Nghiên cứu mô hình hóa quá trình phát thải NOx trong động cơ đốt trong

..

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

Nguyễn Năng Minh

NGHIÊN CỨU MƠ HÌNH HĨA Q TRÌNH PHÁT THẢI NOx
TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ NHIỆT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ NHIỆT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS. TS. HỒNG ĐÌNH LONG

Hà Nội – Năm 2011


MỤC LỤC
Nội dung

Trang

LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................................iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT .......................................................iv
DANH MỤC CÁC BẢNG ....................................................................................................v
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ................................................................................vi

LỜI NĨI ĐẦU .....................................................................................................................vii
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG .....................................................................................1

1.1. Vấn đề phát thải của động cơ đốt trong. ..............................................................1
1.1.1. Các thành phần phát thải độc hại chính của động cơ đốt trong....................1
1.1.2. Các biện pháp giảm độc hại trong khí thải ...................................................8
1.1.3. Nhận xét chung ...........................................................................................20
1.2. Mục đích và nội dung nghiên cứu của đề tài .....................................................21
1.2.1. Mục đích .....................................................................................................21
1.2.2. Các vấn đề thực hiện trong đề tài- Nhiệm vụ của đề tài.............................21
CHƯƠNG II: THÍ NGHIỆM ĐO NOx................................................................................22

2.1. Hệ thống thử nghiệm khí thải xe máy...............................................................22
2.1.1. Băng thử xe máy........................................................................................22
2.1.2. Thiết bị đo nhiên liệu 733S........................................................................24
2.1.3. Thiết bị lấy mẫu.........................................................................................25
2.1.4. Tủ phân tích khí CEBII và các bộ phân tích..............................................25
2.2. Kết quả thí nghiệm đo NOx trên xe máy ...........................................................36
CHƯƠNG III: MƠ HÌNH HĨA CHU TRÌNH ĐỘNG CƠ XĂNG THEO NGUYÊN LÝ
NHIỀU VÙNG ....................................................................................................................43

3.1. Đặt vấn đề ..........................................................................................................43
3.2. Mơ hình đa vùng tính tốn chu trình nhiệt động của động cơ ...........................44
3.2.1. Các Phương trình cơ bản ............................................................................44
3.2.2. Các phương trình mơ hình tốn tổng qt ..................................................49
3.2.3. Tính tốn truyền nhiệt của các chi tiết động cơ.........................................53
CHƯƠNG IV: MƠ HÌNH HĨA Q TRÌNH TẠO NOx TRONG ĐỘNG CƠ XĂNG...58

i

4.1. Đặt vấn đề .........................................................................................................58
4.2. Mơ hình hóa q trình tạo NOx trong động cơ xăng .........................................58
4.2.1. Sự cân bằng phản ứng cháy trong xylanh động cơ xăng ............................58
4.2.2. Mô hình hóa khí xả NOx trong động cơ.....................................................60
CHƯƠNG V: KẾT QUẢ TÍNH TỐN VÀ THẢO LUẬN...............................................63

5.1. Kết quả tính tốn ................................................................................................63
5.2. Thảo luận............................................................................................................71
Kết luận và hướng nghiên cứu tiếp...........................................................................72
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................................73

ii


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của
PGS. TS. Hồng Đình Long Đề tài được thực hiện tại Bộ mơn Động Cơ đốt trong
Viện Cơ khí động lực trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Các số liệu, kết quả trình
bày trong luận văn là hồn tồn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất
kỳ công trình nào.
Hà Nội, ngày

tháng năm

Tác giả

Nguyễn Năng Minh

iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CO
NO
NO2
HCs
NOx

Carbon Monoxide (Cacbon monoxít)
Nitric Oxide (Nitơ monoxít)
Nitrogen Dioxide (Nitơ dioxít)
Hydrocarbon Khơng Cháy
Nitrogen oxides ( Nitơ oxít)

ηe

Hiệu Suất Động Cơ

p

Dung Tích Xylanh

P

Áp Suất Hiệu Dụng (kPa)

nR

Số Vòng Quay Của Trục Khuỷu Cho Mỗi Kỳ Sinh Cơng Trên Một Xy

Lanh

Vd

Dung Tích Của Động Cơ (dm3)

P

Công Suất Động Cơ (W)

iv


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Thông số kỹ thuật của xe Wave α ............................................................36 
Bảng 2.2. Công suất, lực kéo, suất tiêu hao nhiên liệu .............................................37 
Bảng 2.3. Hàm lượng phát thải .................................................................................38 
Bảng 2.4. Công suất, lực kéo, suất tiêu hao nhiên liệu .............................................40 
Bảng 2.5. Hàm lượng phát thải .................................................................................41 
Bảng 5.1. Các thông số đầu vào xe Wave α..............................................................63 

v


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Tỷ lệ (khối lượng) các chất độc hại trong khí thải động cơ xăng...........3 
Hình 1.2. Bộ xử lý xúc tác ba đường ......................................................................18 
Hình 2.1. Phịng thử xe máy CD20” .......................................................................22 
Hình 2.2. Hệ thống đo tiêu thụ nhiên liệu AVL 733S ............................................25
Hình 2.3. Tủ CEBII .................................................................................................26

Hình 2.4. Sơ đồ cấu tạo của bộ phân tích CO ........................................................29
Hình 2.5. Sơ đồ cấu tạo của bộ phân tích NO và NOx ..........................................31
Hình 2.6. Sơ đồ cấu tạo của hệ thống đo O2 ...........................................................32
Hình 2.7 Sơ đồ hệ thống đo CnHm ...........................................................................34 
Đồ thị 2.1. Công suất động cơ.................................................................................38 
Đồ thị 2.2. Hàm lượng NOx ...................................................................................39 
Đồ thị 2.3. Cơng suất động cơ.................................................................................40 
Đồ thị 2.4. Hàm lượng NOx ....................................................................................42 
Hình 3.1. Hệ thống nhiệt động lực học của quá trình đốt cháy nhiên liệu ...........56 
Hình 3.2. Sơ đồ truyền nhiệt của động cơ ..............................................................57 
Hình 3.3: Minh họa mơ hình tốn theo nguyên lý đa vùng ..................................57 
Hình 5.1. Áp suất theo góc quay trục khuỷu ..........................................................64 
Hình 5.2. Đồ thị cơng..............................................................................................65 
Hình 5.3. Mơi chất chưa cháy (Tunburn) ...............................................................67 
Hình 5.4. Nhiệt độ chung của khí đã cháy theo góc quay trục khuỷu ..................68 
Hình 5.5. Nhiệt độ trung bình của khí thể trong xylanh (Tgas) theo góc quay
trục khuỷu .................................................................................................................69 
Hình 5.6. Nồng độ NOx từng vùng.........................................................................70 
Hình 5.7. Nồng độ NOx trung bình theo chu trình ................................................70
Hình 5.8. Ảnh hưởng các thành phần hỗn hợp cháy đến NOx ................................. 71
Hình 5.9. Ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm đến hàm lượng NOx .......................... 71

vi


LỜI NĨI ĐẦU
Ngày nay, vấn đề ơ nhiễm mơi trường đang nhận được sự quan tâm của cả
thế giới, nó trở nên bức xúc với tất cả các quốc gia. Liên tục các hội nghị thượng
đỉnh được tổ chức để bàn bạc và đưa ra các biện pháp xử lý ô nhiễm môi trường
như: Rio De Janeiro (Braxin, 1992), Kyoto (Nhật, 1997) và Johannesburg (Nam

Phi, 9/2002), Bali(Indonexia 12/2007) và hội nghị môi trường thế giới được tổ chức
tại Copenhague (Đan Mạch 12/2009).
Môi trường xung quanh chúng ta đang bị hủy diệt nghiêm trọng từ nhiều
nguồn khác nhau. Một trong các nguồn ơ nhiễm chủ yếu là khí thải động cơ đốt
trong, thiết bị cung cấp tới 80% tổng năng lượng tiêu thụ trên tồn cầu.
Hiện nay, trên thế giới có khoảng gần 800 triệu ôtô, hàng năm thải ra môi
trường hàng trăm triệu tấn độc hại.
Các hội nghị này đã chỉ ra rất nhiều nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường. Một
trong những ngun nhân chủ yếu đó là khí thải của động cơ đốt trong. Đặc biệt là
loại phương tiện giao thông đang lưu hành.
Tại Việt Nam, cùng với sự phát triển của q trình cơng nghiệp hóa, hiện đại
hóa nhu cầu sử dụng các phương tiện giao thơng vận tải ngày càng nhiều. Trong đó
xe máy vẫn chiếm tỷ lệ rất lớn trên cả nước và lượng xe ơtơ ngày một tăng. Ví dụ,
tốc độ tăng bình qn xe máy của những năm 90 là 11,94%... Tại thời điểm
31.12.1999 cả nước có 460.000 ơtơ và 5.585.000 xe máy đang hoạt động, cuối năm
2003 tăng lên đến 500.000 ôtô, khoảng 11 triệu xe máy, cuối nảm 2004 thì con số
tương ứng là 523.509 và 13 triệu theo số liệu của Đăng kiểm Việt Nam. Năm 2008
theo ước tình cả nước ta có khoảng 700.000 ơtơ và 20 triệu xe máy. Phần lớn số ôtô,
xe máy tập trung ở các đô thị lớn như Hà Nội (12%), thành phố Hồ Chí Minh
(30%)… gây ra ơ nhiễm mơi trường trầm trọng. Do đó, việc nghiên cứu và áp dụng
các phương pháp giảm các thành phần phát thải độc hại này của các phương tiện
giao thông luôn được đặt ra. Với mục đích đó, các loại xe ơ tơ du lịch thường được

vii


trang bị hệ thống xúc tác xử lý khí thải trong khi hầu hết xe máy không được trang
bị hệ thống này vì nhiều lý do. Chính vì vậy, việc nghiên cứu kiểm soát phát thải từ
ngay bên trong xi lanh động cơ đối với xe máy sẽ góp phần quan trọng vào giảm ô
nhiễm môi trường. Để thực hiện được điều này cần nghiên cứu cơ chế và đặc điểm

hình thành các thành phần độc hại từ trong xi lanh động cơ.
Do vậy, đề tài: “Nghiên cứu mơ hình hóa q trình phát thải NOx trong động
cơ đốt trong” được hình thành nhằm góp phần thực hiện một phần mục tiêu trên.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS. TS Hồng Đình Long cùng các
thầy giáo trong bộ môn Động Cơ Đốt Trong - Trường ĐHBK Hà Nội đã nhiệt tình
hướng dẫn, giúp đỡ em hồn thành luận văn này !
Do thời gian, trình độ cịn hạn chế và đây là mảng nghiên cứu còn khá mới,
đề tài khơng thể tránh được sai sót nhất định. Kính mong được sự quan tâm, góp ý
của các Thầy và Chuyên gia để đề tài được đầy đủ và hoàn thiện hơn trong quá trình
nghiên cứu tiếp theo.

Xin chân thành cảm ơn!

Hà nội, ngày … tháng… năm 2011
Học viên thực hiện

Nguyễn Năng Minh

viii


CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Vấn đề phát thải của động cơ đốt trong
1.1.1 Các thành phần phát thải độc hại chính của động cơ đốt trong
Q trình cháy lý tưởng của hỗn hợp hydrocarbon với khơng khí chỉ sinh ra
CO2, H2O và N2. Tuy nhiên, do sự không đồng nhất của hỗn hợp cũng như do tính
chất phức tạp của các hiện tượng lý hóa diễn ra trong quá trình cháy nên trong khí
xả động cơ đốt trong ln có chứa một hàm lượng đáng kể những chất độc hại như
oxit nitơ (NO, NO2, N2O, gọi chung là NOx), monoxit carbon (CO), các

hydrocarbon chưa cháy (HC) và các hạt rắn, đặc biệt là bồ hóng (trong động cơ
diesel) [1, 2]. Nồng độ các chất ơ nhiễm trong khí xả phụ thuộc vào loại động cơ và
chế độ vận hành. Ở động cơ Diesel, nồng độ CO rất nhỏ chiếm tỉ lệ không đáng kể,
nồng độ HC chỉ bằng khoảng 20% nồng độ HC của động cơ xăng còn nồng độ NOx
của hai loại động cơ có giá trị tương đương nhau. Trái lại, bồ hóng là chất gây ơ
nhiễm quan trọng trong khí xả động cơ Diesel, nhưng khơng đáng kể trong khí xả
động cơ xăng. Sau đây phân tích cụ thể từng thành phần độc hại trong khí xả của
động cơ.
+ CO: Monoxit carbon là sản phẩm cháy của C trong nhiên liệu trong điều kiện
thiếu oxy. Monoxit carbon ở dạng khí khơng màu, khơng mùi. Khi kết hợp với sắt
có sắc tố của máu sẽ tạo thành một hợp chất ngăn cản quá trình hấp thụ oxy của
máu, làm giảm khả năng cung cấp oxy cho các tế bào trong cơ thể. Monoxit carbon
rất độc, chỉ với một hàm lượng nhỏ trong khơng khí có thể gây cho con người tử
vong. Hàm lượng cực đại cho phép [CO] = 33mg/m3 .
+ HC: (Hydrocarbon, đơi khi cịn được ký hiệu là CmHn) là các loại hydrocarbon
có trong nhiên liệu hoặc dầu bôi trơn không cháy hết chứa trong khí thải.
Hydrocarbon có rất nhiều loại. Mỗi loại có mức độ độc hại khác nhau nên không thể
đánh giá chung một cách trực tiếp. Ví dụ, paraffin và naphtalin có thể coi là vô hại.
Trái lại, các loại hydrocarbon thơm thường rất độc, ví dụ như hydrocarbon có nhân

1


benzen có thể gây ung thư. Để đơn giản khi đưa ra các tiêu chuẩn về môi trường,
người ta chỉ đưa ra thành phần hydrocarbon tổng cộng trong khí thải (viết tắt là
THC). Hydrocarbon tồn tại trong khí quyển cịn gây ra sương mù, gây tác hại cho
mắt và niêm mạc đường hô hấp.
+ NOx: Oxit nitơ là sản phẩm oxy hóa nitơ có trong khơng khí (một thành phần
của khí nạp mới vào động cơ) trong điều kiện nhệt độ cao. Do nitơ có nhiều hóa trị
nên oxit nitơ tồn tại ở nhiều dạng khác nhau, được gọi chung là NOx tồn tại ở hai

dạng chủ yếu là NO2 và NO. NO2 - peoxit nitơ là một khí có mùi gắt và màu nâu đỏ.
Với một hàm lượng nhỏ cũng có thể gây tác hại cho phổi, niêm mạc. Khi tác dụng
với nước sẽ tạo thành axit gây ăn mòn các chi tiết máy và đồ vật. Mức giới hạn
nguy hiểm [NO2] = 9mg/m3. NO - Monoxit nitơ NO là thành phần chủ yếu của NOx
trong khí thải. NO là một khí khơng mùi, gây tác hại cho hoạt động của phổi, gây
tổn thương niêm mạc. Trong khí quyển, NO khơng ổn định nên bị oxy hóa tiếp
thành NO2 và kết hợp với nước thành axit nitric HNO3. Hàm lượngcho phép [NO] =
9mg/m3.
+ PM: Theo định nghĩa của tổ chức bảo vệ mơi trường bang Carlifornia thì PM
là những thực thể (trừ nước) của khí thải sau khi được hịa trộn với khơng khí (làm
lỗng) đạt nhiệt độ nhỏ hơn 51,70C và được tách ra bằng một bộ lọc quy định. Với
định nghĩa như vậy, PM gồm các hạt rắn và các chất lỏng bám theo. Các hạt rắn
gồm: Carbon tự do và tro cịn gọi là bồ hóng, các chất phụ gia dầu bôi trơn, các hạt
và vảy tróc do mài mịn… Chất lỏng bám theo gồm có các thành phần trong nhiên
liệu và dầu bôi trơn. Các hạt rắn gây độc hại cho con người trước hết đối với đường
hơ hấp. Ngồi ra, một số loại hydrocarbon thơm bám vào muội than có thể gây ung
thư. Đối với mơi trường, PM cịn là tác nhân gây sương mù, ảnh hưởng đến giao
thông và sinh hoạt của con người.
Ngồi các thành phần độc hại nói trên, trong khí thải cịn có một số thành
phần độc hại khác như Andehyt, chì và SO2 và CO2. Tuy nhiên, hiện nay chất lượng
nhiên liệu đã cao hơn nhiều so với trước đây, thành phần tạp chất S, andehyt được

2


giảm thiểu và chì được loại bỏ khỏi nhiên liệu nên các thành phần độc hại Andehyt,
chì và SO2 có hàm lượng rất nhỏ so thể không cần xét đến. CO2 khơng độc đối với
sức khỏe con người nhưng nó là thủ phạm chính gây ra hiệu ứng nhà kính.
Tỷ lệ các chất độc hại trong khí thải của 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 chương trình đặc trưng của Châu Âu [2].

Hình 1.1. Tỷ lệ (khối lượng) các chất độc hại trong khí thải động cơ xăng.
Các chất độc hại chính trong khí thải động cơ xăng là CO, HC và NOx. Nồng
độ các thành phần độc hại này phụ thuộc rất nhiều vào hệ số dư lượng khơng khí λ
và các chế độ làm việc của động cơ.
Monoxit cacbon được hình thành từ phản ứng thiếu ơ xy. Do vậy, λ càng nhỏ
thì nồng độ CO càng lớn và ngược lại. Khi λ < 1, quá trình cháy thiếu oxy nên sinh
ra nhiều CO. Khi λ>1, về lý thuyết thừa oxy nhưng vẫn có một lượng nhỏ CO. Lý
do đó là trong buồng cháy vẫn có những vùng cục bộ có λ<1, tại đó q trình cháy
thiếu oxy. Mặt khác, tại những vùng sát vách có nhiệt độ thấp nên khi màng lửa lan
tràn tới đây sẽ bị dập tắt, hiện tượng này được gọi là hiệu ứng sát vách, do đó CO
khơng oxy hóa thành CO2. Trong khi đó, phần lớn CO sinh ra trong quá trình cháy
sẽ kết hợp trực tiếp với oxy trong quá trình giãn nở trong điều kiện nhiệt độ từ 1700
đến 1900 K để tạo thành CO2.

3


HC đạt giá trị nhỏ nhất ở λ =1,1 đến 1,25. Những vùng ngồi giới hạn này có
tỉ lệ nhiên liệu – khơng khí q đậm hoặc q nhạt, có khi vượt ra ngồi giới hạn
cháy nên nhiên liệu khơng cháy được hoặc cháy kém làm hàm lượng HC tăng.
Thành phần của HC rất đa dạng, gồm hydrocacbon thơm (như benzene, toluene,
ethyl benzene…) olefin (propan, ethan…) hay paraffin (methan…)…
NOx hình thành từ phản ứng oxy hóa nitơ trong điều kiện nhiệt độ cao của quá
trình cháy. Thành phần NOx phụ thuộc rất nhiều vào hệ số dư lượng khơng khí λ
(tức nồng độ oxy của hỗn hợp) và nhiệt độ của quá trình cháy, đạt giá trị cực đại tại
λ=1,05 ÷1,1. Tại đây, nhiệt độ quá trình cháy đủ lớn để oxy và nitơ phân hủy thành
ngun tử có tính năng hoạt hóa cao và cũng tại đây nồng độ oxy đủ lớn bảo đảm
đủ oxy cho phản ứng, do đó NOx đạt cực đại. Trước giá trị này, khi λ tăng, nồng độ

oxy tăng nên NOx tăng. Sau khi đạt cực đại, khi λ tăng, hỗn hợp nhạt nên nhiệt độ
quá trình giảm dẫn tới NOx giảm. Trong thành phần của NOx, NO chiếm tới 90 ÷
98% tùy thuộc vào λ, phần cịn lại là NO2.
Cơ chế hình thành NO được mô tả dưới đây. Trước hết, oxy bị phân hủy thành
oxy nguyên tử do nhiệt độ cao:
O2 = 2O
Tiếp theo là các phản ứng với sự tham gia của các ngun tử có tính hoạt hóa
cao:
N2 + O

= NO + N và

O2 + N = NO + O
Hai phản ứng này được gọi là chuỗi Zeldovich. Ngoài ra, NO cịn được hình
thành từ phản ứng sau:
OH + N = NO + H
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 phản ứng hình
thành CO.

4


Ảnh hưởng của chế độ không ổn định đến thành phần độc hại
Khi động cơ làm việc ở chế độ không ổn định, các thành phần độc hại sẽ thay
đổi. Sau đây sẽ xét một số trường hợp không ổn định thường gặp.
- Khởi động nguội: Khi động cơ khởi động nguội, hỗn hợp phải đậm (λ nhỏ)
nên CO lớn. Đồng thời, do nhiệt độ các chi tiết trong buồng cháy thấp nên nhiên
liệu đọng bám lên thành vách xylanh và buồng cháy. Trong quá trình giãn nở, màng
nhiên liệu bay hơi tăng thành phần HC. Do nhiệt độ quá trình cháy thấp nên NOx

nhỏ.
- Tăng tốc: Đối với động cơ xăng dùng bộ chế hịa khí có hệ thống tăng tốc nên
λ đậm lên đột ngột làm tăng CO và HC, đồng thời làm giảm NOx.
Đối với động cơ phun xăng trước xupap nạp, do hệ thống điều khiển bảo đảm
λ luôn phù hợp với chế độ làm việc nên khi tăng tốc hầu như khơng có sự khác biệt
về các thành phần độc hại so với trạng thái làm việc ổn định.
Đối với động cơ diesel không tăng áp thì hầu như khơng có sự khác biệt trong
q trình tăng tốc.
Cịn đối với động cơ diesel có tăng áp bằng tuốcbin khí thải, khi tăng tốc
thường thiếu khơng khí nên có khói đen làm PM tăng.
- Giảm tốc: Hiện tượng giảm tốc xảy ra khi động cơ bị kéo, ví dụ như khi
phanh hoặc xe xuống dốc. Trong động cơ xăng dùng bộ chế hịa khí, bướm ga đóng
gần kín khi giảm tốc. Khi đó, động cơ chạy khơng tải cưỡng bức và có thể ở chế độ
khơng tải với tốc độ vòng quay cao nên hỗn hợp rất đậm, CO và đặc biệt là HC rất
lớn, tốn nhiên liệu và ô nhiễm môi trường nặng nề.
Đối với động cơ phun xăng và động cơ xăng dùng bộ chế hịa khí điện tử, khi
động cơ bị kéo, nhiên liệu sẽ bị cắt hoàn toàn nên các thành phần phát thải độc hại
giảm.
Ảnh hưởng của các chất độc hại đến mơi trường
- Thay đổi nhiệt độ khí quyển: Trong môi trường, dưới tác dụng của nhiệt độ

5


và ánh sáng sẽ xảy ra các phản ứng hóa học phân giải các chất độc hại. Một số
thành phần hòa tan vào nước, theo nước mưa rơi xuống làm ô nhiễm đất, nguồn
nước và xâm hại thảm thực vật. Một số chất phân hủy nhanh như CO, NOx, SO2…
nhưng cũng có một số chất bị phân giải rất chậm như CH4, CO2… với nồng độ tích
tụ ngày càng lớn, gây ảnh hưởng to lớn đến khí hậu của trái đất thơng qua hiệu ứng
nhà kính đặc biệt là khí CO2 vì nó là thành phần chính trong sản phẩm cháy của

nhiên liệu có chứa thành phần carbon. Sự gia tăng nhiệt độ bầu khí quyển do sự
hiện diện của các chất khí gây hiệu ứng nhà kính có thể được giải thích như sau:
Tầng khí quyển trái đất dày khoảng 16 km, trên đó cho đến khoảng 50 km là
tầng bình lưu. Trong tầng bình lưu, ngồi các chất khí thơng thường cịn có các chất
khí như CO2, CH4, N2O, O3, CFC11, CFC12… (CFC11, CFC12 là những hợp chất
của clo, flo và hydrocarbon dùng làm dung môi trong các máy lạnh). Những chất
khí kể trên có tính chất đặc biệt là cho tia mặt trời (gồm chủ yếu các sóng ngắn) đi
qua chiếu xuống bề mặt trái đất. Tại đây, một phần năng lượng biến thành nhiệt và
phản xạ lên tầng bình lưu ở dạng tia nhiệt (sóng dài). Khi gặp các chất khí nêu trên,
tia nhiệt bị hấp thụ và phản xạ lại. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng nhà kính,
cịn các chất khí tạo ra hiệu ứng này được gọi là khí nhà kính. Nhờ có hiện tượng
này mà trái đất của chúng ta ấm áp với nhiệt độ trung bình khoảng 150C thay vì 170C. Tuy nhiên, với hoạt động công nghiệp của con người ngày càng gia tăng nên
tốc độ tích tụ các khí nhà kính trên tầng bình lưu ngày càng lớn hơn tốc độ phân hủy
tự nhiên của chúng. Do đó, lượng khí nhà kính trên tầng bình lưu ngày một nhiều
lên làm cho hiệu ứng nhà kính ngày một mạnh lên, làm nhiệt đọ tăng 0,70C trong
vòng 100 năm qua. Theo dự đoán của các nhà khoa học, nếu với tốc độ tiêu thụ
năng lượng (đồng nghĩa với tốc độ phát thải CO2 vào tầng bình lưu ) như hiện nay
thì nhiệt độ trung bình của trái đất sẽ tăng từ 1,5 đến 40C trong vòng 50 năm tới.
Nhiệt độ trái đất tăng sẽ làm băng ở hai cực của trái đất tan ra, nước biển dâng lên
làm ngập nhiều thành phố, làng mạc và đồng bằng ven biển, ảnh hưởng đến cuộc
sống của hàng trăm triệu con người. Theo đánh giá của Chương trình Phát triển
Liên Hiệp Quốc (UNDP), Việt Nam nằm trong top 5 nước đứng đầu thế giới dễ bị

6


tổn thương nhất đối với biến đổi khí hậu. Nếu mực nước biển tăng 1 mét, ở Việt
Nam sẽ mất 5% diện tích đất đai, 11% người mất nhà cửa, giảm 7% sản lượng nông
nghiệp và 10% thu nhập quốc nội GDP. Nếu mực nước biển dâng lên là 3-5m thì
điều này đồng nghĩa với “có thể xảy ra thảm họa” ở Việt Nam.

- Ảnh hưởng đến sinh thái: Sự gia tăng của NOx, đặc biệt là protoxide nitơ
N2O có nguy cơ làm gia tăng sự hủy hoại lớp ozone ở thượng tầng khí quyển, lớp
khí cần thiết để lọc tia cực tím phát xạ từ mặt trời. Tia cực tím gây ung thư da và
gây đột biến sinh học, đặc biệt là đột biến sinh ra các vi trùng có khả năng làm lây
lan các bệnh lạ dẫn tới hủy hoại sự sống của mọi sinh vật trên trái đất giống như
điều kiện hiện nay trên sao hỏa.
Mặt khác, các chất khí có tính axit như SO2, NO2, bị oxy hóa thành axit
sulfuric, axit nitric hịa tan trong mưa, trong tuyết, trong sương mù…làm hủy hoại
thảm thực vật trên mặt đất (mưa axit) và gây ăn mịn các cơng trình làm bằng kim
loại.
- Tình hình ơ nhiễm do khí thải động cơ gây ra ở Việt Nam: Tại Việt Nam,
tình trạng ơ nhiễm mơi trường do khí thải động cơ mặc dù chưa nghiêm trọng như
các nước phát triển vì số lượng phương tiện giao thơng vận tải cơ giới còn chưa
nhiều so với họ nhưng cũng đã đến mức đáng lo ngại. Với một nước đang phát triển
như Việt Nam thì việc kiểm sốt lượng khí thải chưa thực sự nghiêm ngặt trong khi
tình trạng số lượng phương tiện giao thơng ngày càng tăng, hiện cả nước có khoảng
850 nghìn ơtơ và đặc biệt là có hàng triệu xe máy. Trong quy hoạch phát triển
ngành công nghiệp xe máy của Bộ Cơng Thương, sức tăng bình qn hiện nay của
xe ở mức 2-2,2 triệu xe/năm, thậm chí tới năm 2007 đã vọt lên tới 3,1 triệu xe/năm.
Cũng theo dự tính, lượng xe máy tới năm 2020 sẽ vào khoảng 33 triệu xe/100 triệu
dân. Song với tỷ lệ tăng như hiện nay, con số có thể sẽ khơng dừng lại ở mức 33
triệu như dự báo. Có thể nói nếu không hạn chế được sự gia tăng ồ ạt của xe máy
cũng như kiểm định chặt chẽ khí thải, tương lai ơ nhiễm khơng khí trầm trọng tại
các thành phố của Việt Nam là điều không thể tránh khỏi. Thêm vào đó, hình ảnh
các xe máy cũ nát, xả khói đen mù mịt khơng phải là cảnh khó gặp tại các đô thị

7


hiện nay. Trong khi đó, lượng khí thải này chưa hề được kiểm sốt và cũng chưa có

lộ trình loại bỏ xe cũ.
1.1.2. Các biện pháp giảm độc hại trong khí thải
Ngay từ khi vấn đề ơ nhiễm mơi trường do khí thải của đơng cơ bắt đầu được
quan tâm, một nhiệm vụ tất yếu đặt ra là nghiên cứu và áp dụng các biện pháp sao
cho động cơ giảm thiểu phát thải các thành phần độc hại và CO2 vào khí quyển. Với
mục đích tổng thể này, nghiên cứu giảm thiểu ơ nhiễm cũng nhằm mục đích giảm
tiêu thụ nhiên liệu của động cơ. Cho đến nay đã có rất nhiếu biện pháp cụ thể được
sử dụng trong thực tế, và trong tương lai sẽ cịn có các biện pháp khác được nghiên
cứu nhằm giải quyết triệt để hơn vấn đề quan trọng này.
Nói chung, các biện pháp giảm thiểu ơ nhiễm có thể chia ra thành hai nhóm
chính [2, 3]. Nhóm thứ nhất bao gồm các biện pháp liên quan đến cấu tạo động cơ,
loại nhiên liệu, phương pháp hình thành hỗn hợp, điều chỉnh và vận hành động
cơ…gọi chung là biện pháp liên quan đến động cơ. Tuy nhiên chỉ bằng các biện
pháp này thì khó có thể thỏa mãn các tiêu chuẩn khí thải ngày càng nghiêm ngặt.
Nhóm thứ hai bao gồm các biện pháp xủ lý khí thải sẽ đảm bảo nồng độ độc hại của
khí thải trước khi xả vào mơi trường phải nhỏ hơn giới han cho phép.
Sau đây trình bày một số biện pháp điển hình để giảm phát thải đối với động
cơ xăng và động cơ diesel.
1.1.2.1. Các biện pháp liên quan đến động cơ
a. Điều chỉnh chính xác λ [4]
Đối với động cơ xăng, nồng độ CO và HC nhỏ nhất tại λ = 1,05 ÷ 1,1 nhưng
cũng tại đây nồng độ NOx đạt cực đại. Như vậy, nếu điều chỉnh chính xác λ đạt giá
trị nói trên đã hạn chế được hai thành phần độc hại chủ yếu là CO và HC, còn để
hạn chế NOx sẽ dùng phương pháp khác. Sau đây trình bày một số biện pháp cụ thể
như sau:
+ Sử dụng bộ chế hồ khí điện tử hoặc hệ thống phun xăng thay cho bộ chế hoà

8

khí cơ khí thơng thường. Ngồi tác dụng điều chỉnh chính xác λ, những hệ thống
thay thế này cịn có khả năng cắt hoàn toàn nhiên liệu khi động cơ bị kéo (ví dụ khi
phanh xe hay xuống dốc) nên vừa giảm ô nhiễm do thành phần HC chưa cháy rất
lớn, vừa giảm đáng kể lượng tiêu thụ nhiên liệu.
+ Hạn chế tối đa sự khác biệt về λ giữa các xylanh bằng các biện pháp như: Sử
dụng hệ thống phun xăng đa điểm thay cho phun xăng đơn điểm để có λ đồng đều
giữa các xylanh, hạn chế tối đa sự hình thành màng xăng trong ống nạp bằng sấy
nóng đường nạp và tạo xốy khơng khí quanh vịi phun, tạo xốy lốc trong xylanh
từ q trình nạp kết hợp với phun trong khi mở xupap nạp, thiết kế đường ống nạp thải với sức cản và đặc tính dao động áp suất như nhau.
+ Dùng bộ điều chỉnh điện tử ở hệ thống nhiên liệu phun xăng để điều chỉnh λ
tối ưu tuỳ thuộc vào các thông số tải trọng, tốc độ vòng quay, nhiệt độ nước làm
mát, góc đánh lửa sớm…tại từng chế độ trong miền làm việc của động cơ. Đây là
biện pháp khá triệt để, được sử dụng ở các động cơ xe hiện đại.
+ Dùng cảm biến λ để điều chỉnh chính xác thành phần hỗn hợp khơng khí
nhiên liệu.
+ Cảm biến hỗn hợp nghèo: Tín hiệu từ cảm biến được được dùng để điều chỉnh
giữ cho λ chính xác trong vùng hỗn hợp nghèo.
b. Thiết kế hệ thống đánh lửa thích hợp
+ Điều chỉnh góc đánh lửa sớm:
Khi giảm góc đánh lửa sớm φs, q trình cháy lùi về phía sau, nhiệt độ cực
đại của quá trình cháy giảm nên NOx giảm. Trái lại, nhiệt độ của khí thải tăng sẽ tạo
điều kiện thuận lợi cho q trình oxy hố tiếp CO và HC trong quá trình thải nên
các thành phần độc hại này giảm. Ngồi ra, do nhiệt độ khí thải cao nên thời gian
hâm nóng máy giảm và bộ xử lý xúc tác nhanh chóng đạt nhiệt độ làm việc cũng
làm giảm phát thải ơ nhiễm trong q trình q độ. Tuy nhiên, cháy quá muộn sẽ
làm hiệu quả sinh công thấp.

9

Một số động cơ sử dụng hệ thống đánh lửa kép, thực chất là trong q trình
nén có hai lần đánh lửa nối tiếp nhau. Lần đánh lửa thứ nhất tạo ra những phần tử
hoạt tính đầu tiên, tia lửa được điều khiển sao cho duy trì trong một thời gian nhất
định rồi bị dập tắt. Sau đó,q trình hình thành và tích tụ các phần tử hoạt tính tiếp
tục xảy ra một cách tự nhiên thông qua các phản ứng dây chuyền phân nhánh. Tia
lửa của lần đánh lửa thứ hai có tác dụng cung cấp thêm năng lượng để quá trình
cháy thực sự diễn ra. Ưu điểm của hệ thống này là quá trình cháy diễn ra êm và ổn
định (khi so sánh giữa các chu kỳ), khởi động chắc chắn và đốt được hỗn hợp
nghèo. Ngoài ra, so với hệ thống đánh lửa thông thường, năng lượng đánh lửa yêu
cầu không lớn nên tuổi thọ bugi tăng.
+ Tăng năng lượng đánh lửa:
Về mặt lý thuyết, năng lượng đánh lửa E tăng sẽ ảnh hưởng tích cực đến diễn
biến q trình cháy. Cụ thể, E tăng có thể mở rộng giới hạn của hệ số dư lượng
khơng khí λ thêm 0,2 ÷ 0,3 tức là có thể đốt hỗn hợp nghèo hơn, do đó giảm được
NOx và CO. Tuy nhiên, thực nghiệm đã chứng tỏ rằng năng lượng của tia lửa E
không ảnh hưởng đến diễn biến quá trình cháy nữa khi E > 30 ÷ 50mJ.
Để tăng năng lượng đánh lửa, người ta thiết kế sao cho có thể duy trì tia lửa
đến 2 ms và tăng dòng sơ cấp i1 trong hệ thống đánh lửa từ 5 đến 12A bằng cách sử
dụng hệ thống đánh lửa bán dẫn bao gồm cả biến áp đánh lửa.
+ Sử dụng bugi kiểu mới:
Thực tế chứng tỏ, kết cấu của bugi ảnh hưởng rất lớn đến diễn biến quá trình
cháy, tức ảnh hưởng đến tính kinh tế và sự phát thải ơ nhiễm của động cơ. Do đó,
các nhà thiết kế đã nghiên cứu và chế tạo ra một số loại bugi kiểu lắp đặt tại vị trí
thích hợp trong buồng cháy, có thể kể ra một số loại như sau:
- Bugi có khoảng cách giữa hai điện cực lớn, đến 1,5mm nhằm mục đích tăng
chiều dài tia lửa.

10

- Bugi có buồng cháy phụ: Trong q trình nén, một lượng nhỏ khí hỗn hợp bị
nén theo các lỗ định hướng vào không gian điện cực (buồng cháy phụ) tạo ra xoáy
lốc. Khi bugi bật tia lửa điện, do chuyển động rối mạnh, màng lửa hình thành và
phát triển nhanh chóng rồi phun ngược trở lại và trở thành nguồn lửa có năng lượng
rất lớn đốt kiệt hỗn hợp trong buồng cháy.
- Bugi sinh tia plasma, đang ở giai đoạn nghiên cứu và thử nghiệm.
c. Kết cấu buồng cháy phù hợp
+ Tỷ số Flm/Vc nhỏ nhất:
Chúng ta đã biết, một điều rất quan trọng khi thiết kế động cơ là phải tạo được
buồng cháy gọn với tỷ số Flm/Vc nhỏ nhất có thể để giảm tổn thất nhiệt, do đó làm
tăng tính kinh tế của động cơ. Mặt khác, buồng cháy gọn và ít khe kẽ sẽ làm giảm
hiệu ứng sát vách nên HC giảm.
+ Thiết kế diện tích chèn tối ưu trên đỉnh piston:
Diện tích chèn trên đỉnh piston đóng vai trị rất quan trọng tạo xốy lốc trong
q trình nén. Do ảnh hưởng của xốy lốc, chiều dày lớp biên lạnh giảm làm giảm
hiệu ứng sát vách dẫn tới HC giảm. Tuy nhiên, xoáy lốc càng mạnh thì tổn thất cơ
giới càng tăng. Vì vậy, diện tích chèn tối ưu chỉ nên nằm trong khoảng 10 ÷ 15 %
diện tích tiết diện ngang của piston.
+ Vị trí và số bugi, số xupap:
Nếu buồng cháy gọn và bugi đặt cách đều các xupap, thì quãng đường lan
truyền của màng lửa ngắn, kết hợp với xoáy lốc do chọn diện tích chèn thích hợp
nên nhiên liệu cháy kiệt hơn, HC nhỏ. Một biện pháp khác để cho quãng lan truyền
màng lửa ngắn là dùng nhiều bugi, ví dụ hai bugi cho mỗi xylanh.
Đối với trường hợp xylanh có 4 hoặc 5 xupap, đường nạp có dạng cong (để tạo
xốy lốc) và chia làm hai nhánh. Ở chế độ tải nhỏ, lưu lượng ít, nhưng do chỉ có
một nhánh làm việc nên cường độ xoáy lốc vẫn đủ lớn, do đó cải thiện q trình hồ

11

trộn và tạo thành hỗn hợp. Khi tải lớn, nhánh thứ hai được đưa vào làm việc để đảm
bảo nạp đầy hỗn hợp.
+ Tỷ số nén ε:
Tỷ số nén ε là một thông số rất quan trọng của động cơ. Nói chung, khi tăng ε
thì hiệu suất của động cơ tăng, ge giảm có nghĩa là giảm phát thải CO2. Tuy nhiên,
do nhiệt độ cực đại trong quá trình cháy tăng dẫn tới tăng NOx. Đồng thời, HC tăng
do tỷ lệ tương đối của thể tích khe kẽ đối với tồn bộ thể tích buồng cháy tăng. Mặt
khác, cùng với tăng ε, nhiệt độ mơi chất trong q trình thải giảm (do giãn nở triệt
để hơn) nên HC và CO bị oxy hố ít hơn, tức là HC và CO cịn lại trong khí thải
tăng lên. Hãng SAAB (Thuỵ Điển) đã đưa ra kết cấu động cơ ơ tơ có ε thay đổi
bằng kết cấu đường tâm xylanh thay đổi góc nghiêng so với phương thẳng đứng
nhờ một hệ thống cơ điện tử. Do đó ở chế độ tải nhỏ (nạp ít hỗn hợp) tỷ số nén có
thể cao tới 14,3 mà khơng kích nổ, do đó tính kinh tế và tính hiệu quả được cải
thiện.
d. Luân hồi khí thải
Để giảm NOx, một số động cơ (kể cả xăng và diesel) dùng phương pháp luân
hồi khí thải [5], thực chất là đưa một phần sản vật cháy trở lại để đốt. Khí nạp mới
hồ trộn với một lượng khí thải có nhiệt độ cao nên nhiệt độ của mơi chất trong quá
trình nén cũng cao hơn, đảm bảo cho hỗn hợp được đốt cháy dễ dàng. Mặt khác
nồng độ oxy khi đó giảm và nhiệt độ trong q trình cháy nhỏ nên nồng độ NOx tạo
thành trong khí thải sẽ giảm rõ rệt. Đó là mục đích chính của biện pháp này.
Người ta chia phương pháp luân hồi khí thải thành hai loại là luân hồi nội tại
và luân hồi bên ngồi.
Ln hồi nội tại dựa trên cơ sở góc trùng điệp của xupap (φ1 + φ4) lớn. Trong
giai đoạn trùng điệp, do chênh lệch áp suất, một lượng sản vật cháy trong xylanh sẽ
đi vào đường nạp sau đó trong quá trình nạp quay trở lại xylanh. Biện pháp này
khơng những làm giảm NOx mà cịn giảm được HC vì sản vật cháy ln hồi sẽ
chiếm các vị trí sát vách trước tiên, do đó giảm lượng khí nạp mới sát vách.

12

Ln hồi bên ngồi là phương pháp trích một phần khí thải từ đường thải quay
trở lại đường nạp để hồ trộn với khí nạp mới trên đường nạp vào động cơ. Để điều
chỉnh lượng khí thải luân hồi phù hợp, trên đường luân hồi người ta bố trí van điều
khiển tự động.
Tuy nhiên, khí thải luân hồi sẽ làm cho hỗn hợp “bẩn” hơn cũng tương tự như
trường hợp hệ số khí sót γr lớn dẫn tới làm giảm tinh kinh tế của động cơ nói chung
và động cơ không thể phát ra công suất cực đại ở chế độ tồn tải. Do đó, phương
pháp ln hồi khí thải thường dùng ở chế độ tải nhỏ. Mặt khác, ở chế độ khơng tải
cũng khơng dùng ln hồi vì khi đó hỗn hợp có thể q nghèo khơng cháy được,
động cơ sẽ bị chết máy.
Một số ô tô của các hang như Mercedes – Benz, Mam, Toyota…đã sử dụng
phương pháp luân hồi khí thải.
e. Thiết kế động cơ dùng hỗn hợp nghèo
Khi dùng hỗn hợp với λ > 1 (Ví dụ với λ = 1,2 chẳng hạn) tức là hỗn hợp nghèo
thì các thành phần độc hại như CO và NOx giảm đi. Tuy nhiên, do giới hạn cháy của
hỗn hợp xăng với khơng khí rất hẹp nên để mở rộng giới hạn này phải sử dụng
những biện pháp đặc biệt. Sau đây là một số biện pháp cụ thể:
+ Hình thành khí hỗn hợp phân lớp:
Phương pháp hình thành khí hỗn hợp phân lớp được áp dụng trong động cơ
phun xăng trực tiếp. Bản chất của phương pháp này là bố trí một bugi đánh lửa
trong buồng cháy của động cơ tại vị trí hỗn hợp có thành phần λ nhỏ (hỗn hợp đậm
λ = 0,85 ÷ 0,9) để đốt hỗn hợp bằng tia lửa điện. Phần hỗn hợp này sau khi bốc cháy
sẽ làm mồi để đốt phần hỗn hợp cịn lại có thành phần λ lớn (hỗn hợp nhạt). Như
vậy, hỗn hợp toàn bộ của động cơ là hỗn hợp nhạt (hỗn hợp này ở động cơ thông
thường là quá nhạt, không thể cháy được). Do động cơ làm việc với λ lớn nên sinh
ra ít độc hại. Tuy nhiên, để đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải hiện hành thì vẫn phải
dùng phương pháp xử lý khí thải. Do λ lớn nên khơng thể dùng bộ xử lý ba đường

13


mà phải dùng bộ xử lý NOx hỗn hợp nghèo kết hợp với bộ xử lý oxy hóa để xử lý
HC và CO.
Hiện nay, tất cả các nhà sản xuất ô tô hàng đầu thế giới đều nghiên cứu chế
tạo động cơ hình thành khí hỗn hợp phân lớp và đã đưa ra rất nhiều loại kết cấu với
buồng cháy thống nhất và buồng cháy ngăn cách.
+ Tạo xoáy lốc và rối trong buồng cháy:
Xoáy lốc và rối trong buồng cháy tạo thuận lợi cho q trình hịa trộn và cháy
của hỗn hợp, tạo điều kiện cho nhiên liệu cháy kiệt và mở rộng giới hạn cháy. Như
đã trình bày trong các giáo trình về lý thuyết và kết cấu động cơ, xốy lốc có thể tạo
từ q trình nạp do đường ống nạp có hình dạng thuận lợi về khí động học như hình
xoắn ốc hoặc có hướng tiếp tuyến với xylanh…Ngồi ra, đối với động cơ có số
xupap lớn hơn 2 có thể dùng hai đường nạp. Để tạo xốy và rối trong buồng cháy có
thể dùng kết cấu chèn trên đỉnh piston.
+ Thiết kế buồng cháy thích hợp:
Buồng cháy gọn và có tỷ số nén ε lớn, vị trí đặt bugi tối ưu cũng góp phần mở
rộng giới hạn λ về phía hỗn hợp nghèo.
+ Thiết kế cơ cấu phối khí thích hợp:
Thiết kế hệ thống đường nạp – thải tối ưu về khí động, lựa chọn được góc
phối khí tối ưu khi thiết kế nhằm đạt được chất lượng của q trình trao đổi khí cao
nhất, cụ thể là thải sạch và nạp đầy, tạo điều kiện tạo thành hỗn hợp “sạch” nên tăng
được giới hạn của λ.
Để tăng hệ số nạp, các nhà thiết kế đã đưa ra phương án thay cơ cấu điều
khiển đóng mở xupap kiểu cơ khí (cam – lị xo) bằng van điện từ. Hệ số nạp tăng là
do xupap hầu như chỉ có hai trạng thái đóng và mở nên tiết diện thời gian của xupap
tăng lên đáng kể. Gần đây, hãng BMW đưa ra giải pháp Valvetronic thay đổi hành
trình của xupap để điều chỉnh lượng khí nạp mới thay cho van tiết lưu. Hãng
TOYOTA áp dụng công nghệ thay đổi góc phối khí thơng minh Variable Valve

14


Timing with intelligence (VVT-i) với 2 trục cam trên nắp xylanh (DOHC) cho
nhiều loại xe như Innova, Corolla Altis, Vios, Camry…
f. Hạn chế sử dụng động cơ ở chế độ tải nhỏ
Ở chế độ tải nhỏ, lượng khí nạp mới ít, hệ số khí sót lớn (hỗn hợp “bẩn” hơn),
hỗn hợp cháy khơng tốt nên chất lượng khí thải kém và suất tiêu thụ nhiên liệu cao.
Do đó, khi sử dụng nên hạn chế vận hành động cơ ở chế độ tải nhỏ. Ví dụ như đối
với ơ tơ, xe máy thì khơng nên chạy ở chế độ tay số và tốc độ thấp nếu có thể
(trường hợp này hay gặp khi kẹt xe, tắc đường…). Để cho trong xylanh chỉ diễn ra
q trình cơng tác như ở chế độ tải lớn, nhằm mục đích giảm tiêu thụ nhiên liệu và
giảm độc hại trong khí thải, một số hãng đã chế tạo động cơ có thể cắt một số
xylanh khi động cơ chỉ cần phát ra công suất nhỏ (tải nhỏ). Gần đây, hãng
Mercedes-Benz đã đưa ra hai loại động cơ chữ V 8 và 12 xylanh dùng cho ô tô du
lịch sử dụng biện pháp này. Động cơ được trang bị một cơ cấu cơ-điện-thủy lực để
cắt nhiên liệu và dừng cơ cấu phối khí của một nhánh chữ V khi tải nhỏ. Do đó chỉ
cịn một nhánh làm việc ở chế độ công suất cao.
g. Sử dụng nhiên liệu thay thế
+ Cồn: Cồn (alcohol) có cấu trúc phân tử CnH2n+2-i(OH)i được sản xuất từ cơng
nghiệp thực phẩm có thể sử dụng làm nhiên liệu trong động cơ đốt trong. Do hàm
lượng cacbon trong nhiên liệu thấp hơn so với xăng nên phát thải CO2 ít hơn dẫn tới
giảm hiệu ứng nhà kính. Ngồi ra, hàm lượng NOx nhỏ hơn do nhiệt độ quá trình
cháy thấp hơn. Đồng thời, do tỷ lệ cacbon trong nhiên liệu nhỏ hơn và hàm lượng
oxy trong hỗn hợp cao hơn nên muội than cũng ít hơn. Ngồi ra, do chỉ số octan cao
nên có thể tăng được tỷ số nén làm tăng hiệu suất động cơ. Tuy nhiên, do nhiệt trị
thấp hơn xăng ( đối với ethanol chỉ bằng 62%) nên công suất động cơ dùng cồn thấp
hơn khá nhiều so với động cơ dùng xăng. Hiện nay, do giá dầu mỏ tăng cao và để
giảm thiểu độc hại vào môi trường, nhiều nước đã sử dụng ethanol pha xăng với tỷ

lệ 5% (E5) cho ô tô bán trên thị trường mà không phải thay đổi gì về kết cấu của
động cơ. Một số nước (Mỹ, Braxin…) còn dùng nhiên liệu thay thế E85 (85%

15


ethanol, 15% xăng) cho ô tô đa nhiên liệu (Multi-Fuel Vehicle-MFV) tức là xe thiết
kế để dùng được với nhiều loại nhiên liệu. Cịn ở Việt Nam cũng đang có xu hướng
sử dụng cồn làm nhiên liệu động cơ, đi đầu là công ty cổ phần Đồng Xanh đã khởi
công xây dựng nhà máy sản xuất cồn vào 4/2007 ở Đại Lộc (Quảng Nam) sản
lượng 100.000 tấn/năm dùng để pha vào xăng hay dầu thực vật làm diesel sinh học
(Biodiesel).
+ Nhiên liệu khí: Nhiên liệu khí chủ yếu dùng trong động cơ là khí hóa lỏng
Liquified Petroleum Gas (LPG) và khí thiên nhiên nén Compressed Natural Gas
(CNG). Khí sinh vật (Biogas) ở nước ta hầu như chưa được sử dụng để chạy động
cơ. Khí thải động cơ khi dùng nhiên liệu khí ít độc hại hơn so với dùng xăng do
thành phần cacbon trong nhiên liệu ít hơn (nhiều hydro hơn) và hỗn hợp nhiêu liệu
– khơng khí hịa trộn tốt và cháy tốt hơn nên độc hại chỉ bằng khoảng 30% so với
khi dùng xăng.
h. Dùng động cơ hybrit
Hiện nay đã có nhiều hãng chế tạo ơ tơ (Ford, Toyota, Honda…), xe máy
(Honda) dùng động cơ hybrid. Trên xe lắp động cơ đốt trong và một máy điện hoạt
động ở hai chế độ động cơ và máy phát. Ở chế độ thơng thường, ví dụ chạy trên xa
lộ, động cơ đốt trong (xăng hoặc diesel) truyền lực cho bánh xe và kéo máy phát
điện nạp cho acquy. Khi chạy trên đường thành phố chỉ dùng động cơ điện do acquy
kéo nên không gây ô nhiễm. Những lúc cần công suất lớn có thể dùng cả hai động
cơ. Ngồi ra, khi xe phanh, một phần năng lượng phanh sẽ được tận dụng để phát
điện nạp acquy. Do đó, lượng tiêu thụ nhiên liệu của xe hybrit thấp hơn nhiều so với
xe thường nên giảm đáng kể lượng phát thải khí độc hại và khí gây hiệu ứng nhà
kính CO2.

1.1.2.2. Các biện pháp xử lý khí thải
Xu hướng chung trên thế giới là các tiêu chuẩn kiểm sốt khí thải ngày càng
ngặt nghèo hơn để bảo vệ môi trường. Để thỏa mãn các tiêu chuẩn hiện hành và tiêu

16