tỉ lệ các chất động hại trong khí thải động cơ

Trường đại học Cơng Nghiệp Hà Nội

Mơn : khí xả và vấn đề ơ nhiễm
mơi trường

Nhóm 3
1


CÁC THÀNH VIÊN TRONG NHĨM

•
•
•
•
•

Cao Văn Đức
Nguyễn Tiến Đức
Nguyễn Mạnh Dũng
Ngô Văn Đại
Nguyễn Văn Mạnh

2


CHỦ ĐỀ

tỷ lệ các chất độc hại trong khí thải

3

Do có những đặc điểm khác nhau về ngun
liệu, hình thành hỗn hợp và cháy nên tỷ lệ các chất
độc hại trong khí thải của động cơ xăng và diesel
cũng khác nhau

4


Đối với động cơ xăng

5


O2; 0.01

H20
CO2
các chất độc
hại
N2
O2

H20; 0.09

Chất rắn 0,0008%

NOx 0,13%

CmHn 0,09%

CO2; 0.18

các chất độc hại; 0.01

CO 0,9%

N2; 0.71

6
tỉ lệ trung bình tính theo khối lượng các chất độc hại trong khí thải động cơ xăng theo chương trình thử đặc trưng của Châu Âu


 

Các chất độc hại chính trong khí thải 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 lượng khơng khí mức độ đậm
nhạt của hỗn hợp ) được thể hiện rõ trên hình 1.2 .

7


1.3.1.1. CO
Monoxitcacbon được hình hành từ phản ứng sau :
2C + O2 -> 2CO

Đây là phản ứng thiếu oxi , λ càng nhỏ thì nồng độ CO càng lớn và ngược lại.

8


•

Khi λ <1, quá trình cháy thiếu oxi nên thành phần CO lớn. Trong quá trình giãn nở ,một phần CO sẽ kết hợp với hơi nước
(trong sản phẩm cháy )để tạo thành CO 2 :
CO + H2O -> CO2 + H2

•

Khi λ >1 ,về lí thuyết thừa oxi nhưng vẫn có một lượng nhỏ CO. Lý do là trong buồng cháy vẫn có những vùng cục bộ có λ <1,
tại đó q trình cháy thiếu oxi .Mặt khác ,tại những vùng sát vách ,do hiệu ứng làm lạnh còn gọi là hiệu ứng sát vách nên CO
khơng oxi hóa tiếp thành CO2 .trong khi đó ,phần lớn CO sinh ra trong quá trình cháy sẽ kết hợp tiếp với oxi trong quá trình
giãn nở ở điều kiện nhiệt độ từ 1700 đến 1900 K để tạo thành CO 2 :
CO + O2 -> CO2

9


Từ khi nhiệt độ trong quá trình cháy giãn nở <1700 K
trở đi ,nồng độ CO khơng đổi .Đây chính là nồng độ CO
trong khí thải .Sự thay đổi tổng hợp của các thành phần phản
ứng cháy C được thể hiện trên hình 1.3.
Đối với trường hợp đốt hỗn hợp nghèo ( λ> 1). CO cịn
hình thành trong q trình giãn nở do cháy rớt ,cụ thể cháy
tiếp phần cacbuahydro chưa cháy

10


1.3.1.2.CmHn
Trên hình 1.2 đã thể hiện rõ ,CmHn đạt giá trị nhỏ nhất ở λ =1,1 đến 1,25 .Những vùng ngồi giá trị này có tỷ lệ nhiên
liệu –khơng khí q đậm hoặc q nhạt ,có khi vượt ra ngồi giới hạn cháy nên nhiên liệu không cháy được .Mặt khác ,đối với
bất cứ λ nào ,trong buồng cháy cũng có những vùng đặc biệt mà hỗn hợp khơng thể cháy được như :

Lớp sát vách các chi tiết có nhiệt độ thấp nên khi màng lửa lan tràn
tới đây sẽ bị dập tắt ,do đó nhiên liệu tại đây không được đốt cháy .

Vùng giữa các khe kẽ hẹp ,ví dụ khe giữa đầu piston và xylanh

hiện tượng này được gọi là hiệu ứng sát vách

11


Ngồi ra ,trong q trình nén thường hình thành màng dầu trên mặt gương xylanh . 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

cacbuahydro
cacbuahydro thơm
thơm (như
(như benzen,
benzen,
xy
xy lanh
lanh toluen,

toluen, etinbenzen…)
etinbenzen…)

olephin
olephin (( propan,
propan, etan,…)
etan,…)

paraphin
paraphin (metan
(metan …)
…)

12


1.3.1.3 .  
 

•

hình thành từ phản ứng oxi hố nitơ trong điều kiện nhiệt độ cao của quá trình cháy . Thành phần NO phụ thuộc rất nhiều vào tức nồng độ oxi của
hỗn hợp và nhiệt độ của quá trình cháy , đạt giá trị cực đại tại = 1,05 ÷ 1,1. Tại đây , nhiệt độ q trình cháy đủ lớn để oxi và nitơ phân huỷ thành
nguyên tử có tính năng hoạt hố cao và cũng tại đây nồng độ oxi đủ lớn bảo đảm đủ oxi cho phản ứng , do đó , đạt cực đại . Trước giá trị này , khi
tăng , nồng độ oxi tăng nên , tăng . Sau khi đạt cực đại , khi tăng , hỗn hợp nhạt nên nhiệt độ q trình cháy giảm dẫn tới giảm

•

Trong thành phần của , NO chiếm tới 90 ÷ 98 % tuỳ thuộc vào , phần còn lại là . Cơ chế hình thành NO được mơ tả dưới đây . Trước hết , dưới
nhiệt độ cao , oxi bị phân huỷ thành oxi nguyên tử : 

  

 

 

13


- Tiếp theo là các phản ứng với sự tham gia của các ngun tử có tính năng hoạt
hố cao : 
 

 

    - Ngồi ra , NO cịn được hình thành từ phản ứng sau :
 
 
- 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 . 
 

14


Andehit là các loại cacbuahydro chứa oxi, điển hình là foocmoldehit . Bang California là
nơi đầu tiên đưa ra tiêu chuẩn hạn chế thành phần andehit trong khí thải.

ANDEHIT

15


 e.

Các hợp chất chứa chì
Để chống kích nổ trong động cơ xăng, người ta thường pha vào xăng các chất phụ gia chứa chì như tetraetin chì ().

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 có tác dụng rà
khít xupap với đế xupap nhưng cũng gây mài mòn các chi tiết
động cơ, đồng thời gây tác hại đối với môi trường và sức khỏe con
người.

16




Để giảm ảnh hưởng mài mòn các chi tiết của động cơ, người ta pha vào xăng các hợp chất vơ cơ của nhóm halogen ( như clo và brom). Các
hợp chất này có tác dụng làm giảm nhiệt độ sơi của oxit chì. Sau phản ứng cháy, các hợp chất của nhóm halogen với chì sẽ được thải ra khỏi
buồng cháy ở dạng khí 

17
NƯỚC CLO

BROM


ĐỐI VỚI

ĐỘNG CƠ DIESEL

18


Đặc điểm của động cơ diesel là hình thành hỗn hợp bên trong nên λ nằm trong một giới hạn rất rõ cụ
thể từ 1,2 đến 10 từ hoàn tải đến khơng tải. Chính vì giới hạn λ rộng nên điều chỉnh tại bằng phương
pháp điều chỉnh λ còn gọi là điều chỉnh chất khác so với điều chỉnh lượng ở động cơ xăng do đó trên
đường nào khơng có tiết lưu.

19


Trên hình 1.4 trình bày đặc tính của các thành phần độc hại chủ yếu trong động cơ Diesel phun trực tiếp theo hệ số dư lượng khơng khí
lamda sau đây ta sẽ giám sát tỉ mỉ những đặc tính này.

20


1.3.2.1. CO

Trong khí thải của động cơ Diesel, tuy λ >1 và khá thừa (thừa oxi) nhưng vẫn có thành phần CO mặc dù khá nhỏ vì vẫn có những
vùng với λ < 1( thiếu oxi) khi λ tăng, ban đầu CO giảm nồng độ oxi tăng và đạt cực tiểu tại λ xấp xỉ 2 hay tiếp tục tăng λ, CO tăng
do tỷ lệ tái hợp của CO với oxy trong quá trình giãn nở đã giảm đi nên lượng CO cịn lại trong khí thải tăng lên.

21


1.3.2.2.CmHn
Do λ lớn nên CmHn trong động cơ Diesel so với ở động cơ xăng cũng nhỏ hơn. Khi λ tăng nhiệt độ cháy giảm nên phần

nhiên liệu không cháy được CmHn sẽ tăng lên. Đối với phương pháp hỗn hợp màng do cho hiệu ứngsát vách ảnh hưởng
mạnh nên CmHn lớn hơn so với trường hợp hỗn hợp thể tích. Nếu tổ chức xốy lốc và hịa trộn tốt trong quá trình hình
thành hỗn hợp, thành phần CmHn sẽ giảm.

22


1.3.2.3.

 

 Khi λ tăng, nhiệt độ cháy giảm nên thành phần là giảm .So với động cơ xăng thì thành phần nào trong cao hơn , cụ thể chiếm 5 đến 15% - Phương

pháp hình thành khí hỗn hợp có ảnh hưởng lớn đến hình thành ,đối với buồng cháy ngăn cách quá trình cháy diễn ra buồng cháy phụ (hạn chế khơng
khí) rất thiếu oxy nên mặc dù nhiệt độ lớn nhưng vẫn nhỏ. Khi cháy ở buồng cháy chính, mặc dù λ rất lớn, oxi nhiều nhưng nhiệt độ q trình cháy
khơng lớn nên cũng nhỏ. Tổng hợp lại,của động cơ buồng cháy ngăn cách chỉ bằng khoảng 1/2 so với động cơ buồng cháy thống nhất.

23


1.3.2.4. Chất thải dạng hạt (P-M )
Theo định nghĩa của Tổ chức Bảo vệ Mơi trường bang California thì P-M là những thực
thể ( trừ nước) của khí thải sau khi được hịa trộn với khơng khí làm lỗng đạt nhiệt độ
nhỏ hơn 51,7 độ C và được tách ra bằng một bộ lọc quy định
Với định nghĩa như vậy, P-M gồm các hạt rắn và các chất lỏng bán theo .Các hạt rắn
gồm: các bon tự do và tro cịn gọi là bồ hóng (soot) ,các chất phụ gia dầu bơi trơn ,các hạt
và vải tróc do mài mịn chất lỏng bám theo gồm các thành phần trong nhiên liệu và dầu
bôi trơn.

24

-Các hạt (P-M) có kích thước từ 0,01 đến 1 µm. Phần lớn hạt có kích thước <0,3 µm 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 hịa khí hỗn hợp.
Thơng thường trong P-M chứa :

•
•
•
•
•

40 % dầu bơi trơn
31 % bồ hóng
14% các muối sunfat ngậm nước
7 % nhiên liệu diesel
8% các loại khác còn lại

25