Khí xả động cơ đốt trong

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, chúng em xin chân thành gửi l ời cám ơn sâu s ắc đ ến Th ầy giáo
hướng dẫn GV ThS. Đinh Tấn Ngọc - Giảng viên khoa C ơ khí động l ực – Trường Đ ại
học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh. Trong khoảng thời gian thực hiện
đồ án tốt nghiệp với sự giúp đỡ tận tình của Thầy đã giúp chúng em hoàn thành đ ồ
án tốt nghiệp của mình. Thầy đã ln quan tâm chỉ bảo và h ướng dẫn em khi em
gặp khó khăn trong q trình thực hiện đồ án.
Để hoàn thành được đồ án này cịn là sự tích lũy ki ến thức từ nh ững khóa
học, vì vậy chúng em xin bày tỏ lịng biết ơn đến Thầy Cô, đặc bi ệt là các Th ầy Cơ
trong Khoa cơ khí động lực – Trường Đại học sư phạm kỹ thu ật thành ph ố H ồ Chí
Minh, đã trang bị cho chúng em một hệ thống kiến thức chuyên ngành và kinh
nghiệm quý báu.
Cuối cùng, em xin kính chúc q Thầy cơ thật nhiều sức khỏe, có nhi ều ni ềm
vui và hạnh phúc, tiếp tục dẫn dắt từng lớp học trò đi tới thành cơng.
Sinh viên thực hiện :
Nguyễn Thanh Vũ
Hồng Xn Khoa

1


LỜI NĨI ĐẦU
Ơ nhiễm mơi trường đã trở thành một vấn đề không chỉ của một quốc gia, một
khu vực mà là mối quan tâm chung của toàn nhân loại. Quá trình phát tri ển kinh t ế
- xã hội của các quốc gia trên thế giới dẫn đã đến những tác động to l ớn đ ến môi
trường, làm cho mơi trường sống của lồi người bị biến đổi và có xu hướng ngày
càng trở nên xuống cấp trầm trọng. Đó là sự biến đổi của khí h ậu - nóng lên tồn
cầu, sự suy giảm tầng ozone và mưa axit… mà các hoạt động giao thông v ận t ải
đang là nguồn phát ô nhiễm lớn nhất. Ở Việt Nam ô nhiễm môi trường trên địa bàn
các đô thị lớn đang trở thành một vấn đề đáng lo ngại.
Động cơ đốt trong đóng một vai trị quan trọng trong nền kinh tế qu ốc dân. Và

là nguồn động lực chính của các phương tiện vận tải như: Ơ tô, tàu thu ỷ, tàu ho ả,
máy bay…hay các máy công tác như: máy phát điện, máy xây dựng, các máy công cụ
trong công nghiệp, nông nghiệp…là nguồn cung cấp năng lượng chủ yếu trên trái
đất. Tuy phục vụ hơn 80% tổng cơng năng phục vụ cho tồn nhân loại nh ưng cũng
chính là nguồn gốc gây ra ơ nhiễm mơi trường... Chính vì v ậy mà l ượng s ản ph ẩm
khí thải từ động cơ đốt trong hằng năm trên thế giới ngày càng tăng, gây ô nhi ễm
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 n ạn tuy ệt
chủng động thực vật… trên toàn thế giới.
Chính vì thế, vấn đề đặt ra là làm thế nào 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 đ ộ phát tri ển
của nền công nghiệp trên thế giới. Một số nước có nền cơng nghiệp phát tri ển
hàng đầu trên thế giới, cũng là các nước có lượng khí thải phát sinh đ ộc h ại gây ô
nhiễm nhiều nhất trên thế giới như: Mỹ, Nhật Bản và một s ố nước Châu Âu đã đi
đầu trong việc nghiên cứu và đưa ra các biện pháp gi ảm thi ểu lượng khí th ải đ ộc
hại ra mơi trường. Bên cạnh đó các nước này cũng đưa ra các tiêu chu ẩn về n ồng
độ các chất độc hại trong khí thải động cơ và bắt buộc các xe được s ản xu ất trong
nước cũng như các xe nhập khẩu đều phải tuân thủ các tiêu chuẩn khí thải.
2


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 ph ải tuân theo xu h ướng
chung của thế giới đó là: Phát triển bền vững, tức là phát tri ển nh ưng b ảo v ệ mơi
trường. Chính vì vậy mà nhà nước ta đã áp dụng chu trình th ử và tiêu chu ẩn Châu
Âu để thử nghiệm và công nhận cho các dòng xe. Đặc bi ệt nhà nước ta đã b ắt đ ầu
áp dụng tiêu chuẩn Euro II từ ngày 01/07/2007 cho tất cả ph ương ti ện vận tải
trên đất nước ta. Theo Quyết định 49/2011/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ ban
hành về lộ trình áp dụng tiêu chuẩn khí thải Euro IV đ ối v ới các ph ương ti ện giao
thông vận tải nâng tiêu chuẩn khí thải lên một tầm m ới, s ạch h ơn, thân thi ện h ơn.

Đảm bảo cho một nền kinh tế phát triển và bền vững.
Từ những lý do trên, được sự đồng ý của thầy giáo hướng dẫn GV ThS. Đinh
Tấn Ngọc - Giảng viên khoa Cơ khí động lực – Trường Đại học sư phạm kỹ thuật
thành phố Hồ Chí Minh, chúng em đã nghiên cứu về đề tài “Khí xả động cơ đốt
trong”.
Với thời gian thực hiện ngắn so với tính phức tạp của đề tài, bên cạnh đó kh ả
năng có hạn của bản thân, nên đề tài chúng em nghiên cứu ch ỉ gi ới h ạn v ề đ ộng c ơ
sử dụng nhiên liệu xăng và Diesel.
Trong quá trình thực hiện chuyên đề không tránh khỏi những hạn ch ế và thi ếu
sót vì vậy chúng em xin được sự đóng góp ý kiến của các th ầy cơ đ ể hoàn thành đ ề
tài này.

3


MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN............................................................................................................................................... i
LỜI NÓI ĐẦU............................................................................................................................................. ii
MỤC LỤC.................................................................................................................................................... iv
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU..........................................................................viii
DANH MỤC CÁC HÌNH...........................................................................................................................xi
DANH MỤC CÁC BẢNG....................................................................................................................... xiv
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUÁT VỀ ĐỀ TÀI..............................................................................................1
1.1 Lí do chọn đề tài........................................................................................................................... 1
1.2 Đối tượng nghiên cứu.................................................................................................................1
1.3 Phạm vi đề tài................................................................................................................................ 2
1.4 Phương pháp nghiên cứu..........................................................................................................2
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH TRONG KHÍ THẢI ĐỘNG
CƠ.................................................................................................................................................................. 3

2.1 Các thành phần chính và tác hại của khí thải động cơ.................................................3
2.1.1 Khí Cacbon Mono Oxit (CO)..............................................................................................3
2.1.2 Khí NOx...................................................................................................................................... 4
2.1.3 Hydrocacbon (HC)................................................................................................................ 7
2.1.4 Các chất thải dạng hạt PM (Particulate Matter).....................................................7
2.1.5 Lưu huỳnh đioxit SO2........................................................................................................11
2.2 Cơ chế hình thành khí thải động cơ..................................................................................11
2.2.1 Cơ chế hình thành NOx.....................................................................................................11
2.2.1.1 Cơ chế hình thành NO...............................................................................................12
2.2.1.2 Cơ chế hình thành NO2.............................................................................................12
2.2.2 Cơ chế hình thành CO.......................................................................................................13
2.2.3 Cơ chế hình thành Hydrocacbon (HC).......................................................................14
2.2.3.1 Hình thành HC trên động cơ xăng........................................................................14
2.2.3.2 Hình thành HC trên động cơ Diesel.....................................................................15
2.2.4 Sự hình thành bồ hóng (PM).........................................................................................15
4


CHƯƠNG 3: TIÊU CHUẨN KHÍ THẢI TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM.......................17
3.1 Tiêu chuẩn khí thải của châu Âu.........................................................................................17
3.1.1 Tiêu chuẩn khí thải đối với ơ tơ chở khách............................................................19
3.1.2 Tiêu chuẩn khí thải đối với xe thương mại nhẹ...................................................20
3.2 Tiêu chuẩn khí thải Hoa Kì....................................................................................................26
3.2.1 Tiêu chuẩn liên bang (US EPA).....................................................................................26
3.2.1.1 Tiêu chuẩn Tier 1.......................................................................................................27
3.2.1.2 Tiêu chuẩn Tier 2.......................................................................................................29
3.2.1.3 Tiêu chuẩn Tier 3.......................................................................................................30
3.2.2 Tiêu chuẩn California (ARB)..........................................................................................31
3.2.2.1 Tiêu chuẩn xe ô tô phát thải thấp (LEV)..........................................................32
3.2.2.2 Tiêu chuẩn xe ô tô phát thải thấp (LEV II)......................................................35

3.2.2.3 Tiêu chuẩn xe ô tô phát thải thấp (LEV III)....................................................36
3.3 Tiêu chuẩn khí thải Nhật Bản..............................................................................................40
3.3.1 Xe khách..................................................................................................................................... 40
3.3.2 Xe thương mại nhẹ............................................................................................................41
3.4 Tiêu chuẩn khí thải Việt Nam..............................................................................................43
CHƯƠNG 4: CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NỒNG ĐỘ CÁC CHẤT Ơ NHIỄM
TRONG KHÍ XẢ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG......................................................................................46
4.1 Ảnh hưởng của hệ số dư lương khơng khí λ.................................................................46
4.1.1 Khái niệm hệ số dư lượng khơng khí λ....................................................................46
4.1.2 Ảnh hưởng của hệ số dư lượng khơng khí λ.........................................................48
4.1.2.1 Ảnh hưởng của hệ số λ tới độ độc hại khí thải............................................48
4.1.2.2 Ảnh hưởng của λ đến công suất Ne và suất tiêu hao nhiên liệu ge của
động cơ.......................................................................................................................................... 49
4.2 Động cơ xăng............................................................................................................................... 49
4.2.1 Động cơ làm việc với hỗn hợp nghèo........................................................................49
4.2.2 Ảnh hưởng của việc gia tăng cường độ rối............................................................50
4.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ khí nạp................................................................................51
4.2.4 Ảnh hưởng của góc độ phối khí...................................................................................51
4.2.5 Ảnh hưởng của hệ thống đánh lửa............................................................................53
5


4.2.5.1 Điều chỉnh khi hâm nóng........................................................................................54
4.2.5.2 Khi nhiệt độ động cơ q nóng............................................................................55
4.2.5.3 Khi ở chế độ khơng tải.............................................................................................55
4.2.5.4 Khi động cơ hoạt động khơng ổn định.............................................................55
4.2.5.5 Khi bị kích nổ............................................................................................................... 55
4.2.5.6 Khi chuyển số (Hiệu chỉnh điều khiển moment).........................................56
4.2.6 Ảnh hưởng của tốc độ cháy...........................................................................................56
4.3 Động cơ Diesel............................................................................................................................ 56

4.3.1 Ảnh hưởng của góc phun sớm..........................................................................................56
4.3.2 Ảnh hưởng của tốc độ phun và áp suất phun........................................................58
4.3.3 Ảnh hưởng của dạng hình học buồng cháy............................................................58
4.3.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ khí.........................................................................................59
4.3.5 Ảnh hưởng của tăng áp...................................................................................................59
CHƯƠNG 5 : CÁC BIỆN PHÁP LÀM GIẢM LƯỢNG KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ ĐỐT
TRONG........................................................................................................................................................ 60
5.1 Tận dụng một phần sản phẩm cháy.................................................................................60
5.1.1 Hệ thống lưu hồi khí xả EGR........................................................................................61
5.1.1.1 Giới thiệu về hệ thống EGR...................................................................................61
5.1.1.2.Cấu tạo của một hệ thống EGR...........................................................................61
5.1.1.3 Hoạt động......................................................................................................................67
5.1.1.4 Vai trò.............................................................................................................................. 70
5.1.1.5 Ưu và nhược điểm của hệ thống........................................................................71
5.1.1.6 Những hư hỏng của hệ thống EGR.....................................................................72
5.1.2 Phương pháp giữ lại khí sót trong xilanh................................................................73
5.2 Bộ xúc tác 3 thành phần TWC (Three-Ways Catalytic Converter):.......................74
5.2.1. Cấu tạo bộ xúc tác ba thành phần.............................................................................74
5.2.1.1 Đối với động cơ xăng................................................................................................77
5.2.1.2 Đối với động cơ Diesel.............................................................................................77
5.2.2 Nguyên lý làm việc của bộ xúc tác ba thành phần...............................................78
5.2.3 Hạn chế của bộ xúc tác ba thành phần TWC.........................................................81
5.3 Cơng nghệ xử lí khí thải BlueTec.........................................................................................81
6


5.3.1 Bộ phận chứa chất xúc tác DEF (Diesel Exhaust Fluid).....................................83
5.3.1.1 Thùng chứa chất xúc tác..........................................................................................83
5.3.1.2 Dung dịch DEF (AdBlue)..........................................................................................86
5.3.2 Cơ cấu xúc tác......................................................................................................................88

5.3.2.1 Bộ xúc tác oxy hóa DOC (Diesel Oxydation Catalyst) xử lí CO và HC .....88
5.3.2.2 Bộ lọc hạt bồ hóng DPF (Diesel Particulate Filter)......................................89
5.3.2.3 Bộ xử lí xúc tác chọn lọc SCR (Selective Catalytic Reduction).................92
5.3.3 Cơ cấu điều khiển chính.................................................................................................97
5.3.3.1 Bộ điều khiển định lượng DCU (Dosing Control Unit)...............................97
5.3.3.2 Hộp cảm biến..............................................................................................................97
5.3.3.3 Cơ cấu chấp hành....................................................................................................100
5.4 Sử dụng động cơ phun dầu điện tử Common rail....................................................103
5.4.1 Giới thiệu tổng quan......................................................................................................103
5.4.2 Các cải tiến của hệ thống Common Rail trong việc giảm khí thải............103
5.4.2.1 Đảm bảo nhiên liệu ln được hịa trộn tốt...............................................104
5.4.2.2 Thời điểm phun chính xác...................................................................................104
5.5 Phun nước vào động cơ (WaterBoost)...........................................................................105
5.6 Động cơ nén cháy đồng nhất (HCCI -Homogeneous Charge Compression
Ignition).............................................................................................................................................. 108
5.6.1 Đặc điểm.............................................................................................................................108
5.6.2 Nguyên lý hoạt động và đặc điểm của sự cháy trong động cơ HCCI.........109
5.6.3 Hiệu quả và đặc tính khí thải của động cơ HCCI...............................................111
CHƯƠNG 6 : KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ........................................................................................112
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................................................113

7


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
HC : Hydrocacbon
NOx : Các hợp chất Nitơ Oxit
CO : Mono cacbon oxit
PM (Particulate Matter) : bồ hóng
EEA (European Economic Area) : khu vực kinh tế châu Âu

EU (European Union) : Liên minh châu Âu
SMMT (Society of Motor Manufacturers and Traders) : Hi ệp hội các nhà s ản xu ất ô
tô và thương nhân
PN (Particulate Number) : số hạt bồ hóng
IDI (Indirect Injection) : Phun gián tiếp
DI (Direct Injection) : Phun trực tiếp
PMP (Particulate Measurement Program) : Chương trình đo lường hạt bồ hóng
NMHC (non-methane hydrocarbons) : Hydrocacbon phi metan
ECE (Economic Commission for Europe) : Hội đồng kinh tế châu Âu
ESC (European Stationary Cycle) : Chu trình cố định châu Âu
ELR (European Load Response) : Phản hồi tải châu Âu
EDC (European Driving Cycle) : Chu trình lái xe châu Âu
NEDC (New European Driving Cycle): Chu trình lái xe châu Âu mới
GHG (Greenhouse Gas) : Hiệu ứng nhà kính
EPA (Enviromental Protection Agency) : Cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ
CAA (Clean Air Act) : Luật về Khơng khí sạch
NHTSA (National Highway Traffic Safety Administration) : Cục Quản lý An tồn Giao
thơng Quốc gia Mĩ
DOT (US Department of Transportation) : Bộ giao thông Mỹ
8


CFR (Code of Federal Regulations) : Quy chế liên bang
LDV (Light-duty vehicles) : Xe hạng nhẹ
GVWR (Gross vehicle weight rating) : Tổng trọng lượng của xe
MDPV (Medium-duty passenger vehicles) : Xe ch ở khách hạng trung
COP (Conformity of production) : Giới hạn sản xuất
RW (Reference Weigh) : Khối lượng tham chiếu
LLDT (Light light-duty trucks ) : Xe tải hạng nhẹ
HLDT (Heavy light-duty trucks) : Xe tải hạng nặng

LDT (Light-duty trucks) : Xe tải nhẹ
LVW (Loaded vehicle weight) : Trọng lượng của tải xe
ALVW (Adjusted LVW) : Điều chỉnh trọng lượng tải xe
NMOG (Non-methane organic gases) : Khí hữu cơ phi metan
FTP-75 (Federal Test Procedure) : Chu trình ki ểm tra liên bang
ARB (California Air Resources Board) : Ủy ban Tài ngun Khơng khí California
LEV (Low Emission Vehicle) : Xe có mức Khí thải cấp Thấp
TLEV (Transitional Low Emission Vehicles) : Các phương tiện vận chuyển phát thải
thấp
ULEV (Ultra Low Emission Vehicles) : Phương tiện phát thải cực thấp
SULEV (Super Ultra Low Emission Vehicles) : Phương tiện phát thải siêu cực thấp
ZEV (Zero Emission Vehicles) : Phương tiện phát thải ở mức 0
MDV (Medium-duty vehicles) : Xe hạng trung
SUV (Sport Utility Vehicle) : Xe thể thao đa dụng
ECT (Electronic Control Transmission) : Hộp số điều khiển bằng điện tử
EGR (Exhaust Gas Recirculation) : Hệ thống tuần hồn khí xả
CTO (Coolant Temperature Override Switch) : Công tắc nhi ệt
9


BPT (Exhaust Back – Pressure Sensor) : Cảm biến áp suất khí thải
DPFE (Delta Pressure Feedback Of EGR): Cảm biến đo chênh lệch áp su ất c ủa EGR
EVR (Electronic Vacuum Regulator) : Bơm chân không
TWC (Three-Ways Catalytic Converter) : Bộ xúc tác 3 thành ph ần
ECU (Electronic Control Unit) : Bộ điều khiển điện tử
DCU (Dosing Control Unit) : Bộ điều khiển định lượng
DOC (Diesel Oxidation Catalyst) : Bộ xúc tác oxy hóa
DEF (Diesel Exhaust Fluid) : Dung dịch xử lý khí thải động cơ Dielsel
SCR (Selective Catalytic Reduction) : Bộ khử xúc tác có chọn lọc
DPF (Diesel Particulate Filter) : Bộ lọc hạt bồ hóng

SOF (Soluble Organic Fraction) : Thành phần hữu cơ hòa tan
HAP (Hydrocarbures Aromatiques Polynucléaires) : Hydrocarbure thơm đa nhân
W/F (Water/ Fuel) : Tỉ lệ nước trên nhiên liệu
A/F (Air / Fuel) : Tỉ lệ khơng khí trên nhiên liệu
MOE (Ministry of the Environment) : Bộ Môi trường Nhật Bản
MLIT (Ministry of Land, Infrastructure and Transport) : Bộ Đất đai, Hạ tầng và Giao
thông Nhật Bản
METI (Ministry of Economy, Trade and Industry) : Bộ Kinh tế, Thương mại và Công
nghiệp Nhật Bản

10


DANH MỤC CÁC HÌ
Hình 2. 1: Ảnh hưởng của NO đến quá trình quang hợp....................................................5
Hình 2. 2: Ảnh hưởng của NO2 đến quá trình quang hợp..................................................6
Hình 2. 3: Cấu trúc chuỗi bồ hóng.....................................................................................9
Hình 2. 4: Dạng những hạt sơ cấp......................................................................................9
Hình 2. 5: Mơ hình cấu trúc dạng sơ cấp......................................................................10
Hình 2. 6: Cấu trúc tinh thể graphit...........................................................................10Y
Hình 3. 1: So sánh nồng độ khí thải theo tiêu chuẩn Euro của xe ô tô chở khách dùng
Diesel............................................................................................................................... 24
Hình 3. 2: So sánh nồng độ khí thải theo tiêu chuẩn Euro của xe ô tô chở khách dùng
xăng................................................................................................................................. 24
Hình 3. 3: So sánh nồng độ khí thải theo tiêu chuẩn Euro của xe thương mại > 1760kg
dùng Diesel...................................................................................................................... 25
Hình 3. 4: So sánh nồng độ khí thải theo tiêu chuẩn Euro của xe thương mại > 1760kg
dùng xăng........................................................................................................................ 25
Hình 3. 5: So sánh nồng độ CO của tiêu chuẩn liên bang và California......................38
Hình 3. 6: So sánh nồng độ NOx của tiêu chuẩn liên bang và California.........................38

Hình 3. 7: So sánh nồng độ PM của tiêu chuẩn liên bang và California..........................39
Hình 3. 8: So sánh nồng độ HC của tiêu chuẩn liên bang và California..........................39
Hình 3. 9: So sánh tiêu chuẩn khí thải trên xe khách chạy Diesel của các quốc gia trên thế
giới................................................................................................................................... 42
Hình 3. 10: So sánh tiêu chuẩn khí thải trên xe thương mại chạy Diesel của các quốc gia trên thế giới
4

Hình 4. 1: Ảnh hưởng của hệ số dư lượng khơng khí λ đến nồng độ CO, HC, NOx........48
Hình 4. 2: Ảnh hưởng của λ đến Ne và ge của động cơ xăng............................................49
Hình 4. 3: Điều chỉnh góc trùng điệp trong cơng nghệ VVT-i của Toyota.......................51
Hình 4. 4: Sự phụ thuộc của hàm lượng NOx trong khí thải và góc đánh lửa sớm theo các
giá trị của λ...................................................................................................................... 53
Hình 4. 5: Ảnh hưởng của hệ thống đánh lửa đến phát thải chất ô nhiễm động cơ..........54
11


Hình 4. 6: Ảnh hưởng của góc phun sớm tới mức độ phát sinh ơ nhiễm. 5

Hình 5. 1: Cấu tạo hệ thống EGR sử dụng van chân khơng DPFE..................................62
Hình 5. 2: Cấu tạo van chân khơng..................................................................................63
Hình 5. 3: Bộ điều khiển chân khơng EVR......................................................................64
Hình 5. 4: Cơng tắc nhiệt CTO........................................................................................65
Hình 5. 5: Cảm biến áp suất khí thải................................................................................65
Hình 5. 6: Bộ phận làm mát của hệ thống EGR...............................................................66
Hình 5. 7: Cấu tạo hệ thống EGR sư dụng van EEGR.....................................................66
Hình 5. 8: Van EGR sử dụng động cơ bước.....................................................................67
Hình 5. 9: Ảnh hưởng của lượng khí thải tuần hồn đến NOx của động cơ BMW 3.0, tại
số vòng quay 2500 vịng/phút [7]....................................................................................68
Hình 5. 10: Cấu tạo và ngun lí hoạt động của một hệ thống EGR................................69
Hình 5. 11: Muội bẩn bám trên kim phun nhiên liệu.......................................................72

Hình 5. 12: Muội bẩn bám trên van EGR sau một thời gian sẽ làm yếu động cơ.............73
Hình 5. 13: Cơ cấu điều khiển xupap trên cơng nghệ VVT.............................................74
Hình 5. 14: Cấu tạo bộ xúc tác ba thành phần..................................................................75
Hình 5. 15: Cấu trúc lõi dạng gốm nguyên khối..............................................................76
Hình 5. 16: Bộ xúc tác ba thành phần trên động cơ Diesel..............................................78
Hình 5. 17: Sơ đồ chung hệ thống xử lí khí xả BlueTec..................................................82
Hình 5. 18: Ba loại thùng chứa DEF................................................................................84
Hình 5. 19: Thùng chứa chất xúc tác cạnh hộp chứa Ắc-quy...........................................85
Hình 5. 20: Thùng chứa chất xúc tác phía sau thùng nhiên liệu.......................................85
Hình 5. 21: Thùng chứa chất xúc tác phía trước hộp xúc tác SCR...................................86
Hình 5. 22: Cách nạp dung dịch DEF (AdBlue) vào thùng chứa.....................................87
Hình 5. 23: Cơ cấu xúc tác...............................................................................................88
Hình 5. 24: Khí thải sau khi đi qua bộ DOC....................................................................89
Hình 5. 25: Kết cấu chung bộ lọc DPF............................................................................90
Hình 5. 26: Ngun lí và kết cấu bộ lọc chất thải dạng hạt DPF......................................90
Hình 5. 27: Cảm biến áp suất DPF...................................................................................91
Hình 5. 28: Sơ đồ bộ xử lí xúc tác chọn lọc SCR.............................................................92
12


Hình 5. 29: Hiệu quả chuyển đổi theo tỉ lệ mol NH3/NOx ở các nhiệt độ khác nhau......95
Hình 5. 30: Thành phần khí trước và sau khi đi qua bộ xúc tác SCR...............................96
Hình 5. 31: Hình dáng và đặc tính của cảm biến NOx.....................................................98
Hình 5. 32: Ảnh hưởng của NH3 đến cảm biến NOx......................................................98
Hình 5. 33: Hình dáng và đặc tính của cảm biến NH3.....................................................99
Hình 5. 34: Hình dáng và đặc tính của cảm biến nhiệt...................................................100
Hình 5. 35: Cảm biến áp suất.........................................................................................100
Hình 5. 36: Kết cấu và hoạt động của bơm urea loại con lăn.........................................101
Hình 5. 37: Kết cấu vịi phun urea.................................................................................102
Hình 5. 38: Cấu tạo hệ thống Common Rail..................................................................103

Hình 5. 39: Vị trí đặt kim phun nước trong hệ thống phun nước vào động cơ xăng......105
Hình 5. 40: Kim phun nước của Bosch..........................................................................106
Hình 5. 41: Các bộ phận của hệ thống phun nước vào động cơ.....................................107
Hình 5. 42: Đặc tính nổi bật của 3 chế độ đốt cháy........................................................110
Hình 5. 43: Sự hiển thị trực tiếp của quá trình cháy HCCI trong động cơ xăng.............111

13


DANH MỤC CÁC BẢ
Bảng 3. 1: Tiêu chuẩn khí thải của châu Âu đối với ô tô chở khách (loại M1*) (g/km) [2]
......................................................................................................................................... 19
Bảng 3. 2: Tiêu chuẩn khí thải của châu Âu đối với xe thương mại nhẹ ≤1305 kg* khối
lượng tham chiếu (loại N1 -I) (g /km) [2]........................................................................21
Bảng 3. 3: Tiêu chuẩn khí thải của châu Âu đối với xe thương mại nhẹ 1305-1760 kg*
khối lượng tham chiếu (loại N1 –II) (g / km) [2]............................................................22
Bảng 3. 4: Tiêu chuẩn khí thải của châu Âu đối với xe thương mại nhẹ >1760 kg* khối
lượng tham chiếu tối đa 3500kg (loại N1 –III & N2) (g/km) [2].....................................23
Bảng 3. 5: Tiêu chuẩn phát thải EPA Tier 1 cho xe ô tô chở khách và xe tải nhẹ, FTP-75,
g/dặm [2]......................................................................................................................... 28
Bảng 3. 6: Mức phát thải tiêu chuẩn Tier 2, FTP-75, g/dặm [2].......................................29
Bảng 3. 7: Tiêu chuẩn Tier 3 của Bin xác nhận FTP [2]..................................................31
Bảng 3. 8: Tiêu chuẩn phát thải LEV đối với xe hạng nhẹ, FTP-75, g/dặm [2]...............33
Bảng 3. 9: Tiêu chuẩn phát thải LEV đối với phương tiện giao thơng trung bình, FTP75,
g/dặm [2]......................................................................................................................... 34
Bảng 3. 10: Tiêu chuẩn phát thải LEV II đối với ô tô chở khách và LDV <8500 lb (LDT1
& LDT2), FTP-75, g/dặm [2]..........................................................................................35
Bảng 3. 11: Tiêu chuẩn phát thải LEV II đối với xe hạng trung bình, độ bền 120000 dặm,
FTP-75, g/dặm [2]...........................................................................................................36
Bảng 3. 12: Tiêu chuẩn phát thải LEV III, độ bền 150000 dặm, FTP-75 [2]..................37

Bảng 3. 13: Tiêu chuẩn phát thải của Nhật Bản đối với xe du lịch Diesel, g/km [2]........40
Bảng 3. 14: Tiêu chuẩn khí thải của Nhật Bản đối với ô tô chở xăng và LPG, g/km [2]. 40
Bảng 3. 15: Các tiêu chuẩn phát thải cho xe thương mại nhẹ Diesel GVW ≤ 3500 kg (≤
2500 kg trước năm 2005) [2]...........................................................................................41
Bảng 3. 16: Giá trị giới hạn khí thải cho xe lắp động cơ xăng –mức Euro II [3].............43
Bảng 3. 17: Giá trị giới hạn khí thải của xe Diesel – mức Euro II [3]..........................44 Y
Bảng 5. 1: Tiêu chuẩn thùng chứa DEF [11]....................................................................83

14


CHƯƠNG 1 : TỔNG QUÁT VỀ ĐỀ TÀI
1.1 Lí do chọn đề tài
Hiện nay ô nhiễm môi trường không chỉ là vấn đề nhức nhối không ch ỉ đ ối v ới
Việt Nam mà còn là vấn đề cho nhiều nước trên thế gi ới. Đó là vấn đề nóng bỏng,
gây bức xúc trong dư luận xã hội hiện nay mà nguyên nhân do các hoạt động s ản
xuất và sinh hoạt của con người gây ra. Vấn đề này ngày càng tr ầm tr ọng, đe do ạ
trực tiếp sự phát triển kinh tế- xã hội bền vững, sự tồn tại, phát tri ển c ủa các th ế
hệ hiện tại và tương lai. Giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường trong thời kỳ đ ẩy
mạnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa hiện nay khơng chỉ là địi h ỏi cấp thi ết đ ối v ới
các cấp quản lí, các doanh nghiệp mà đó cịn là trách nhi ệm c ủa tồn xã h ội. Ơ
nhiễm mơi trường bao gồm 3 loại chính là: ơ nhiễm đất, ô nhi ễm n ước và ô nhi ễm
không khí. Trong ba loại ơ nhiễm đó thì ơ nhiễm khơng khí tại các đơ th ị l ớn, khu
cơng nghiệp là nghiêm trọng nhất, mức độ ô nhi ễm vượt nhi ều lần tiêu chu ẩn cho
phép. Và một trong những ngun nhân chính gây ra sự ơ nhiễm khơng khí một cách
nghiêm trọng đó là sự phát thải khí độc hại của động cơ đ ốt trong từ ô tô, xe máy
hiện nay, tác nhân gây ra các bệnh về đường hô hấp, bạch cầu và ung th ư. Nguồn ơ
nhiễm này trở thành mối đe dọa chính cho cuộc s ống của con người, đ ặc bi ệt là ở
các thành phố có mật độ xe cơ giới cao, mối nguy hiểm này càng l ớn.
Vì thế, chúng em nhận thấy tầm quan trọng của đề tài “ Khí xả động cơ đốt

trong” là hết sức quan trọng 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 tri ển c ủa n ền cơng
nghiệp trên thế giới, góp phần bảo vệ môi trường sống, giảm ô nhiễm môi trường.

1.2 Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là khí xả động cơ đốt trong. Trong quá th ực
hiện đề tài, chúng em sẽ tập trung nghiên cứu về các thành phần khí x ả, các nhân

1


tố ảnh hưởng đến nồng độ khí xả từ động cơ, các tiêu chuẩn hiện nay, từ đó tìm
kiếm các giải pháp để xử lí hiệu quả khí thải động cơ, giảm ô nhiễm môi trường.

1.3 Phạm vi đề tài
Phạm vi đề tài được giới hạn trong động cơ sử dụng nhiên liệu xăng và Diesel.
Dùng làm tài liệu dùng tham khảo cho giáo viên, sinh viên, học sinh ở các trường Đại
học, Cao đẳng, Trung học chuyên nghiệp, dạy nghề trong cả nước và những cán bộ, công
nhân làm việc trong lĩnh vực bảo dưỡng và sửa chữa ô tô.

1.4 Phương pháp nghiên cứu
Để thực hiện đề tài này, chúng em đã vận dụng nhi ều phương pháp nghiên c ứu
khác nhau như:
-Phương pháp tham khảo tài liệu từ Internet, các sách chuyên ngành ô tô...
-Phương pháp dịch thuật tài liệu.
-Phương pháp phân tích – tổng hợp tài liệu.
-Phương pháp đối chiếu – so sánh tài liệu.

2

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH TRONG KHÍ THẢI
ĐỘNG CƠ
2.1 Các thành phần chính và tác hại của khí thải động cơ
Động cơ đốt trong trên xe hoạt động được nhờ nguyên lý biến nhiệt năng thành
cơ năng của chuyển động quay trục khuỷu. Việc đốt cháy hỗn hợp nhiên li ệu và
khơng khí đã sinh ra các sản phẩm cháy bao gồm: CO 2, H2O… trong đó phải kể đến
các chất gây hại đến mơi trường như NOx, CO, PM…
Tỷ lệ các thành phần sản phẩm cháy trong khí xả phụ thuộc vào loại đ ộng c ơ.
Ví dụ như động cơ xăng thì nhiên liệu với khơng khí được hịa tr ộn v ới m ột t ỉ l ệ
phù hợp trước khi vào buồng đốt điều này đảm bảo tia l ửa đi ện từ bugi có th ể đ ốt
được vì nếu nhiên liệu q lỗng thì hỗn hợp sẽ khơng cháy được. T ỉ l ệ c ủa h ỗn
hợp A/F theo khối lượng là 14,7/1. Trong thực tế không phải các đi ều ki ện đ ều là
lý tưởng và khó để đảm bảo đúng tỉ lệ trên, nên khí xả của động c ơ xăng thường có
các sản phẩm chưa cháy hết. Khác với động cơ xăng, đ ộng c ơ Diesel nén khơng khí
với nhiệt độ và áp suất cao trước khi nhiên li ệu đ ược phun vào. Đi ều này đ ảm b ảo
độ đậm đặc đủ để nhiên liệu tự bốc cháy tại vùng gần vòi phun cho dù có hệ s ố d ư
lượng khơng khí rất cao. Vì tỉ lệ A/F cao khí xả có ít thành ph ần ch ưa cháy h ết nh ư
HC, CO… Tuy nhiên động cơ Diesel lại xả nhiều khí NOx và PM hơn.
2.1.1 Khí Cacbon Mono Oxit (CO)

CO (Carbon Mono Oxit) là một chất khí khơng màu, khơng mùi, bắt cháy và có
độc tính cao. Nó là sản phẩm chính trong sự cháy khơng hồn tồn của cacbon và
các hợp chất chứa cacbon. CO nhẹ hơn không khí với d = 0.96 nên dễ khu ếch tán
vào khơng khí, ít tan trong nước và khơng bị hấp thụ b ởi than hoạt tính, khá tr ơ ở
điều kiện thường nhưng có tính khử mạnh khi nhiệt độ cao.
CO là chất khơng gây kích ứng nên rất nguy hiểm vì con người khơng cảm nh ận
được sự hiện diện của CO trong khơng khí. Khí thải từ các động cơ ô tô là ngu ồn
gây ô nhiễm CO chủ yếu ở các thành phố. Hàng năm trên toàn cầu s ản sinh kho ảng
3

600 triệu tấn CO. Là loại khí cực kỳ nguy hi ểm, do việc hít th ở ph ải m ột l ượng quá
lớn CO sẽ dẫn tới thương tổn do giảm oxy trong máu hay tổn th ương h ệ th ần kinh
cũng như có thể gây tử vong. Nồng độ chỉ khoảng 0,1% cacbon monoxit trong
khơng khí cũng có thể là nguy hiểm đến tính mạng.
CO có tính liên kết với hemoglobin (Hb) trong hồng cầu mạnh gấp 230-270 l ần
so với oxy nên khi hít phải khí CO ở mức 667 ppm thì CO sẽ làm chuy ển đ ổi 50%
hemoglobin vận chuyển oxy thành carboxyhemoglobin (HbCO). Phân tử
carboxyhemoglobin khơng có chức năng mang oxy đến tế bào. CO còn gây tổn
thương tim do gắn kết với myoglobin (MB) của cơ tim. Ngay sau khi tiếp xúc với CO,
bạn sẽ bị nhức đầu, nôn mửa, mệt mỏi và dẫn đến tử vong. N ếu ng ộ đ ộc CO x ảy ra
khi đang ngủ say hoặc uống rượu say thì người bị ngộ độc sẽ hơn mê từ từ, ngưng
thở và tử vong.
Tuy nhiên CO không độc với thực vật vì cây xanh có thể chuy ển hóa CO thành
CO2 và sử dụng nó trong q trình quang hợp. Vì vậy, thảm thực vật được xem là tác
nhân tự nhiên có tác dụng làm giảm ơ nhiễm CO.
2.1.2 Khí NOx

NOx là tên gọi chung của oxit nitơ gồm các chất NO, NO 2 và N2O hình thành do sự
kết hợp giữa oxy và nitơ ở điều kiện nhiệt độ cao. Chất ô nhiễm này ngày càng
được quan tâm và trong một số trường hợp, nó là chất ô nhiễm chính làm gi ới h ạn
tính năng kỹ thuật của động cơ.
Theo xu hướng hiện đại ngày nay là áp dụng những kỹ thuật giúp đ ộng c ơ có
thể làm việc với hỗn hợp nghèo để tăng tính kinh tế đồng thời giúp gi ảm phát th ải
CO và HC. Tuy nhiên điều này dẫn đến động cơ sản sinh ra nhi ều NO x hơn do nhiệt
độ trong buồng đốt cao. NO x trở thành đối tượng chính trong việc xử lý ơ nhiễm.
Mặt khác, việc xử lý NOx trong điều kiện đó gặp nhiều khó khăn vì bộ xúc tác ba 3
thành phần (TWC) chỉ hoạt động có hiệu quả khi  �1

4


N2O là khí khơng màu, là oxit trung tính N 2O được tạo ra khi kim loại hoạt động
phản ứng với HNO3 lỗng. Gây cười, khích thích dây thần kinh cảm xúc, là chất khí
có thể gây hủy hoại tầng ozone.
Khí NO là chất khí khơng màu, khơng mùi, được tạo ra nh ờ s ự k ết h ợp nitơ và
oxy trơng điều kiện nhiệt độ cao. Ví dụ như vùng khơng khí xung quanh m ột tia sét
có nhiệt độ lên đến 2000oC lúc này N2 và O2 sẽ bị tổng hợp thành NO.
N 2  O2 � 2 NO

(2.1)

NO khơng bền trong khơng khí vì dễ bị chuy ển hóa thành NO 2 màu nâu đỏ, mùi
hắc và có độc tính cao hơn rất nhiều so với NO.
2 NO  O2 � 2 NO2

(2.2)

-Đối với con người và động vật: NO2 là chất khó hịa tan nên nó có thể đi theo
đường hơ hấp đi sâu vào phổi gây viêm phổi và làm hủy ho ại t ế bào c ủa ph ế nang.
Khi vào được phổi, 80% lượng NO 2 bị giữ lại, bệnh nhân bị mất ngủ, ho, khó thở.
Ngồi ra NO2 cịn có thể gây tổn thương cho mắt và dạ dày.
[NOx] = 0,005mg/lit ( khơng khí)
-Đối với thực vật: NOx tác động xấu đến quá trình quang hợp của cây xanh.

5


Hình 2. 1: Ảnh hưởng của NO đến quá trình quang hợp

Hình 2. 2: Ảnh hưởng của NO2 đến quá trình quang hợp
Khi nồng độ NOx lớn hơn 0,7ppm chúng sẽ làm giảm sự quang hợp. Hình 2.1 và
2.2 cho thấy rằng NO và NO 2 làm giảm sự quang hợp với nhiều mức độ khác nhau
đối với cùng thời gian tác động. Sự giảm quang hợp đạt đến tr ạng thái cân b ằng
đối với NO nhanh hơn đối với NO 2 và sau khi môi trường hết ô nhiễm, sự quay trở
lại trạng thái ban đầu đối với NO nhanh hơn đối v ới NO 2. Trong những vùng đơ thị
hóa cao (nồng độ NOx đạt khoảng 3,93ppm), sự quang hợp có thể bị giảm đi 25%.
6


Nói chung NOx là những chất khí có hoạt tính hóa học cao, gây ảnh hưởng xấu
đến mơi trường. Trước hết, sự hiện hữu của NO x trong khơng khí ảnh hưởng đến
quá trình cân bằng hydrocacbon tạo thành sương mù quang hóa, nguyên nhân t ạo
ra Ozone ở tầng đối lưu, một trong những thành phần làm ô nhiễm mơi trường.
Mặt khác, trong mơi trường NO 2 cịn tác dụng với H2O tạo thành axit theo phản
ứng sau:
2NO2 + H2O → HNO3 + HNO2
3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO

(2.3)
(2.4)

Các axit trên hòa tan trong mưa, tuyết, sương mù và nghiêm tr ọng h ơn n ồng đ ộ
HNO3 đủ lớn có thể tạo thành mưa axit làm hủy hoại th ảm th ực v ật và ăn mòn các
cơng trình kỹ thuật.
2.1.3 Hydrocacbon (HC)

HC có mặt trong khí thải do q trình cháy khơng hồn tồn khi h ỗn h ợp giàu
hoặc do hiện tượng cháy khơng bình thường.

Điều này xảy ra do :
- Sự không đồng nhất của hỗn hợp
- Do sự dập tắt màng lửa ở khu vực gần thành
- Trong các không gian chết, nghĩa là ở khu vực có nhiệt độ thấp (khác v ới s ự
hình thành CO và NOx diễn ra trong pha đồng nhất ở những khu vực có nhi ệt độ
cao).
Chúng gây tác hại đến sức khỏe con người chủ yếu là do các HC th ơm. T ừ lâu con
người đã phát hiện được vai trò của benzen trong căn bênh ung th ư máu khi n ồng
độ của nó lơn hơn 40 ppm hoặc gây rối hệ thần kinh khi n ồng đ ộ l ớn h ơn 1 g/m 3 ,
đơi khi nó là ngun nhân gây ra bệnh về gan.
HC trong nhiên liệu xăng và Diesel là hỗn hợp của rất nhiều loại hydrocarbon có
cơng thức cấu tạo khác nhau, sau khi trải qua quá trình chưng c ất tr ực ti ếp dầu
mỏ. Mỗi loại hydrocarbon có chiều dài và cấu tạo phân tử khác nhau sẽ có các tính
chất hóa, lý khác nhau. Mạch carbon càng dài, tr ọng lượng phân tử càng l ớn h ơn.
7


Hợp chất hydrocarbon có từ 1 đến 4 nguyên tử C như Methane (CH 4), Ethane (C2H6),
Propane (C3H8), và Butane (C4H10) là các chất khí ở nhiệt độ thường. Với số nguyên
tử C từ 5 – 18, là các hydrocarbon ở dạng lỏng. Với số nguyên tử C ≥ 19, h ợp ch ất
hydrocarbon là các chất rắn ở nhiệt độ thường.
2.1.4 Các chất thải dạng hạt PM (Particulate Matter)

PM hay cịn gọi là bồ hóng là chất gây ơ nhiễm đặt bi ệt quan tr ọng trong khí
thải động cơ Diesel. Nó tồn tại dưới dạng các hạt rắn có đường kính trung bình
khoảng 0,3mm nên dễ xâm nhập vào phổi gây tổn hại cho các cơ quan hô h ấp và có
thể gây ung thư do các hydrocacbon thơm bám dính lên nó. Bồ hóng là một dạng
định hình của cacbon vơ định hình. Thực tế nó là dạng vi tinh th ể c ủa than chì. Khi
ở nhiệt độ cao, dạng vi tinh thể này chuyển thành than chì.
Về tính chất hóa học: Bồ hóng khơng mùi, khơng vị, khó nóng chảy, khó bay h ơi,

khơng tan trong các dung mơi bình thường nhưng tan nhiều trong các kim loại nóng
chảy như Fe, Ni, Co...
Trong khí xả động cơ đốt trong, ngồi các chất khí độc như CO, NOx, HC... cịn có
các hạt rắn tồn tại 3 dạng sau: các hạt chì của xăng pha chì, h ạt sunphat c ủa t ạp
chất lưu huỳnh trong nhiên liệu và hạt bồ hóng. Khi hoạt động bình th ường, trong
khí xả động cơ xăng có rất ít bồ hóng. Lượng bồ hóng chỉ đáng kể khi nó làm vi ệc
với hỗn hợp đậm đặc. Còn ở động cơ Diesel, do q trình khu ếch tán, b ồ hóng là
chất ô nhiễm đặt biệt quan trọng và là thành phần ch ủ yếu t ồn t ại d ưới d ạng h ạt
rắn trong khí xả.
Thành phần chính của bồ hóng :
- Carbon: Thành phần này ít nhiều phụ thuộc vào nhiệt độ cháy và h ệ s ố dư
lượng khơng khí trung bình, đặc biệt là khi động cơ ho ạt đ ộng ở ch ế đ ộ đ ầy t ải
hoặc quá tải.
- Dầu bôi trơn không cháy: Đối với động cơ cũ thành ph ần này chi ếm t ỉ l ệ l ớn.
Lượng dầu bôi trơn bị tiêu hao và lượng hạt bồ hóng có quan hệ với nhau.
- Nhiên liệu chưa cháy hoặc cháy khơng hồn tồn: Thành ph ần này ph ụ thu ộc
vào nhiệt độ và hệ số dư lượng khơng khí.
Bồ hóng trong khí xả tồn tại dưới hai dạng: dạng đơn và dạng tích tụ.
8


-Dạng đơn (gam kích thước nhỏ) tồn tại ở nhiệt độ trên 500 0C. Ở dạng này, các
hạt bồ hóng là sự kết hợp của các hạt sơ cấp hình cầu (mỗi một hạt s ơ c ấp hình
cầu này chứa khoảng 105-106 nguyên tử carbon). Dạng đơn này còn được gọi là
thành phần khơng hịa tan ISF (Insoluble Fraction) hay thành phần r ắn SOL (Solid).
-Dạng tích tụ (gam kích thước lớn) do các bồ hóng liên kết lại v ới nhau và t ồn
tại ở nhiệt độ thấp hơn 5000C . Các hạt bồ hóng này được bao bọc bởi các thành
phần hữu cơ nặng ngưng tụ và hấp thụ trên bề mặt hạt: HC chưa cháy, HC bị oxy
hóa (keton, ester, ether, axít hữu cơ), và các hydrocarbure th ơm đa nhân HAP
(Hydrocarbures Aromatiques Polynucléaires). Thể tích tụ này có thể cịn có thêm

các hạt khác như SO2, NO2. Những hạt này còn được gọi là thành phần hữu cơ hịa
tan SOF (Soluble Organic Fraction). Trong khí xả động c ơ Diesel thành ph ần SOF có
thể chiếm từ 5%-80%.

Hình 2. 3: Cấu trúc chuỗi bồ hóng

9


Hình 2. 4: Dạng những hạt sơ cấp

Hình 2.3 và 2.4 trình bày ảnh chụp khuếch đại của chu ỗi và hạt s ơ c ấp t ạo
thành hạt bồ hóng trong khí xả động cơ Diesel. Một cách tổng quát có th ể nói hạt
bồ hóng mà người ta thường gọi hình thành do sự liên kết của nhiều h ạt s ơ c ấp
hình cầu thành từng khối hoặc chuỗi. Mỗi hạt bồ hóng (kh ối hay chu ỗi) có th ể
chứa đến 4000 hạt hình cầu sơ cấp. Các hạt sơ cấp có đường kính từ 10 đến 80nm
và đại bộ phận hạt nằm trong khoảng 15-30nm, đường kính trung bình của các hạt
bồ hóng nằm trong khoảng 100-150nm, có khi lên đến 500-1000nm.

Hình 2. 5: Mơ hình cấu trúc dạng sơ cấp

10


Hình 2. 6: Cấu trúc tinh thể graphit

Cấu trúc tinh thể của hạt bồ hóng trong khí xả động cơ Diesel có dạng tương tự
như graphit (hình 2.5) nhưng ít đều đặn hơn. Mỗi hạt s ơ cấp hình cầu là m ột tập
hợp khoảng 1000 mầm tinh thể, có dạng phiến mỏng được xếp đồng tâm quanh
tâm của mỗi hạt cầu, tương tự như cấu trúc hạt carbon đen. Nh ững nguyên tử

carbon kết nối với nhau theo các phiến lục giác ph ẳng cách nhau 0,34-0,36nm (ch ỉ
lớn hơn một chút so với graphit: 0,33nm). Các phi ến này kết h ợp v ới nhau t ạo
thành các mầm tinh thể (từ 2-5 phiến) với cấu trúc gi ống như carbon đen. Nh ững
mầm tinh này lại sắp xếp lại theo các hướng song song v ới mặt hạt c ầu v ới k ết
cấu siêu tĩnh để tạo thành các hạt.
2.1.5 Lưu huỳnh đioxit SO2

Khí SO2 là một hợp chất hóa học có tên gọi khác là lưu huỳnh đioxit, đây là s ản
phẩm chính khi đốt cháy lưu huỳnh. SO 2 là chất khí vơ cơ khơng màu, nặng hơn
khơng khí và là một loại oxit axit, có đi ểm nóng chảy là -72,4 đ ộ C và đi ểm sơi là –
10 độ C. Ngồi ra, khí này cịn có khả năng làm vẩn đục nước vôi trong và làm m ất
màu dung dịch brom và màu cánh hoa hồng.
SO2 được sinh ra nhờ quá trình đốt cháy các nhiên li ệu hóa th ạch như than, d ầu
đặc biệt là nhiên liệu dầu Diesel… hoặc nấu chảy các qu ặng nhôm, đ ồng, kẽm, chì,
sắt.
11