Tìm hiểu thiết bị, thu thập,nghiên cứu và phân tích các số liệu kiểm định khí xả của động cơ của mộtsố loại ô tô lưu hành phổ biến tại Thanh Hóa

LỜI NÓI ĐẦU
Động cơ đốt trong đóng một vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân.
Và là nguồn động lực chính của các phương tiện vận tải như: Ôtô, tàu thuỷ, tàu
hoả, máy bay…hay các máy công tác như: máy phát điện, máy xây dựng, các
máy công cụ trong công nghiệp, nông nghiệp… Tuy nhiên động cơ đốt trong
cũng là nguồn gốc gây ra ô nhiễm môi trường.
Trong tình hình thế giới phát triển nhanh như hiện nay, sản lượng công
nghiệp hằng năm ngày càng tăng nhanh thì nguồn năng lượng tiệu thụ trên thế
giới ngày càng lớn. Động cơ đốt trong vẫn là nguồn cơ năng chính cho các
phương tiện hiện nay. Chính vì vậy mà lượng sản phẩm khí thải từ động cơ đốt
trong trên thế giới càng ngày càng tăng, gây ô nhiễm môi trường nặng nề ảnh
hưởng trực tiếp biến đổi khí hậu ngày càng phức tạp, trái đất ngày càng nóng
lên, ảnh hưởng rất xấu tới sức khoẻ con người, gây nạn tuyệt chủng động thực
vật… trên toàn thế giới.
Để giảm lượng độc hại phát ra từ sản phẩm khí thải của động cơ đốt trong
mà vẫn có thể duy trì được tốc độ phát triển của nền công nghiệp trên thế giới.
Một số nước có nền công nghiệp phát triển hàng đầu trên thế giới, cũng là các
nước có lượng khí thải phát sinh độc hại gây ô nhiễm nhiều nhất trên thế giới
như: Mỹ, Nhật Bản và một số nước Châu Âu đã đi đầu trong việc nghiên cứu và
đưa ra các biện pháp giảm thiểu lượng khí thải độc hại ra môi trường. Bên cạnh
đó các nước này cũng đưa ra các tiêu chuẩn về nồng độ các chất độc hại trong
khí thải động cơ và bắt buộc các xe được sản xuất trong nước cũng như các xe
nhập khẩu đều phải tuân thủ các tiêu chuẩn khí thải.
Để đánh giá chất lượng động cơ về phương diện khí thải, động cơ phải được
thử nghiệm trong những điều kiện cụ thể và theo một chu trình thử nghiệm quy
định. Hiện nay trên thế giới có nhiều chu trình thử như: Chu trình của Mỹ, Nhật
Bản, Châu Âu… ứng với mỗi chu trình của nước là một tiêu chuẩn khí thải. Các
hệ thống tiêu chuẩn được xây dựng cho các loại động cơ khác nhau như: Động
1

1

cơ xăng, động cơ diesel, động cơ sử dụng nhiên liệu khí LPG… Ở Châu Âu áp
dụng một số chu trình thử như: ECE15, EUDC, NEDC… để thử nghiệm công
nhận kiểu cho các dòng xe mới. Bắt đầu áp dụng tiêu chuẩn khí thải EURO 1
vào năm 1992, EURO 2 vào năm 1996, EURO 3 vào năm 2000, EURO 4 vào
năm 2005. Các tiêu chuẩn ngày càng đòi hỏi khắt khe hơn về nồng độ các chất
trong khí thải động cơ.
Ở Việt Nam trước tình hình nền kinh tế đất nước đang bước vào giai đoạn
đầu của những nước có nền kinh tế phát triển chúng ta cũng phải tuân theo xu
hướng chung của thế giới đó là: Phát triển bền vững, tức là phát triển nhưng bảo
vệ môi trường. Chính vì vậy mà nhà nước ta đã áp dụng chu trình thử và tiêu
chuẩn Châu Âu để thử nghiệm và công nhận kiểu cho các dòng xe. Đặc biệt nhà
nước ta đã bắt đầu áp dụng tiêu chuẩn EURO 2 từ ngày 01/07/2007 cho tất cả
phương tiện vận tải trên đất nước ta.
Từ những lý do trên và được sự đồng ý của thầy giáo hướng dẫn Thạc sĩ.
Dương Mạnh Đức – Bộ môn Động lực – Khoa Cơ Điện – Trường ĐH Nông
Nghiệp Hà Nội em tiến hành thực hiện đề tài: “Tìm hiểu thiết bị, thu thập,
nghiên cứu và phân tích các số liệu kiểm định khí xả của động cơ của một
số loại ô tô lưu hành phổ biến tại Thanh Hóa”
Địa điểm thực hiện đề tài : “Trung tâm đăng kiểm xe cơ giới Thanh Hóa
3601S”
Mục đích của đề tài:
1. Tìm hiểu sơ đồ cấu tạo, tính năng kỹ thuật, phương pháp kiểm tra bằng các
thiết bị kiểm định khí xả của một số loại ôtô đang lưu hành rộng rãi tại
Thanh Hóa.
2. Tìm hiểu tác Hại của khí thải động cơ với con người và môi trường.
3. Tìm hiểu và tập hợp hệ thống các chỉ tiêu đánh giá tình trạng kỹ thuật và độ
ô nhiễm môi trường của động cơ ô tô của Việt Nam và một số nước khác
trên thế giới.

2

2


4. Thu thập, tập hợp, phân tích, đánh giá các số liệu kiểm tra của các loại động
cơ ô tô hiện đang lưu hành tại Thanh Hóa.

Chương 1: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết
1.1. Cơ chế hình thành và tỷ lệ các chất khí thải:
Do có những điểm khác nhau về nhiên liệu, hình thành hỗn hợp và cháy
nên tỷ lệ các chất độc hại trong khí thải động cơ xăng và động cơ Diesel cũng
khác nhau.
1.1.1. Động cơ xăng:
Hình 1-1 trình bày tỷ lệ trung bình tính theo khối lượng các chất độc hại
trong khí thải động cơ xăng theo chu trình thử đặc trưng của Châu Âu.

Hình

1-1: Tỷ lệ

( khối

lượng) các chất độc
hại trong khí thải động cơ xăng.

Như vậy, các chất thải chính trong động cơ xăng là CO, CmHn và NOx.
Nồng độ các thành phần độc hại nói trên phụ thuộc rất nhiều vào hệ số dư
không khí α (mức độ đậm nhạt của hỗn hợp) được thể hiện rõ trên hình 1-2. Sau
đây sẽ phân tích tỷ mỷ các quan hệ này.

1.1.1.1. CO:
Mô-nô-xit-các-bon được hình thành từ phản ứng sau:
2C + O2 = 2CO.

3

3


Đây là phản ứng cháy thiếu

ôxy. Rõ ràng là α càng nhỏ thì nồng độ CO

càng lớn và ngược lại.
Khi α < 1, quá trình cháy
thiếu O2 nên thành phần CO
lớn, trong quá trình giãn nở
một phần CO sẽ kết hợp với
hơi nước (có trong sản phẩm
cháy) để tạo thành CO2.

Hình 1-2: Đặc tính các thành
phần độc hại
theo hệ số dư không khí α.
Khi α > 1 về lý thuyết sẽ thừa

O2

nhưng vần còn một lượng nhỏ

CO.

Lý do là trong buồng cháy vẫn

có

những vùng cục bộ có α < 1, tại

đó

quá trình cháy thiếu O2. Mặt khác,

tại

những vùng sát vách, do hiệu ứng

làm

lạnh còn gọi là hiệu ứng sát vách

nên

CO không ôxy hoá tiếp
thành CO2. Trong khi đó,

H

ình 1-3: Nồng độ các chất sau phản ứng cháy
phần lớn CO sinh ra trong quá trình cháy sẽ kết hợp tiếp với O 2 trong quá trình
giãn nở trong điều kiện nhiệt độ từ 1700 đến 1900K để tạo thành CO2.

4

4


Từ khi nhiệt độ trong quá trình giãn nở < 1700K trở đi, nồng độ CO
không đổi. Đây chính là nồng độ CO trong khí thải. Sự thay đổi tổng hợp các
thành phần của phản ứng cháy Các bon được thể hiện trên hình 1-3.
Đối với trường hợp đốt hỗn hợp nghèo(α > 1), CO còn hình thành trong
quá trình giãn nở do cháy rớt, cụ thể cháy tiếp Cacbuahyđrô chưa cháy.
1.1.1.2. CmHn:
Trên hình 1-2 thể hiện rõ C mHn đạt giá trị nhỏ nhất ở α = 1,1÷1,25. Những
vùng có giá trị ngoài vùng này có tỷ lệ nhiên liệu- không khí quá đậm hoặc quá
nhạt, có khi vượt ra ngoài giới hạn cháy nên nhiên liệu không cháy được. Mặt
khác, đối với bất cứ α nào, trong buồng cháy cũng có những vùng đặc biệt mà
hỗn hợp không thể cháy được như:
- Lớp sát vách các chi tiết: Có nhiệt độ thấp nên khi màng lửa lan tràn
đến đây sẽ bị dập tắt, do đó nhiên liệu tại đây không được đốt cháy.
Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng sát vách.
- Vùng giữa các kẽ hẹp: Khe giữa đầu Piston và xy lanh…
Ngoài ra, trong quá trình nén thường hình thành màng dầu trên mặt gương
xy lanh. Trong quá trình giãn nở áp suất giảm, màng dầu bay hơi làm tăng CmHn.
Thành phần của CmHn rất đa dạng: Thành phần chủ yếu là cacbuahyđrô
thơm (benzene, toluen, êtyn benzene…) Ôlêphin (propan, etan…) hay Paraphin
(metan…)…
1.1.1.3. NOx:
NOx hình thành từ phản ứng ôxy hoá nitơ trong điều kiện nhiệt độ cao của
quá trình cháy. Thành phần của NOx phụ thuộc rất nhiều vào hệ số dư không khí
α tức nồng độ Oxy của hỗn hợp và nhiệt độ quá trình cháy, đạt giá trị cực đại tại

α = 1,05÷1,1 (xem hình 1-2). Tại đây nhiệt độ của quá trình cháy đủ lớn để Oxy
và Nitơ phân huỷ thành nguyên tử có tính năng hoạt hoá cao và cũng tại đây
nồng độ Oxy đủ lớn bảo đảm đủ Ôxy cho phản ứng, do đó NO x đạt cực đại.
Trước giá trị này, khi α tăng, nồng độ Oxy tăng, nên NO x tăng. Sauk hi đạt cực
đại, khi α tăng hỗn hợp nhạt nhiệt độ của quá trình cháy giảm nên NOx giảm.
5

5


Thành phần của NOx: NO chiếm tới 90 ÷ 98% tuỳ thuộc vào α phần còn lại
là NO2. Cơ chế hình thành NO được mô tả dưới đây, trước hết dưới nhiệt độ cao
Oxy bị phân huỷ thành Oxy nguyên tử.

Tiếp theo là các phản ứng với sự tham gia của các nguyên tử có tính năng
hoạt hoá cao:

Hai phản ứng này được gọi là chuỗi zeldovich. Ngoài ra NO còn được hình
thành từ phản ứng sau:

Thực nghiệm chứng tỏ, NO hình thành chủ yếu ở phía sau ngọn lửa trong
vùng cháy và các phản ứng hình thành NO diễn ra rất chậm so với quá trình hình
thành CO.
Ngoài 3 thành phần độc hại chính trên trong khí thải động cơ đốt trong còn
có một số chất khác như: Anđêhít và các hợp chất chứa Chì.
1.1.1.4.

Anđêhít:

Anđêhít là loại cacbuahyđrô chứa Ôxy, điển hình là foocmolđêhit. Bang

Caliphooclia của Mỹ là nơi đầu tiên đưa ra tiêu chuẩn hạn chế thành phần
Anđêhít trong khí thải.
1.1.1.5. Các hợp chất chứa chì:
Để chống kích nổ trong động cơ xăng người ta thường pha vào xăng các
hợp chất phụ gia chứa Chì như: Tetraetin Chì có công thức hoá học là
Pb(C2H5)4. Do đó trong sản phẩm cháy của động cơ xăng (dùng xăng pha Chì)
có các hợp chất chứa Chì ở dạng hạt rắn rất nhỏ, tuy cũng có tác dụng rà khít
xupap với đế xupap nhưng cũng gây mài mòn các chi tiết của động cơ, đồng thời
gây tác hại đối với môi trường và sức khoẻ con người. Để giảm ảnh hưởng mài
mòn các chi tiết của động cơ, người ta pha vào xăng các hợp chất vô cơ của
6
6


nhóm halogen (như clo và brôm). Các hợp chất này có tác dụng làm giảm nhiệt
độ sôi của Oxit Chì. Sau phản ứng cháy các hợp chất của nhóm halogen với Chì
sẽ được thải ra khỏi buồng cháy dưới dạng khí.
Do những tác hại nêu trên phụ gia pha Chì ngày càng ít được sử dụng.
Nhiều nước đã thực hiện thành công cấm hoàn toàn xăng pha Chì như: Mỹ, Nhật
Bản, Canađa, Áo, Thuỵ Điển, Brazin, Clombia, Croatia, Thái Lan…Tại Việt
Nam, quyết định sử dụng xăng không pha chì có hiệu lực từ ngày 01/07/2001.
1.1.2. Động cơ Diesel:
Đặc điểm của hệ thống Diesel là hỗn hợp bên trong nên hệ số dư không khí
α so với động cơ xăng nằm trong một giới hạn rất rộng, cụ thể từ 1,2 đến 10 từ
toàn tải đến không tải. Chính vì giới hạn α rộng nên điều chỉnh tải bằng phương
pháp điều chỉnh α còn gọi là điều chỉnh chất. Do đó khác với điều chỉnh lượng
của động cơ xăng, trên đường nạp không có tiết lưu.
Trên hình 1-4 thể hiện cơ chế hình thành chất thải độc hại ở động cơ Diesel
truyền thống không hình thành hỗn hợp trước. Hình 1-5 trình bày đặc tính của
các thành phần độc hại chủ yếu trong động cơ Diesel phun trực tiếp theo hệ số

dư không khí α.

Hình 1-4: Cơ chế hình thành các chất độc hại ở động cơ diesel truyền thống
không hình thành hỗn hợp trước
Qua hình 1-4 ta thấy lượng NOx hình thành nhiều nhất ở vùng cháy hoàn
toàn α = 1 do nhiệt độ cao. HC tồn tại nhiều ở vùng hỗn hợp nhạt do không đủ
không khí để nhiên liệu tự cháy. Ở khu vực giữa tia phun chất thải dạng hạt hình

7

7


thành nhiều nhất, đây chính là vùng bị oxi hoá trong lòng ngọn lửa bị khuếch
tán. Sau đây ta sẽ khảo sát tỷ mỷ những đặc tính này.

H

ình 1-5:
Đặc tính các thành phần độc hại của động cơ diesel theo α.

1.1.2.1. CO:
Trong khí thải động cơ Diesel, tuy α > 1 và khá lớn (thừa ôxy) nhưng vẫn
có thành phần CO mặc dù khá nhỏ là do vẫn có những vùng với α < 1 (thiếu
ôxy). Khi α tăng ban đầu CO giảm do nồng độ Ôxy tăng và đạt giá trị cực tiểu
tại. Tiếp tục tăng α, CO tăng do tỷ lệ tái hợp của CO và Oxy trong quá trình giãn
nở giảm đi nên lượng CO còn lại trong khí thải tăng lên.
1.1.2.2. CmHn:
Do α lớn nên CmHn trong động cơ Diesel so với động cơ xăng cũng nhỏ hơn.
Khi α tăng, nhiệt độ cháy giảm nên phần nhiên liệu không cháy được C mHn sẽ tăng

lên. Đối với phương pháp hỗn hợp màng, do hiệu ứng sát vách ảnh hưởng mạnh nên
CmHn lớn hơn so với trường hợp hỗn hợp thể tích. Nếu tổ chức xoáy lốc và hòa trộn
tốt trong quá trình hình thành hỗn hợp, thành phần CmHn sẽ giảm.
1.1.2.3. NOx:
Khi α tăng, nhiệt độ cháy giảm nên thành phần NOx giảm (xem hình 2-4). So với
ở động cơ xăng thì thành phần NO2 trong NOx cao hơn, cụ thể chiếm 5 đến 15%.
Phương pháp hình thành khi hỗn hợp có ảnh hưởng lớn đến hình thành NO x.
Đối với buồng cháy ngăn cách, quá trình cháy diễn ra ở buồng cháy phụ (hạn
8

8


chế không khí) rất thiếu ôxy nên mặc dù nhiệt độ lớn nhưng NO x vẫn nhỏ. Khi
cháy ở buồng cháy chính, mặc dù α rất lớn, ôxy nhiều nhưng nhiệt độ quá trình
cháy không lớn nên NOx cũng nhỏ. Tổng hợp lại, NO x của động cơ buồng cháy
ngăn cách chỉ bằng khoảng

1

2 so với ở động cơ buồng cháy thống nhất.

1.1.2.4. Chất thải dạng hạt:
Theo định nghĩa Tổ chức bảo vệ môi trường bang Caliphocnia thì P-M là
những thực thể (trừ nước) của khí thải sau khi được hoà trộn với không khí (làm
loãng) đạt nhiệt độ nhỏ hơn 51,70C và được tách ra bằng một bộ lọc qui định.
Với định nghĩa như vậy, P-M gồm các hạt rắn và các chất lỏng bám theo.
Các hạt rắn gồm: các bon tự do và tro còn gọi là bồ hóng (soot), các chất phụ gia
dầu bôi trơn, các hạt và vảy tróc do mài mòn… chất lỏng bám theo gồm có các
thành phần trong nhiên liệu và bôi trơn

Các hạt P-M có kích thước từ 0,01 đến 1μm. Phần lớn hạt có kích thước nhỏ
hơn 0,3μm nên rất dễ bị hít vào và gây tổn thương cho đường hô hấp và phổi.
Thành phần của P-M phụ thuộc rất nhiều vào chế độ làm việc của động cơ
và phương pháp hình thành khí hỗn hợp. Thông thường P-M chứa [1]:
- 40% dầu bôi trơn
- 31% bồ hóng
- 14% các muối sunfat ngâm nước
- 7% nhiên liệu Diesel
- 8% các loại khác còn lại.
1.1.2.5. Hợp chất chứa lưu huỳnh:
Trong khí thải có các hợp chất chứa lưu huỳnh là do trong nhiên liệu còn
một lượng tạp chất lưu huỳnh còn lại khi chưng cất dầu mỏ. Trước năm 1996, ở
Châu Âu qui định giới hạn hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu tính theo khối
lượng [S] < 0,2%. Sau năm 1996, giới hạn này càng ngặt nghèo hơn, [S] <
9
9


0,05%. Do nhiên liệu chưa lưu huỳnh nên trong khí thải có SO 2, kết hợp với hơi
nước sẽ tạo thành axít. Các hợp chất chứa lưu huỳnh trong khí thải là một trong
những nguyên nhân gây ra mưa axít. Các hợp chất chứa lưu huỳnh trong khí thải
là một trong những nguyên nhân gây ra mưa axit và tạo P-M thông qua các muối
gốc sunfat.
1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần khí xả:
1.2.1. Trường hợp động cơ cháy cưỡng bức:
1.2.1.1. Động cơ 2 kỳ:
Mặc dù có nhiều cải tiến về kết cấu nhằm hạn chế sự hoà trộn giữa khí
cháy và khí chưa cháy, đặc biệt đối với động cơ dùng bộ chế hoà khí, nhưng
không tránh khỏi sự thất thoát một số bộ phận khí làm tăng sự phát sinh C mHn và
làm giảm tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ 2 kỳ. Thêm vào đó khi làm việc

ở tải cục bộ, loại động cơ này dễ bỏ lửa làm tăng CmHn.
Một trong những giải pháp làm tốn thất nhiên liệu trong quá trình quét khí
là làm thay đổi sự phân bố đậm đặc của hỗn hợp nhiên liệu không khí trong xy
lanh sao cho chỉ có hỗn hợp nghèo mới thoát ra đường thải. Một giải pháp có
hiệu quả hơn là phun nhiên liệu vào buồng cháy một khi của thải đã đóng. Tuy
nhiên với giải pháp này người ta phải dùng một bơm do động cơ dẫn động do đó
nó làm giảm bớt đi một ít công suất có ích của động cơ. Mặt khác, so với động
cơ 4 kỳ, thời gian cuối của quá trình nén (sau khi đóng của nạp và của thải) rất
ngắn đòi hỏi phải phun nhiên liệu với tốc độ lớn hơn, do đó một bộ phận nhiên
liệu bám lên thành buồng cháy làm tăng nồng độ C mHn trong khí xả. Một giải
pháp tiết kiệm hơn là phun nhiên liệu bằng không khí ở áp suất ra trích ra trong
giai đoạn nén. Để tránh hiện tượng bám nhiên liệu trên thành, người ta người ta
dùng một vòi phun áp suất thấp được đặt trong buồng cháy dự bị trước xupáp
nạp phun trực tiếp một hỗn hợp rất đậm với tốc độ tương đối thấp.
Kỹ thuật quét khí cháy bằng không khí cho phép hạn chế tối đa sự phát
thải CmHn trong khí xả động cơ. Kỹ thuật này cho phép giảm từ 80% đến 90%
10

10


nồng độ CmHn so với giá trị thông thường đối với động cơ 2 kỳ cổ điển. Nồng độ
NOx trong khí xả động cơ 2 kỳ hiện đại cao hơn một chút so với động cơ 2 kỳ cổ
điển do hiệu suất cháy cao hơn và làm việc với hỗn hợp nghèo hơn.
1.2.1.2. Động cơ làm việc với hỗn hợp nghèo:
Động cơ đánh lửa cưỡng bức (xăng) làm việc với hỗn hợp nghèo đã được
nghiên cứu từ lâu nhằm giảm suất tiêu hao nhiên liệu dẫn đến làm giảm nồng độ
CO2, chất ô nhiễm được quan tâm nhiều trong những năm gần đây vì nó là chất
gây hiệu ứng nhà kính.
Khi động cơ làm việc với hỗn hợp nghèo (hệ số dư không khí α > 1,25), nồng

độ các chất ô nhiễm chính (CO, CmHn, NOx) đều giảm. Khi hệ số dư không khí
thay đổi từ α = 1,0 đến α = 1,4 suất tiêu hao nhiên liệu giảm 7%, nồng độ NO x có
thể giảm tới 85% so với động cơ làm việc với hỗn hợp có α = 1 nếu kết hợp với
việc giảm một cách hợp lý góc đánh lửa sớm. Tuy nhiên, ưu điểm này chỉ có được
trong điều kiện hỗn hợp gần nến đánh lửa có thể bốc cháy và sự lan tràn màng lửa
diễn ra một cách bình thường. Điều này đòi hỏi việc tổ chức tốt quá trình cháy
cũng như phân bố hợp lý độ đậm đặc của hỗn hợp trong buồng cháy.
Khi gia tăng hệ số dư không khí hay làm bẩn hỗn hợp bằng khí xả hồi lưu
vượt quá một giới hạn cho phép sẽ dẫn đến:
- Giảm tốc độ cháy, điểm cực đại của áp suất sẽ lệch về phía giai đoạn
giãn nở dù đánh lửa sớm hơn.
- Mô men phát ra không đều dẫn đến sự làm việc không ổn định.
- Thường xuyên bỏ lửa.
- Gia tăng mức độ phát sinh CmHn.
- Gia tăng suất tiêu hao nhiên liệu do tốc độ cháy giảm.
Những biện pháp cho phép động cơ hoạt động gần giới hạn nghèo của hỗn
hợp có thể chia ra làm 3 loại:

11

11


- Các giải pháp tác động trước khi hỗn hợp vào xy lanh: Chuẩn bị và
định lượng hỗn hợp nhiên liệu (chế hoà khí hay phun), hệ thống điều
chỉnh hỗn hợp, thiết kế hợp lý đường nạp.
- Các biện pháp tác động bên trong động cơ: Hình dạng buồng cháy, bố
trí xupáp và nến đánh lửa.
- Các biện pháp tác động trên đường thải: Thiết kế đường thải, trang bị
bộ xúc tác ôxy hoá để hạn chế CO và CmHn.

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 gần
điểm đánh lửa, độ đậm đặc của hỗn hợp cao hơn giá trị trung bình để có thể bén
lửa và bốc cháy.
1.2.1.3. Ảnh hưởng của chế độ vận hành của động cơ xăng:
a. Cắt nhiên liệu khi giảm tốc:
Để hạn chế nồng độ CmHn trong giai đoạn động cơ đóng vai trò phanh ôtô
(khi giảm tốc nhưng vẫn cài ly hợp), biện pháp tốt nhất là ngưng cung cấp nhiên
liệu. Tuy nhiên, động tác này có thể dẫn tới những điều bất lợi là làm xuất hiện
hai điểm cực đại CmHn: Đỉnh cực đại CmHn ở thời điểm cắt nhiên liệu và điểm
cực đại thứ 2 khi cấp nhiên liệu trở lại.
Đối với động cơ dùng bộ chế hoà 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 lý ở thời điểm mở đột ngột bướm ga trở lại.
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
12
12


hợp động cơ dùng chế hoà khí. Hai điểm cực đại của C mHn cũng xuất hiện giống
như trong trường hợp động cơ dùng bộ chế hoà khí.
b. Tắt máy khi xe dừng ở đèn đỏ:
Chế độ dừng động cơ hợp lý khi ôtô 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 ôtô 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 và
bình điện.
1.2.2. Động cơ Diesel:
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 so với 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 tải cục bộ. Tuy
nhiên, động cơ phun trực tiếp làm việc ồn hơn và phát sinh nhiều chất ô nhiễm
khác (NOx, CmHn). Vì vậy, ngày nay dạng buồng cháy này chỉ dùng với động cơ
ôtô tải hạng nặng.
Việc hạn chế mức độ phát sinh ô nhiễm tối ưu đối với động cơ Diesel cần
phải cân đối giữa nồng độ 2 chất ô nhiễm chính là NOx và bồ hóng.

13

13


1.2.2.1. Ảnh hưởng của góc phun sớm và tối ưu hóa hệ thống phun:
Ảnh hưởng của chất lượng hệ thống phun đối với động cơ phun trực tiếp lớn
hơn đối với động cơ phun gián tiếp về phương diện phát sinh ô nhiễm. Trong cả
hai trường hợp sự thay đổi góc phun sớm có ảnh hưởng ngược nhau đối với sự
phát sinh NOx, CmHn và bồ hóng (hình1-6).

Hình 1-6: Ảnh hưởng của góc phun sớm tới mức độ phát sinh ô nhiễm.

Hình 1-7: Ảnh hưởng của góc phun sớm đến mức độ phát sinh CmHn và NOx
(động cơ có buồng cháy dự bị, chu trình FPT – 75).

14

14


Tăng góc phun sớm làm tăng áp suất cực đại và nhiệt độ của quá trình cháy,
do đó làm tăng nồng độ NOx. Thông thường, động cơ phun trực tiếp có góc phun
sớm lớn hơn nên phát sinh NOx nhiều hơn động cơ có buồng cháy ngăn cách.
Giảm góc phun sớm là biện pháp hữu hiệu giảm NO x 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.
Mặt khác, khi tăng góc phun sớm, do quá trình cháy trễ kéo dài, lượng nhiên
liệu hoà trộn trước với hệ số dư 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 lý
thuyết, tăng góc đánh lửa sớm có thể làm giảm C mHn do quá trình cháy có thể
diễn ra thuận lợi hơn (hình 1-7), 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 CmHn.
Đối với động cơ phun trực tiếp, sự giảm góc phun làm tăng độ khói và cũng
là tăng suất tiêu hao nhiên liệu nhưng làm giảm nồng độ NO x. Đối với động cơ
Diesel cỡ lớn, giảm góc phun sớm có thể làm giảm đi 50% nồng độ NO trong
khí xả. Đối với động cơ có buồng cháy ngăn cách, giảm góc phun sớm làm tăng
nồng độ HC nhưng làm giảm nồng độ NO và bồ hóng, đặc biệt là ở chế độ đầy
tải. Khi góc phun sớm thay đổi từ 8 đến 20 độ trước ĐCT, lượng bồ hóng tăng
gấp đôi theo chu trình thử FTP75 đối với một động cơ buồng cháy ngăn cách có
góc đánh lửa sớm bình thường 15 độ trước ĐCT.
Sự thay đổi góc phun sớm phù hợp theo tốc độ và tải cho phép chọn được vị

trí điều chỉnh tối ưu hài hoà giừa nồng độ các chất ô nhiễm và hiệu suất động cơ.
Đối với động cơ có buồng cháy dự bị, sự điều khiển góc đánh lửa sớm tối ưu
bằng hệ thống điện từ theo chế độ tốc độ và chế độ tải cho phép giảm 15% nồng
độ NOx và 25% nồng độ bồ hóng theo chu trình FTP75 trong phạm vi gia tăng
suất tiêu hao nhiên liệu không đáng kể.
Tốc độ phun cao (nhờ tăng áp suất phun) có ảnh hưởng đến quá trình phát
sinh ô nhiễm của động co phun trực tiếp. Thật vậy, do tăng tốc độ hoà trộn nhiên
15
15


liệu và không khí, lượng nhiên liệu cháy ở điều kiện hoà trộn trước gia tăng, do
đó nồng độ NOx tăng nhưng lượng bồ hóng giảm. Sử dụng vòi phun có nhiều lỗ
phun đường kính bé làm tăng chất lượng hoà trộn không khí và nhiên liệu do
kích thước hạt nhiên liệu giảm, hỗn hợp bốc cháy dễ dàng hơn, bù trừ được sự
phun trễ do đó làm giảm NO x. Với cùng lượng phát thải NO x cho trước, sự gia
tăng số lượng lỗ phun làm giảm nồng độ bồ hóng.
Đối với động cơ phun trực tiếp, áp suất phun tối ưu thay đổi từ 75 đến
10MPa tùy theo chế độ động cơ. Vượt qua áp suất này, với cùng lượng phát sinh
NOx, lượng hạt rắn phát sinh giảm nhưng suất tiêu hao nhiên liệu và độ ồn của
quá trình cháy gia tăng do sự tăng đột ngột của áp suất. Điều này có thể khắc
phục được bằng cách dùng một tia phun mồi.
Quy luật phun cũng có ảnh hưởng quan trọng đến quá trình phát sinh các
chất ô nhiễm. Thời gian phun rút ngắn, áp suất phun cao cho phép gia tốc quá
trình cung cấp nhiên liệu dẫn đến giảm lượng HC không cháy hết. Các tiến bộ
mới đây về kĩ thuật phun nhằm giảm mức độ phát sinh ô nhiễm bao gồm quy
luật phun hai giai đoạn, quy luật phun ‘hình chữ nhật’ (phun đều đặn nhiên liệu
và cắt nhanh khi kết thúc phun) để tránh hiện tượng phun rớt. Phun rớt là
nguyên nhân làm tăng hydrocacbure chưa cháy và hạt rắn trong khí xả động cơ.
Đối với động cơ có buồng cháy ngăn cách, sự khống chế lưu lượng nhiên

liệu kèm theo việc giảm góc phun sớm có thể làm giảm 30% lượng NO x trong
khí thải nhưng làm tăng lượng HC lên 100%, CO lên 70% và bồ hóng lên 150%.
Để có thể đảm bảo quy luật phun phù hợp ở mọi chế độ làm việc của động cơ cả
về phương diện phát ô nhiễm lẫn tính năng kinh tế-kĩ thuật, trên những động cơ
thể hiện mới hiện nay người ta sử dụng cảm biến λ lắp trên đường xả. Kết hợp
thông số cho bởi cảm biến này với các cảm biến áp suất, nhiệt độ khi nạp và tốc
độ động cơ người ta có thể điều khiển chính xác thời điểm phun và lượng nhiên
liệu cung cấp cho mỗi chu trình. Giải pháp này đặc biệt có lợi với động cơ
Diesel lắp trên ô tô nhằm giảm độ khói khi gia tốc.
16

16


1.2.2.2. Ảnh hưởng của dạng hình học buồng cháy:
Dạng buồng cháy hợp lí cho phép tránh được lớp nhiên liệu bám trên thành
do đó giảm được nồng độ HC trong khí xả. Đối với động cơ phun trực tiếp, biện
pháp có hiệu quả nhất để làm giảm nồng độ bồ hóng là gia tăng cường độ rối và
kết hợp với việc sử dụng vòi phun nhiều lỗ. Buồng cháy tốt cần thoả mãn các
điều kiện sau đây:
- Hành trình tự do của tia nhiên liệu trong buồng cháy lớn.
- Bề mặt buồng cháy trên piston đủ lớn để tránh sự giao thoa của các tia phun.
- Cường độ rối cao trong vùng phân bố tia nhiên liệu.
- Tiếp tục duy trì được vận động rối của dòng khí trong buồng cháy sau ĐCT.
Việc gia tăng áp suất trong buồng cháy đơn thuần có khuynh hướng thuận
lợi cho sự hình thành bồ hóng. Tuy nhiên, sự gia tăng áp suất cực đại sẽ làm
tăng đồng thời nhiệt độ khi cháy cho phép gia tăng tốc độ oxy hoá bồ hóng nên
lượng bồ hóng trong khi xả không tăng. Sự gia tăng áp suất làm tăng độ ồn và sự
phát sinh NOx.
Đối với động cơ phun trực tiếp, tỉ lệ nén cao cho phép khởi động dễ dàng ở

nhiệt độ thấp. Sư gia tăng tỉ số nén vừa phải đồng thời cũng làm giảm HC và
thành phần SOF của hạt rắn. Khi tỉ số nén tăng quá cao, động cơ sẽ phát sinh
nhiều bồ hóng ở chế độ đầy tải. Vì vậy ở động cơ có tỉ số nén lớn, cần phải thiết
kế dạng buồng cháy tối ưu cho phép tăng cường sự dịch chuyển của dòng không
khí thuận lợi cho việc đốt cháy bồ hóng.
Để tăng cường tốc độ đốt cháy bồ hóng, người ta thiết kế thêm một buồng
chứa không khí bổ sung ở động cơ phun trực tiếp. Buồng không khí bổ sung này
lưu trữ không khí tron khí nén và lương không khí đó sẽ cung cấp lại cho buồng
cháy động cơ ở kì giãn nở để tạo điều kiện oxy hoá hạt bồ hóng. Tuy nhiên, kết
cấu này làm tăng suất tiêu hao nhiên liệu. Ở động cơ phun gián tiếp, buồng
không khí bổ sung cho phép làm tăng giảm 40% lượng bồ hóng phát sinh và làm
tăng suất tiêu hao nhiên liệu thêm 3%.
17
17


Đối với động cơ có buồng cháy ngăn cách, sự gia tăng tỉ lệ giữa thể tích
buồng cháy phụ và buồn cháy chính cho phép giảm sự hình thành bồ hóng nhờ
tăng cường thêm không khí cho buồng cháy phụ. Tiết diện đường thông giữa hai
buồng cháy khống chế cường độ rối sinh ra ở thời điểm dịch chuyển lượng khí
cháy từ buồng cháy phụ sang buồng cháy chính. Giảm nhỏ tiết diện này sẽ làm
giảm nồng độ bồ hóng ở chế độ đầy tải nhưng làm tăng lượng bồ hóng ở chế độ
tải cục bộ. Trong thiết kế, tiết diện tối ưu của đường nối này được chọn ở chế độ
đầy tải.
1.2.2.3. Ảnh hưởng của vận động rối trong buồng máy:
Sự rối phát sinh trong quá trình nạp có ảnh hưởng trái ngược nhau giữa sự
phát sinh NOx, tiếng ồn, HC và bồ hóng. Để làm giảm mức độ ảnh hưởng của giai
đoạn hỗn hợp đậm đặc đến sự phát sinh bồ hóng trong cylindre, cần tăng hiệu quả
của việc hòa trộn nhiên liệu-không khí ngay từ lúc bắt đầu giai đoạn cháy trễ (tăng
cường xoáy lốc). Nhưng điều này gây nhược điểm là làm tăng áp suất cực đại trong

buồng cháy cùng với sự tăng tiếng ồn và mức độ phát sinh NOx.
Hướng tia phun trong buồng cháy dự bị cho phép điều chỉnh được tốc độ
hòa trộn nhiên liệu-không khí, do đó cải thiện sự phát sinh bồ hóng. Hướng tia
phun cũng ảnh hưởng đến nhiên liệu bám trên thành và đó là nguồn phát sinh
HC. Vị trí của vòi phun trong buồng cháy phụ cũng có ảnh hưởng đến sự hình
thành NOx.
1.2.2.4. Ảnh hưởng của chế độ làm việc của động cơ và chế độ quá độ:
Khi giảm tốc độ động cơ từ 750 và 680 v/phút, nồng độ các chất ô nhiễm
đều giảm khi đó theo chu trình FTP75: CmHn(-14%); CO(-2%); NO(-3%) và bồ
hóng là (-5%). Trong thử nghiệm động cơ theo chu trình tiêu chuẩn và cũng như
trong thực tế, sự thay đổi chế độ tốc độ là yếu tố làm gia tăng sự phát ô nhiễm.
Nồng độ bồ hóng trong khí xả động cơ Diesel gia tăng rất mạnh khi gia tốc vì độ
đậm đặc trung bình của hỗn hợp gia tăng. Lượng gia tăng này càng lớn khi thời

18

18


gian gia tốc càng dài. để giảm thời gian gia tốc, cần phải tối ưu hoá việc thiết kế
động cơ để có thể:
- Giảm mômen quán tính các bộ phận chuyển động quay.
- Giảm thể tích các bộ phận nạp thải.
- Giảm nhiệt dung riêng của hệ thống làm mát
- Gia tăng công suất dự trữ.
1.2.2.5. Ảnh hưởng của trị số cetane của nhiên liệu:
Lượng bồ hóng giảm khi thời gian cháy trễ kéo dài, nghĩa là khi dùng
nhiên liệu có chỉ số cetane thâp. Tuy nhiên việc sử dụng nhiên liệu có chỉ số
cetane thấp có thể dẫn đến những nhược điểm quan trọng: Gia tăng độ ồn nếu
quá trình cháy bắt đầu quá muộn, gia tăng lượng nhiên liệu bám trên thành xy

lanh và buồng cháy làm tăng mức độ phát sinh HC và bồ hóng.
1.2.2.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ khí nạp:
Giảm nhiệt độ khí nạp sẽ làm giảm nhiệt độ cực đại của quá trình cháy và
do đó nồng độ NOx cũng giảm. Vì vậy, ở động cơ tăng áp người ta có khuynh
hướng làm mát khí sau máy nén để đảm bảo nhiệt độ khí nạp không vượt quá
mức 500C. Nhưng sự làm mát khí nạp có thể kéo dài thời kỳ cháy trễ làm tăng
mức độ phát sinh ô nhiễm như đã nêu (những giọt nhiên liệu bám vào thành xy
lanh làm tăng thành phần CmHn và bồ hóng trong khí xả). Khi khởi động động
cơ ở trạng thái nguội, sự sấy buồng cháy hay sấy khí nạp có thể thực hiện nhờ
nến điện hay bằng cách đốt trước một ít nhiên liệu trong khí nạp.
Nhiệt độ của khí đường thải cũng ảnh hưởng đến sự phát sinh ô nhiễm,
nhất là đối với thành phần CmHn. Thật vậy, ở chế độ tải thấp, CmHn ngưng tụ trên
đường thải rồi bốc hơi lại khi tăng tải làm tăng nồng độ C mHn. Đường thải bằng
vật liệu gốm cho phép tái oxy hoá bồ hóng và C mHn, nhưng làm tăng NOx. Động
cơ Diesel phun trực tiếp có buồng cháy bằng vật liệu gốm, không làm mát cho
phép làm giảm được nồng độ các chất ô nhiễm ở chế độ tải thấp. Nhưng khi tải
19

19


cao, nồng độ NOx và bồ hóng đều tăng dù nhiệt độ thành buồng cháy cao cho
phép tái đốt cháy bồ hóng ở cuối chu trình.
1.2.2.7. Ảnh hưởng của tăng áp:
Monoxy carbon CO hình thành là do quá trình cháy thiếu không khí, đặc
biệt là ở tải cao. Do đó, tăng áp là biện pháp hữu hiệu làm giảm CO. Lượng
không khí thừa do tăng áp đồng thời cũng cho phép tái đốt cháy bồ hóng, bù trừ
lượng tăng bồ hóng do khí xả hồi lưu mang vào buồng cháy. Hệ thống hồi lưu
khí xả trong trường hợp động cơ tăng áp có thể giảm 50% lượng NO x mà không
làm tăng bồ hóng.

1.2.2.8 Ảnh hưởng của hệ thống hồi lưu khí xả:
Mặc dù tỷ lệ khí hồi lưu lớn gây tác hại xấu đối với động cơ (tăng mài mòn)
nhưng nó có tác dụng đáng kể trong việc làm giảm NO x do giảm nhiệt độ cháy.
Đối với động cơ phun trực tiếp làm việc với nhiệt độ khí nạp từ 40-60 0C (làm
việc ở các hầm mỏ), hệ thống hồi lưu khí xả có thể làm giảm 30% và 50% nồng
độ NOx theo thứ tự. Nếu làm ẩm thêm không khí nạp, cùng điều kiện làm việc
như trên mức độ giảm NO x có thể đạt đến 50% và 85% theo thứ tự. Tuy nhiên,
hồi lưu khí xả có tác động xấu đối với các chất ô nhiễm khác: làm tăng nồng độ
CO và bồ hóng, ngay cả khi thêm hơi nước. Phun hơi nước cho phép hạn chế
phản ứng cracking tạo bồ hóng nhờ giảm nhiệt độ cháy. Đối với động cơ buồng
cháy ngăn cách, nồng độ bồ hóng gia tăng trước hết chậm, sau đó tăng nhanh
theo lượng nước phun vào buồng cháy phụ; biến thiên của nồng độ CO và HC
cũng tương tự. Hơi nước chỉ có tác dụng làm giảm nồng độ NO. sự điều chỉnh tỷ
lệ khí xả hồi lưu cần được căn cứ theo tải và theo tốc độ. Hệ thống điện tử cho
phép điều chỉnh van hồi lưu khí xả theo đường đặc tính chọn trước: Cắt lượng
khí xả hồi lưu khi động cơ nguội; sau đó lượng khí xả hồi lưu tăng dần phụ
thuộc nhiệt độ nước làm mát, áp suất môi trường, lượng nhiên liệu cung cấp.
Mặt khác, hệ thống cũng cắt lượng khí hồi lưu ở chế độ gia tốc lớn để hạn chế
nồng độ bồ hóng. Hồi lưu khí xả tối ưu cho phép giảm được 40% NO x mà
không làm tăng suất tiêu hao nhiên liệu cũng như không làm tăng CO và bồ
20
20


hóng. Kết hợp với tăng áp, hệ thống hồi lưu khí xả cho phép làm giảm đồng thời
NOx, CmHn và bồ hóng.
1.2.2.9 Điều khiển vòi phun và hệ thống hồi lưu khí xả:
Việc điều chỉnh các thông số công tác động cơ thường có tác dụng mâu
thuẫn nhau đối với các chất ô nhiễm khác nhau. Tuy nhiên, do mức độ ảnh
hưởng đó không đồng đều ở các điểm làm việc khác nhau của động cơ nên ở

mỗi chế độ công tác ta có thể lựa chọn một bộ thống số điều khiển tối ưu đối với
các chất ô nhiễm CmHn, NOx và bồ hóng. Việc điều khiển phức tạp như vậy chỉ
có thể thực hiện được nhờ hệ thống điện tử. Hệ thống điều khiển điện tử phải
thoả mãn các điều kiện sau:
- Độ chính xác cao và nhạy, làm việc ổn định theo thời gian.
- Có khả năng điều chỉnh theo nhiều thông số.
- Mềm dẻo trong lập chương trình hệ thống điều khiển để có thể áp dụng
trong các điều kiện sử dụng ô tô khác nhau (tuỳ theo yêu cầu của luật
môi trường của từng quốc gia)
- Thực hiện việc điều chỉnh động cơ theo từng chỉ tiêu cho trước.
Thêm vào đó, hệ thống phải hoạt động tin cậy trong mọi tình huống, phải
được bảo vệ chống nhiễu và chống hỏng hóc, bảo trì dễ dàng nhờ hệ thống chẩn
đoán nhanh.
Khi hoạt động, máy tính điều khiển chuyên dụng nhận số liệu từ các cảm
biến: Ví trí thanh răng hay cần gia tốc, vị trí kim phun, tốc độ động cơ, nhiệt độ
không khí nạp, nhiệt độ nhiên liệu, nhiệt độ nước làm mát, áp suất trong xy lanh,
… Sau khi xử lý, máy tính phát tín hiệu điều khiển đến bộ phận chấp hành. Bộ
phận này sẽ tác động lên cơ cấu điều khiển lượng nhiên liệu chu trình, thời điểm
bắt đầu phun, lượng khí xả hồi lưu, tỷ số truyền của hộp số. Hệ thống điều khiển
điện tử hoàn hảo như vậy cho phép làm giảm đồng thời nồng độ bồ hóng, NO x
và tăng tính kính tế của động cơ so với hệ thống điều khiển cơ khí, đặc biệt là
21

21


kết hợp bộ phận điều khiển quá trình phun và điều khiển góc phun sớm, mức độ
phát ô nhiễm của động cơ có thể giảm đi 3 lần.

22

22


1.2.3. Ảnh hưởng của việc giới hạn tốc độ ô tô đến thành phần khí thải:
Khi ô tô hoạt động ổn định người ta thấy nồng độ CO đạt cực tiểu ở tốc
độ 80÷90Km/h, nồng độ CmHn 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 động cơ đạt
70÷80Km/h sau đó tăng mạnh, nhất là đối với động cơ có dung tích xy lanh lớn.
Các kết quả đo đạc trên chu trình có điều kiện thử gần với điều kiện vận hành
thực tế cho thấy giới hạn tốc độ ít gây ảnh hưởng đến mức độ phát sinh ô nhiễm.
Khi giảm mạnh giới hạn tốc độ, nồng độ NO x có thể giảm đi vài phần trăm,
nhưng làm tăng đôi chút CO, CmHn. Khi tăng tốc độ ô tô, nhờ sự rối của không
khí phía sau xe, các chất ô nhiễm thải ra khỏi ống xả khuếch tán nhanh chóng
trong không gian, làm giảm nồng độ cục bộ của chúng trong môi trường.
Trên xa lộ Châu Âu, tốc độ giới hạn là 130Km/h. Khi đại bộ phận ô tô
giảm tốc độ từ 119 xuống 107Km/h người ta thấy nồng độ các chất ô nhiễm
trong bầu không khí quanh hệ thống xa lộ giảm đi đáng kể từ: -12% đối với CO,
-1,7% đối với CmHn và -10,5% đối với NOx. Một thí nghiệm khác được thực
hiện bằng cách giảm tốc độ từ giới hạn 100Km/h xuống còn 60Km/h trên một
bộ phận xa lộ người ta thấy lượng NOx giảm đi 50% trong 6 tháng.
1.2.4. Ảnh hưởng của nhiên liệu thành phần khí thải:
1.2.4.1. Nhiên liệu động cơ xăng:
Việc điều chỉnh động cơ có ảnh hưởng đến mức độ ô nhiễm môi trường
phát sinh vì việc điều chỉnh này tác động đến cơ chế hình thành hay phân huỷ
các chất ô nhiễm trước khi thoát ra ngoài khí quyển.
Nhiên liệu cũng gây ảnh hưởng đến sự phát sinh ô nhiễm, chủ yếu là do tỷ
số không khí/nhiên liệu có thể bị thay đổi do sự thay đổi các đặc trưng hoá lý
của chúng không phải lúc nào cũng được bù lại bởi sự điều chỉnh các thông số
của động cơ. Như chúng ta đã biết, độ đậm đặc của hỗn hợp ảnh hưởng lớn đến

mức độ phát sinh ô nhiễm: NOx đạt cực đại trong môi trường hơi nghèo; CO,
CmHn đạt cực tiểu trong môi trường nghèo; sự xuất hiện bồ hóng diễn ra trong
23

23


môi trường giàu (α < 0.6), điều kiện này diễn ra chung quanh hạt nhiên liệu
trong buồng cháy động cơ Diesel.
Các tính chất của nhiên liệu ô tô, nhiên liệu thường hay super thoả mãn
những đặc trưng yêu cầu của từng quốc gia. Mỗi quốc gia có tiêu chuẩn riêng
xác định phạm vi cho phép của khối lượng riêng, phạm vi chưng cất, sự bốc hơi,
nồng độ lưu huỳnh và nồng độ các chất phụ gia.
Ảnh hưởng của khối lượng riêng nhiên liệu:
Khối lượng riêng nhiên liệu có quan hệ chặt chẽ với thành phần
hydrocacbure tạo thành hỗn hợp nhiên liệu thường hay super, đặc biệt là tỷ lệ
nguyên tử tổng quát carbon/hydrogene.
Sự gia tăng khối lượng riêng của nhiên liệu có khuynh hướng làm nghèo hỗn
hợp đối với động cơ dùng bộ chế hoà khí và ngược lại, làm giàu hỗn hợp đối với
động cơ phun xăng. Tuy nhiên, do phạm vi thay đổi khối lượng riêng nhiên liệu rất
bé (từ 2,5 đến 4%), ảnh hưởng của nó đến mức độ phát sinh ô nhiễm của động cơ đã
điều chỉnh sẵn với một nhiên liệu cho trước không đáng kể.
Ảnh hưởng của tỷ lệ hydrocacbure thơm:
Các hydrocacbure thơm có chỉ số octane nghiên cứu RON > 100 và chỉ số
octane động cơ MON thường lớn hơn 90. Do đó thêm thành phần hydrocacbure
thơm vào nhiên liệu là một biện pháp làm tăng tính chống kích nổ của nhiên liệu
hiện đại.
Hiện nay người ta có khuynh hướng gia tăng hàm lượng các chất
hydrocacbure thơm trong nhiên liệu nhằm phổ biến nhiên liệu không chì. Theo
tiêu chuẩn Cộng Đồng Châu Âu, hàm lượng benzene trong nhiên liệu phải thấp

hơn 5%.

24

24


Hình 1-8: Ảnh hưởng của tỷ số không khí/nhiên liệu đến NOx
Các hydrocacbure thơm có tỷ số C/H cao hơn do đó khối lượng riêng lớn
hơn. Do nhiệt lượng toả ra đối với một đơn vị thể tích cao hơn nên nhiệt độ cháy
của hỗn hợp tăng làm tăng NO x. Hình 1-8 cho thấy ví dụ trên động cơ có tốc độ
1500 vòng/phút ở chế độ tải trung bình sự thay đổi NO x theo tỷ số không
khí/nhiên liệu đối với alkylat không thơm và đối với nhiên liệu super thơm.
Chúng ta thấy ở vị trí phát ô nhiễm cực đại, alkylat làm giảm nồng độ ô nhiễm
khoảng 20%.
Mức độ phát sinh CO ít bị ảnh hưởng bởi hàm lượng hydrocacbure thơm.
Tuy nhiên, các hydrocacbure
thơm có cấu tạo ổn định hơn
parafine nên có động học phản ứng cháy
chậm hơn. Do đó, trong cùng điều kiện cháy,

sự

phát sinh hydrocacbure thơm hơn sẽ cao
hơn.
Hình 1-9:

Ảnh hưởng của tỷ số không

khí/nhiên

liệu đến nồng độ CmHn trong khí xả.
25

25