2.2- Monoxide Carbon : CO yền
qu
Bản
Monoxide Carbon có mặ t trong khí xả độn g cơ đố t trong là quá trình cháy khô ng hoàn toàn
củ a hỗn hợp giàu hay do sự phân giải sả n vật cháy với nhiệ t độ.
- CO là chất khí khôn g màu , khô ng mù i rất độc . Theo số liệ u thống kê cá c nguồ n phát sinh
ô nhiễm chủ yếu hiện nay, người ta thấy 70% lượng CO trong khí quyển là do khí xả động cơ
ôtô gây ra, tốc độ gia tăng nông độ CO trong khí quyể n ở mứ c độ cao, gần 3% năm
I.2.3-Hydrocarbon chưa cháy: HC
- HC có mặ t trong khí xả chủ yếu là do cá c không gian chết trong buồ ng cháy hay nó i cá ch
khá c là HC đượ c hình thà nh ơ ûnhữn g nơi có nhiệ t độ thấ p. Ngoài ra khi hỗn hợ p quá nghèo,

tố c độ cháy thấ p dẫn đến tình trạng bỏ lử a, khi đó sẽ là nguyên nhân làm tăng nồng độ HC
trong khí thải.
I.2.4-Bồ hó ng –muội than , chì , lưu huỳnh:
- Bồ hó ng, muộ i than: đối vớ i động cơ sử dụng nhiên liệu xăn g hàm lượng bồ hóng, muộ i
than không đáng kể. Tuy nhiên đây là chất ô nhiễm quan trọng trong khí xả độ ng cơ Diesel.
- Lưu huỳ nh: Thô ng thườ ng xăng có chứ a khoảng 600 ppm lưu huỳnh. Trong quá trình
cháy, lưu huỳn h bị oxy hoá thàn h SO3, chất này có thể kế t hợ p vớ i nướ c để tạo ra H2SO4.
SO3 + H2 O = H2 SO4
- Chì: để tăng tính chốn g kích nổ của nhiên liệ u, người ta pha thêm tetraetyl chì Pb(C2H5)4
vào xăng. Sau khi cháy, những hạ t chì có đườn g kính cự c bé thoá t ra theo khí xả, lơ lửng trong
không khí và trở thành chất ô nhiễm đố i với bầu khí quyển, nhất là khu vự c thàn h phố có mậ t
độ giao thông cao.

Trang 3
Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -


Trường ĐH SPKT TP. HCM

Ô nhiễm môi trường



Th.S Đỗ Quố c Ấm

II- TÁ C HẠ I CỦA CÁC CHẤ T Ô NHIỄM:
II.1-Đối với con người :
II.1.1 CO :
- CO là chấ t khí không màu, không mù i, khô ng vị. CO ngăn cản sự dịch chuyển củ a hồng
cầu trong máu, làm cho cá c bộ phận củ a cơ thể bị thiếu oxy. Nạn nhân sẽ bị tử vong khi 70%

số hồn g cầu bị khốn g chế (khi nồng độ CO trong không khí >1000 ppm). Ở nồng độ thấp hơn,
CO cũng có thể gây nguy hạ i lâu dài với con ngườ i.
- Khi 20% hồng cầu bị khống chế , nạn nhân bị nhứ c đầu, chón g mặ t và buồn nôn.
- Khi 50% hồng cầu bị khống chế , não bộ con ngườ i bị ảnh hưởng mạnh.
-Tuy nhiên CO là chất trung gian quan trọng trong quá trình oxy hoá cacbon thành
cacbonic, khí cacbonic thông qua quang hợ p sẽ tạo ra oxi.
Quang hợp
C6H12 O6 + 6O2 CM
6CO2 +6H2O
H
TP.
II.1.2-NOX .:
PKT
S
- NOX là họ các oxide nitơ, trong đó NO chiếm ờng bộ phậ n. NOX đượ c hình thà nh do N2 tác
đại ĐH
ư
r
dụng với O2 ở điều kiện nhiệ t độ cao. ộc về T
u
h
- NO không nguy hiểm nhiềuuyền t nó là cơ sở để tạo ra NO2 .
q , nhưng
ûn
- NO là chất khí màu Ba ng nhạt, có mù i, khứu giác có thể phát hiện khi nồn g độ của nó
hồ
trong không khí khoảng 0,12ppm. NO2 là chất khó hoà tan, do đó nó có thể theo đường hô hấ p
đi vào phổ i gâ y viêm và huỷ hoạ i các tế bào củ a cơ quan hô hấp . Nạn nhân sẽ bị mấ t ngủ, ho,
khó thở.
II.1.3-Hydrocarbon : HC

- HC có trong khí thải do quá trình cháy không hoàn toàn khi hỗn hợp giàu, hoặc do hiện
tượng cháy khô ng bình thường.
- Chấ t gây tá c hạ i đến con ngườ i chủ yếu là các HC thơm.
- Khi nồng độ củ a các HC thơm lớn hơn 40 ppm sẽ gây ra bệnh ung thư máu.
- Khi nồng độ lớn hơn 1g/cm3 sẽ gây rố i loạn hệ thần kinh.
- Ngoà i ra HC cũ ng là nguyê n nhân gây ra các bệnh về gan.
II.1.4-SO2 :
- SO2 là một chấ t háo nướ c, do vậy SO2 rất dễ hò a tan vào nướ c mũi, sau đó oxy hoá thành
H2SO4 rồ i đi theo đường hô hấp vào trong phổ i.
- Ngoài ra SO 2 còn làm giảm khả năng đề khá ng củ a cơ thể và làm tăn g cườ ng độ tá c hạ i
củ a các chất ô nhiễm khác đố i vớ i nạn nhân.
II.1.5-Bồ hóng :
- Bồ hóng là chấ t ô nhiễm quan trọ ng, nó tồn tại dưới dạng những hạt rắn có đường kính
trung bình khoảng 0,3m, nê n rấ t dễ xâm nhập sâu vào phổ i.
-Bồ hóng ngoài việc gây trở ngạ i cho cơ quan hô hấp, nó còn là nguyê n nhâ n gây ra bệnh
ung thư do cá c HC thơm mạch vòng đượ c hấp thụ trên bề mặ t củ a chúng trong quá trình hình
thành.

Trang 4
Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -


Trường ĐH SPKT TP. HCM

Ô nhiễm môi trường



Th.S Đỗ Quố c Ấm

II.1.6-Chì:
- Chì có trong không khí thả i do tetraetyl chì Pb(C2H5)4 được pha và o xăn g nhằm tăn g tính
chống kính nổ củ a nhiên liệu. Sự pha trộ n chất này vào xăng đang là vấn đề bàn cãi của giớ i
khoa học.
- Chì tồn tạ i trong khí xả dưới dạng hạ t, có đường kính rất nhỏ. Vì vậ y rất dễ xâm nhập vào
cơ thể qua da hoặc đườn g hô hấp . Khi đã vào đượ c cơ thể, khoảng 30-40% lượng chì này đi và o
máu.
- Sự hiện điện củ a chì gây xáo trộ n sự trao đổi ion ở não, làm trở ngạ i cho sự tổ ng hợp
enzyme để hình thành hồ ng cầu . Điều đặc biệt là chì sẽ tác động lên hệ thần kinh làm cho trẻ
em chậm phá t triển trí tuệ.
- Chì bắ t dầu gây nguy hiểm cho con ngườ i khi nồ ng độ củ a nó trong máu vượ t quá
200 -250 g/lít.
M
. HC
II.2-Đối với môi trườ ng:
T TP
SPK
II.2.1-Thay đổi nhiệ t độ khí quyển:
g ĐH
rườn
- Sự hiện điện củ a cá c chất ô nhiễm,ộc vebiệt là cá c chất khí gâ y hiệu ứng nhà kính, trong
đặc à T
u
không khí trướ c hết ảnh hưởng đến àn th trình cân bằng nhiệ t củ a bầu khí quyển.
uye quá
q
Bản
- Trong số những chấ t khí gây hiệu ứ ng nhà kính, người ta quan tâm đến khí cacbonic(CO2)
vì nó là thành phần chính trong sản phẩm cháy củ a nhiên liệu có chứ a cacbon.
- Sự gia tăng nhiệ t độ bầu khí quyển do các chấ t gây hiệu ứng nhà kính có thể được giả i

thích.
+ Quả đất nhận năng lượng từ mặ t trời và bức xạ lạ i qua không gian mộ t phần nhiệ t lượng
mà nó nhận được , nhưng trong quá trình bứ c xạ lại khô ng gian thì mộ t phần nhiệ t lượn g củ a
bức xạ mặ t trờ i bị lớp khí gây ra hiệ u ứng nhà kính giữ lại sẽ bứ c xạ ngượ c về trái đất làm cho
bầu khí quyể n của trái đất ngày càn g nóng hơn.

Hình I.5-Hiệu ứng nhà kính
- Với tốc đôï gia tăng nồng độ khí cacbonic trong bầu khí quyể n như hiện nay. Ngườ i ta dự
đoán vào khoảng giữ a thế kỷ 22, nồ ng độ khí cacbonic có thể tăng lên gấp đô i. Khi đó theo dự
tính củ a cá c nhà khoa họ c sẽ xảy ra sự thay đổ i quan trọ ng đố i với sự cân bằng nhiệ t trên trá i
đất.
- Nhiệ t độ bầu khí quyể n sẽ tăng lê n từ 2 - 3 o C.
- Một phần băn g ở vù ng bắc cự c và nam cự c sẽ tan ra làm tăng chiề u cao mực nướ c biển.
Trang 5
Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -


Trường ĐH SPKT TP. HCM



Ô nhiễm môi trường

Th.S Đỗ Quố c Ấm

- Làm thay đổ i chế độ mưa gió và sa mạc hoá thêm bề mặt trái đất.

II.2.2-Ả nh hưở ng đế n sinh thái :
- Sự gia tăng của NOX, đặ t biệt là NO2 có nguy cơ làm gia tăng sự huỷ hoại lớp ozon ở
thượng tầng khí quyển. Đó là lớp khí cần thiết để lọ c tia cự c tím phá t xạ từ mặt trời.

- Tia cự c tím gây ung thư da và gây độ t biến sinh học . Đặc biệ t là làm độ t biến sinh ra cá c
vi trùng có khả năng làm lây lan các bệnh lạ dẫn đến huỷ hoạ i sự sống của mọ i sinh vật trê n
trái đất giố ng như điều kiện hiện nay trên sao hỏ a.
- Mặt khá c các chấ t khí có tính acid như: SO2 , NO 2, bị oxy hoá tạo thàn h các acid sunfuric,
acid Nitric hoà tan trong mưa, trong tuyết , trong sương mù… làm huỷ hoạ i thảm thực vậ t trê n
mặt đấ t (do mưa acid) và gây ăn mòn các công trình kim loại.

Bản

quy

huo
ền t

äc ve

ờng
à Trư

M
. HC
T TP
PK

ĐH S

Trang 6
Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -

Trường ĐH SPKT TP. HCM



Ô nhiễm môi trường

Th.S Đỗ Quố c Ấm

CHƯƠNG II
CƠ CHẾ HÌNH THÀNH CÁ C CHẤ T ĐỘC HẠI VÀ CÁ C YẾU TỐ
ẢNH HƯỞNG CỦ A ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU XĂNG
Dướ i sự tác động của quá trình cháy trong độn g cơ đố t trong, khí thả i khô ng những bao gồm
với số lượng lớn cá c chấ t như: CO2, H2O, N2 …mà còn mang theo những chấ t độ c hại khá c, tá c
động xấu đến sức khoẻ con người và môi trường như : monoxidecarbon (CO), cá c hydrocarbon
cháy không hết (HC), cá c oxyt nitơ (NOx) , cá c hợp chấ t của chì …
I-CƠ CHẾ HÌNH THÀNH CÁ C OXIDE NITƠ (NOx)
I.1-Cơ chế hình thàn h các oxide nitơ (NOx)
NOX là tên gọ i chung của cá c oxide nitơ gồm có cá c chất như: NO, NO2, N2O, chúng được
hình thàn h do sự kế t hợp giữ a oxi và nitơ ở điều kiện nhiệ t độ cao.
I.1.1-Cơ chế hình thành monoxide nitơ (NO)
- Trong quá trình hoạ t độ ng củ a động cơ lượn g NO sinh ra chiếHCtỷ lệ lớn nhấ t trong họ
mM
TP.
NOX (90 - 98% tổng hợp NOX).
PKT
ĐHi S u kiệ n hệ số dư lượng không khí
Sự hình thành NO do oxi hoá nitơ trong khôn g ơkhí vớ điề
ư øng
ề Tr

xấp xỉ 1, các phản ứ ng chính sau xảy ra: ộc v
thu
NO + N
(1)
O+N2ền
uy
ûn q
BaN+O2
NO + O
(2)
N+OH
NO + H
(3)
Phản ứn g (3) xảy ra khi hỗ n hợ p rất giàu, NO tạo thành trong mà ng lử a và trong sản phẩm
cháy phía sau màng lưả.

m/s
Hình II.1 sự phụ thuộc nồng độ NO theo nhiệt độ
Hình II.1 Cho thấy lượng NO hình thàn h phụ thuộc rất lớn vào nhiệ t độ.
Lượ ng NO sinh ra theo phản ứng sau:
≥ 1100OC
N2 + O2
2NO (4)
Nồng độ NO phụ thuộc và o điều kiện nhiệ t độ cao và nồn g độ O2 có trong sản phẩm cháy.

Trang 7
Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -


Trường ĐH SPKT TP. HCM

Ô nhiễm môi trường

Th.S Đỗ Quố c Ấm

I.1.2-Cơ chế hình thà nh dioxide nitơ : (NO2)
- NO2 là chấ t khí độ c hại, nó đượ c hình thành ở nhiệt độ thườn g khi NO kết hợp vớ i O2 có
trong khô ng khí.
2NO2
(5)
2NO + O 2
- NO2 còn đượ c hình thàn h từ NO với các chất trung gian củ a sản vậ t cháy theo phả n ứng.
NO2 + OH (6)
NO + HO2
- Trong điều kiện nhiệ t độ cao, NO2 tạo thành có thể phân giải theo phản ứ ng (7).
tO
NO2 + O
NO + O 2
(7)
- Trong trườn g hợp NO2 sinh ra trong ngọn lử a bị làm mát ngay bở i mô i chấ t cóp nhiệ t độ
thấp thì phả n ứn g phân giả i (7) bị khốn g chế nghiã là NO2 tiế p tụ c tồn tại trong sản vật cháy.
Vì vậy khi động cơ làm việ c ở chế độ không tả i hay tả i thấp thì nồng độ NO2 trong khí thả i sẽ
gia tăn g.
M
. HC
I.1.3-Cơ chế hình thà nh protoxide nitơ (N2O)
T TP
SPK

- N2O đượ c hình thành chủ yếu từ cá c chất trung g ĐH NH và NCO khi chúng tá c dụng vớ i
gian
ờn
à Trư
NO:
äc ve
uo
(8)
NH th
N2 O + H
uyền + NO
ản q NCO + NO
B
N2O + CO
(9)
N2O cũ ng chủ yếu đượ c hình thành ở vùng oxy hoá ở nồng độ nguyên tử H cao, mà
hydrogene là chất tạo ra sự phân huỷ mạn h protoxide nitơ theo phản ứng:
N2O + H
NH + NO
(10)
N2 + OH
(11)
N2O +H
Vì thế N2O chỉ chiếm tỷ lệ rấ t thấp trong khí xả củ a động cơ đố t trong (khoảng 3-8 ppm/l)
I.2- Các yế u tố ả nh hưở ng đế n sự hình thà nh oxide nitơ:
I.2.1-n h hưởng củ a hệ số dư lượ ng khôn g khí : ()
- Nhiệt độ cháy cực đại tương ứn g khi =0.9 (hỗn hợ p hơi giàu). Tuy nhiên lú c này nồng độ
O2 thấp nên lượ ng NO có trong khí thải không lớ n.
- Nồng độ NO đạ t cực đại khi  1.1 lú c này nồ ng độ O 2 tăng đồng thời nhiệ t độ hỗ n hợp
giảm, cả hai yếu tố này làm lượ ng NO đạ t cực đạ i.

- Khi  tăn g quá lớn, lú c này độ đậm đặ c của hỗn hợp giảm , nhiệ t độ cháy thấp nên lượng
NO cũng giảm theo


Trang 8
Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -


Trường ĐH SPKT TP. HCM



Ô nhiễm môi trường

Th.S Đỗ Quố c Ấm

HìnhII.2:Biến thiên nồng độ NO theo hệ số dư lượng khôn g khí 
I.2.2 Ản h hưởng của hệ số khí sót :
Khí sót giữ vai trò làm bẩn hỗn hợp, do đó làm giảm nhiệ t độ cháy dẫn đến sự giảm nồng
độ NOx. Tuy nhiên, khi hệ số khí só t gia tăng quá lớ n động cơ sẽ làm việ c khô ng ổn định, làm
giảm tính kinh tế củ a độn g cơ và tăn g nồng độ HC.

M
P. HC
T Tn nồng độ NO
Hình II.3-Ả nh hưởng củ a tỷ lệ khí xả hồSPK đế
i lưu
ĐH
ươ g
- Theo đồ thị (Hình II.3) nồng độ chấ t ô nhiễmønNO giảm mạnh theo sự gia tăng củ a tỷ lệ

r
về T
hồi lưu khí xả cho đế n khi tỷ lệ này đạhuộc %.
t 15-20
ền t
I.2.3 Ản h hưởng của góc ûn qny lửa sớm .
đá uh
Ba
- Khi gó c đánh lửa tăng, thời điểm chá y của hỗn hợp sớm lên, áp suấ t cự c đại gần điểm chế t
trên hơn. Nhiệt độ cự c đại cũn g tăng và thờ i gian tồn tại khí cháy cũng tăng theo: hai yếu tố
này khiến NO tăn g.
- Vì thế , tăng góc đán h lửa sớm sẽ làm tăng nồng độ NO trong khí xả cho nên cùn g một áp
suấ t cự c đại khi giảm gó c đánh lử a sớm 10 có thể giảm nồng độ NO từ 20-30%

Hình II.4–Ản h hưởng của góc đánh lử a sớm đến nồng độ NO.
I.2.4- nh hưởng của nhiệ t độ buồ ng cháy :
- Nhiệ t độ buồ ng cháy sẽ tỷ lệ thuậ n vớ i lượng hỗn hợp được đốt cháy, vì vậy khi mở lớn
bướm ga, hỗn hợp vào động cơ tăng, nhiệ t độ buồng cháy tăng và lượn g NOx tăn g ngay cả khi
<1.
Trang 9
Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -


Trường ĐH SPKT TP. HCM

Ô nhiễm môi trường



Th.S Đỗ Quố c Ấm

II- CƠ CHẾ HÌNH THÀNH CARBON MONOXIDE (CO)
II.1-Cơ chế hình thành CO
- Lượng CO trong khí xả độn g cơ chịu ả nh hưởng chính do tỷ lệ hỗn hợp ( ).
+ Trường hợp hỗ n hợp giàu (<1) lượ ng oxy có trong hỗn hợp không đủ để oxy hoá hoàn
toàn lượn g carbon trong hỗn hợp thành CO2, dẫ n tới nồng độ CO trong khí thả i lớn
+ Trường hợp hỗn hợ p nghèo : (>1) trên lý thuyế t khi lượng dư không khí lớn thì khí thả i sẽ
là CO2 và H2 O. Tuy nhiê n với (>1) hỗn hợp nghèo, khi vào buồng đố t sẽ khô ng đượ c hoà trộ n
và phân bố đều tạo nên các vùng cụ c bộ trong buồ ng đố t làm cho việc cháy không hoàn toàn.
Từ đó sinh ra lượng CO cao trong khí thả i.
+ Trong điều kiệ n nhiệ t độ cao phản ứng phân giải sản phẩm cháy sẽ xảy ra làm gia tăng
lượng CO trong khí thả i.
tO cao
2CO2
2CO + O2
M
. HC
T TP
SPK
g ĐH
ờn
à Trư
äc ve
thuo
uyền
q
Bản

Hình II.5- Ả nh hưởng của hệ số dư lượng không khí đến nồng độ C
- Khi động cơ làm việc ở tải nhỏ, điều kiện cháy củ a hỗn hợp không tố t, tạo ra các vùng

cháy không hoàn toàn, dẫn đến nồng độ CO trong khí xả cao bất chấp có sự điều chỉnh hệ số
dư lượn g không khí quanh giá trị cháy hoàn toàn . Do vậy khi ô tô hoạt động trong thành phố
thì sự phát sinh CO là đán g quan tâm nhất vì ôtô thườn g xuyê n làm việ c ở tải thấp .
II.2- Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành CO:
II.2.1- Ảnh hưởng củ a áp suấ t nạ p:
-Ở cùng số vòng quay động cơ, gó c đánh lửa sớm, và hệ số khí só t. Nếu giảm á p suất nạp
sẽ làm tăng khả năng chá y không hoàn toàn, vì vậy sẽ làm tăn g nồng độ CO trong sản phẩm
cháy.
- Sự tăng giảm á p suất nạp luôn xảy ra. Tuy nhiên , từ sự thay đổ i áp suất nạ p dẫn đế n thay
đổi áp suất cự c đại của quá trình cháy, nhưng áp suấ t khí trong giai đoạ n giãn nở khô ng thay
đổi nhiều. Do đó nồng độ CO trên đường xả ít phụ thuộc vào áp suấ t nạ p.

Trang 10
Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -


Trường ĐH SPKT TP. HCM



Ô nhiễm môi trường

Th.S Đỗ Quố c Ấm

II.2.2- Ả nh hưởng của thành phần hỗn hợp :
- Nồng độ CO trong khí xả phụ thuộc rất nhiều vào mứ c độ đậm đặ c () của hỗn hợp (=1/ )

M
. HC
T TP

SPK
Hình II.6 : quan hệ giữa g ĐH độ CO và 
nồng
ờn
à Trư
äc ve
thuo
- Hình II.6 cho thấy nồng độ yền tăng rất nhiều theo độ đậm đặc  vớ i:
uCO
ûn q
 = 0.75  CO = Ba0.5%
 =1.2  CO =2.1%
II.2.3- Ả nh hưởng của góc đánh lử a sớm :
Sự tăn g giảm góc đá nh lử a sớm ( ) sẽ làm ảnh hưởng đến sự hình thàn h CO trong khí xả.
_Khi góc đánh lửa sớm  giảm, quá trình cháy sẽ kéo dà i trên đường giãn nở, áp suất giảm
tạ i đây. Điề u đó làm cho điề u kiện cháy lên xấu đi, làm tăng khả năng cháy khôn g hoàn toàn,
do đó sẽ làm tăng nồng độ CO trong khí xả.

Hình II..7 :Quan hệ giữ a nồng độ CO và gó c đánh lử a sớm 

Trang 11
Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -


Trường ĐH SPKT TP. HCM



Ô nhiễm môi trường

Th.S Đỗ Quố c Ấm

II.2.4-Ảnh hưởng củ a thành phầ n nhiê n liệu :
- Nồng độ CO sẽ tăng giảm phụ thuộ c vào sự có mặt của lượng C chứa trong nhiên liệu.

Góc quay
trụ c khủyu

M
. HC
Hình II. 8 :Quan hệ giữ a cá c loại nhiên liệPKT TP phát sinh CO
u về sự
ĐH S
- Hình II.8 cho thấy nồng độ CO tăng khi C trong nhiên liệu tă ng:
ường
r
về T
uộc
h
II.2.5- nh hưở ng của hệ số uyền tt :
khí só
q
B ûn
- Khi hệ số khí só t tăng,anhiệ t độ cháy sẽ giảm, làm giảm tố c độ phân giả i CO2 thàn h CO,
do đó sẽ làm giảm nồng độ CO trong khí thả i (CO+ O2 = CO2 )
- Vì vậy, trên động cơ hiện đạ i đượ c lắp thêm hệ thốn g lưu hồi khí xả EGR nhằm khốn g chế
nồng độ NOX, đồng thờ i làm giảm nồng độ CO (ở chế độ tải thấp ) trước khi thải ra mô i
trường.

Góc quay

trụ c khủyu
Hình II..9 : nh hưởn g của hệ số khí só t đến nồ ng độ CO trong buồ ng cháy .
III – CƠ CHẾ HÌNH THÀNH HYDROCARBON :HC
- Trê n độ ng cơ HC hình thà nh chủ yếu do sự đố t cháy không hoàn tò an hỗn hợ p trong buồ ng
cháy hoặc cháy không hế t
Trang 12
Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -


Trường ĐH SPKT TP. HCM

Ô nhiễm môi trường



Th.S Đỗ Quố c Ấm

III.1 – Cơ chế hình thàn h hydrocarbon chưa chá y :
- Do sự hình thành cá c vùng dập tắt mà ng lử a, nê n lửa không lan đến được hay khi lan đến
thì nhiệ t độ giảm không đốt đượ c hỗ n hợp tại những vùn g đó.
- Do sự trùng điệ p củ a xú- páp, sẽ có mô t lượng nhiên liệu vừ a nạ p vào đã được thải ra
ngoà i.
- Vớ i tỷ lệ hỗn hợp không thích hợp (giàu hoặ c nghèo) sẽ làm cho một phần hỗn hợp không
cháy được hoặc cháy không hoà n toà n bị thả i ra ngoài.
 Những điề u kiện trên làm cho lượ ng HC không cháy đựơc bị thải ra ngoà i trong kỳ thải.
III.2-Cơ chế hình thà nh HC trong qua trình chá y:
- Nồng độ HC tăn g nhanh theo độ đậm đặ c củ a hỗn hợp. Tuy nhiê n, khi hỗn hợp có độ đậm
đặc quá thấp cũng làm tăng HC trong khí thả i do sự cháy khô ng hoàn toàn củ a độ ng cơ.
III.2.1- Hình thà nh các vùn g dập tắ t.
M

. HC
- Vùng dập tắ t là những vùng có màn g lửa không lan PKn được (Những không gian chế t
đế T TP
Đ S
trong buồng đốt): khe hở giữ a piston, xec-mă ng vớ ig xi-Hlanh, quanh nấm và đế xú -páp, giữa
ườn
r
nắp thân máy với đệm nắp máy. Trongocávekhô ng gian này sẽ nạp mô t lượ ng hỗn hợp ở kỳ
càT
u äc
à h
nạp, sẽ thoatù ra ở kỳ giản nở vàuthản. t n g hỗn hợp này sẽ không cháy hoă c cháy không hoà n
q ye i Lượ
ản
toàn trướ c khi đượ c thải raBmô i trường qua đường xả .
- Các vùng này đươc xem là nguồn chủ yế u phá t sinh HC. Do đó để giảm lượng HC
thải ra môi trường phả i làm giảm các khôn g gian chết trong buồng đố t của động cơ.
- Vì vậy việc thiết kế hợp lý buồng cháy, piston, segment, đệm , nắp máy…. sẽ làm
giảm đáng kể lượng HC trong khí thải.

Trang 13
Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -


Trường ĐH SPKT TP. HCM



Ô nhiễm môi trường

Th.S Đỗ Quố c Ấm

huo
ền t

äc ve

ờng
à Trư

M
. HC
T TP
PK

ĐH S

quy
Bản
Hình II..10-Cá c nguồn phát sinh HC chủ yếu .
III.2.2-Sự hình thành HC ở màng dầ u bô i trơn:
- Ngoà i các không gian chết ra, mà ng dầu bô i trơn bám vào thành cylinder cũ ng làm phá t
sinh HC đáng kể .
Ở thời kỳ nạp, màng dầu bô i trơn đượ c trán g lên bề mặt của cylinder sẽ hấp thụ hơi
hydrocarbon bão hoà, khi cháy hế t nhiên liệ u sự giải phó ng hơi nhiên liệ u từ mà ng dầ u bô i
trơn vào khí cháy bắt đầu. Qú a trình này tiếp tụ c trong kỳ giãn nở và thải, góp phần làm tăn g
lượng HC trong khí thả i.
Ngoài ra sự hiê n điệ n củ a muộ i than trong buồng cháy cũng làm gia tăng sự phá t sinh HC
trong khí thải.
III.2.3-Các yế u tố ảnh hưở ng đế n sự hình thà nh HC:

III. 2.3.1-Ả nh hưởng của quá trình chá y:
Sự dậ p tắt màng lử a có ảnh hưở ng rất lớn đế n sự hình thà nh HC trong quá trình cháy, do có
sự dập tắt màng lử a lan tràn làm cho quá trình cháy diễ n ra khô ng hoàn toàn. Do vậy, sẽ hình
thành và thả i ra môi trường một lượng HC rất lớ n.
III.2.3.2-Ảnh hưởng củ a lớp muộ i than:
Muội than đượ c sinh ra trong buồng cháy là do mộ t lượng dầ u bô i trơn bị chá y hay lượng
oxide chì có trong thiên nhiên bị cháy. n h hưởng của chún g đế n sự hình thành HC trong khí
thải rấ t phức tạp.
 Nếu các khe hở (không gian chết) nhỏ : lớp muộ i than sẽ khôn g cho hỗ n hợp vào cá c
không gian này nhiều, sẽ làm giảm lượn g HC cháy không hế t.
Trang 14
Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -


Trường ĐH SPKT TP. HCM



Ô nhiễm môi trường

Th.S Đỗ Quố c Ấm

 Nếu cá c không gian này lớn: lớp muộ i than sẽ làm giảm tiết điệ n lố i ra, dẫn đến tăng sự
dập tắt màng lử a làm cho lượng HC sinh ra gia tăn g.
III.2.3.3-Ảnh hưởng củ a quá trình thải :
Vào thờ i kỳ cuố i củ a quá trình thả i, cả hai xú-páp đều mở làm cho mộ t lượ ng hỗn hợ p chưa
cháy vừa nạp vào liền thoát ra theo đườn g xả, đồng thời mô t lượn g dầu bô i trơn cũng theo đó
ra ngoà i.
III.2.3.4-Ảnh hưởng củ a áp suấ t nén :
Khi tăng giảm ga độ t ngộ t, sẽ có sự tăng giảm tố c. Đối với trường hợp giảm tốc, lượng hỗn

hợp vào buồng cháy ít nhưng đậm, dẫn đế n áp suấ t nén thấp . Hỗn hợp sẽ chá y khô ng kịp làm
phá t sinh lượng HC trong buồng đố t lớn .
IV- CƠ CHẾ HÌNH THÀ NH CHÌ :
Chì tồn tạ i trong xă ng dướ i dạng tetraetyl chì Pb(C 2H5) 4 với công dụng sau:
 Làm tăn g chỉ số octan củ a xă ng.
 Tạo một lớp màng mỏng giữa bệ xú-páp và xú-páp . Từ đó giảm khả năn g mài mòn củ a
xú-páp.
M
. HC
- Thôn g thường lượng Pb có trong xăn g: 0.15÷0,4 g/lít có khi lên đến 0,7÷0,8 g/lít
T TP
SPK
(TCVN:0,15g/lít)
g ĐH
ờn
à Trư
- Lượng tetraetyl chì này khi cháy trongvbuồn g đố t sẽ sinh ra Pb và theo khí thả i ra ngoà i
äc e
thuo
dưới dạng hạ t nhỏ.
uyền
nq
BảPb(C2 H5)4 + 13O2
Pb+CO2 + 10H2 O
- Lượn g chì có trong xă ng còn ảnh hưởng trự c tiếp đến các thiết bị khác như cảm biến oxy
bầu lọ c xú c tác…
- Để khắ c phụ c điều này, người ta dùn g nhữ ng chấ t phụ gia chống kích nổ khá c không có
gốc chì để thay thế.
V –SỰ HÌNH THÀNH CÁC AXÍT : H 2S03 , H 2S04:
- Trong quá trình chá y lượng S02, S03, H20 sẽ hình thàn h như sau:

 Đối với H 20:
Phả n ứng xảy ra như sau:(Ví dụ C8H8 )
2C8H8 +2502
Đối với SO2,SO3

16CO2 +18H2 O

Lượ ng S có trong nhiên liệu khi cháy sẽ sinh ra SO2 , SO3 như sau.
SO2
S
+
O2
2SO2 +
O2
2SO3
- Như vậy lượng H2SO3, H2SO4 sẽ đượ c hình thàn h như sau:
+
H2 O
H 2SO3
SO2
SO3 +
H2 O
H 2SO4
 Những axít này gây ăn mòn rấ t mạnh.
VI-MỘ T SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞ NG ĐẾN NỒNG ĐỘ CÁ C CHẤ T Ô NHIỄM TRONG
KHÍ XẢ ĐỘNG CƠ ĐỐ T TRONG:
Trang 15
Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -

Trường ĐH SPKT TP. HCM

Ô nhiễm môi trường



Th.S Đỗ Quố c Ấm

VI.1-Động cơ làm việc vớ i hỗn hợp nghèo
- Động cơ làm việc vớ i hỗn hợ p nghèo (hệ số dư lượn g khí  >1,25) dẫn đến nồn g độ CO2
giảm nồn g độ các chất ô nhiễm chính CO, HC và NOX cũng đều giảm, suất tiê u hao nhiên liệ u
giảm. Tuy nhiên, ưu điểm này chỉ có đượ c trong điều kiện phải tổ chức tốt quá trình cháy như
phân bố hợp lý độ đậm đặc củ a hỗn hợp trong buồng cháy .
- Khi gia tăng hệ số dư lượng khôn g khí hay làm bẩn hỗn hợp bằng khí xả hồi lưu vượ t quá
giớ i hạn cho phép sẽ dẫn đến :
 Giảm tốc độ cháy, điểm cự c đạ i củ a áp suấ t sẽ lệ ch về phía giai đoạ n giãn nở dù đánh lử a
sớm hơn.
 Moment phát ra không đều dẫn đến động cơ làm việ c không ổ n định.
 Thường xuyên bỏ lửa.
 Gia tăng mứ c độ phá t sinh HC.
 Gia tăng suất tiêu hao nhiên liệu do tố c độ cháy giảm.
VI.2-Ảnh hưở ng của các chế độ vận hành độn g cơ xăng:
VI.2.1-Cắt nhiê n liệ u khi giảm tốc :
M
. HC
- Để hạn chế nồng độ HC trong giai đoạn động cơ đón g vai P phanh ô tô (khi giảm tốc
T T trò
SPK
nhưng vẫn cài ly hợp), biệ n phá p tố t nhất là ờng ĐHcung cấp nhiên liệu. Tuy nhiên, điều
ngưng

rư
này có thể dẫ n đến điều bất lợi là làm về T hiện hai điểm cự c đại HC: thờ i điểm cắ t nhiên
äc xuất
huo
liệu và thờ i điểm cấ p nhiên yền t lại xảy ra ở động cơ sử dụn g bộ chế hoà khí.
u liệu trở
q
Bản

VI.2.2-Dừng độ ng cơ khi đè n đỏ :
- Chế độ dừng độ ng cơ hợp lý khi ô tô chạy trong thành phố có thể giảm đồng thờ i mức độ
phá t sinh ô nhiễm và suất tiê u hao nhiên liệu. Thự c nghiệm cho thấy khi thờ i gian dừng ôtô
vượt quá mộ t giá trị cực đại thì nên tắ t động cơ. Nếu không xé t đến suất tiê u hao nhiên liệu thì
việ c tắt động cơ không đem lại lợ i ích gì về mặ t ô nhiễm trong trường hợp động cơ có bộ xúc
tá c trê n đườn g thải. Trung bình thờ i gian dừn g cực đạ i là 50 giây, khi vượ t quá thời gian nà y
nên tắ t độ ng cơ nếu động tác này khô ng làm giảm tuổi thọ củ a máy khởi động và bình accu.
VI.3-Ảnh hưở ng của việc giớ i hạn tốc độ ôtô đến sự phá t sinh ô nhiễm:
- Khi ôtô hoạ t độ ng ổ n định, ngườ i ta thấy nồng độ CO đạt cực tiể u ở tố c độ 80÷90km/h,
nồng độ HC giảm dần đến khi tốc độ đạt khoảng 100km/h, sau đó tăng lên chậm còn nồng độ
NOx tăng từ từ đến khi tốc độ độ ng cơ đạ t 70÷80km/h sau đó tăng mạnh, nhất là đố i với độn g
cơ có dung tích cylinder lớn. Các kết quả đo đạ c trê n chu trình có điều kiện thử gần với điề u
kiện vận hàn h thực tế cho thấ y giới hạn tố c độ ít gây ảnh hưởng đến mứ c độ phá t sinh ô
nhiễm. Khi giảm mạn h giớ i hạn tốc độ , nồng độ NOx có thể giảm đi vài phần trăm, nhưng làm
tă ng đô i chú t CO, HC. Khi tăng tố c, nhờ sự rố i củ a khô ng khí phía sau xe, các chấ t ô nhiễm
thải ra khỏi ố ng xả khuế ch tá n nhanh chóng trong không gian, làm giảm nồng độ cụ c bộ củ a
chúng trong môi trường.
- Trên xa lộ Châu Âu , tố c độ giới hạn là 130km/h hoạ t động khi đạ i bộ phận ô tô giảm tốc
độ từ 119-107km/h người ta thấy nồ ng độ các chất ô nhiễm trong bầu khô ng khí quanh hẹâ
thống xa lộ giảm đi đáng kể : CO giảm đi 12, HC giảm 1,7,NOX giảm 10,5. ôtô thí
Trang 16

Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -


Trường ĐH SPKT TP. HCM

Ô nhiễm môi trường



Th.S Đỗ Quố c Ấm

nghiệm khá c đượ c thự c hiệ n bằng cách giảm tố c độ giới hạn từ 100km/h xuố ng 60km/h hoạ t
động trên một bộ phận xa lộ, ngườ i ta thấy lượng NOX giảm đi 50 trong 6 thá ng.
VI.4-Ả nh hưởng của nhiê n liệ u đến mức độ phá t sinh ô nhiễm của độ ng cơ (nhiên liệ u
độ ng cơ xă ng )
- Việ c điều chỉnh độn g cơ có ản h hưởng lớn đế n lượng ô nhiễm phát sinh vì việ c điều chỉnh
này tác động đế n cơ chế hình thành hay phân huỷ các chất ô nhiễm trước khi thoá t ra ngoà i khí
quyển.
- Nhiên liệ u cũ ng gây ảnh hưởng đến sự phá t sinh ô nhiễm. Chủ yếu là do tỉ lệ không
khí/nhiên liệu có thể bị thay đổ i do sự thay đổ i các đặ c trưng hoá lý củ a chúng không phả i lúc
nào cũng đượ c bù lại bở i sự điều chỉnh các thông số củ a động cơ. Như đã biế t, độ đậm đặc củ a
hỗn hợp ảnh hưởng lớn đến mức độ phá t sinh ô nhiễm: NOX đạt cự c đạ i trong môi trườ ng hơi
nghèo ; CO, HC đạt cự c tiểu trong mô i trường nghè o.
VI.4.1-Ả nh hưởn g của khố i lượ ng riê ng nhiê n liệu :
Khố i lượng riê ng nhiên liệu có quan hệ chặt chẽ với thàn h phần cá c hydrocarbon tạo thành
hỗn hợp nhiên liệu thường hay super, đặc biêït là tỉ lệ nguyên tử tổng quá t carbon/hydrogene.
M
. HC
Sự gia tă ng khối lượng riêng củ a nhiên liệu có khuynh PKTnTPlàm nghèo hỗn hợp đối vớ i
hướ g

S
động cơ dùng bộ chế hoà khí và ngượ c lại làm giàu g ĐHhợ p đối với động cơ phun xăn g. Tuy
hỗn
ườn
r
nhiên, do phạm vi thay đổ i khố i lượng riênvenhiên liệu rấ t bé (từ 2,5 đến 4%) ả nh hưởng củ a
g àT
uộc
nó đến mứ c độ phát sinh ô nhiễyền ta động cơ khi đã điề u sẵn vớ i một lượn g nhiên lịệu cho
m củ h
qu
Bản
trước không đá ng kể.
VI.4.2- Ả nh hưởn g của tỷ lệ HC thơm:
- Hiện nay ngườ i ta có khuynh hướ ng gia tăng hàm lượ ng các chấ t hydrocarbon thơm trong
nhiên liệ u để thay thế nhiên liệu có chì.
- Cá c hydrocarbon thơm có chỉ số octane nghiên cứu >100 và chỉ số octane độ ng cơ MON
thường lớn hơn 90. Do đó thêm thành phần HC thơm vào trong nhiê n liệ u là mộ t biệ n pháp làm
tă ng tính chốn g kích nổ củ a nhiên liệu hiện đại.
- Các HC thơm có tỷ số C/H cao hơn do đó khố i lượ ng riêng lớn hơn. Do nhiệ t lượng toả ra
đối với một đơn vị thể tích cao hơn nên nhiệt độ cháy củ a hỗn hợp tăng làm tăn g NOX.
- Mức độ phá t sinh CO ít bị ản h hưởng bởi hàm lượng hydrocarbon. Tuy nhiên , các
hydrocarbon thơm có cấu tạo ổn định nê n có động họ c phản ứ ng cháy chậm hơn.Do đó, trong
cùng mộ t điều kiệ n cháy,sự phá t sinh hydrocarbon chưa cháy của nhiê n liệu chứ a nhiề u
hydrocarbon thơm sẽ cao hơn trong cùng điề u kiện cháy.
VI.4.3-Ảnh hưở ng của tính bay hơi .
- Nhữn g thành phần quá nặng (bay hơi ở nhiệ t độ lớ n hơn 200-220C) có ảnh hưở ng đến sự
phá t sinh HC chưa cháy, do sự bố c hơi kém cháy khôn g hoàn toàn.
- Những thành phần nhẹ hơn, cần thiế t cho việc khở i độn g và làm việ c ở trạng thá i nguộ i,
ngoà i ra còn ảnh hưởn g đến tổ n thất do bay hơi.

- Chính những thành phần dễ bay hơi nhất, đặc biệt là cặp butane –penture. Cặp này nhẹ
thường có nhiều hơn quy định trong quá trình lọ c dầu, đượ c pha vào nhiên liệ u đế n giớ i hạn tố i
đa cho phé p để tận dụ ng chỉ số octane cao củ a nó (butane có chỉ số octane nghiên cứ u = 94)
nhằm bù trừ việ c giảm hàm lượng chì. Tính bay hơi củ a nhiên liệu khô ng gây ả nh hưởng đế n
sự phát sinh NOx trong khí xả , chỉ số CO và HC gia tăng .
VI.4.4-Ả nh hưởn g của chỉ số octane.
Trang 17
Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -


Trường ĐH SPKT TP. HCM

Ô nhiễm môi trường



Th.S Đỗ Quố c Ấm

Chỉ số octane có ả nh hưởng đến mứ c độ phá t sinh ô nhiễm , đặc biệ t khi độ ng cơ bị kích
nổ, sự giảm chỉ số octane dẫn đến sự gia tăng tính kích nổ, do đó làm tăng NOX nhấ t là khi hỗn
hợp nghèo.
VI.4.5-Ảnh hưở ng của các chấ t phụ gia :
- Trong nhiên liệu dù ng cho độ ng cơ xăngthì thường được pha và o nhiều chấ t phụ gia như:
chất phụ gia làm tăng chỉ số octane, chống oxi hoá, làm sạch bề mặt đường ống nạp …
- Những chấ t phụ gia chì, dù rằng thà nh phần củ a nó không đủ để loại trừ hết những lớp
bám trong buồ ng cháy. Sự hiện điện của các lớp bám này dường như không gây ản h hưở ng đến
nồng độ CO và NOX nhưng làm tăng HC.
- Nhữn g chất phụ gia làm sạch bề mặt đườn g ống nạp cho phép giữ đượ c sự điều chỉnh ban
đầu và sự ổn định về mứ c độ phát sinh CO và HC ở chế độ không tả i.
VI.4.6-Ảnh hưở ng của việc sử dụng nhầm nhiên liệ u

- Nhầm nhiê n liệu là việc cung cấp không đúng nhiên liệu cho động cơ. Trong thự c tế
thườ ng diễ n ra sự nhầm lẫn cung cấp nhiên liệu pha chì cho độn g cơ có ốn g xả xú c tác
.Chất chì này gây hạ i cho bộ xúc tác và làm giảm hiệu quả củ a nó dẫ n đến sự gia tăng
M
. HC
dần cá c chất ô nhiễm sau ống xả. Trong trường hợp này, T TP
khi cung cấp xă ng khô ng chì trở
SPK
lại thì tính năng củ a bộ xú c tác không đạ t đươcøng ĐHquả ban đầu.
hiệ u
ơ
à Trư
VI.5-Thô ng số thiết kế.
äc ve
thuo
Mối quan tâm hàng đầu củ a việ c thiết kế động cơ là phả i làm sao để giảm mức độ phát sinh
uyền
q
Bản
ô nhiễm.
- Đối vớ i động cơ xăng, có 3 chấ t gây ô nhiễm đượ c đặc biệ t quan tâm: NOx, HC và CO .Để
có thể làm giảm nồng độ cá c chất khí độ c hại nằm trong giới hạn cho phép, cá c nhà thiết
kế phả i chế tạo động cơ sao cho những thông số về thiế t kế và thông số về hoạ t độn g …
phù hợp vớ i từng loại động cơ.

VI.5.1-Tỉ số giữa điệ n tích bề mặ t buồn g đố t và thể tích củ a nó .
- Một trong nhữ ng thông số đặc trưng củ a buồn g đố t là tỉ số giữ a điện tích bề mặt buồng đố t
và thể tích củ a nó(F/V). Càng tăng tỉ số này thì số lượng hỗn hợ p tiếp xú c với thành buồ ng đố t
càng lớn. Do đó sự mấ t mát nhiệ t vào nước làm má t sẽ lớn tính tiế t kiệm và tố c độ lan trà n
màng lưả giảm xuốn g dẫn đến lượng HC có trong khí thải tăng.

Trang 18
Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -


Trường ĐH SPKT TP. HCM

Ô nhiễm môi trường



Th.S Đỗ Quố c Ấm

Hình II.1- Sự phụ thuộ c của nồng độ HC có trong khí thả i vào tỷ số giữ a bề mặt và thể tích
M
buồng đốt.(F/V)
. HC
T TP
PK
ĐH S
g tỉ số F/V sẽ làm tăn g khoả ng cách từ bu- Ngoài ra ở các điều kiện khác như nhau, khi ương
tă øn
à Tr
äc ve i gian để đố t cháy hế t lượn g hỗn hợp hoà khí sẽ
gi đế n điểm xa nhất củ a buồ ng đố t. Doó thờ
th o
uyền thả i. Vì những nguyên nhân này sẽ tạo điều kiệ n thuậ n
tă ng làm tăn g lượng HC có ûn q khí
trong
Ba

lợ i cho việ c hình thàn h muộ i than và sinh ra kích nổ ở độ ng cơ.
VI.5.2-Tỉ số né n .
- Nhữ ng tính toán lý thuyế t cho thấy khi tăng tỉ số nén thì tính kinh tế củ a độn g cơ tăng,
nhưng đồng thờ i cũng tăng tổn thất cơ giới. Ngoà i ra, nếu tăng tỉ số né n quá lớn thì sẽ sinh ra
hiện tượ ng kích nổ ở động cơ. Vì vậy việc tăng tỉ số nén chỉ có lợ i trong mộ t phạm vi nhấ t
định.
- Khi tỉ số nén tăn g nhiệt độ cuố i quá trình cháy tăn g, điều nà y làm tăng nồn g độ NOx có
trong khí thả i. Ngoài ra, tăn g tỉ số né n cũng làm cho nhiệ t độ cuố i quá trình thả i giảm xuống,
như vậy sẽ làm tăng lượn g HC, CO có trong khí thả i.
- Theo giáo sư B.Vpêtơrop nhiệ t độ cuố i quá trình thải được tính
Tr=1450/ + 1092/  + 0,14n - 494K (khi   1 )
Tr=1450/ + 738/  + 0,14n +1336K(khi   1 )

Trang 19
Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -


Trường ĐH SPKT TP. HCM

Ô nhiễm môi trường



Th.S Đỗ Quố c Ấm

Hình II.2- nh hưởng củ a tỷ số nén đến nồn g độ NOx cóCM khí thải.
trong
H
TP.
PKT

H Ta
Đy . S nhậ n thấy, thờ i gian cháy để đạ t
Tỉ số nén cũng ảnh hưởng trự c tiếp đế n tố c độønchá
ươ g
ề Tr
tăng từ 0,0054 giâ y (=4) tớio0,00375 giây (=6). Tố c độ cháy thay đổ i như thế là
giá trị Pmax
v
hu äc
vì khi độ nén tăng, hỗn hợp nhiêyeliệt đặ c hơn các phần tử nhiên liệ u nằm gần nhau hơn. Như
n àn u
qu
Bản
vậy, khi tăng tỉ số nén độ ng cơ có thể làm việc vớ i hỗn hợ p loãng hơn (điều này làm giảm các
chất độc hại có trong khí thả i ).

Hình II.3 nh hưở ng của tỷ số nén đến đường biểu diễ n quá trình cháy
Đường A:=4 ; Đường B :=5 ; Đườ ng C :=6

Trang 20
Thư viện ÑH SPKT TP. HCM -


Trường ĐH SPKT TP. HCM



Ô nhiễm môi trường

Th.S Đỗ Quố c Ấm

Hình II..4- Ảnh hưởng củ a tỷ số nén đến giớ i hạn làm việc củ a độ ng cơ.
- Theo hình 3.4 ta thấy khi  tăng từ 1016 động cơ có thể làm việc vớ i hỗn hợp loãng hơn
VI.5.3. Hình dạng buồ ng đố t :
- Hình dạng và kích thướ c buồng đốt ản h hưởn g rất lớn đến tỉ số né n của động cơ. Bằng thự c
nghiệm ngườ i ta thấy với dạng buồng đố t hình chỏm cầu có bố trí xú-páp treo thì tỉ số né n là
lớn nhất .
M
- Dạng buồng đố t đươc thiết kế sao cho khả năng xoáy lốc củTP. HC p tăn g, nó làm cho sự
a hỗn hợ
T
K
hoà hợp hỗn hợp nhiê n liệu đượ c tố t hơn, tăng khả nănH SPm” bung “những màng nhiê n liệ u
g Đ g là
øn
còn đọ ng lạ i trên vách cylinder để đưa vào ề Trươ oxi hoá. Tuy nhiên nếu dạng buồn g đố t
quá trình
äc v
quá phức tạp sẽ làm tă ng tỉ số F/Vvà thuo hưởn g đến sự hình thành HC + CO như đã trình bày ở
àn ảnh
quye
phần trướ c.
Bản









Hình II.5 Quan hệ giữa tỷ số nén với dạng buồng cháy
(Khi dùng xăng có chỉ số ốc- tan =70)
Trang 21
Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -


Trường ĐH SPKT TP. HCM



Ô nhiễm môi trường

Th.S Đỗ Quố c Ấm

VI.5.4-Bố trí bu-gi và xú-páp:
- Việc bố trí xú-páp, số lượ ng xú-páp có ảnh hưở ng trự c tiếp đến dạ ng buồ ng đố t và tỉ số
nén động cơ do đó nó ảnh hưở ng đến tố c độ lan tràn mà ng lử a và tố c độ tăng á p suất của độn g
cơ.
- Vị trí của xú-páp và bu-gi có quan hệ chặt chẽõ với nhau. Thông thường ngườ i ta bố trí bugi nằm lệ ch về phía xú-páp thải vì đâ y là nơi có khả năng xả y ra hiện tượn g kích nổ lớn. Điê ù
này giúp việ c đố t chá y hỗn hợp sẽ bắt đầu từ vùng không ổn định và làm giảm khả năn g kích
nổ trong động cơ hay nói cá ch khá c là làm giảm muội than và HC có trong khí thải.
- Đố i với độn g cơ sử dụng 45 xú-páp thì bu-gi thường đượ c bốâ trí ở tâm buồng đố t. Như
vậy khoảng cá ch từ bu-gi đến điểm xa nhấ t củ a buồn g đố t sẽ đồn g đều hơn.

Bản

quy

huo
ền t

äc ve

ờng
à Trư

M
. HC
T TP
PK

ĐH S

Hình II..6 Vị trí củ a Bu-gi và xu-ùp áp
VI.5.5-Tỉ lệ giữa khoảng chạ y piston và thể tích cylinder (S/D):
- Tỉ lệ S/D là mộ t tỉ lệ có quan hệ mật thiế t vớ i tỉ lệ F/V.
- Ở cùn g mộ t thể tích cho trước, khi ta giảm tỉ lệ S/D nghóa là khoảng chạy của piston sẽ
ngắn hơn, điện tích bề mặ t buồng đố t sẽ tăng lên (F/V tăng ), kết quả là làm cho lượng HC có
trong khí xả tăng như đã nói trong phần trước . Vì thế động cơ có khoảng chạ y dà i thích hợ p
hơn.

Trang 22
Thư viện ÑH SPKT TP. HCM -


Trường ĐH SPKT TP. HCM

Ô nhiễm môi trường

Th.S Đỗ Quố c Ấm



M
. C
Hình II.7- Sự phụ thuộ c của HC ở từn g tỷ lệ S/D khác nhauH tỷ lệ nhiên liệu.
T TP và
SPK
g ĐH
ờn
VI.6. Một số các thô ng số về chuẩn bị hỗnTrưp và các thô ng số điề u chỉnh khác
à hợ
äc ve
uo
VI.6.1-Chuẩn bị hỗn hợp và yền th
phun nhiên liệ u :
u
q
- Trong các động cơ hiệnûn
Ba nay thì việc chuẩ n bị hỗn hợp và kiểm soát hỗn hợp trước khi nó
được đốt cháy trong buồn đốt là rất quan trọn g, vì nó ảnh hưởng rất lớn đến sự hình thành các
chất khí độ c hại trong khí thải động cơ .
- Do sự hạn chế củ a độ ng cơ chỉ làm việc trong phạm vi hẹ p của hỗn hợp (). Khi <1 hỗn
hợp hơi giàu lúc này sự thiếu hụ t oxi làm tăng lượng CO đáng kể và sự bỏ lử a cũng làm tăn g
lượng HC (ngay cả khi >1,2). Vì nhữ ng lý do đó , sự chuẩn bị và kiểm soá t hỗn hợp cũn g
không thể nào làm giảm tối thiểu tất cả những thành phần độ c hại trong khí thả i cùng mộ t lúc

- Việc hình thành hỗn hợp trong điề u kiện tố t nhấ t là mộ t mong muốn củ a các nhà thiết kế:
+ Đối vớ i độ ng cơ dùng bộ chế hoà khí: sự hoạ t độn g tố t đạt đượ c là do giảm tố i thiể u sự
hình thàn h mà ng nhiên liệu nếu không kể đến ản h hưởn g của cá c đặ c tính khác.
+ Đối vớ i độn g cơ phun xăng :để cho nhiên liệu đượ c phun ra tơi sương hơn thì đòi hỏi phả i
có biện pháp bổ sung như là tạo tú i khí xung quanh kim phun.

Trang 23
Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -


Trường ĐH SPKT TP. HCM



Ô nhiễm môi trường

Th.S Đỗ Quố c Ấm

Kim phun
nhiê n liệ u

ờng
à Trư

Bản

äc ve
Đường ống nạp
thuo
ền

Đường ống cung
cấ p khô ng khí

M
. HC
T TP
PK

ĐH S

quy

Cánh bướm ga

Hình II.8 : Sự phủ khí xung quanh kim phun
- Lượng khí đượ c sinh ra trong khí thả i nhiề u hay ít cò n phụ thuộc vào sự ổn định của hỗ n
hợp, sự ổn định này đượ c kiểm soát bở i cảm biế n  (cảm biến oxy). Nhiệm vụ củ a cảm biế n là
tự độ ng ghi tỉ lệ hỗn hợp và điều chỉnh lương hỗn hợp lạ i cho phù hợp. Tuy nhiên, hệ thống chỉ
hoạ t độ ng trong phạm vi 1, ngoà i phạm vi này ra nó sẽ làm việc khôn g nhạy.

Hình II.9- Sự làm việ c củ a cảm biế n .

Trang 24
Thư viện ĐH SPKT TP. HCM -