Khí thải ôtô
Thuật ngữ khí thải dùng để chỉ nhiên liệu bay hơi từ thùng nhiên liệu, khí lọt ra
qua khe giữa píttông và thành xy-lanh, và khí xả. Khí thải có hại cho môi trường
và con người vì chúng có những chất độc như CO (cacbon oxit), HC
(hyđrôcacbon) và NOx (nitơ oxit).
1. Khí thải là gì?
Xe có động cơ điêzen không những thải ra các khí như CO, HC và NOx mà còn có
các hạt cácbon, chúng cũng có tác động đến môi trường và con người.
(1) CO (cácbon oxit)
CO được sinh ra khi lượng ôxy đưa vào buồng đốt không đủ (cháy không hoàn
toàn).
2C (cácbon) + O2 (ôxy) = 2CO (cácbon ôxít) Khi CO được hít vào trong cơ thể,
nó hoà tan vào máu và làm hạn chế khả năng vận chuyển ôxy của máu. Hít vào
một lượng lớn CO có thể dẫn đến tử vong.
(2) HC (hydrôcácbon)
HC được sinh ra trong quá trình đốt cháy không hoàn toàn, cũng như CO. Ngoài
ra HC còn sinh ra trong các trường hợp sau:
- Khi nhiệt độ ở khu vực dập lửa thấp, chưa đạt tới nhiệt độ bốc cháy.
- Khí nạp thổi qua trong thời gian lặp của xupáp. Hỗn hợp không khí-nhiên liệu
càng giàu, càng sinh ra nhiều HC. Hỗn hợp càng nghèo, càng ít sinh ra HC. Lượng
HC sinh ra càng trở nên lớn hơn khi hỗn hợp không khí-nhiên liệu quá nghèo, vì
nó không cháy được. Khi HC được hít vào cơ thể, nó trở thành tác nhân gây ung
thư. Nó cũng gây ra hiện tượng sương khói quang hoá.
(3) NOx (nitơ oxit)
NOx được sinh ra do nitơ và ôxy trong hỗn hợp không khí-nhiên liệu, khi nhiệt độ
của buồng đốt tăng cao trên 1800oC. Nhiệt độ của buồng đốt càng cao, lượng NOx
sản ra càng nhiều.
Khi hỗn hợp không khí-nhiên liệu nghèo, NOx sinh ra nhiều hơn vì tỷ lệ ôxy trong
hỗn hợp không khí-nhiên liệu cao hơn. .
Như vậy, lượng NOx được sinh ra tuỳ theo hai yếu tố: nhiệt độ cháy và hàm lượng
ôxy.
N2 (nitơ) + O2 (ôxy) = 2 NO (NO2,N2...NOx)
Khi NOx được hít vào cơ thể, nó gây kích thích mũi và họng. Nó cũng gây ra hiện
tượng sương khói quang hoá.
2. Khí xả
Khí xả được thải ra qua ống xả.
Theo lí thuyết, khi đốt cháy xăng thì chỉ sinh ra CO2 (cácbon điôxit) và H2O (hơi
nước).
Tuy nhiên, không phải toàn bộ xăng đều tham gia phản ứng như lí thuyết, do ảnh
hưởng của các yếu tố như tỷ lệ hỗn hợp không khí-nhiên liệu, nitơ trong không khí,
nhiệt độ cháy, thời gian cháy...
Đó là nguyên nhân sinh ra các khí độc hại như CO, HC hoặc NOx.
3. Nhiên liệu bay hơi
Hơi nhiên liệu thoát ra từ thùng nhiên liệu, bộ chế hoà khí ... và đi vào khí quyển.
Thành phần chủ yếu của nó là HC.
4. Khí lọt
Khí lọt qua khe hở giữa pittông và thành xy-lanh và đi vào hộp trục khuỷu.
Thành phần chủ yếu của nó là nhiên liệu và khí chưa cháy (HC)
Nguyên lý của việc tạo ra khí xả
Tỷ lệ hỗn hợp không khí-nhiên liệu lí thuyết
Tỷ lệ hỗn hợp không khí-nhiên liệu lí thuyết là tỷ lệ của lượng nhiên liệu và không
khí (chứa ôxy) tối thiểu cần thiết để đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu. Xăng là hỗn
hợp của một số dạng hyđrôcacbon, trong đó chủ yếu là ốctan (C8H18).
2C8H18 + 25O2 → 16CO2 + 18H2O
Để đốt cháy 1g ốctan và sản sinh ra nước và cacbondiôxít thì cần đến 15g không
khí. Trên thực tế, nhiên liệu không phải là ốctan thuần chất mà là ôctan và các HC
khác nhau. Vì vậy, tỷ lệ hỗn hợp không khí-nhiên liệu lí thuyết là 14,7
Biểu đồ sản sinh CO/HC/NOx
Biểu đồ bên trái cho thấy quan hệ giữa tỷ lệ hỗn hợp không khí-nhiên liệu và
lượng CO/HC/NOx sinh ra.
1. Giàu hơn
CO/HC : tăng
NOx: giảm
2. Nghèo hơn
CO: Giảm
HC: Giảm
Tuy nhiên, lượng này sẽ tăng lên vì động cơ nổ không tốt khi hỗn hợp không khí-
nhiên liệu quá nghèo.
NOx: Khí này được sinh ra nhiều nhất khi hỗn hợp không khí-nhiên liệu hơi nghèo
hơn so với tỷ lệ lí thuyết.
Nhưng khi hỗn hợp lại nghèo hơn nữa thì lượng khí này sẽ giảm vì nhiệt độ cháy
giảm.
Lượng khí CO/HC/NOx tăng lên trong các điều kiện sau đây.
3. Trong khi động cơ còn lạnh
Lượng khí CO/HC tăng lên vì động cơ được cung cấp hỗn hợp không khí-nhiên
liệu giàu.
4. Khi tải lớn
Lượng khí thải tăng vì lượng không khí cũng như nhiên liệu đều tăng. Lượng
CO/HC tăng vì động cơ được cung cấp hỗn hợp không khí-nhiên liệu giàu. Lượng
NOx tăng vì nhiệt độ cháy lên cao.
Các tiêu chuẩn về khí xả
Các quy định kiểm soát khí thải