78

Chương 6

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯ
Ở
NG
Đ
Ế
N N
Ồ
NG ĐỘ CÁC CH
Ấ
T
Ô NHI
Ễ
M TRONG KHÍ X
Ả

ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 6.1. Giới thiệu

Nồng độ các chất ô nhiễm trong khí xả phụ thuộc vào đặc điểm động cơ cũng như
các thông số điều chỉnh, vận hành.

Về đặc điểm, động cơ 2 kì cổ điển nói chung có mức độ phát ô nhiễm cao hơn
động cơ 4 kì do quá trình tạo hỗn hợp không hoàn thiện. Tuy nhiên, động cơ 2 kì hiện đại
phun nhiên liệu trực tiếp trong buồng cháy đang được nghiên cứu phát triển sẽ khắc phục
được nhược điểm này và trở thành loại động cơ có nhiều triển vọng trong tương lai.

Chương 6: Các yếu tố ảnh hưởng đến nồng độ các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ đốt trong

79

6.2.1. Động cơ hai kì

Mặc dù có nhiều cải tiến về kết cấu nhằm hạn chế sự hòa trộn giữa khí cháy và khí
chưa cháy, đặc biệt đối với động cơ dùng bộ chế hòa khí, nhưng vẫn không tránh khỏi sự
thất thoát một bộ phận khí mới làm tăng sự phát sinh HC và làm giảm tính năng kinh tế kĩ
thuật của động cơ hai kì. Thêm vào đó, khi làm việc ở tải cục bộ, dạng động cơ này dễ bỏ
lửa làm tăng HC.

Một trong các giải pháp làm giảm tổn thất nhiên liệu trong quá trình quét khí là
làm thay đổi sự phân bố độ đậm đặc của hỗn hợp nhiên liệu không khí trong xy lanh sao
cho chỉ có hỗn hợp nghèo mới thoát ra đường thải. Một giải pháp khác có hiệu quả hơn là
phun nhiên liệu vào buồng cháy một khi cửa thải đã đóng. Tuy nhiên với giải pháp này
người ta phải dùng một bơm do động cơ dẫn động do đó nó làm giảm đi một ít công suất
có ích của động cơ. Mặt khác, so với động cơ 4 kì, thời gian cuối của quá trình nén (sau
khi đóng cửa nạp và cửa thải) rất ngắn đòi hỏi phải phun nhiên liệu với tốc độ lớn, do đó
một bộ phận nhiên liệu bám lên thành buồng cháy làm tăng nồng độ HC trong khí xả. Một
giải pháp tiết kiệm hơn là phun nhiên liệu bằng không khí ở áp suất cao trích ra trong giai
đoạn nén. Để tránh hiện tượng bám nhiên liệu trên thành, người ta dùng một vòi phun áp
suất thấp được đặt trong một buồng cháy dự bị trước xúpáp nạp phun trực tiếp trước một
hỗn hợp rất đậm với tốc độ tương đối thấp.

Kĩ thuật quét khí cháy bằng không khí cho phép hạn chế tối đa sự phát thải HC
trong khí xả. Kĩ thuật này cho phép giảm được từ 80% đến 90% nồng độ HC so với giá trị
thông thường đối với động cơ hai kì cổ điển. Nồng độ NO
x
trong khí xả của động cơ hai kì


- giảm tốc độ cháy, điểm cực đại của áp suất sẽ lệch về phía giai đoạn giãn nở dù
đánh lửa sớm hơn
- momen phát ra không đều dẫn tới sự làm việc không ổn định
- thường xuyên bỏ lửa
- gia tăng mức độ phát sinh HC
- gia tăng suất tiêu hao nhiên liệu do tốc độ cháy giảm

Những giải pháp cho phép động cơ hoạt động gần giới hạn nghèo của hỗn hợp có
thể chia làm ba loại:

- Các giải pháp tác động trước khi hỗn hợp vào cylindre: chuẩn bị và định lượng
hỗn hợp nhiên liệu (chế hòa khí hay phun), hệ thống điều chỉnh hỗn hợp, thiết kế hợp lí
đường nạp

- Các biện pháp tác động bên trong động cơ: hình dạng buồng cháy, bố trí soupape
và nến đánh lửa

- Các biện pháp tác động trên đường thải: thiết kế đường thải, trang bị bộ xúc tác
oxy hóa để hạn chế CO và HC

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 ở 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 hai dạng được
ứng 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 soupape nạp riêng
(hình 6.1). Hỗn hợp giàu được nạp vào buồng cháy phụ còn hỗn hợp rất nghèo được nạp

81
Hình 6.1: Sơ đồ động cơ tạo hỗn hợp phân lớp sử dụng buồng cháy phụ

- Hệ thống Ford PROCO thực hiện sự phân lớp hỗn hợp bằng cách phun nhiên liệu
trực tiếp vào trong buồng cháy (hình 6.2). Hệ thống này không có buồng cháy phụ nhưng
sử dụng một buồng cháy khoét lõm trên đỉnh piston. Người ta sử dụng một tia phun có góc
phun rất rộng với hỗn hợp giàu được phun vào giữa cylindre bởi một vòi phun có độ
xuyên thâu 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.
Hình 6.2: Sơ đồ động cơ tạo hỗn hợp phân lớp phun trực tiếp PROCO

- 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 chỉnh 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 khuếch tán ra không khí chung quanh. Hệ
thống này có những nhược điểm giống như động cơ Diesel (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 (t
ăng 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 14 xuống
10mm) và tăng số điểm đánh lửa. Năng lượng đánh lửa hiện nay (khoảng 10mJ) là đủ để


Giải pháp cuối cùng làm tăng cường độ rối ở động cơ riêng rẽ là thực hiện một tia
khí cao tốc phun trong một ống dẫn có tiết diện nhỏ hơn ống nạp chính theo hướng tiếp
tuyến với thành cylindre ở vị trí soupape nạp. Hệ thống này có hai bướm gió được điều
khiển một cách riêng rẽ theo tải động cơ. Nó có ưu điểm là không làm thay đổi dạng hình
học của buồng cháy, không cần thiết đánh lửa hai điểm nhưng vẫn cho phép động cơ chạy
ở chế độ không tải với độ đậm đặc thấp.

Sự gia tăng cường độ rối bằng cách thêm tia khí cho phép dịch chuyển giới hạn
cháy ổn định về phía độ đậm đặc thấp hơn (từ 0,95 xuống 0,75), cho phép nhận được sự
làm việc ổn định hơn ở chế độ không tải. Khi động cơ làm việc với độ đậm đặc 0,7 thay vì
0,8, nồng độ NO
x
chỉ còn 1/6 và nồng độ CO giảm đi 50% nhưng làm tăng HC. Vận động
rối trong buồng cháy cũng cho phép sử dụng thuận lợi hệ thống hồi lưu khí xả: chẳng hạn
nó cho phép tăng từ 20% lên 28% lượng khí xả hồi lưu để làm giảm NO
x
mà không làm
tăng HC.

Khi dùng hệ thống phun tập trung quá trình tạo hỗn hợp được cải thiện hơn so với
khi sử dụng hệ thống phun riêng rẽ vì thời gian bay hơi của hỗn hợp được kéo dài hơn. Vì
vậy hệ thống này cho phép giảm được từ 10 đến 15% HC trong cùng điều kiện làm việc
với động cơ phun riêng rẽ.

Khi tăng nhiệt độ khí nạp hỗn hợp cũng được chuẩn bị tốt hơn do sự bốc hơi nhiên
liệu diễn ra thuận lợi hơn: cùng độ đậm đặc như nhau, nồng độ HC giảm từ 20 đến 30%
khi tăng nhiệt độ khí nạp từ 25 lên 80°C, nhưng làm tăng nồng độ NO
x
từ 35 lên 55%. Do

trong trường hợp tải cao, chất lương xé tơi nhiên liệu xấu đi rất nhiều so với trường hợp
phun nhiên liệu.

Điều chỉnh góc độ phối khí cũng có ảnh hưởng đến mức độ phát sinh ô nhiễm. Góc
độ này được điều chỉnh sao cho các giá trị áp suất cực đại, momen ở chế độ tải thấp tối ưu
cũng như khả năng động cơ làm việc ổn định khi chạy không tải với tốc độ thấp. Tăng thời
kì trùng điệp ở chế độ không tải làm tăng mức độ phát sinh ô nhiễm và sự làm việc không
ổn định của động cơ, nhưng nó cải thiện tính năng động cơ ở chế độ tốc độ cao đồng thời
cũng làm giảm NO
x
do hỗn hợp nạp mới bị làm bẩn bởi một bộ phận khí cháy đẩy vào
đường nạp khi piston đi lên. Sự gia tăng góc độ trùng điệp hợp lí có thể làm giảm được
80% nồng độ HC. Lượng HC trong sản phẩm cháy thoát ra đường thải có thể được xem
chứa trong hai bọng khí: bọng khí thứ nhất tương ứng với những thể tích chết ở gần
soupape thải (các không gian chết quanh soupape, ren nến đ
ánh lửa ) và bọng khí thứ hai
tương ứng với thể tích chết xa hơn (khe hở segment ). Gia tăng góc độ trùng điệp có thể
loại trừ hoàn toàn bọng khí thứ hai ở đường xả.

Khi thời gian cháy giảm, nhiệt độ cháy tăng, mức độ phát sinh NO
x
gia tăng. Giảm
góc đánh lửa sớm trong một số điều kiện làm việc của động cơ cho phép kéo dài thời gian
cháy, do đó nhiệt độ cháy giảm, thuận lợi cho việc giảm NO
x
. Mặt khác, đánh lửa muộn
làm gia tăng nhiệt độ khí thải tạo điều kiện thuận lợi cho việc đốt cháy thành phần HC có
mặt trong khí xả.

Chương 6: Các yếu tố ảnh hưởng đến nồng độ các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ đốt trong

e
: suất tiêu hao nhiên liệu,
w
e
: công có ích, e: tỉ số nén, _ _ : e = 9,3; : e =11,0; : e =13,0; ___: e =15,0)

Khi động cơ chuyển sang làm việc với hỗn hợp nghèo, sự lệch chu kì của áp suất
chỉ thị trung bình sẽ trở nên quan trọng: nếu độ đậm đặc của hỗn hợp l=0,8, áp suất có ích
trung bình dao động cực đại 20kPa, dao động này có thể đạt 140kPa khi l=1,2. Do đó, để
cải thiện tính năng phát lực của động cơ làm việc với hỗn hợp nghèo, người ta phải khống
chế sự dao động của momen (đo được bằng cảm biến gia tốc lắp trên bánh đà của động cơ)
bằng cách điều chỉnh thời điểm bắt đầu phun và thời gian phun nhờ một hệ thống khép kín
hay theo biểu đồ thiết lập trước. Sự khống chế dao động momen cũng cho phép giảm đến
mức tối thiểu mức độ phát sinh HC, chất ô nhiễm tăng nhanh chóng theo sự làm việc
không đồng đều của động cơ.
N
=2000 v/ph
Chương 6: Các yếu tố ảnh hưởng đến nồng độ các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ đốt trong

85

6.2.3 Ảnh hưởng của các chế độ vận hành động cơ xăng 6.2.3.1. Cắt nhiên liệu khi giảm tốc

Để hạn chế nồng độ HC trong giai đoạn động cơ đóng vai trò phanh ô tô (khi giảm
tốc nhưng vẫn cài li hợp), biện pháp tốt nhất là ngưng cung cấp nhiên liệu. Tuy nhiên
động tác này có thể dẫn tới điều bất lợi là làm xuất hiện hai điểm cực đại HC: đỉnh cực đại
HC ở thời điểm cắt nhiên liệu và điểm cực đại thứ hai khi cấp nhiên liệu trở lại.

việc ồn hơn và phát sinh nhiều chất ô nhiễm khác (NO
x
, HC). Vì vậy, ngày nay dạng
buồng cháy này chỉ dùng đối với động cơ ô tô tải hạng nặng.

Việc hạn chế mức độ phát sinh ô nhiễm tối ưu đối với động cơ Diesel cần phải cân
đối giữa nồng độ hai chất ô nhiễm chính đó là NO
x
và bồ hóng.
Chương 6: Các yếu tố ảnh hưởng đến nồng độ các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ đốt trong

86

6.3.1. Ảnh hưởng của góc phun sớm và tối ưu hóa hệ thống phun

Ảnh hưởng của chất lượng hệ thống phun đối với động cơ phun trực tiếp lớn hơn
đối với động cơ phun gián tiếp về phương diện phát sinh ô nhiễm,. Trong cả hai trường
hợp, sự thay đổi góc phun sớm có ảnh hưởng ngược nhau đối với sự phát sinh NO
x,
HC và
bồ hóng (hình 6.4).

Tăng góc phun sớm làm tăng áp suất cực đại và nhiệt độ quá trình cháy, do đó làm
tăng nồng độ NO. Thông thường, động cơ phun trực tiếp có góc phun sớm lớn hơn nên
phát sinh NO nhiều hơn động cơ có buồng cháy ngăn cách. Giảm góc phun sớm là biện
pháp hữu hiệu làm giảm nồng độ NO
x
trong khí xả. Tuy nhiên việc giảm góc phun sớm
cần phải xem xét đến chế độ tốc độ và chế độ tải để tránh sự gia tăng suất tiêu hao nhiên
liệu.

cháy dự bị, không hồi lưu khí xả
HC
(%)
NOx
(%)
độ góc quay trục khuỷu
Góc phun tối ưu
Muộn
Sớ
m
Chương 6: Các yếu tố ảnh hưởng đến nồng độ các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ đốt trong

87
Hình 6.5: Ảnh hưởng của góc phun sớm đến mức độ phát sinh
HC và NO
x
(động cơ buồng cháy dự bị, chu trình FTP-75)

Mặt khác, khi tăng góc phun sớm, do quá trình cháy trễ kéo dài, lượng nhiên liệu
hòa trộn trước với hệ số dư lượng không khí lớn gia tăng. Hỗn hợp này khó bén lửa do đó
chúng thường cháy không hoàn toàn và phát sinh nhiều CO. Về mặt lí thuyết, tăng góc
đánh lửa sớm có thể làm giảm HC do quá trình cháy có thể diễn ra thuận lợi hơn (hình
6.5), nhưng trên thực tế nó có tác dụng ngược lại. Thật vậy, do thời gian bén lửa kéo dài,
nhiên liệu phun ra có thể bám trên thành buồng cháy, đó là nguồn phát sinh HC.

Đối với động cơ phun trực tiếp, sự giảm góc phun sớm làm tăng độ khói và cũng
làm tăng suất tiêu hao nhiên liệu nhưng làm giảm nồng độ NO
x
và thành phần SOF. Đối
với động cơ Diesel cỡ lớn, giảm góc phun sớm có thể làm giảm đi 50% nồng độ NO trong

hóng.

Đối với động cơ phun trực tiếp, áp suất phun tối ưu thay đổi từ 75 đến 100MPa
tùy theo chế độ động cơ. Vượt quá áp suất này, với cùng lượng phát sinh NO
x
, lượng hạt
rắn phát sinh giảm nhưng suất tiêu hao nhiên liệu và độ ồn của quá trình cháy gia tăng do
sự tăng đột ngột của áp suất. Điều này có thể khắc phục được bằng cách dùng một tia phun
mồi.

Quy luật phun cũng có ảnh hưởng quan trọng đến quá trình phát sinh các chất ô
nhiễm. Thời gian phun rút ngắn, áp suất phun cao cho phép gia tốc quá trình cung cấp
nhiên liệu dẫn đến giảm lượng HC không cháy hết. Các tiến bộ mới đây về kĩ thuật phun
nhằm giảm mức độ phát sinh ô nhiễm bao gồm quy luật phun hai giai đoạn, quy luật phun
Chương 6: Các yếu tố ảnh hưởng đến nồng độ các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ đốt trong

88
‘hình chữ nhật’ (phun đều đặn nhiên liệu và cắt nhanh khi kết thúc phun) để tránh hiện
tượng phun rớt. Phun rớt là nguyên nhân làm tăng hydrocacbure chưa cháy và hạt rắn
trong khí xả động cơ.

Đối với động cơ có buồng cháy ngăn cách, sự khống chế lưu lượng nhiên liệu kèm
theo việc giảm góc phun sớm có thể làm giảm 30% lượng NO
x
trong khí thải nhưng làm
tăng lượng HC lên 100%, CO lên 70% và bồ hóng lên 150%. Để có thể đảm bảo qui luật
phun phù hợp ở mọi chế độ làm việc của động cơ cả về phương diện phát ô nhiễm lẫn tính
năng kinh tế-kĩ thuật, trên những động cơ thế hệ mới hiện nay người ta sử dụng cảm biến
λ lắp trên đường xả. Kết hợp thông số cho bởi cảm biến này với các cảm biến áp suất,
nhiệt độ khí nạp và tốc độ động cơ người ta co thể điều khiển chính xác thời điểm phun và

khí trong kì nén và lượng không khí đó sẽ cung cấp lại cho buồng cháy động cơ ở kì giãn
nở để tạo điều kiện oxy hóa hạt bồ hóng. Tuy nhiên, kết cấu này làm tăng suất tiêu hao
nhiên liệu. Ở động cơ phun gián tiếp, buồng không khí bổ sung cho phép làm giảm 40%
lượng bồ hóng phát sinh và làm gia tăng suất tiêu hao nhiên liệu thêm 3%.

Chương 6: Các yếu tố ảnh hưởng đến nồng độ các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ đốt trong

89
Đối với động cơ có buồng cháy ngăn cách, sự gia tăng tỉ lệ giữa thể tích buồng
cháy phụ và buồng cháy chính cho phép giảm sự hình thành bồ hóng nhờ tăng cường thêm
không khí cho buồng cháy phụ. Tiết diện đường thông giữa hai buồng cháy khống chế
cường độ rối sinh ra ở thời điểm dịch chuyển lượng khí cháy từ buồng cháy phụ sang
buồng cháy chính. Giảm nhỏ tiết diện này sẽ làm giảm nồng độ bồ hóng ở chế độ đầy tải
nhưng làm tăng lượng bồ hóng ở chế độ tải cục bộ. Trong thiết kế, tiết diện tối ưu của
đường nối này được chọn ở chế độ đầy tải.

6.3.3. Ảnh hưởng của vận động rối trong buồng cháy

Sự rối phát sinh trong quá trình nạp có ảnh hưởng trái ngược nhau giữa sự phát
sinh NO
x
, tiếng ồn, HC và bồ hóng. Để làm giảm mức độ ảnh hưởng của giai đoạn hỗn
hợp đậm đặc đến sự phát sinh bồ hóng trong cylindre, cần tăng hiệu quả của việc hòa trộn
nhiên liệu-không khí ngay từ lúc bắt đầu giai đoạn cháy trễ (tăng cường xoáy lốc). Nhưng
điều này gây nhược điểm là làm tăng áp suất cực đại trong buồng cháy cùng với sự t
ăng
tiếng ồn và mức độ phát sinh NO
x
.



90
6.3.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ khí

Giảm nhiệt độ khí nạp sẽ làm giảm nhiệt độ cực đại của quá trình cháy và do đó
nồng độ NO
x
cũng giảm. Vì vậy, ở động cơ tăng áp người ta có khuynh hướng làm mát
khí sau máy nén để đảm bảo nhiệt độ khí nạp không vượt quá 50
0
C. Nhưng sự làm mát khí
nạp có thể kéo dài thời kì cháy trễ làm tăng mức độ phát sinh ô nhiễm như đã nêu (những
giọt nhiên liệu bám vào thành cylindre làm tăng thành phần HC và bồ hóng trong khí xả).
Khi khởi động động cơ ở trạng thái nguội, sự sấy buồng cháy hay sấy khí nạp là cần thiết
để làm giảm mức độ phát sinh HC và khói trắng. Việc sấy nóng khí nạp có thể thực hiện
nhờ nến điện hay bằng cách đốt trước một ít nhiên liệu trong khí nạp.

Nhiệt độ của khí đường thải cũng ảnh hưởng đến sự phát sinh ô nhiễm, nhất là đối
với thành phần HC. Thật vậy, ở chế độ tải thấp, HC ngưng tụ trên đường thải rồi bốc hơi
lại khi tăng tải làm tăng nồng độ HC. Đường thải bằng vật liệu gốm cho phép tái oxyhóa
bồ hóng và HC, nhưng làm tăng NO
x
. Động cơ Diesel phun trực tiếp có buồng cháy bằng
vật liệu gốm, không làm mát cho phép làm giảm được nồng độ các chất ô nhiễm ở chế độ
tải thấp. Nhưng khi tải cao, nồng độ NO
x
và bồ hóng đều tăng dù nhiệt độ thành buồng
cháy cao cho phép tái đốt cháy bồ hóng ở cuối chu trình.

6.3.7. Ảnh hưởng của tăng áp

nước chỉ có tác dụng làm giảm nồng độ NO. Sự điều chỉnh tỉ lệ khí xả hồi lưu cần được
căn cứ theo tải và theo tốc độ. Hệ thống điện tử cho phép điều chỉnh van hồi lưu khí xả
theo các đường đặc tính chọn trước: cắt lượng khí xả hồi lưu khi động cơ nguội; sau đó
lượng khí xả hồi lưu tăng dần phụ thuộc nhiệt độ nước làm mát, áp suất môi trường, lượng
nhiên liệu cung cấp. Mặt khác, hệ thống cũng cắt lượng khí hồi lưu ở chế độ gia tốc lớn để
hạn chế nồng độ bồ hóng. Hồi lưu khí xả tối ưu cho phép giảm được 40% NO
x
mà không
Chương 6: Các yếu tố ảnh hưởng đến nồng độ các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ đốt trong

91
làm tăng suất tiêu hao nhiên liệu cũng như không làm tăng CO và bồ hóng. Kết hợp với
tăng áp, hệ thống hồi lưu khí xả cho phép làm giảm đồng thời NO
x
, HC và bồ hóng.

6.3.9. Điều khiển vòi phun và hệ thống hồi lưu khí xả

Việc điều chỉnh các thông số công tác động cơ thường có tác dụng mâu thuẫn nhau
đối với các chất ô nhiễm khác nhau. Tuy nhiên, do mức độ ảnh hưởng đó không đồng đều
ở các điểm làm việc khác nhau của động cơ nên ở mỗi chế độ công tác ta có thể lựa chọn
một bộ thông số điều khiển tối ưu đối với các chất ô nhiễm HC, NO
x
và bồ hóng. Việc
điều khiển phức tạp như vậy chỉ có thể thực hiện được nhờ hệ thống điện tử. Hệ thống
điều khiển điện tử phải thỏa mãn các điều kiện sau:

- Độ chính xác cao và nhạy, làm việc ổn định theo thời gian.
- Có khả năng điều chỉnh theo nhiều thông số
- Mềm dẻo trong lập chương trình hệ thống điều khiển để có thể áp dụng trong các

x
có thể
giảm đi vài phần trăm, nhưng làm tăng đôi chút CO, HC. Khi tăng tốc độ ô tô, nhờ sự rối
của không khí phía sau xe, các chất ô nhiễm thải ra khỏi ống xả khuếch tán nhanh chóng
trong không gian, làm giảm nồng độ cục bộ của chúng trong môi trường.
Chương 6: Các yếu tố ảnh hưởng đến nồng độ các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ đốt trong

92

Trên xa lộ Châu Âu, tốc độ giới hạn là 130km/h. Khi đại bộ phận ô tô giảm tốc độ
từ 119 đến 107km/h người ta thấy nồng độ các chất ô nhiễm trong bầu không khí quanh hệ
thống xa lộ giảm đi đáng kể: -12% đối với CO; -1,7% đối với HC và -10,5% đối với NO
x
.
Một thí nghiệm khác được thực hiện bằng cách giảm tốc độ giới hạn từ 100 xuống 60km/h
trên một bộ phận xa lộ người ta nhận thấy lượng NO
x
giảm đi 50% trong 6 tháng.

6.5. Ảnh hưởng của nhiên liệu đến mức độ phát ô nhiễm
của động cơ 6.5.1. Nhiên liệu động cơ xăng

Việc điều chỉnh động cơ có ảnh hưởng đến lượng ô nhiễm phát sinh vì việc điều
chỉnh này tác động đến cơ chế hình thành hay phân hủy các chất ô nhiễm trước khi thoát
ra ngoài khí quyển.

Nhiên liệu cũng gây ảnh hưởng đến sự phát ô nhiễm, chủ yếu là do tỉ số không

Chương 6: Các yếu tố ảnh hưởng đến nồng độ các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ đốt trong

93

Hiện nay người ta có khuynh hướng gia tăng hàm lượng các chất hydrocarbure
thơm trong nhiên liệu nhằm phổ biến nhiên liệu không chì. Theo tiêu chuẩn Cộng Đồng
Châu Âu, hàm lượng benzene trong nhiên liệu phải thấp hơn 5%. Hình 6.6: Ảnh hưởng của tỉ số không khí/nhiên liệu đến NO
x Các hydrocarbure thơm có tỉ số C/H cao hơn do đó khối lượng riêng lớn hơn. Do
nhiệt lượng tỏa ra đối với một đơn vị thể tích cao hơn nên nhiệt độ cháy của hỗn hợp tăng
làm tăng NO
x
. Hình 6.6 cho thấy ví dụ trên động cơ có tốc độ 1500 vòng/phút ở chế độ tải
trung bình sự thay đổi NO
x
theo tỉ số không khí/nhiên liệu đối với alkylat không thơm và
đối với nhiên liệu super thơm. Chúng ta thấy ở vị trí phát ô nhiễm cực đại, alkylat làm
giảm nồng độ ô nhiễm khoảng 20%.

Mức độ phát sinh CO ít bị ảnh hưởng bởi hàm lượng hydrocarbure thơm. Tuy
nhiên, các hydrocarbure thơm có cấu tạo ổn định hơn parafine nên có động học phản ứng
cháy chậm hơn. Do đó trong cùng điều kiện cháy, sự phát sinh hydrocarbure chưa cháy
của nhiên liệu chứa nhiều hydrocarbure thơm hơn sẽ cao hơn. Khi chuyển từ nhiên liệu
super thơm sang alkylat, mức độ phát sinh HC giảm đi 16% (hình 6.7).


động cơ, nó ảnh hưởng đến thời gian khởi động động cơ ở trạng thái nguội, tính ưu việt
khi gia tốc và tính ổn định khi làm việc ở chế độ không tải và khi chạy nóng.
Những thành phần quá nặng (bay hơi ở nhiệt độ lớn hơn 200-220°C) có ảnh hưởng
đến sự phát sinh hydrocrabure chưa cháy, do sự bốc hơi kém dẫn tới sự cháy không hoàn
toàn với sự hình thành aldehydes và sự gia tăng HC.

Nồng độ thể
tích HC
(ppmx100)
a
Tốc độ: 1500 vg/phút
Áp suất có ích trung bình: 500kPa
Tỉ số nén: 11
Chương 6: Các yếu tố ảnh hưởng đến nồng độ các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ đốt trong

95 Hình 6.8: Ảnh hưởng của thành phần nhiên liệu thơm
đến mức độ phát sinh HAP Những thành phần nhẹ hơn, cần thiết cho việc khởi động và làm việc ở trạng thái
nguộI, ảnh hưởng đến sự phát ô nhiễm của khí xả và nhất là ảnh hưởng đến tổn thất do bay
hơi. Tính chất bay hơi tiêu chuẩn của nhiên liệu phụ thuộc vào điều kiện khí hậu và mùa.
Chẳng hạn ở Pháp, tính chất bay hơi của nhiên liệu được qui định như sau:

- 45<=PVR<=79 kPa (từ 20/6 đến 9/9)
- 50<=PVR<=86 kPa (từ 10/4 đến 19/6 và từ 10/9 đến 31/10)
- 55<=PVR<=99 kPa (từ 01/11 đến 9/4)

96
- Những chất phụ gia làm tăng chỉ số octane: Alkyle chì, méthylcyclopenta-diényl
mangan tricarbonyle (MMT), ferrocène,
- Những chất phụ gia chống oxy hóa, ngăn chận sự hình thành oléphine gồm:
phénylène diamin, aminophénol và phénol alkylé.
- Những chất phụ gia làm sạch bề mặt đường ống nạp do hơi dầu bôi trơn và những
chất không bị lọc gió giữ lại trên đường nạp.
- Màu và các chất phụ gia chống nhầm lẫn.

Những chất phụ gia chì, dù rằng thành phần chlore và brome đảm bảo biến chì
thành dạng halogene nhẹ, không đủ để loại trừ hoàn toàn những lớp bám trong buồng
cháy. Sự hiện diện của các lớp bám này dường như không gây ảnh hưởng đến nồng độ CO
và NO
x
nhưng làm tăng HC. Chì không gây ảnh hưởng đến sự hình thành aldéhyde.
Những chất phụ gia mangan (MMT) gây ảnh hưởng xấu đến sự phát sinh HC và aldéhyde.

Nếu sự phát sinh CO và NO
x
không bị ảnh hưởng, nồng độ HC tăng tuyến tính
theo nồng độ MMT: sự chuyển đổi ở bộ xúc tác không hạn chế hoàn toàn được sự gia tăng
này và bộ xúc tác dần dần bị bao phủ bởi lớp bám Mn
3
O
4
.

Các chất phụ gia hữu cơ hay hữu cơ-kim loại (organometallique) thêm vào nhiên
liệu để tác động đến các phản ứng cháy dường như không gây ảnh hưởng đến mức độ phát
ô nhiễm, các chất phụ gia chống các lớp bám cũng vậy. Tuy nhiên, việc duy trì độ sạch

riêng ứng với động cơ V8, 10,4 lít chạy ở tốc độ 1700 vòng/phút và một động cơ tăng áp
14 lít, chạy ở 1700 vòng/phút. Tương tự như vậy, nồng độ SOF cũng tăng theo khối lượng
riêng.

Quãng đường lăn bánh (x1000 dặm)
Quãng đường lăn bánh (x1000 dặm)
g/dặm
g/dặm
Xăng pha chì
Xăng không pha chì
Không có bộ xúc tác
Không có bộ xúc tác
Xăng pha chì
Xăng không pha chì
Chương 6: Các yếu tố ảnh hưởng đến nồng độ các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ đốt trong

98
Hình 6.10: Ảnh hưởng của khối lượng riêng nhiên liệu Diesel

6.5.2.2. Ảnh hưởng của thành phần thơm

Thành phần thơm của nhiên liệu Diesel ảnh hưởng trực tiếp đến chỉ số cetane.
Nhiên liệu không cháy hết, hạt rắn, SOF gia tăng theo hàm lượng thơm. Nồng độ NO
x
ít bị
ảnh hưởng. Động cơ Diesel phun trực tiếp, ít bị ảnh hưởng bởi thành phần thơm


. Tuy nhiên, một bộ phận
SO
2
(khoảng 2 đến 3%) bị oxy hóa thành SO
3
và acide sulfurique.

Mức độ phát
sinh bồ hóng
(kg bồ
hóng/lí
t

nhiên liệu)
r (kg/dm
3
)
Động cơ phun gián tiếp
Tăng áp
Không tăng áp
Không tăng áp
Tăng áp
Chương 6: Các yếu tố ảnh hưởng đến nồng độ các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ đốt trong

99
2. Các chất phụ gia hữu cơ:

Các chất phụ gia hữu cơ cho thêm vào nhiên liệu Diesel nhằm những mục đích
khác nhau:

- để giảm thời kì cháy trễ
- như là chất ổn định, chống oxy hóa, nâng cao tính ổn định trong quá trình dự trữ
- như chất tẩy rửa bề mặt để duy trì độ sạch của vòi phun, đây là yếu tố rất quan
trọng trong trường hợp động cơ có buồng cháy dự bị.

T
ỉ lệ chấtphụ gia trong nhi
ên li
ệu(mol/lít/100
Tỉ lệ mật
độ khói
(S/So)
Chương 6: Các yếu tố ảnh hưởng đến nồng độ các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ đốt trong

100

Hình 6.12: Ảnh hưởng của các chất phụ gia kim loại đến độ khói

Hình 6.13 trình bày ảnh hưởng của chất phụ gia đến mức độ phát sinh bồ hóng đối
vớI động cơ theo thời gian sử dụng.

Hình 6.14 cho thấy ảnh hưởng của các chất phụ gia tẩy rửa bề mặt đến toàn bộ các
chất ô nhiễm do động cơ buồng cháy ngăn cách gây ra.

3. Thêm nước:

chưa cháy gia tăng do giảm nhiệt độ cháy; sự gia tăng nhiệt độ khí nạp cũng không phải là
một biện pháp kinh tế để bù trừ sự gia tăng HC. Người ta nhận thấy rằng thành phần HAP
có mặt trong SOF tăng theo thành phần nước.

B
ồ

hó
ng
(g/dặm)
Quãng đường lăn bánh (/1000km)
Khô
ng p
h
a c
h
ất

p
hụ
g
ia
Ph
a c
h
ất
p
h
ụ g
i

CO
(g/
lần
thử)
HC
(g/
lần
thử)
HC+NOx
(g/lần thử)
Chương 6: Các yếu tố ảnh hưởng đến nồng độ các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ đốt trong

102
ớc
N
hiên liệu
không
nước
Mức độ
giảm bồ
hóng
(%)
Mức
độ
giả
m

SOF
(%)
5% nước
10% nước
5% nước
10% nước