Chương 6: Các yếu tố ảnh hưởng đến nồng độ các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ đốt trong
99
Hình 6.11: Ảnh hưởng của chỉ số cetane đến mức độ phát ô nhiễm của động cơ
Diesel phun gián tiếp
6.5.2.5. Ảnh hưởng của các chất phụ gia
1. Các chất phụ gia kim loại:
Các chất phụ gia kim loại dưới dạng muối acide được sử dụng để làm giảm mức độ
phát sinh bồ hóng của động cơ Diesel.
Những kim loại alcalino-terreux (Ca, Ba, Mg, Fe, Mn, Cu, Ni) thường được sử
dụng làm chất phụ gia trong nhiên liệu Diesel. Những alcalino-terreux, barium và calcium
có hiệu quả nhất đối với động cơ phun trực tiếp hay phun gián tiếp. Hình 6.12 biểu diễn sự
biến thiên của độ đen khí xả theo thành phần chất phụ gia.
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
ỉlệchấtphụgia 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:
Sự pha thêm nước vào nhiên liệu được nghiên cứu rất nhiều vì phương pháp này
dường như là một trong những biện pháp rất hiếm hoi làm giảm đồng thời sự phát sinh
NOx và bồ hóng, trong khi những phương pháp khác thường tác động ngược nhau đối với
chiều biến thiên của hai chất ô nhiễm này.
Người ta đề nghị nhiều giải pháp: cung cấp nước dạng emulsion trong dầu Diesel,
phun trực tiếp nước trong cylindre hay phun trong dòng khí nạp. Giải pháp đầu tiên dường
như có hiệu quả nhất.
Nước có tác dụng làm giảm nhiệt độ dẫn đến giảm NOx; mặt khác, do kéo dài thời
kì cháy trễ, nó làm gia tăng lượng nhiên liệu cháy trong giai đoạn hòa trộn trước và giảm
lượng bồ hóng hình thành chủ yếu trong giai đoạn cháy khuếch tán. Điều này thấy rõ trên
hình 6.15. Kết quả này trình bày tỉ lệ giảm mức độ phát sinh bồ hóng theo tải của động cơ
một cylindre phun trực tiếp theo hai giá trị nồng độ nước trong dầu. Người ta có thể làm
giảm được 70% bồ hóng khi pha vào 10% nước.
Chương 6: Các yếu tố ảnh hưởng đến nồng độ các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ đốt trong
101
Hình 6.13: Ảnh hưởng của các chất phụ gia đến bồ hóng
Hình 6.14: Ảnh hưởng của chất phụ gia tẩy rửa bề mặt
Thành phần SOF hấp thụ bởi hạt rắn cũng gia tăng theo tỉ lệ nước. Hydrocarbure
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
p
hụ
g
ia
Ph
a c
h
ất
p
h
ụ g
i
a
L
oạ
i
bỏ
c
hất
p
hụ
g
ia
N
hiên liệu
N
hiên liệu
N
hiên liệu
N
hiên liệu
Không pha phụ gia
Có phụ gia
B
ồ
hóng
(g/lầ
n
thử)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
Hình 6.15: Ảnh hưởng của nồng độ nước trong dầu Diesel đến
mức độ phát sinh ô nhiễm
Sự pha nước vào nhiên liệu không phải là giải pháp hữu hiệu làm giảm ô nhiễm
trong quá trình cháy Diesel vì nếu nó làm giảm NOx nhưng lại làm tăng HC và CO, việc
làm giảm bồ hóng còn phụ thuộc vào chế độ tải của động cơ.
Không khí/nhiên liệuKhông khí/nhiên liệu
% tải % tải
N
hiên liệu
không
nước
5% nước
10% nước
10%
nước
5% nư
ớc
N
hiên liệu
không
nước
Mức độ
giảm bồ
hóng
(%)
Mức
độ
giả
m
SOF
(%)
5% nước
10% nước
5% nước
10% nước
104
Chương 7
CÁC BIỆN PHÁP KĨ
THUẬT LÀM GI
Ả
M MỨC
ĐỘ
GÂY Ô NHI
Ễ
M C
Ủ
A
ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Trong chương này, chúng ta sẽ nghiên cứu những biện pháp làm giảm mức độ phát
sinh ô nhiễm ngay trong quá trình cháy của động cơ đốt trong cũng như các giải pháp kĩ
thuật xử lí ô nhiễm trên đường xả bằng bộ xúc tác hay lọc.
7.1. Giảm mức độ phát sinh ô nhiễm ngay từ nguồn
Trong những thập niên tới, mối quan tâm hàng đầu của việc thiết kế động cơ là
giảm mức độ phát sinh ô nhiễm ngay từ nguồn, nghĩa là trước khi ra khỏi soupape xả. Vì
vậy, nhà thiết kế động cơ không chỉ chú trọng đơn thuần về công suất hay tính kinh tế của
động cơ mà phải cân nhắc giữa các chỉ tiêu đó và mức độ phát sinh ô nhiễm.
7.1.1. Động cơ đánh lửa cưỡng bức
Đối với động cơ đánh lửa cưỡng bức, ba chất ô nhiễm chính cần quan tâm là NOx,
HC và CO. Ảnh hưởng tổng quát của các yếu tố kết cấu và vận hành động cơ đến sự hình
thành các chất ô nhiễm này đã được phân tích ở chương 6.
Ở động cơ thế hệ mới làm việc với hỗn hợp nghèo, người ta khống chế thêm vận
động rối của hỗn hợp nhiên liệu-không khí trong quá trình cháy để làm giảm nồng độ các
chất ô nhiễm, đặc biệt là HC. Sự tăng cường chuyển động rối sẽ làm tăng tốc độ lan tràn
màng lửa và hạn chế việc xuất hiện những vùng 'chết' (gần thành buồng cháy). Gia tăng
vận động rối có thể thực hiện bằng cách:
- Gia tăng vận động xoáy lốc của hỗn hợp trên đường ống nạp.
- Sử dụng hai soupape nạp khi động cơ làm việc ở chế độ toàn tải và một soupape
khi làm việc ở tải cục bộ
- Tạo ra một tia khí tốc độ cao phun vào đường nạp phụ có kích thước nhỏ hơn
đường ống nạp chính.
Việc lựa chọn phương pháp phun nhiên liệu riêng rẽ cho từng cylindre hay phun
tập trung ở cổ góp đường nạp phụ thuộc nhiều yếu tố (khả năng điều chỉnh, tính năng kinh
tế-kỹ thuật, giá thành...). Phương pháp phun nhiên liệu cũng có ảnh hưởng đến sự hình
thành các chất ô nhiễm. Thật vậy, phương pháp phun tập trung có ưu điểm là thời gian
dành cho việc bốc hơi nhiên liệu tương đối dài do đó hạn chế được hiện tượng ngưng tụ