Đồ án tốt nghiệp Bộ môn: Động cơ đốt trong
1 LỜI NÓI ĐẦU
2
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: Ôtô, 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…năng lượng mà do
động cơ đốt trong cung cấp chiếm khoảng 80% tổng năng lượng toàn trái
đât. Tuy nhiên động cơ đốt trong cũng là nguồn gốc gây ra ô nhiễm môi
trường.
Trong tình hình thế giới đang ngày càng phát triển với tốc độ chóng mặt,
sản lượng công nghiệp hằng năm ngày càng tăng nhanh thì nguồn năng
lượng tiệu thụ trên thế giới ngày càng lớn. Động cơ đốt trong là nguồn cung
cấp năng lượng chủ yếu trên trái đât. Chính vì vậy mà lượng sản phẩm khí
thải từ động cơ đốt trong hằng năm trên thế giới ngày càng tăng, ngây 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 toàn thế giới.
Để giảm lượng độc hại phát ra từ sản phảm 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 công 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
môi 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

Đồ án tốt nghiệp Bộ môn: Động cơ đốt trong
trong nước cũng như các xe nhập khẩu đều phải tuẩn thủ các tiêu chuẩn khí
thải.
Để đánh giá chất lượng động cơ về phương diện khí thải, động cơ phải

kiến của các kỹ sư tại trạm thử nghiệm thuộc cục đăng kiểm Việt Nam để
hoàn thành đề tài này.
3 CHƯƠNG I:
4
5 TỔNG QUAN
6
7 ĐẶT VẤN ĐỀ
Với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế thế giới trong những thập kỉ
gần đây, kéo theo đó là sự phát triển của phương tiện giao thong. Chính vì
vậy mà tình trạng ô nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng và vấn đề
môi trường không chỉ là mối lo ngại của các nước đang phát triển mà nó còn
là vấn đề nóng hổi được cả thế giới quan tâm. Vì môi trường bị ô nhiễm
không những ảnh hưởng tới khí hậu toàn cầu mà nó còn ảnh hưởng rất xấu
đến sức khoẻ con người.
Một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trường chủ yếu là khí xả động
cơ đốt trong, vì động cơ đốt trong cung cấp trên 80% tổng số năng lượng
trên toàn thế giới. Theo số liệu thống kê tính đến cuối năm 1986 trên thế giới

Đồ án tốt nghiệp Bộ môn: Động cơ đốt trong
có 750 triệu ô tô và hàng trăm triệu động cơ tàu thuỷ động cơ tĩnh tại. Đa số
tập trung ở những nơi có lượng dân cư đông đúc như: Thành thị, khu dân cư.
Người ta tính được khoảng 750 triệu ô tô hoạt động hàng năm sẽ thải vào
môi trường 120 triệu tấn CO, 24 triệu tấn C
m
H
n
, 26 triệu tấn NO
x
và 1,2 triệu
tấn bụi.

7.1 1.1. NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI
- Thứ nhất: Tìm hiểu về các thành phần độc hại chính trong khí thải
động cơ và mức độ độc hại của các chất đó.
- Thứ hai: Các nhân tố ảnh hưởng đến nồng độ các chất ô nhiễm
trong khí xả động cơ đốt trong
- Thứ tư: Các phương án giảm thiểu độc tố trong khí thải động cơ
đốt trong.
- Thứ năm: Tính nhiệt cho động động cơ TOYOTA CAMRY.
- thứ sáu: phần tính toán các thành phần khí thải và chỉ tiêu môi
trường của các nước trên thế giới.

Đồ án tốt nghiệp Bộ môn: Động cơ đốt trong
8 CHƯƠNG II:
9 CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH TRONG KHÍ
10 THẢI ĐỘNG CƠ
10.1.1 2.1. Các thành phần chính trong khí thải động cơ.
Phương tiện giao thông liên lạc trên đường bộ ngày nay gây ô nhiễm môi
trường chủ yếu là ô tô sử dụng động cơ đốt trong. Động cơ xe ô tô có 2 loại:
Loại động cơ máy nổ và loại động cơ Điezel. Trong động cơ máy nổ bằng
tia lửa điện rất khó đảm bảo cho quá trình cháy được hoàn toàn bởi vì nó
luôn luôn hoạt động với hỗn hợp nhiên liệu và không khí ở mọi chế độ vận
hành. Còn trong động cơ Điezel thì chỉ có không khí được nén theo quá trình
đoạn nhiệt không cho thoát nhiệt ra ngoài, ở cuối giai đoạn nén không khí
nhiên liệu được phun vào và khi tiếp xúc với không khí nén ở nhiệt độ cao

Đồ án tốt nghiệp Bộ môn: Động cơ đốt trong
nó tự bốc cháy. Vì thế quá trình cháy trong động cơ Điezel nhờ có thừa
nhiều không khí nên được hoàn toàn hơn.
Lượng khí độc hại do ô tô thải ra còn phụ thuộc vào chế độ vận hành:
Lúc khởi động, lúc chạy nhanh, lúc hãm lại đều có sự khác biệt rõ rệt.

Khí độc hại
Lượng khí độc hại, Kg/t nhiên liệu
Động cơ máy nổ
chạy xăng
Động cơ Điezel

Đồ án tốt nghiệp Bộ môn: Động cơ đốt trong
Cacbon ôxit CO 465,59 20,81
Hyđrôcacbon 23,28 4,16
Nitơ ôxit NO
x
15,83 13,01
Sufu điôxit SO
2
1,86 7,80
Anđêhyt 0,93 0,78
Tổng cộng 507,49 46,56
Nếu quy lượng khí độc hại do ô tô thải ra về một Km đoạn đường chạy,
ta có các số liệu ở bảng 2.3
Bảng 2.3: Lượng khí độc hại do ô tô thải ra trên một Km đoạn đường
Khí độc hại Lượng độc hại g/Km đường đi
Động cơ máy nổ chạy xăng Động cơ Điezel
Cacbon oxit CO 60,00 0,69 – 2,57
Hyđrôcacbon 5,9 0,14 – 2,07
Nitơ oxit NO
x
2,20 0,68 – 1,02
Muội khói bui lơ lửng 0,22 1,28
Sunfu điôxit SO
2

3
,[1].
10.1.3 2.1.2. Hyđrocacbure (HC).
HC có mặt trong khí thải do quá trình cháy không hoàn toàn khi hỗn hợp
giàu, hoặc do hiện tượng cháy không bình thường. Chúng gây tác hại đến
sức khỏe con người chủ yếu là do các HC thơm. Từ lâu người ta đã phát
hiện được vai trò của benzen trong căn bệnh ung thư máu khi nồng độ của
nó lớn hơn 40ppm hoặc gây rối loạn hệ thần kinh khi nồng độ lớn hơn
1g/m
3
, đôi khi nó là nguyên nhân gây ra các bệnh về gan.
10.1.4 2.1.3. Ôxit lưu huỳnh (SO
2
).
SO
2
là một chất háu nước vì vậy nó rất dễ hoà tan vào nước mũi, bị ôxy
hoá thành H
2
SO
4
và muối amonium rồi đi theo đường hô hấp vào sâu trong
phổi. Mặt khác SO
2
làm giảm khả năng đề khàng của cơ thể. Mặt khác, SO
2

Đồ án tốt nghiệp Bộ môn: Động cơ đốt trong
làm giảm khả năng đề kháng của cơ thể và làm tăng cường độ tác hại của
các chất ô nhiễm khác đối với nạn nhân.

Hàm lượng cho phép [CHO] = 0,6mg/m
3
10.1.7 2.1.5. Chất thải dạng hạt (P-M).
P-M hay còn gọi là bồ hóng là chất gây ô nhiễm đặc biệt quan trong
trong khí thải động cơ Điezel. Nó tồn tại dưới dạng hạt rắn có đường kính
trung bình khoảng 0,3mm, nên dễ xâm nhập vào phổi gây tổn hại cho cơ
quan hô hấp và có thể gây ung thư do các hyđrôcacbon thơm bám dính lên
nó. P-M sinh ra do quá trình phân huỷ nhiên liệu và dầu bôi trơn, chúng
chính là C chua cháy hết bị vón thành các hạt nhỏ. Trong không khí P-M là
tác nhân gây sương mù, bụi bẩn làm ảnh hưởng đến giao thông và sinh hoạt
con người.

Đồ án tốt nghiệp Bộ môn: Động cơ đốt trong
10.1.8 2.1.6. Chì.
Chì có mặt trong khí xả do hợp chất Pb(C
2
H
5
)
4
được pha vào xăng để
tăng tính chống kích nổ của nhiên liệu. Sự pha trộn chất phụ gia này vào
xăng hiện nay vẫn còn là đề tài bàn cãi của giới khoa học. Chì trong khí xả
động cơ tồn tại dưới dạng hạt có đường kính cực bé nên rất dễ xâm nhập vào
cơ thể qua da hoặc qua con đường hô hấp. Khi đã vào đến cơ thể khoảng từ
30 đến 40% lượng Chì này đi vào máu. Sự hiện diện của Chì gây xáo trộn sự
trao đổi iôn ở não, gây trở ngại cho sự tổng hợp enzyme để hình thành hồng
cầu và đặc biệt hơn nữa nó tác động lên hệ thần kinh làm trẻ em chậm phát
triển trí tuệ. Chì bắt đầu gây nguy hiểm cho con người khi nồng độ của nó
vượt qua 200 đến 250mg/lít.

= 2CO.
Đây là phản ứng cháy thiếu ôxy. Rõ ràng là α càng nhỏ thì nồng độ CO
càng lớn và ngược lại.

Đồ án tốt nghiệp Bộ môn: Động cơ đốt trong
Khi α < 1, quá trình cháy thiếu O
2
nên thành phần CO lớn, trong quá
trình giãn nở một phần CO sẽ kết hợp với hơi nước (có trong sản phẩm
cháy) để tạo thành CO
2
.
Khi α > 1 về lý thuyết sẽ thừa O
2
nhưng vần còn một lượng nhỏ CO. Lý
do là trong buồng cháy vẫn có những vùng cục bộ có α < 1, tại đó quá trình
cháy thiếu O
2
. Mặt khác, tại những vùng sát vách, do hiệu ứng làm lạnh còn
gọi là hiệu ứng sát vách nên CO không ôxy hoá tiếp thành CO
2
. Trong khi
đó, phần lớn CO

sinh ra trong quá trình cháy sẽ kết hợp tiếp với O
2
trong quá
trình giãn nở trong điều kiện nhiệt độ từ 1700 đến 1900K để tạo thành CO
2
.

cháy. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng sát vách.
- Vùng giữa các kẽ hẹp: Khe giữa đầu Piston và xy lanh…
Ngoài ra, trong quá trình nén thường hình thành màng dầu trên mặt
gương xy lanh. Trong quá trình giãn nở áp suất giảm, màng dầu bay hơi làm
tăng C
m
H
n
.
Thành phần của C
m
H
n
rất đa dạng: Thành phần chủ yếu là
cacbuahyđrô thơm (benzene, toluen, êtyn benzene…) Ôlêphin (propan,
etan…) hay Paraphin (metan…)…
10.1.13 2.2.1.3. NO
x

NO
x
hình thành từ phản ứng ôxy hoá nitơ trong điều kiện nhiệt độ cao
của quá trình cháy. Thành phần của NO
x
phụ thuộc rất nhiều vào hệ số dư
không khí α tức nồng độ Oxy của hỗn hợp và nhiệt độ quá trình cháy, đạt giá
trị cực đại tại α = 1,05÷1,1 (xem hình 2-2). Tại đây nhiệt độ của quá trình
cháy đủ lớn để Oxy và Nitơ phân huỷ thành nguyên tử có tính năng hoạt hoá
cao và cũng tại đây nồng độ Oxy đủ lớn bảo đảm đủ Ôxy cho phản ứng, do
đó NO

Anđêhít trong khí thải.
10.1.15 2.2.1.5. Các hợp chất chứa Chì
Để chống kích nổ trong động cơ xăng người ta thường pha vào xăng các
hợp chất phụ gia chứa Chì như: Tetraetin Chì có công thức hoá học là
Pb(C
2
H
5
)
4
. Do đó trong sản phẩm cháy của động cơ xăng (dùng xăng pha
Chì) có các hợp chất chứa Chì ở dạng hạt rắn rất nhỏ, tuy cũng có tác dụng

Đồ án tốt nghiệp Bộ môn: Động cơ đốt trong
rà khít xupap với đế xupap nhưng cũng gây mài mòn các chi tiết của động
cơ, đồng thời gây tác hại đối với môi trường và sức khoẻ con người. Để
giảm ảnh hưởng mài mòn các chi tiết của động cơ, người ta pha vao xăng
các hợp chất vô cơ của nhóm halogen (như clo và brôm). Các hợp chất này
có tác dụng làm giảm nhiệt độ sôi của Oxit Chì. Sau phản ứng cháy các hợp
chất của nhóm halogen với Chì sẽ được thải ra khỏi buồng cháy dưới dạng
khí.
Do những tác hại nêu trên phụ gia pha Chì ngày càng ít được sử dụng.
Nhiều nước đã thực hiện thành công cấm hoàn toàn xăng pha Chì như: Mỹ,
Nhật Bản, Canađa, Áo, Thuỵ Điển, Brazin, Clombia, Crotia, Thái Lan… từ
29/11 đến 01/12/1999 tại Hà Nội đã diễn ra hội thảo quốc tế với sự bảo trợ
của ngân hàng thế giới về loại bỏ xăng pha Chì ở Việt Nam. Tại cuộc hội
thảo, Chính Phủ đã đưa ra một dự án bắt đầu vào năm 2002 với mục tiêu loại
bỏ hoàn toàn xăng pha Chì vào năm 2006. Dự án thử nghiệm đối chứng
xăng không pha Chì đã được thử nghiệm ngay sau hội thảo tại phòng thí
nghiệm của bộ môn Động Cơ Đốt Trong trường ĐHBK Hà Nội. Kết quả thử

quá trình giãn nở giảm đi nên lượng CO còn lại trong khí thải tăng lên.

10.1.18 2.2.2.2. C
m
H
n

Do α lớn nên C
m
H
n
trong động cơ Điezel so với động cơ xăng cũng nhỏ
hơn. Khi α tăng, nhiệt độ cháy giảm nên phần nhiên liệu không cháy được
C
m
H
n
sẽ tăng lên. Đối với phương pháp hỗn hợp màng, do hiệu ứng sát vách
ảnh hưởng mạnh nên C
m
H
n
lớn hơn so với trường hợp hỗn hợp thể tích. Nếu
tổ chức xoáy lốc và hòa trộn tốt trong quá trình hình thành hỗn hợp, thành
phần C
m
H
n
sẽ giảm.
10.1.19 2.2.2.3. NO

khí (làm loãng) đạt nhiệt độ nhỏ hơn 51,7
0
C và được tách ra bằng một bộ
lọc qui định.
Với định nghĩa như vậy, P-M gồm các hạt rắn và các chất lỏng bám theo.
Các hạt rắn gồm: các bon tự do và tro còn gọi là bồ hóng (soot), các chất phụ
gia dầu bôi trơn, các hạt và vảy tróc do mài mòn… chất lỏng bám theo gồm
có các thành phần trong nhiên liệu và bôi trơn
Các hạt P-M có kích thước từ 0,01 đến 1μm. Phần lớn hạt có kích thước
nhỏ hơn 0,3μm nên rất dễ bị hít vào và gây tổn thương cho đường hô hấp và
phổi.
Thành phần của P-M phụ thuộc rất nhiều vào chế độ làm việc của động
cơ và phương pháp hình thành khí hỗn hợp. Thông thường P-M chứa [1]:
- 40% dầu bôi trơn
- 31% bồ hóng
- 14% các muối sunfat ngâm nước
- 7% nhiên liệu Điezel
- 8% các loại khác còn lại
10.1.21 2.2.2.5. Hợp chất chứa lưu huỳnh
Trong khí thải có các hợp chất chứa lưu huỳnh là do trong nhiên liệu còn
một lượng tạp chất lưu huỳnh còn lại khi chưng cất dầu mỏ. Trước năm
1996, ở Châu Âu qui định giới hạn hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu
tính theo khối lượng [S] < 0,2%. Sau năm 1996, giới hạn này càng ngặt
nghèo hơn, [S] < 0,05%. Do nhiên liệu chưa lưu huỳnh nên trong khí thải có
SO
2
, kết hợp với hơi nước sẽ tạo thành axít. Các hợp chất chứa lưu huỳnh
trong khí thải là một trong những nguyên nhân gây ra mưa axít. Các hợp
chất chứa lưu huỳnh trong khí thải là một trong những nguyên nhân gây ra
mưa axit và tạo P-M thông qua các muối gốc sunfat.

cơ. Mặt khác, so với động cơ 4 kỳ, thời gian cuối của quá trình nén (sau khi
đóng của nạp và của thải) rất ngắn đòi hỏi phải phun nhiên liệu với tốc độ
lớn hơn, do đó một bộ phận nhiên liệu bám lên thành buồng cháy làm tăng
nồng độ C
m
H
n
trong khí xả. Một giải pháp tiết kiêm hơn là phun nhiên liệu
bằng không khí ở áp suất ra trích ra trong giai đoạn nén. Để tránh hiên tượng
bám nhiên liệu trên thành, người ta người ta dùng một vòi phun áp suất thấp
được đặt trong buồng cháy dự bị trước xupáp nạp phun trực tiếp một hỗn
hợp rất đậm với tốc độ tương đối thấp.
Kỹ thuật quét khí cháy bằng không khí cho phép hạn chế tối đa sự phát
thải C
m
H
n
trong khí xả động cơ. Kỹ thuật này cho phép giảm từ 80% đến
90% nồng độ C
m
H
n
so với giá trị thông thường đối với động cơ 2 kỳ cổ điển.
Nồng độ NO
x
trong khí xả động cơ 2 kỳ hiện đại cao hơn một chút so với
động cơ 2 kỳ cổ điển do hiệu suất cháy cao hơn và làm việc với hỗn hợp
nghèo hơn.
13.1.4 3.1.2. Động cơ làm việc với hỗn hợp nghèo.
Động cơ đánh lửa cưỡng bức (xăng) làm việc với hỗn hợp nghèo đã

H
n
.
- Gia tăng suất tiêu hao nhiên liệu do tốc độ cháy giảm.

Đồ án tốt nghiệp Bộ môn: Động cơ đốt trong
Những biện pháp cho phép động cơ hoạt động gần giới hạn nghèo của
hỗn hợp có thể chia ra làm 3 loại:
- Các giải pháp tác động trước khi hỗn hợp vào xy lanh: Chuẩn bị và
định lượng hỗn hợp nhiên liệu (chế hoà khí hay phun), hệ thống
điều chỉnh hỗn hợp, thiết kế hợp lý đường nạp.
- Các biện pháp tác động bên trong động cơ: Hình dạng buồng cháy,
bố trí xupáp và nến đánh lửa.
- Các biện pháp tác động trên đường thải: Thiết kế đường thải, trang
bị bộ xúc tác ôxy hoá để hạn chế CO và C
m
H
n
.
Để động cơ có thể làm việc với hỗn hợp nghèo người ta áp dụng giải
pháp nạp phân lớp hỗn hợp nhiên liệu – không khí vào xy lanh động cơ sao
cho gần điểm đánh lửa, độ đậm đặc của hỗn hợp cao hơn giá trị trung bình
để có thể bén lửa và bốc cháy. Người ta đã thử nghiệm nhiều hệ thống tạo
hỗn hợp phân lớp nhưng hiện nay chỉ có 2 dạng được áp dụng khả quan
nhất: Hệ thống buồng dự bị (dạng CVCC) và hệ thống phun trực tiếp (dạng
PROCO).
- Hệ thống honda CVCC dùng một buồng cháy phụ nhỏ có xupap nạp
riêng (hình 3-1). Hỗn hợp giàu được nạp vào buồng cháy phụ còn hỗn hợp
nghèo còn hỗn hợp nghèo được nạp vào đường cháy chính qua xupap nạp
thông thường. Hỗn hợp giàu trong buồng cháy phụ được đốt bằng tia lửa

dụng một tia phun có góc phun rất rộng với hỗn hợp giàu được phun vào
giữa xy lanh bởi một vòi phun có độ xuyên thấu bé. Hỗn hợp này được đốt
nhờ tia lửa điện và lan đến hỗn hợp chung quanh nghèo hơn ngay khi piston
đi xuống nhờ cường độ xoáy lốc mạnh.
- Hệ thống TEXACO TCCS: Khác với hệ thống PROCO, hệ thống này
phun nhiên liệu theo phương tiếp tuyến với buồng cháy và hướng về phía
nến đánh lửa và quá trình đánh lửa được kéo dài. Việc điều chính tối ưu thời
gian phun và thời điểm đánh lửa cho phép khởi đầu quá trình cháy ở thời
điểm mà hỗn hợp giàu đạt đến nến đánh lửa, màng lửa được giữ lại ở đó với
điều kiện nhiên liệu được không tán ra không khí chung quanh. Hệ thống
này có những nhược điểm giống như động cơ Điezel (hỗn hợp không đồng
nhất) và phát sinh nhiều hạt rắn trong khí xả.
Giải pháp hạn chế nhược điểm của việc đánh lửa là sử dụng ngọn lửa
điện có năng lượng lớn hơn (tăng khoảng cách giữa hai điện cực, kéo dài
thời gian đánh lửa), giảm tổn thất nhiệt ở nến đánh lửa (cực đánh lửa nhỏ,
giảm đường kính nến đánh lửa từ 14mm xuống 10mm) và tăng số điểm đánh
lửa. Năng lượng đánh lửa hiện nay (khoảng 10 mJ) là đủ để đảm bảo sự hoạt
động ổn định và mức độ phát sinh C
m
H
n
bé nhất. Bố trí 2 nến đánh lửa trong
buồng cháy cho phép tăng xác suất đánh lửa, tăng năng lượng đánh lửa và
tốc độ cháy mà không làm tăng tổn thất nhiệt. Nhưng giải pháp này làm tăng
giá thành và làm giảm tuổi thọ của hệ thống đánh lửa.
Những khuynh hướng khác dựa vào sự gia tăng cường độ rối trong
buồng cháy động cơ. Bằng cách thay đổi hình dạng hình học của buồng
cháy, nguy cơ màng lửa bị tắt có thể giảm bằng cách giảm tỷ số (diện tích bề
mặt/thể tích) và gia tăng cường độ rối trong quá trình nạp để gia tăng tốc độ
cháy. Sự cải tiến dạng buồng cháy cho phép giảm một ít áp suất cực đại,