Khí xả động cơ đốt trong

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, chúng em xin chân thành gửi lời cám ơn sâu sắc đến 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. Trong khoảng thời gian thực hiện đồ án
tốt nghiệp với sự giúp đỡ tận tình của Thầy đã giúp chúng em hoàn thành đồ án tốt
nghiệp của mình. Thầy đã ln quan tâm chỉ bảo và hướng dẫn em khi em gặp khó khăn
trong quá trình thực hiện đồ án.
Để hồn thành được đồ án này cịn là sự tích lũy kiến thức từ những khóa học, vì
vậy chúng em xin bày tỏ lịng biết ơn đến Thầy Cô, đặc biệt là các Thầy Cô trong Khoa
cơ khí động lực – Trường Đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ 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 nhiều niềm vui
và hạnh phúc, tiếp tục dẫn dắt từng lớp học trị đi tới thành cơng.
Sinh viên thực hiện :
Nguyễn Thanh Vũ
Hoàng Xuân Khoa

i


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 triển kinh tế - xã hội
của các quốc gia trên thế giới dẫn đã đến những tác động to lớn đến môi trường, làm cho
môi 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 hậu - nóng lên tồn cầu, sự suy giảm tầng ozone và
mưa axit… mà các hoạt động giao thông vận tải 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 trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Và là
nguồn động lực chính của các phương tiện vận tải như: Ơ tơ, tàu thuỷ, tàu hoả, máy

bay…hay các máy công tác như: máy phát điện, máy xây dựng, các máy công cụ trong
công nghiệp, nông nghiệp…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 nhưng cũng chính là nguồn
gốc gây ra ơ nhiễm mơi trường... Chính vì vậy mà lượng sản phẩm khí thải từ động cơ
đốt trong hằng năm trên thế giới ngày càng tăng, gây ô nhiễm môi trường nặng nề ảnh
hưởng trực tiếp biến đổi khí hậu ngày càng phức tạp, trái đất ngày càng nóng lên, ảnh
hưởng rất xấu tới sức khoẻ con người, gây nạn tuyệt chủng động thực vật… trên tồn 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 độ phát triển của nền công
nghiệp trên thế giới. Một số nước có nền cơng nghiệp phát triển hàng đầu trên thế giới,
cũng là các nước có lượng khí thải phát sinh độc hại gây ô nhiễm nhiều nhất trên thế giới
như: Mỹ, Nhật Bản và một số nước Châu Âu đã đi đầu trong việc nghiên cứu và đưa ra
các biện pháp giảm thiểu lượng khí thải độc hại ra mơi trường. Bên cạnh đó các nước này
cũng đưa ra các tiêu chuẩn về nồng độ các chất độc hại trong khí thải động cơ và bắt
buộc các xe được sản xuất trong nước cũng như các xe nhập khẩu đều phải tuân thủ các
tiêu chuẩn khí thải.

ii


Ở Việt Nam trước tình hình nền kinh tế đất nước đang bước vào giai đoạn đầu của
những nước có nền kinh tế phát triển chúng ta cũng phải tuân theo xu hướng chung của
thế giới đó là: Phát triển bền vững, tức là phát triển nhưng bảo vệ môi trường. Chính vì
vậy mà nhà nước ta đã áp dụng chu trình thử và tiêu chuẩn Châu Âu để thử nghiệm và
cơng nhận cho các dịng xe. Đặc biệt nhà nước ta đã bắt đầu áp dụng tiêu chuẩn Euro II
từ ngày 01/07/2007 cho tất cả phương tiện 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 đối với các phương tiện giao thơng vận tải nâng tiêu chuẩn khí thải lên một
tầm mới, sạch hơn, thân thiện hơn. 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 khả năng có
hạn của bản thân, nên đề tài chúng em nghiên cứu chỉ giới hạn về động cơ sử dụng nhiên
liệu xăng và Diesel.
Trong q trình thực hiện chun đề khơng tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót vì
vậy chúng em xin được sự đóng góp ý kiến của các thầy cơ để hoàn thành đề tài này.

iii


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
CHƯƠNG 3: TIÊU CHUẨN KHÍ THẢI TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM .............17
3.1 Tiêu chuẩn khí thải của châu Âu ..............................................................................17
iv


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 Ô 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
4.2.5.1 Điều chỉnh khi hâm nóng ............................................................................54
4.2.5.2 Khi nhiệt độ động cơ quá nóng ...................................................................55
4.2.5.3 Khi ở chế độ không tải ................................................................................55
v


4.2.5.4 Khi động cơ hoạt động không 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
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
vi


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

vii


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) : Hiệp hội các nhà sản xuất 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
CFR (Code of Federal Regulations) : Quy chế liên bang
viii


LDV (Light-duty vehicles) : Xe hạng nhẹ
GVWR (Gross vehicle weight rating) : Tổng trọng lượng của xe
MDPV (Medium-duty passenger vehicles) : Xe chở 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 kiểm tra liên bang
ARB (California Air Resources Board) : Ủy ban Tài nguyên 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 nhiệt
BPT (Exhaust Back – Pressure Sensor) : Cảm biến áp suất khí thải
DPFE (Delta Pressure Feedback Of EGR): Cảm biến đo chênh lệch áp suất của EGR
ix


EVR (Electronic Vacuum Regulator) : Bơm chân không
TWC (Three-Ways Catalytic Converter) : Bộ xúc tác 3 thành phần
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

x


DANH MỤC CÁC HÌNH
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 ...................................................................................10
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 ........................................................................................................................42
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 ơ nhiễm động cơ ..........54
Hình 4. 6: Ảnh hưởng của góc phun sớm tới mức độ phát sinh ơ nhiễm..........................57
Hình 5. 1: Cấu tạo hệ thống EGR sử dụng van chân không DPFE ...................................62
xi


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 vòng/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: Nguyên 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
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
xii


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

xiii


DANH MỤC CÁC BẢNG
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 ơ tơ 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
Bảng 5. 1: Tiêu chuẩn thùng chứa DEF [11].....................................................................83

xiv


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 chỉ đối với Việt
Nam mà còn là vấn đề cho nhiều nước trên thế giới. Đó là vấn đề nóng bỏng, gây bức xúc
trong dư luận xã hội hiện nay mà nguyên nhân do các hoạt động sản xuất và sinh hoạt của
con người gây ra. Vấn đề này ngày càng trầm trọng, đe doạ trực tiếp sự phát triển kinh tếxã hội bền vững, sự tồn tại, phát triển của các thế hệ hiện tại và tương lai. Giải quyết vấn
đề ô nhiễm mơi trường trong thời kỳ đẩy mạnh cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa hiện nay
khơng chỉ là địi hỏi cấp thiết đối với các cấp quản lí, các doanh nghiệp mà đó cịn là
trách nhiệm của tồn xã hội. Ơ nhiễm mơi trường bao gồm 3 loại chính là: ơ nhiễm đất, ơ
nhiễm nước và ơ nhiễm khơng khí. Trong ba loại ơ nhiễm đó thì ơ nhiễm khơng khí tại
các đô thị lớn, khu công nghiệp là nghiêm trọng nhất, mức độ ô nhiễm vượt nhiều lần tiêu
chuẩn cho phép. Và một trong những nguyên nhân chính gây ra sự ơ nhiễm khơng khí
một cách nghiêm trọng đó là sự phát thải khí độc hại của động cơ đốt trong từ ô tô, xe
máy hiện nay, tác nhân gây ra các bệnh về đường hô hấp, bạch cầu và ung thư. Nguồn ô
nhiễm này trở thành mối đe dọa chính cho cuộc sống của con người, đặc biệt là ở các
thành phố có mật độ xe cơ giới cao, mối nguy hiểm này càng lớn.
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 triển của nền công nghiệp trên thế giới, góp
phần bảo vệ mơi trường sống, giảm ơ 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 thực hiện đề
tài, chúng em sẽ tập trung nghiên cứu về các thành phần khí xả, các nhân 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


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 nhiều phương pháp nghiên cứu 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 liệu và khơng khí
đã sinh ra các sản phẩm cháy bao gồm: CO2, H2O… trong đó phải kể đến các chất gây
hại đến môi trường như NOx, CO, PM…

Tỷ lệ các thành phần sản phẩm cháy trong khí xả phụ thuộc vào loại động cơ. Ví dụ
như động cơ xăng thì nhiên liệu với khơng khí được hòa trộn với một tỉ lệ phù hợp trước
khi vào buồng đốt điều này đảm bảo tia lửa điện từ bugi có thể đốt được vì nếu nhiên liệu
q lỗng thì hỗn hợp sẽ khơng cháy được. Tỉ lệ của hỗn hợp A/F theo khối lượng là
14,7/1. Trong thực tế không phải các điều kiện đều là lý tưởng và khó để đảm bảo đúng tỉ
lệ trên, nên khí xả của động cơ xăng thường có các sản phẩm chưa cháy hết. Khác với
động cơ xăng, động cơ Diesel nén khơng khí với nhiệt độ và áp suất cao trước khi nhiên
liệu được phun vào. Điều này đảm bảo độ đậm đặc đủ để nhiên liệu tự bốc cháy tại vùng
gần vịi phun cho dù có hệ số dư lượng khơng khí rất cao. Vì tỉ lệ A/F cao khí xả có ít
thành phần chưa cháy hết như 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 khơng khí với d = 0.96 nên dễ khuếch tán vào khơng khí,
ít tan trong nước và khơng bị hấp thụ bởi than hoạt tính, khá trơ 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 nhận
được sự hiện diện của CO trong khơng khí. Khí thải từ các động cơ ô tô là nguồn gây ô
nhiễm CO chủ yếu ở các thành phố. Hàng năm trên toàn cầu sản sinh khoảng 600 triệu
tấn CO. Là loại khí cực kỳ nguy hiểm, do việc hít thở phải một lượng quá lớn CO sẽ dẫn
tới thương tổn do giảm oxy trong máu hay tổn thương hệ thần kinh cũng như có thể gây
3


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 lần so
với oxy nên khi hít phải khí CO ở mức 667 ppm thì CO sẽ làm chuyển đổi 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. Nếu ngộ độc CO xảy ra khi đang ngủ
say hoặc uống rượu say thì người bị ngộ độc sẽ hôn mê từ từ, ngưng thở và tử vong.
Tuy nhiên CO không độc với thực vật vì cây xanh có thể chuyển 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, NO2 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 ơ nhiễm chính làm giới hạn tính năng kỹ
thuật của động cơ.
Theo xu hướng hiện đại ngày nay là áp dụng những kỹ thuật giúp động cơ có thể làm

việc với hỗn hợp nghèo để tăng tính kinh tế đồng thời giúp giảm phát thải CO và HC.
Tuy nhiên điều này dẫn đến động cơ sản sinh ra nhiều NOx hơn do nhiệt độ trong buồng
đốt cao. NOx trở thành đối tượng chính trong việc xử lý ô 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
N2O là khí khơng màu, là oxit trung tính N2O 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.

4


Khí NO là chất khí khơng màu, khơng mùi, được tạo ra nhờ sự kết hợp nitơ và oxy
trông điều kiện nhiệt độ cao. Ví dụ như vùng khơng khí xung quanh một 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 không bền trong khơng khí vì dễ bị chuyển hóa thành NO2 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 hoại tế bào của phế nang. Khi vào được
phổi, 80% lượng NO2 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 ( không khí)

-Đối với thực vật: NOx tác động xấu đến quá trình quang hợp của cây xanh.

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
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 NO2 làm giảm sự quang hợp với nhiều mức độ khác nhau đối với
cùng thời gian tác động. Sự giảm quang hợp đạt đến trạng thái cân bằng đối với NO
nhanh hơn đối với NO2 và sau khi môi trường hết ô nhiễm, sự quay trở lại trạng thái ban
đầu đối với NO nhanh hơn đối với NO2. Trong những vùng đơ thị hóa cao (nồng độ NOx
đạt khoảng 3,93ppm), sự quang hợp có thể bị giảm đi 25%.
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 NOx trong khơng khí ảnh hưởng đến quá trình
cân bằng hydrocacbon tạo thành sương mù quang hóa, nguyên nhân tạo ra Ozone ở tầng
đối lưu, một trong những thành phần làm ô nhiễm môi trường.
Mặt khác, trong mơi trường NO2 cịn tác dụng với H2O tạo thành axit theo phản ứng
sau:
2NO2 + H2O → HNO3 + HNO2

(2.3)

3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO

(2.4)

Các axit trên hòa tan trong mưa, tuyết, sương mù và nghiêm trọng hơn nồng độ
HNO3 đủ lớn có thể tạo thành mưa axit làm hủy hoại thảm thực vật và ăn mịn các cơng

trình kỹ thuật.
6


2.1.3 Hydrocacbon (HC)
HC có mặt trong khí thải do q trình cháy khơng hồn tồn khi hỗn hợp 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 khơng gian chết, nghĩa là ở khu vực có nhiệt độ thấp (khác với sự hình
thành CO và NOx diễn ra trong pha đồng nhất ở những khu vực có nhiệt độ cao).
Chúng gây tác hại đến sức khỏe con người chủ yếu là do các HC thơm. Từ lâu con
người đã phát hiện được vai trò của benzen trong căn bênh ung thư máu khi nồng độ của
nó lơn hơn 40 ppm hoặc gây rối hệ thần kinh khi nồng độ lớn hơn 1 g/m3 , đôi khi nó là
nguyên 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 cất trực tiếp 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, trọng lượng phân tử càng lớn hơn. Hợp chất hydrocarbon có
từ 1 đến 4 nguyên tử C như Methane (CH4), 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, hợp chất hydrocarbon là các chất rắn
ở nhiệt độ thường.
2.1.4 Các chất thải dạng hạt PM (Particulate Matter)
PM hay còn gọi là bồ hóng là chất gây ơ nhiễm đặt biệt quan trọng 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 hơ hấp 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 thể của 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 hơi,
khơng tan trong các dung mơi bình thường nhưng tan nhiều trong các kim loại nóng chảy
như Fe, Ni, Co...
7


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, hạt sunphat của tạp chất lưu
huỳnh trong nhiên liệu và hạt bồ hóng. Khi hoạt động bình thường, trong khí xả động cơ
xăng có rất ít bồ hóng. Lượng bồ hóng chỉ đáng kể khi nó làm việc với hỗn hợp đậm đặc.
Còn ở động cơ Diesel, do q trình khuếch tán, bồ hóng là chất ơ nhiễm đặt biệt quan
trọng và là thành phần chủ yếu tồn tại dưới dạng hạt rắn trong khí xả.
Thành phần chính của bồ hóng :
- Carbon: Thành phần này ít nhiều phụ thuộc vào nhiệt độ cháy và hệ số dư lượng
khơng khí trung bình, đặc biệt là khi động cơ hoạt động ở chế độ đầy tải hoặc quá tải.
- Dầu bôi trơn không cháy: Đối với động cơ cũ thành phần này chiếm tỉ lệ lớn.
Lượng dầu bôi trơn bị tiêu hao và lượng hạt bồ hóng có quan hệ với nhau.
- Nhiên liệu chưa cháy hoặc cháy không hoàn toàn: Thành phần này phụ thuộc 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.
-Dạng đơn (gam kích thước nhỏ) tồn tại ở nhiệt độ trên 5000C. Ở dạng này, các hạt
bồ hóng là sự kết hợp của các hạt sơ cấp hình cầu (mỗi một hạt sơ cấp 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 rắn SOL (Solid).
-Dạng tích tụ (gam kích thước lớn) do các bồ hóng liên kết lại với nhau và tồn 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 thơm 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 hòa tan SOF (Soluble Organic Fraction).
Trong khí xả động cơ Diesel thành phần SOF có thể chiếm từ 5%-80%.

8


Hình 2. 3: Cấu trúc chuỗi bồ hóng

Hình 2. 4: Dạng những hạt sơ cấp

Hình 2.3 và 2.4 trình bày ảnh chụp khuếch đại của chuỗi và hạt sơ cấp tạo thành hạt
bồ hóng trong khí xả động cơ Diesel. Một cách tổng quát có thể nói hạt bồ hóng mà
người ta thường gọi hình thành do sự liên kết của nhiều hạt sơ cấp hình cầu thành từng
khối hoặc chuỗi. Mỗi hạt bồ hóng (khối hay chuỗi) có thể 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.

9


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

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 sơ cấp hình cầu là một 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. Những nguyên tử carbon kết nối với nhau theo các
phiến lục giác phẳng cách nhau 0,34-0,36nm (chỉ lớn hơn một chút so với graphit:

0,33nm). Các phiến này kết hợp với nhau tạo thành các mầm tinh thể (từ 2-5 phiến) với

10


cấu trúc giống như carbon đen. Những mầm tinh này lại sắp xếp lại theo các hướng song
song với mặt hạt cầu với kết 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 sản
phẩm chính khi đốt cháy lưu huỳnh. SO2 là chất khí vơ cơ khơng màu, nặng hơn khơng
khí và là một loại oxit axit, có điểm nóng chảy là -72,4 độ C và điểm sôi là – 10 độ
C. Ngồi ra, khí này cịn có khả năng làm vẩn đục nước vôi trong và làm mất màu dung
dịch brom và màu cánh hoa hồng.
SO2 được sinh ra nhờ q trình đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch như than, dầu đặc
biệt là nhiên liệu dầu Diesel… hoặc nấu chảy các quặng nhơm, đồng, kẽm, chì, sắt.
Khí SO2 bị xem là một mối nguy hại đáng kể đối với mơi trường. Có mặt trong khói
thuốc lá, khí thải của các nhà máy, hệ thống lò sưởi, phương tiện giao thơng… khí
này gây ơ nhiễm bầu khơng khí và là một trong những chất gây ra mưa axit làm ăn mịn
cơng trình, phá hoại cây cối…
Khí SO2 xâm nhập vào cơ thể qua đường hơ hấp hoặc hồ tan với nước bọt, từ đó qua
đường tiêu hố để ngấm vào máu. SO2 có thể kết hợp với các hạt nước nhỏ hoặc bụi ẩm
để tạo thành các hạt axit nhỏ li ti, xâm nhập qua phổi vào hệ thống bạch huyết. Trong
máu, SO2 tham gia H2SO4 nhiều phản ứng hoá học để làm giảm dự trữ kiềm trong máu
gây rối loạn chuyển hoá đường và protein, gây thiếu vitamin B và C, tạo ra
methemoglobine để chuyển Fe2+ (hoà tan) thành Fe3+ (kết tủa) gây tắc nghẽn mạch máu
cũng như làm giảm khả năng vận chuyển oxy của hồng cầu, gây co hẹp dây thanh quản,
khó thở.
2.2 Cơ chế hình thành khí thải động cơ
2.2.1 Cơ chế hình thành NOx
Có 3 cơ chế hình thành NOx đó là sự hình thành theo cơ chế nhiệt (thermal

formation), hình thành do nhiên liệu (fuel formation), hình thành tức thời (prompt
fomation).
Cơ chế được công nhận rộng rãi nhất là cơ chế nhiệt, theo đó N2 phản ứng với O2
trong khơng khí nạp vào động cơ dưới điều kiện nhiệt độ cao để tạo thành NOx. Quá
11