CÁC yếu tố ẢNH HƯỞNG đến NỒNG độ các CHẤT ô NHIỄM TRONG KHÍ xả ĐỘNG cơ XĂNG

Tiểu luận môn học: Ô tô và ô nhiễm môi trường

GVHD: GVC.ThS. Văn Thị Bông

Tiểu luận môn học: Ô TÔ VÀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG
Đề tài:
CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NỒNG ĐỘ CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG
KHÍ XẢ ĐỘNG CƠ XĂNG
I. MỞ ĐẦU
Ô nhiễm khí thải từ các loại xe cơ giới là nguồn gây ô nhiễm môi trường không
khí lớn nhất và nguy hại nhất, đặt biệt ở khu vực đô thị. Hầu hết các chất ô nhiễm môi
trường (CO, HC, NOx, SOx, Pb, các loại bụi lơ lửng, bụi hạt...) đều được tạo thành do
quá trình đốt cháy nhiên liệu trong động cơ xe cơ giới.
Chính vì vậy, việc tìm hiểu các nguyên nhân gây ra các chất ô nhiễm trong khí xả
động cơ đốt trong là việc làm quan trọng nhằm đưa ra các giải pháp thiết kế tối ưu để
hạn chế nồng độ các chất ô nhiễm.
Trong nội dung bài tiểu luận này, nhóm chúng em nghiên cứu các nhân tố cơ bản
ảnh hưởng đến nồng độ các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ xăng, các tiêu chuẩn về
ô nhiễm đối với khí xả động cơ xăng đang áp dụng tại Việt nam và một số nước trên
thế giới. Cụ thể phân công nghiên cứu như sau:
- Mai Hoàng Long: Nghiên cứu phần 2.6. Các tiêu chuẩn cho phép của các chất ô
nhiễm khí xả động cơ xăng, phần 3.5. Ảnh hưởng của nhiên
liệu xăng đến mức độ phát ô nhiễm của động cơ xăng và phần
3.8. Ảnh hưởng của việc giới hạn tốc độ đến sự hình thành các
chất ô nhiễm.
- Võ Ngọc Khoa: Nghiên cứu các phần còn lại của tiểu luận.
Quá trình nghiên cứu đã giúp chúng em hiểu rõ hơn về vấn đề ô nhiễm môi
trường nói chung, các nguyên nhân gây ra ô nhiễm cũng như các chỉ tiêu đánh giá đối
với ô tô về ô nhiễm. Chúng em rất cám ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của Cô GVC. ThS.
Văn Thị Bông giúp chúng em hoàn thành tiểu luận này. Chân thành cảm ơn quý bạn
cùng lớp đã đóng góp nhiều ý kiến quí báu, kịp thời.

HVTH: Mai Hoàng Long – Võ Ngọc Khoa

Trang 1


Tiểu luận môn học: Ô tô và ô nhiễm môi trường

GVHD: GVC.ThS. Văn Thị Bông

II. GIỚI THIỆU CÁC CHẤT Ô NHIỄM:
Môi trường có vai trò rất quan trọng đối với con người, nó tác động trực tiếp
đến môi trường sống và sinh họat của con người. Chính vì vậy mà chúng ta cần phải
có ý thức đối với môi trường. Có rất nhiều nguyên nhân gây ra ô nhiễm môi trường
trong đó ô nhiễm do xe cơ giói là một trong nhưng nguyên nhân chính tác động trực
tiếp đến môi trường.
Trong quá trình hô hấp con người ta hít thở không khi trong lành để tồn tại và
phát triển. Khí được xem là sạch khi các thành phần chủ yếu: N 2=78,08%, O2=20.95%,
Argon (Ar)=0.9325%, CO2=0.03%, Neon (Ne)=18,2.10-4%, He=5.2.10-4%, … Tuy
nhiên khi các chất đó vượt quá giới hạn cho phép thì không khí bị ô nhiễm gây nguy
hiểm đến sức khỏe của con người. Các chất độc hại trong khí thải ô tô. Các chất chủ
yếu gây ra ô nhiễm môi trường phát ra từ động cơ:
2.1. CO:
CO được tạo ra ở động cơ xăng và động cơ diesel do sự đốt cháy không hoàn
toàn các hidrocacbon trong điều khiện thiếu O2 và ở nhiệt độ cao.
Phản ứng cháy CO xảy ra theo cơ chế như sau:
* Sự phát sinh mạch: H2O + CO = H2 +CO2
H2 + O2 = 2HO
* Sự tiếp nối mạch: OH + CO = CO2 + H
* Sự phân nhánh mạch: H + O2 = OH +O

O + H2 = OH + H
* Sự đứt nhánh trên vách xi lanh: 2H + vách = H2
* Sự đứt nhánh trong lòng xi lanh: CO + O = CO2
Qua quá trình phản ứng ta thấy sự ô xy hóa phụ thuộc vào nồng độ của H 2 và
OH. Vì vậy trong điều kiện sử dụng bình thường nồng độ CO sinh ra ở động cơ xăng
rất lớn.
CO rất dễ tác dụng với hồng cầu trong máu và trở thành hợp chất bền vững. Do
đó máu không có khả năng trao đổi oxy và con người sẽ bị chết do toàn bộ huyết quản
trong phổi bị tê liệt và chết ngạt. Ở điều kiện nồng độ CO thấp cũng có thể gây nguy
hiểm lâu dài đến sức khỏe của con người. Vì CO nặng hơn không khí có xu hướng
lắng xuống thấp. Theo số liệu thống cơ của FEPA (năm 1992) tốc độ tăng nồng độ của
CO là 3%/năm. Tại Việt Nam nồng độ CO ở TP.HCM là cao nhất so với nồng độ CO
HVTH: Mai Hoàng Long – Võ Ngọc Khoa

Trang 2


Tiểu luận môn học: Ô tô và ô nhiễm môi trường

GVHD: GVC.ThS. Văn Thị Bông

trung bình của cả nước.
2.2. CO2:
CO2 là sản phẩm cháy hoàn toàn của cacbon. Một phần CO2 được hòa tan trong
nước đại dương và được các thực vật giữ lại trong quá trình quang hợp. Hơn ½ lượng
CO2 tồn tại trong khí quyển và nồng độ CO2 gia tăng mỗi năm khoảng 0.4%. Chính nó
là tác nhân gây ra nhiệt độ cuả trái đất nóng lên theo hiệu ứng nhà kính làm thay đổi
khí hậu và những thiên tai thảm họa.
2.3. HC:
Trong khí thải của động cơ có khoảng 200 loại HC khác nhau. Nguyên nhân tạo

nên HC trong khi thải là:
* HC sinh ra do phản ứng cháy không hoàn toàn, do hỗn hợp không đạt, sự hòa
trộn hỗn hợp hòa khí không phù hợp với điều khiện vận hành của động cơ, xe cũ hệ
thống nhiên liệu làm việc không chính xác.
* Ở gần thành buồng cháy nguồn lữa bị dập tắt làm cho quá trình cháy diễn ra
không hoàn toàn trong vùng này đã làm phát sinh HC trong quá trình cháy.
* Những vùng mà hỗn hợp có quá giàu nhiên liệu nhưng lượng O 2 cung cấp
thiếu dẫn đến hiện tượng cháy không hoàn toàn.
Chất độc này khi hít vào gây tổn thương đường hô hấp, gây ung thư, rối loạn
thần kinh.
2.4. NOx:(NO, N2O, NO2)
Hình thành khi nhiệt độ của quá trình cháy cao, nhiệt độ khí thải lớn hơn 800 oC.
Đặc biệt đối với các ô tô có lắp bộ sử lí khí thải (Catalyst) để khử C nHm thì nhiệt độ
của khí xả tăng lên hơn 800oC sẽ tạo điều kiện thuận lợi phát sinh NO x. NO là chất
không màu, không mùi, không vị được tạo ra do nitơ không khí tác dụng với oxy ở
nhiệt độ cao và hỗn hợp quá nghèo. NO không nguy hiểm lắm tuy nhiên khi nó kết
hợp với ôxi môi trường sẽ tạo thành NO2, đây là chất khí màu nâu nhạt, mùi nồng, rất
háo nước. Khi kết hợp với nước sẽ tạo ra acid phá hội hoa màu và gây nên các bệnh về
da, mắt, viêm đường hô hấp…
2.5. SOx(SO2, SO3):
Là một chất háo nước dễ kết hợp với nước để tạo thành H 2SO4. Đây là loại acid
gây ra tác hại mũi, và đi vào đường hô hấp gây tổn thương phổi, ho sặc, siễng, khó
thể…
HVTH: Mai Hoàng Long – Võ Ngọc Khoa

Trang 3


Tiểu luận mơn học: Ơ tơ và ơ nhiễm mơi trường

GVHD: GVC.ThS. Văn Thị Bơng

2s.6. Tiêu chuẩn cho phép của các chất ơ nhiễm khí xả động cơ xăng
* Áp dụng tại Việt nam:
- Tiêu chuẩn TCVN 6438-2001
Thành phần gây

Phương tiện lắp động cơ xăng
Phương tiện
Mơ tơ, xe máy lắp động cơ Diesel
ơ nhiễm trong Các loại ơtơ
Mức 1 Mức 2 Mức 3 Mức 4 Mức 1 Mức 2 Mức 1 Mức 2 Mức 3
khí thải
CO (%V)
6,5
6,0
4,5
3,5
4,5
4,5
HC (ppm V)
Đcơ 2 kỳ

-

1.500 1.200

600

1.500 1.200

Đcơ 4 kỳ

-

7.800 7.800 7.800 10.000 7.800

Đcơ đ.biệt
Độ khói

-

3.300 3.300 3.300
-

-

-

85

72

50

(%HSU)
- Tiêu chuẩn ban hành năm 2005
Cục Đăng kiểm Việt nam đã đề xuất với Bộ giao thông vận tải
trình Thủ tướng Chính phủ ban hành Quyết đònh số 249/QĐ-TTg, ngày 10
tháng 10 năm 2005 về lộ trình áp dụng khí thải đối với phương tiện giao

thông cơ giới đường bộ. Trong đó, các mức tiêu chuẩn áp dụng đối với
ôtô đang lưu hành được qui đònh như bảng dưới.
* Lộ trình áp dụng: Từ ngày 1/7/2006: Áp dụng mức 1 cho các phương
tiện mang biển soát hoặc có đòa chỉ nơi thường trú của chủ phương tiện
trong đăng ký xe ôtô thuộc 05 thành phố: Hà nội, Tp.HCM, Hải Phòng,
Đà Nẵng và Cần Thơ. Từ ngày 1/7/2008 : Áp dụng mức 1 cho tất cả các
phương tiện vào kiểm đònh trên phạm vi toàn quốc.
TT
Thành phần khí thải
1 CO (%)
2 HC(ppm)

3
4

Mức 1
4,5

Mức 2
3,5

Mức 3
3,0

• Động cơ 4 kỳ

1200

800

600

• Động cơ 2 kỳ

7800

7800

7800

3300
72
2,96

3300
60
2,13

3300
50
1,61

• Động cơ đặc biệt
Độ khói (%HSU)
Hệ số hấp thụ ánh sáng (m-1)

HVTH: Mai Hồng Long – Võ Ngọc Khoa

Trang 4

Tiểu luận môn học: Ô tô và ô nhiễm môi trường

GVHD: GVC.ThS. Văn Thị Bông

Theo lộ trình, giai đoạn 2005-2008, nước ta sẽ xây dựng tiêu chuẩn chất lượng
khí thải xe hơi phù hợp với Euro I trong hệ thống tiêu chuẩn châu Âu. Đây là một
trong những hệ thống tiêu chuẩn tiên tiến nhất, được áp dụng rộng rãi trên thế giới,
gồm cả Trung Quốc và các nước Đông Nam Á.
Loại xe
Xe
du
lịch

Tiêu chuẩn
Euro I
Euro II
Euro III
Euro IV

CO
xăng
diesel
3.16
2.20
1.00
2.60
0.64
1.00
1.50

Giới hạn
HC
xăng
diesel
1.13
0.50
0.90
0.20
0.10

(g/km)
Euro
I
Xe

Euro

thương

II

mại

Euro

(g/km)

III
Euro

IV

Loại 1
Loại 2
Loại 3
Loại 1
Loại 2
Loại 3
Loại 1
Loại 2
Loại 3
Loại 1
Loại 2
Loại 3

2.20
4.00
5.00
2.30
4.17
5.22
1.00
1.81
2.27

2.72
5.17
6.90
1.00
1.25

1.50
0.64
0.80
0.94
0.50
0.63
0.40

0.97
1.40
1.70
0.50
0.60
0.70
0.20
0.25
0.29
0.10
0.13
0.15

NOx
xăng
diesel
0.15
0.08

0.5
0.25
0.14

0.19
0.25

0.90
1.30
1.60
0.56 1.50
0.50
0.72 0.18
0.65
0.86 0.21
0.78
0.30 0.08
0.25
0.69 0.10
0.33
0.46 0.11
0.39
(nguồn European union)

Loại 1: Xe có trọng lượng dưới 1305Kg
Loại 2: Xe có trọng lượng từ 1305Kg đến 1760kg
Loại 3: Xe có trọng lượng lớn hơn 1760Kg

HVTH: Mai Hoàng Long – Võ Ngọc Khoa

Trang 5


Tiểu luận môn học: Ô tô và ô nhiễm môi trường

GVHD: GVC.ThS. Văn Thị Bông

* Các tiêu chuẩn châu Âu (Theo nguồn tài liệu European Union)
- Đối với xe khách dưới 6 chỗ
Euro 1
Xăng = diesel
HC+NOx
g/km
0.97
CO
g/km
2.72
PM
g/km
0.14
- Đối với xe khách trên 6 chỗ và xe tải dưới 3.5t
Chất ô nhiễm

Euro 2
Xăng
diesel
0.5
0.7
2.2
1.0
0.08

Đơn vị

Loại 1: xe có trọng lượng dưới 1250Kg
Loại 2: xe có trọng lượng từ 1250kg đến 1700Kg
Loại 3: xe có trọng lượng trên 1700kg
Tiêu
chuẩn
Euro 1

Euro 2

Chất ô
nhiễm
HC+NOx
CO
PM
HC+NOx
CO
PM

Đơn vị

Loại 1

Loại 2

Loại 3

g/km
g/km
g/km

0.97
2.72
0.14
Xăng Diesel
0.5
0.7
2.2
1.0
0.08

1.4
5.17
0.19
Xăng diesel
0.6
1.0
4.0
1.25
0.14

1.7
6.9
0.25
Xăng diesel
0.7
1.2
5.0
1.5
0.2

g/km
g/km
g/km

- Đối với xe khách dưới 2.5t
Chất
ô nhiễm
HC
NOx
HC+NOx
CO
PM

Euro 3
Đơn vị

Xăng,

g/km
g/km
g/km
g/km
g/km

LPG, NG
0.20
0.15
2.3
-

Euro 4
diesel
0.50
0.56
0.64
0.05

Xăng,
LPG, NG
0.10
0.08
1.0
-

diesel
0.25
0.30
0.50
0.025

- Đối với xe khách có trọng lượng trên 2.5t và xe tải dưới 3.5t

Euro 3
Mức 1
Euro 4
Mức 2

Euro 3

Xăng

diesel
Xăng
diesel
Xăng

HC
0.2
0.10
0.25

HVTH: Mai Hoàng Long – Võ Ngọc Khoa

Chất ô nhiễm (g/km)
NOx
HC+NOx
CO
0.15
2.3
0.50
0.56
0.64
0.08
1.0
0.25
0.30
0.50
0.18
4.17

PM

0.05
0.025
Trang 6


Tiểu luận môn học: Ô tô và ô nhiễm môi trường

GVHD: GVC.ThS. Văn Thị Bông

diesel
0.65
0.72
0.80
Xăng
0.13
0.10
1.81
Euro 4
diesel
0.33
0.39
0.63
Xăng
0.29
0.21
5.22
Euro 3
diesel
0.78
0.86

0.95
Mức 3
Xăng
0.16
0.11
2.27
Euro 4
diesel
0.39
0.46
0.74
III. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NỒNG ĐỘ CÁC CHẤT

0.07
0.04
0.10
0.06
Ô NHIỄM

TRONG KHÍ XẢ ĐỘNG CƠ XĂNG:
3.1. KẾT CẤU ĐỘNG CƠ
Do đặc điểm của động cơ xăng hai kì nên sự hòa trộn nhiên liệu cũng như sự
nạp hỗn hợp hòa khí và thải sản phẩm cháy có nhiều vấn đề cần được quan tâm.
Động cơ hai kì chỉ thực hiện hai hành trình nên khi piston của động cơ đi từ
điểm chết dưới lên điểm chết trên trong hành trình nén. Khi piston vừa đóng kín cửa
nạp nhưng của tải chưa đóng lại hoàn tòa đã làm một phần hỗn hơp nhiên liệu thất
thoát ra ngoài và chạy ra đường ống xả. Ống xả có nhiệt độ cao và hỗn hợp nhiên liệu
này bị bốc cháy và cháy không hoàn toàn tạo ra sản phẩm cháy có chứa CH, CO gây ô
nhiễm môi trường.
Hình 1. Nguyên

lý kết cấu động
cơ xăng hai thì
Đặc
điểm bôi trơn
một số chi tiết
của
xăng

động

cơ

hai

kì

dùng một lượng
dầu

bôi

trơn

pha chung với
nhiên liệu. Do vậy mà trong quá trình cháy xảy ra một phần dâu bôi trơn trong nhiên
liệu cháy không hoàn toàn và sản phẩm của quá trình cháy có nồng độ HC tăng.
Một trong các giải pháp làm giảm tổn thất nhiên liệu trong quá trình nạp nhiên
liệu là làm thay đổi sự phân bố đậm đặc của hỗn hợp nhiên liệu không khí trong xi
HVTH: Mai Hoàng Long – Võ Ngọc Khoa

Trang 7


Tiểu luận môn học: Ô tô và ô nhiễm môi trường

GVHD: GVC.ThS. Văn Thị Bông

lanh sao cho hỗn hợp nghèo mới thoát ra ngoài đường thải. Như phun nhiên liệu vào
trong buồng cháy vào cuối quá trình nén khi cửa thải vừa đóng lại. Tuy nhiên với giải
pháp này người ta phải dùng một bơm do động cơ dẫn động đã làm công suất động cơ
bị mất đi bù vào lượng công để làm quay bơm này. Mặt khác, thời gian nén của động
cơ hai kì ngắn hơn động cơ bốn kì. Vì vậy cần phải cung cấp một lượng phun nhiên
liệu áp suất cao và thơi gian ngắn đã làm phát sinh một lượng nhiên liệu bám trên vách
xi lanh và thành buồng cháy không được bốc hơi tốt nên quá trình cháy không hoàn
toàn làm tăng nộng độ HC trong khí xả. Một giải pháp tiết kiệm hơn phun nhiên liệu
bằng không khí với áp suất cao trích ra trong giai đoạn nén.
3.2. KẾT CẤU BUỒNG CHÁY
Khi hệ thống phun xăng đánh lửa đảm bảo thời điểm phun xăng, đánh lửa và
lượng nhiên liệu phun vào thích hợp nhưng quá trình cháy xảy ra còn phụ thuộc vào
kết cấu của buồng đốt. Buồng cháy có khả năng tạo xoáy lốc để hỗn hợp chuyển động
trong buồng cháy dạng chảy rối thì sẽ tăng sự đồng nhất của hỗn hợp giúp cho quá
trình cháy xảy ra hoàn thiện hơn. Tuy nhiên quá trình chảy rối đến một giới hạn nhất
định, nếu quá trình rối vượt quá giới hạn thì làm quá nhiệt lan truyền trong buồng
cháy và làm quá trình cháy diễn ra quá nhanh động cơ sẽ bị gõ trong quá trình cháy.
Khi thiết kể đảm bảo sao cho khoảng cách chuyển động của màng lửa là ngắn
nhất. Đảm bảo quá trình cháy diễn ra nhanh giảm thời gian cháy xảy ra trong buồng
đốt và sẽ giảm nhiệt độ của quá trình cháy giúp hạn chế sự phát sinh NO x.
3.3 HỆ THỐNG ĐIỀU KHSIỂN ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH CHÁY
KHÔNG HOÀN THIỆN:
3.3.1. HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU

Hệ thống cung cấp nhiên liệu có vai trò rất quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến
công suất động cơ và phát sinh ô nhiễm môi trường. Việc hòa trộn tỉ lệ không khí
/nhiên liệu thích hợp do nhiều tín hiệu liên quan cung cấp để đưa ra điều khiển lượng
phun nhiên liệu phù hợp theo điều khiện làm việc của động cơ. Ngày nay hệ thống
nhiên liệu luôn được phát triển và ngày càng hoàn thiện. Từ hệ thống điều khiển nhiên
liệu bằng chế hòa khí điều khiển bằng cơ khí sang điều khiển phun nhiên liệu bằng
điện tử đã đảm bảo được lượng phun nhiên liệu và thời điểm phun chính xác theo điều
kiện vận hành của ô tô đã góp phần đán kể vào việc tăng công suất của động cơ và
giảm thiêu ô nhiễm của môi trường.
HVTH: Mai Hoàng Long – Võ Ngọc Khoa

Trang 8


Tiểu luận môn học: Ô tô và ô nhiễm môi trường

GVHD: GVC.ThS. Văn Thị Bông

* Mặc dù vậy nhưng vẫn có sự ô nhiễm được sinh ra do một số nguyên nhân tác
động làm ảnh hưởng đến sự chính xác trong điều khiển như: Sự hư hỏng của cảm biến
nhiệt độ nước làm mát, cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến tốc độ động cơ, cảm biến
nhiệt độ khí nạp… Các tín hiệu cảm biến này bị hư sẽ ảnh hưởng đến tỉ lệ không khí
/nhiên liệu. Ví dụ như khi cảm biến nhiệt độ nước làm mát bị hư khi đó tín hiệu báo về
bộ điều khiển (ECU) không chính xác và ECU sẽ điều khiển tăng lượng nhiên liệu
cung cấp vào động cơ để làm giàu hỗn hợp nhiên liệu giúp động cơ dễ khỏi động khi
nhiệt độ động cơ thấp. Khi đó hỗn hợp nhiên liệu sẽ rất giàu và quá trình cháy xảy ra
không hoàn toàn làm phát sinh HC trong khí xả và gây ô nhiễm môi trường.

Khoảng
thời

gian
phun
(milli
giây)

Thấp

20oC
Nhiệt độ nước làm mát

Cao

Hình 2. Van ISC điều khiên tăng lượng phun nhiên liệu khi nhiệt độ động cơ thấp

Một trường hợp cũng rất thường xảy ra trong động cơ xăng làm phát sinh nồng
độ HC rất cao đó là kim phun bị nhỏ giọt (đang ở trạng thái đóng nhưng kin phun bị
nhỏ giọt mà không có sự điều khiển nào).

HVTH: Mai Hoàng Long – Võ Ngọc Khoa

Trang 9


Tiểu luận môn học: Ô tô và ô nhiễm môi trường

GVHD: GVC.ThS. Văn Thị Bông

Bảng thống kê về sự phát sinh các chất ô nhiễm liên quan đế quá trình phát
triển công nghệ của hệ thống nhiên liệu:
Công nghệ

HC
Chế hòa khí
3.8
Phun vào thành cylinder
2.9
Phun trực tiếp điện tử
0.8
3.3.2. HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA

CO
3.7
3.4
0.8

NOx
0.03
0.06
0.1

Để đảm bảo quá trinh cháy xảy ra hoàn thiện bên cạnh hỗn hợp nhiên liệu được
hòa trộn đều cần phải có tia lửa đủ mạnh để kích thích quá trinh cháy xảy ra. Đồng
thời đánh lửa phải đúng thời điểm theo điều khiện làm việc của động cơ. Hệ thống
đánh lửa điều khiển thời điểm đánh lửa phù hợp với điều khiện vận hành của ô tô sẽ
giảm thiểu ô nhiễm môi trường và phát huy công suất tối đa của động cơ.
Hình 3: Đặt tính
ảnh hưởng thời
điểm đánh lửa
đến hiệu suất
của động cơ

HVTH: Mai Hoàng Long – Võ Ngọc Khoa

Trang 10


Tiểu luận môn học: Ô tô và ô nhiễm môi trường

GVHD: GVC.ThS. Văn Thị Bông

Việc điều khiển đánh lửa được chia làm hai giai đoạn cơ bản:
* Khiều khiển đánh lửa khi khởi động: khi động cơ khởi động việc đánh lửa
xảy ra tại một góc quay trục khuỷu cố định nào đó mà chưa tính đến chế độ hoạt động
của động cơ (góc thời điểm đánh lửa ban đầu)
* Điều khiển đánh lửa sau khi khởi động: sau khi khỏi động tùy theo điều khiện
vận hành của ôtô mà góc đánh lửa của nó có thể thay đổi phù hộp.
Khi đó góc đánh lửa thực tế sẽ bao gồm: góc thời điểm đánh lửa ban đầu + góc
đánh lửa sớm cơ bản + góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh.
GÓC THỜI ĐIỂM ĐÁNH LỬA BAN ĐẦU

GÓC ĐÁNH LỬA SỚM CƠ BẢN

GÓC ĐÁNH LỬA SỚM HIỆU CHỈNH

THỜI ĐIỂM ĐÁNH LỬA THỰC TẾ

Hình 4. Điều khiển góc đánh lửa sau khi khởi động

HVTH: Mai Hoàng Long – Võ Ngọc Khoa

Trang 11

Tiểu luận môn học: Ô tô và ô nhiễm môi trường

ĐIỀU KHIỂN ĐÁNH LỬA
KHI KHỞI ĐỘNG

GVHD: GVC.ThS. Văn Thị Bông

GÓC THỜI ĐIỂM ĐÁNH LỬA
BAN ĐẦU

GÓC THỜI ĐIỂM ĐÁNH LỬA
BAN ĐẦU
ĐIÊU KHIỂN
THỜI ĐIỂM
ĐÁNH LỬA

GÓC ĐÁNH LỬA SỚM CƠ BẢN

ĐIỀU CHỈNH KHI HÂM NÓNG
ĐIỀU KHIỂN ĐÁNH LỬA
SAU KHI KHỞI ĐỘNG
ĐIỀU CHỈNH KHI QUÁ NÓNG
GÓC
ĐÁNH LỬA SỚM
HIỆU
CHỈNH

ĐIỀU CHỈNH ỔN ĐỊNH KHÔNG TẢI

HIỆU CHỈNH PHẢN HỒI TỈ LỆ KHÍ NHIÊN LIỆU

a) Điều khiển khi hâm nóng

HIỆU CHỈNH TIẾN GÕ

Khi nhiệt độ nước làm mát thấp (nhiệt độ động cơ thấp)
động cơ rất khó khởi
HIỆU CHỈNH ĐIỀU KHIỂN MÔMEN
động vì nhiên liệu hòa trộn khó bốc hơi và khi khởi động tốc độ vòng quay của động
cơ thấp. Khi đó bên cạnh việc tăng lượng phun nhiên liệu(kim phun khởi động lạnh)
thì hệ thống đánh lửa cũng nhận được các tín hiệu nhiệt độ động cơ, tốc độ động cơ, vị
trí piston, áp suất đường ống nạp, vị trí bươm ga để điều khiển tăng góc đánh lửa sớm.
Khi nhiệt độ nước làm mát còn thấp và góc đánh lửa sớm điều khiển quá trỡ sẽ dẫn
đến hiện tượng hốn hợp hòa khí trong buồng cháy cháy không hoàn toàn và khi đó
lượng HC trong khí thải sẽ tăng gây ô nhiễm môi trường.

HVTH: Mai Hoàng Long – Võ Ngọc Khoa

Trang 12


Tiểu luận môn học: Ô tô và ô nhiễm môi trường

GVHD: GVC.ThS. Văn Thị Bông

Góc
đánh
lửa

sớm

0
9
Nhiệt độ nước làm
60oC
Hình 5. Điều chỉnh góc đánh lửa khi hâm nóng

b) Khi nhiệt độ động cơ quá nóng
Khi nhiệt độ động cơ quá cao do động cơ làm việc ở tải lớn, góc đánh lửa quá
sớm khi đó quá trình cháy duy trì trong buồng cháy quá lâu làm nhiệt độ động cơ tăng
nhanh khí đó rất dễ xảy ra hiện tượng nồng độ NOx tăng. Khi đó để hạn chế hiện
tượng này thì bộ điều chỉnh góc đánh lửa sớm sẽ điều khiển giảm góc đánh lửa sớm.
c) Khi ở chế độ không tải
Ở chế độ không tải động cơ làm việc với góc đánh lửa sớm cơ bản(khoảng 10 o
trước điểm chết trên) và ở chế độ này thì hàm lượng các chất ô nhiễm phát ra là thấp
nhất.
d) Khi động cơ hoạt động không ổn định: do sự thay đổi lượng phun nhiên
liệu tăng giảm liên tục (Điều chỉnh phản hồi tỉ lệ khí-nhiên liệu)
Động cơ đặc biệt rất nhạy cảm với việc thay đổi lượng nhiên liệu phun vào
buồng cháy để thay đổi tốc độ của động cơ ở chế độ không tải. Nếu như hệ thống đánh
lửa không hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm phù hợp thì động cơ sẽ bị mất công suất do
quá trình cháy xảy ra không hoàn thiện và hiện tượng phát sinh các chất ô nhiểm gia
tăng. Để hạn chế hiện tượng này thì bộ điều khiển điện tử (ECU) sẽ điều khiển góc
đánh lửa sớm vào khoảng 5 o trước điểm chết trên và điều chỉnh lượng phun nhiên liệu
phù hợp. Tín hiệu chính để nhận biết được điều khiên làm việc của động cơ trong lúc
này là cảm biến oxy, cảm biến vị trí cánh bướm ga và cảm biến tốc độ. Các tín hiệu
này sẽ được gửi về bộ ECU và ECU sẽ điều khiển góc đánh lửa sớm và lượng phun
nhiên liệu phù hợp với điều kiện làm việc của động cơ.
Cảm biến oxy sẽ nhận biết được thành phân của hòa khí tức thời của động cơ

HVTH: Mai Hoàng Long – Võ Ngọc Khoa

Trang 13


Tiểu luận môn học: Ô tô và ô nhiễm môi trường

GVHD: GVC.ThS. Văn Thị Bông

đang hoạt động. Cảm biếm oxy được làm bằng chất ZrO 2 có tính chất hấp thụ những
ion oxy âm tính. Cảm biến oxy này thực chất là một pin điện có sức điện động phụ
thuộc vào nồng độ của oxy trong khí thải với ZrO 2 là chất điện phân. Mặt trong của
ZrO2 tiếp xúc với không khí, mặt ngoài tiếp xúc với oxy trong khí thải . Ở mỗi mặt của
ZrO2 được phủ một lớp plantin rất mỏng để dẫn điện. Lớp plantin này rất mỏng và xốp
để oxy dễ khuyếch tán vào bên trong. Khi khí thải chứa lượng oxy ít do hỗn hợp giàu
nhiên liệu thì số ion oxy tập trung ở điện cực tiếp xúc với khí thải ít hơn ion oxy tập
trung ở điện cực tiếp xúc không khí. Sự chênh lệch số ion này sẽ tạo một tín hiệu điện
áp khoảng 600-900mV. Khi sự chệch lệch số ion giữa hai điện cực nhỏ trong trường
hợp nghèo xăng thì điện áp phát ra khoảng 100-400 mV. Và sự chệnh lệch này sẽ gửi
về ECU để điều khiển phun xăng và đánh lửa.
Vì vậy khi chế độ làm việc của động cơ thay đổi mà góc đánh lửa sớm không
thay đổi phù hợp thì sẽ làm tăng nồng độ các chất HC, CO, NOx trong khí thải.
e) Khi bị kích nổ:
Kích nổ là hiện tượng hai màng lửa phát ra từ hai nguồn lan tràng với tốc độ rất
lớn trong buồng cháy(1000-1500)m/sec và va chạm nhau sinh ra tiếng gõ của động cơ.
Hai nguồn lửa này là do tia lửa điện của bugi phát ra chúng ta có thể kiểm soát được
và nguồn lửa tự phát do nhiệt độ động cơ quá cao làm cho buội than trong buồng cháy
bị bốc cháy chúng ta không khiểm soát được. Để tránh hiện tượng kích nổ bên cạnh
việc sử dụng nhiên liệu có tỉ số ốctan cao chúng ta còn có thể khống chế được bằng
cách giảm góc đánh lửa sớm (Để tránh hiện tượng mất công suất của động cơ hệ thống

điều khiển sẽ điều khiển góc đánh lửa sớm giảm nhanh góc đánh lửa sớm rồi tăng lên
từ từ hoặc loại diều khiển giảm dần từng giai đoạn).
Hiện tượng kích nổ xảy ra do nhiệt độ động cơ quá cao hoặc do nhiên liệu có tỉ
số octane thấp. Khi đó trong khí thải nồng độ NOx tăng.

HVTH: Mai Hoàng Long – Võ Ngọc Khoa

Trang 14


Tiểu luận môn học: Ô tô và ô nhiễm môi trường
TIẾNG GÕ XẢY RA

ĐÁNH LỬA SỚM

GVHD: GVC.ThS. Văn Thị Bông
LÀM MUỘN THỜI
ĐIỂM ĐÁNH LỬA

TIẾNG GÕ ĐỘNG
CƠ NGƯNG

0
Góc
đánh
lửa
sớm

Yếu
Tiếng gõ động cơ

Mạch
Hình 6. Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm khi bị kích nổ

f) Khi chuyển số (Hiệu chỉnh điều khiển mômen)
Trong trường hợp xe có trang bị hộp số điều khiển bằng điện tử(ECT) mỗi li
hợp và phanh trong bộ truyền bánh răng hành tinh của hộp số tạo ra qua đập lan truyền
khi chuyển số. Trong một số loại xe va đập này có thể được giảm thiểu bằng cách điều
khiển làm trễ góc đánh lửa sớm( tối đa 20º so với điểm chết trên) để làm giảm mômen
truyền từ động cơ qua hộp số khi chuyển số.
Khi đó thay đổi góc đánh lửa để làm giảm tốc độ động cơ sẽ xảy ra hiện tượng
lượng HC trong khí thải tăng do lượng nhiên liệu không đốt cháy hoàn toàn.

HVTH: Mai Hoàng Long – Võ Ngọc Khoa

Trang 15


Tiểu luận môn học: Ô tô và ô nhiễm môi trường

GVHD: GVC.ThS. Văn Thị Bông

3.4. TĂNG THỜI KỲ TRÙNG ĐIỆP CỦA XU PAP
Thời kỳ trùng điệp của xu pap là thời kỳ cuối thì xả đầu kỳ hút khi đó xu pap
thải vừa đóng lại thì xu páp nạp vừa mở ra để nạp hỗn hợp nhiên liệu/không khí mới
vào. Thông thường, ứng với mỗi động cơ nhất định, thời kỳ trùng điệp đã được tính
toán hợp lý. Nếu trong quá trình sử dụng, do điều chỉnh dẫn đến thời kỳ trùng điệp kéo
dài sẽ có một lượng khí mới nạp vào sẽ thoát ra ngoài cửa thai do xu pap thải chưa
đóng lại. Khi đó một lượng hỗn hợp thất thoát trên đường ống xả và gây ra nồng độ
HC gia tăng và gây ô nhiễm môi trường.
Đối với các động cơ cũ, thời kỳ trùng đã được tính toán và không thay đổi trong

quá trình làm việc của động cơ ở các chế độ công tác. Điều này cũng làm giảm công
suất động cơ ở một số chế độ công tác. Đối với các động cơ thế hệ mới, cơ cấu phân
phối khí được thiết kế sao cho thời kỳ trùng điệp có thể thay đổi theo các chế độ công
tác của động cơ. Cụ thể khi động cơ làm việc ở số vòng quay lớn, cần tăng thời kỳ
trùng điệp để các xuppap nạp mở sớm và xuppap xả đóng muộn hơn so với chế độ làm
việc số vòng quay thấp.
Việc điều chỉnh góc độ phối khí cũng là biện pháp làm hài hoà giữa tính năng
động cơ và mức độ phát ô nhiễm HC và NO x. Gia tăng góc trùng điệp sẽ làm tăng
lượng khí xả hồi lưu, do đó làm giảm NOx. Sự thay đổi quy luật phối khí cũng gây ảnh
hưởng đến sự phát sinh HC.
Những động cơ mới ngày nay có khuynh hướng dùng nhiểu xupáp với trục cam
có thể điểu chỉnh được góc phối khí. Giải pháp này cho phép giảm nồng độ HC và
NOx từ 20 – 25% so với động cơ kiểu cũ có cùng tính năng kinh tế - kỹ thuật.

HVTH: Mai Hoàng Long – Võ Ngọc Khoa

Trang 16


Tiểu luận môn học: Ô tô và ô nhiễm môi trường

GVHD: GVC.ThS. Văn Thị Bông

Hình 6. Động cơ Honda dùng hệ thống phân phối khí điều khiển điện tử
3.5. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIÊN LIỆU XĂNG ĐẾN MỨC ĐỘ PHÁT Ô
NHIỄM CỦA ĐỘNG CƠ XĂNG.
Sự thay đổi các tính chất hoá- lý của nhiên liệu xăng (ảnh hưởng đến quá trình bay
hơi, tạo hoà khí và bốc cháy của nhiên liệu trong động cơ) sẽ ảnh hưởng nhiều đến quá trình
cháy của động cơ mà khó bù lại sự thay đổi này bằng sự điều chỉnh các thông số hoạt động
của động cơ.

3.5.1 Ảnh hưởng của khối lượng riêng.
Khối lượng riêng nhiên liệu có quan hệ chặt chẽ với thành phần các
hydrocacbon tạo thành hỗn hợp nhiên liệu thường hay super; khối lượng riêng tỉ lệ với
tỉ số nguyên tử tổng quát carbon/hydro (C/H).
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 ô nhiễm của động cơ đã điều chỉnh
sẵn với một nhiên liệu cho trước không đáng kể.
HVTH: Mai Hoàng Long – Võ Ngọc Khoa

Trang 17


Tiểu luận môn học: Ô tô và ô nhiễm môi trường

GVHD: GVC.ThS. Văn Thị Bông

3.5.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ hydrocacbon thơm.
Hydrocacbon thơm là loại hydrocacbon không no, các nguyên tử C nối với nhau theo
mạch vòng bằng các liên kết đôi, đơn xen kẽ nhau, điển hình là chất benzen và metylbenzen:

Kết cấu trên giúp Hydrocacbon thơm có tính ổn định cao, khó tự cháy và là
thành phần lý tưởng của xăng dùng trong động cơ đốt cháy cưỡng bức. Hàm lượng H
ít nên khối lượng riêng lớn và nhiệt trị nhỏ.
Các hydrocacbon thơm (Aren) có chỉ số octane nghiên cứu RON >100 và chỉ số
octane động cơ MON thường lớn hơn 90. Do đó thêm thành phần hydrocacbon thơm
vào nhiên liệu là một biện pháp làm tăng tính chống kích nổ của nhiên liệu.

HVTH: Mai Hoàng Long – Võ Ngọc Khoa

Trang 18


Tiểu luận môn học: Ô tô và ô nhiễm môi trường

HVTH: Mai Hoàng Long – Võ Ngọc Khoa

GVHD: GVC.ThS. Văn Thị Bông

Trang 19


Tiểu luận môn học: Ô tô và ô nhiễm môi trường

GVHD: GVC.ThS. Văn Thị Bông

Hình 7. Đồ thị biểu diễn Ảnh hưởng của tỉ lệ hydrocacbon thơm đến sự hình
thành NOx
Các hydrocacbon thơm có tỉ số C/H cao hơn nên khối lượng riêng lớn hơn. Do
nhiệt lượng toả ra đối với một đơn vị thể tích lớn nên nhiệt độ cháy của hỗn hợp tăng
nên tăng nồng độ NOx. Mức độ phát sinh CO ít bị ảnh hưởng bởi hàm lượng
hydrocacbon thơm. Do 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 hydrocacbon chưa cháy
của nhiên liệu chứa nhiều hydrocacbon thơm hơn sẽ cao hơn. Khi chuyển từ nhiên liệu
super thơm sang alkylat, mức độ phát sinh HC giảm đi 16%.

HVTH: Mai Hoàng Long – Võ Ngọc Khoa

Trang 20


Tiểu luận môn học: Ô tô và ô nhiễm môi trường

HVTH: Mai Hoàng Long – Võ Ngọc Khoa

GVHD: GVC.ThS. Văn Thị Bông

Trang 21


Tiểu luận môn học: Ô tô và ô nhiễm môi trường

GVHD: GVC.ThS. Văn Thị Bông

Hình 8. Đồ thị biểu diễn Ảnh hưởng của tỉ lệ hydrocacbon thơm đến sự hình
thành HC
Mặt khác, thành phần hydrocacbon thơm trong nhiên liệu giữ vai trò phát sinh
các hydrocacbon thơm đa nhân HAP, phènol và aldehyde thơm mà những chất này
tăng theo các chất thơm còn formaldehyde thì giảm. HAP đã có mặt trong nhiên liệu
cũng ảnh hưởng đến mức độ phát sinh HAP trong khí xả.

HVTH: Mai Hoàng Long – Võ Ngọc Khoa

Trang 22


Tiểu luận môn học: Ô tô và ô nhiễm môi trường

HVTH: Mai Hoàng Long – Võ Ngọc Khoa

GVHD: GVC.ThS. Văn Thị Bông

Trang 23


Tiểu luận môn học: Ô tô và ô nhiễm môi trường

GVHD: GVC.ThS. Văn Thị Bông

Hình 9. đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của các thành phần cacbua hydro thơm đến
sự hình thành các chất ô nhiễm
3.5.3. Ảnh hưởng của tính bay hơi:
Nhiên liệu có tính bay hơi kém (bay hơi ở nhiệt độ lớn hơn 200 - 220 0C) có ảnh
hưởng đến sự phát sinh hydrocacbon chưa cháy (HC), sự cháy diễn ra không hoàn toàn
với sự hình thành aldehydes và sự gia tăng HC.
Nhiêu liệu có tính bay hơi cao (điểm hoá sương mù của hòa khí thấp) thì cần
thiết cho việc khởi động và làm việc ở trạng thái nguội. Tuy nhiên, ảnh hưởng đến sự
phát ô nhiễm của khí xả (hoà khí quá khô, giảm hệ số nạp, giảm công suất và tăng
khuynh hướng kích nổ) và ảnh hưởng đến tổn thất do bay hơi. Tính chất bay hơi tiêu
chuẩn của nhiên liệu phụ thuộc vào vùng, điều kiện khí hậu và mùa.
Tính bay hơi của nhiên liệu không gây ảnh hưởng nhiều đến sự phát sinh NO x
trong khí xả. Chỉ có CO và HC gia tăng theo PVR, nồng độ CO và HC tăng khoảng
20% theo chu trình FTP khi PVR tăng từ 65 đến 80kPa.

HVTH: Mai Hoàng Long – Võ Ngọc Khoa

Trang 24

Tiểu luận môn học: Ô tô và ô nhiễm môi trường

GVHD: GVC.ThS. Văn Thị Bông

3.5.4. Ảnh hưởng của chỉ số octane:
Chỉ số octane có ảnh hưởng đến mức độ phát sinh ô nhiễm, đặc biệt khi động
cơ bị kích nổ. Việc sử dụng nhiên liệu có chỉ số octane phù hợp để hạn chế hiện tượng
cháy kích nổ là rất quan trọng. chọn nhiên liệu có chỉ số octane lớn hay nhỏ tùy thuộc
tỉ số nén động cơ chứ không phải dùng nhiên liệu có chỉ số octane cao là tối ưu. Thông
thường động cơ có tỉ số nén càng cao cần nhiên liệu có tỉ số nén lớn. Nếu chọn nhiên
liệu có chỉ số octane thấp dẫn đến sự gia tăng tính kích nổ, do đó làm tăng nồng độ
NOx , nhất là khi hỗn hợp nghèo.
Ngày nay để tăng tỉ số octane cho nhiên liệu các nhà sản xuất thường pha thêm
cồn ethanol vào xăng theo một tỉ lệ tính toán để tránh trường hợp trong khí xả phát
sinh những chất ô nhiễm khác.
3.5.5. Ảnh hưởng của các chất phụ gia.
Người ta sử dụng các chất phụ gia để gia tăng chất lượng của xăng.
Các chất phụ gia điển hình như:
•

Những chất phụ gia làm tăng chỉ số octane:

Ethanol có trị số octane cao hơn xăng. Trị số octane của ethanol từ 98 đến 111. vì
vậy ethanol có khả năng chống kích nổ cao hơn xăng và có thể dùng cho động cơ có tỉ số
nén cao.
Ethanol khi được pha vào xăng sẽ làm tăng trị số octane. Theo kết quả nghiên
cứu tại Mỹ khi thêm 10% vào xăng thì trị số octane tăng lên xấp xỉ 2 đến 3 đơn vị. Ở
mức 7.7% thể tích thì trị số octane tăng xấp xỉ 1.5 đến 2.5 đơn vị. còn ở mức 5.7% thể
tích thì trị số octane tăng xấp xỉ 1.0 đến 1.5 đơn vị.

Theo kết quả thử nghiệm của Trung tâm kỹ thuật tiêu chuẩn đo lường chất
lượng 3, khi pha 10% ethanol vào xăng A92 thì trị số octane tăng lên 2.8 đơn vị, còn khi
pha 20% vào xăng A92 thì trị số octane tăng 6 đơn vị.
Trong ethanol có chứa oxy, lượng oxy này tham gia vào quá trình cháy trong
buồng đốt động cơ nên quá trình cháy sẽ triệt để hơn. Vì vậy, sẽ giảm bớt được lượng
khí thải CO và các hydrocarbure HC.
Ethanol được sản xuất từ thực vật có chứa tinh bột, đường hoặc các phụ phẩm
nông nghiệp, các nguồn nguyên liệu này có phổ biến ở Việt nam.

Lượng không khí cần thiết để đốt cháy 1 kg ethanol ít hơn xăng (9kg/kg nhiên
liệu) trong khi đối với xăng 15kg/kg nhiên liệu nên có thể dùng ở miền núi cao, mật độ
không khí loãng.
HVTH: Mai Hoàng Long – Võ Ngọc Khoa

Trang 25