- TRONG QUÂ TRÌNH CHÂY CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG. - Chất ô nhiễm năy ngăy căng được quan tđm vă trong một số trường hợp, nó lă chất ô nhiễm chính lăm giới hạn tính năng kỹ thuật của động cơ.. - Thật vậy, một trong những xu hướng nđng cao tính kinh tế của động cơ ngăy nay lă âp dụng kỹ thuật chế hòa khí phđn lớp cho động cơ lăm việc với hỗn hớp nghỉo. - Câc giải phâp kỹ thuật khâc nhằm hạn chế NO x ngay trong quâ trình chây cũng đê được âp dụng trín động cơ hiện đại: giải phâp hồi lưu khí xả, giải phâp thay đổi thời kỳ trùng điệp của góc độ phối khí.. - Vì vậy, việc hiểu biết tường tận cơ chế hình thănh NO x để tìm biện phâp hạn chế nồng độ của chúng ngay trong quâ trình chây lă cần thiết. - Đđy lă số liệu mang tính chất trung bình ở điều kiện chây của hỗn hợp có hệ số dư lượng không khí a=1. - Tuy nhiín trong những điều kiện chây đặc biệt ở âp suất vă nhiệt độ cao với hệ số dư lượng không khí lớn thì tỉ lệ thănh phần câc chất ô nhiễm cho trong bảng trín đđy thay đổi theo hướng gia tăng NO x. - Nó phđn bố đều trín mặt địa cầu với nồng độ khoảng 2 ÷ 10µg/m 3 , gọi lă nồng độ nền. - Ảnh hưởng của NO x đến sức khỏe con người. - Ngoăi câc quâ trình chây công nghiệp vă gia dụng, trong sinh hoạt, con người còn chịu đựng ảnh hưởng trực tiếp của NO x do khói thuốc lâ gđy ra. - Nếu người hút thuốc hít 8 lần, mỗi lần 2s với dung tích 35ml vă khoảng thời gian giữa hai lần hít lă 60s, chúng ta tính được nồng độ NO x trung bình lă 933ppm theo thể tích trong toăn bộ khói thuốc. - Nhưng mỗi lần hít văo, khói thuốc lâ hòa tan văo phổi có thể tích 3500ml, nghĩa lă đê lăm loêng đi 100 lần, nồng độ NO x. - Đối với người thụ động chịu ảnh hưởng của thuốc lâ (người hít không khí trong không gian bị ô nhiễm bởi khói thuốc lâ) ảnh hưởng năy nhỏ nhưng cũng đâng kể. - Tính trung bình theo số liệu trín đđy thì trong một phòng kín có thể tích 50m 3 , khi người ta hút một gói 20 điếu thuốc, thì nồng độ NO x trong phòng đạt khoảng 0,1ppm do người hút thải ra. - Nếu tính luôn phần khói thuốc thoât ra giữa hai lần hít, người ta ước chừng nồng độ NO x trong phòng gấp 2÷5 lần so với nồng độ trín đđy, nghĩa lă 0,2 ÷ 0,5ppm.. - Ảnh hưởng của NO x đến thực vật. - NO x chỉ ảnh hưởng đến thực vật khi nồng độ của nó đủ lớn. - Người ta thấy ở vùng đô thị hóa cao, nồng độ NO x đạt khoảng 3,93ppm, sự quang hợp của thực vật chỉ giảm đi 25%. - Thí nghiệm đặt cđy dưa leo trong không khí có nồng độ NO x 0,75ppm trong hai thâng cho thấy không bị ảnh hưởng gì. - Những thí nghiệm khâc được thực hiện trín că chua vă đậu Hă Lan đặt trong môi trường không khí nhđn tạo với nồng độ NO x cao hơn 10 lần so với nồng độ của chúng trong không khí khi bị ô nhiễm nặng nhất cho thấy câc loại cđy năy không bị hư hại gì nhưng nồng độ nitơ tổng cộng trong môi trường gia tăng.. - Không khí được lọc. - Không khí lọc + NO 2 với nồng độ môi trường. - Không khí lọc + 2 lần nồng độ NO 2 trong môi trường. - Những thí nghiệm khâc được tiến hănh bằng câch đặt cam trong môi trường không khí ô nhiễm nặng hơn, có nồng độ NO 2 từ 0,5 đến 1ppm, kĩo dăi trong 35 ngăy cho thấy lâ cđy bị văng vă rụng nghiím trọng. - Vì vậy thực vật chỉ bị tâc hại khi nồng độ NO x đủ lớn vă thời gian đủ dăi (2÷10ppm. - Oxyde nitơ không gđy tâc hại đến thực vật với nồng độ của chúng hiện nay trong khí quyển. - Ảnh hưởng đến quang hợp. - Hình 3.1: Ảnh hưởng của NO đến Hình 3.2: Ảnh hưởng của NO 2 đến. - Khi nồng độ NO x lớn hơn 0,5 ÷ 0,7ppm chúng sẽ lăm giảm sự quang hợp. - Trong những vùng đô thị hóa cao (nồng độ NO x. - NO x chủ yếu do N 2 trong không khí nạp. - Ảnh hưởng Phục hồi. - Phục hồi Ảnh hưởng. - văo động cơ tạo ra. - Nhiín liệu xăng hay Diesel chứa rất ít nitơ nín ảnh hưởng của chúng đến nồng độ NO x không đâng kể. - Nhiín liệu nặng sử dụng ở động cơ tău thủy tốc độ thấp có chứa khoảng văi phần nghìn nitơ (tỉ lệ khối lượng) nín có thể phât sinh một lượng nhỏ NO x trong khí xả. - Trong điều kiện hệ số dư lượng không khí xấp xỉ 1, những phản ứng chính tạo thănh vă phđn hủy NO lă:. - Hình 3.3: Sự phụ thuộc nồng độ NO theo nhiệt độ. - Sự hình thănh NO phụ thuộc rất mạnh văo nhiệt độ (hình 3.3). - Nồng độ NO cũng phụ thuộc mạnh văo nồng độ oxy. - Vì vậy trong điều kiện nhiệt độ cao vă nồng độ O 2. - lớn thì nồng độ NO trong sản phẩm chây cũng lớn.. - Sự hình thănh dioxide nitơ Nồng độ NO 2 có thể bỏ qua so với NO nếu tính toân theo nhiệt động học cđn bằng trong điều kiện nhiệt độ bình thường của ngọn lửa. - Kết quả năy có thể âp dụng gần đúng trong trường hợp động cơ đânh lửa cưỡng bức. - Đối với động cơ Diesel, người ta thấy có đến 30% NO x dưới dạng NO 2 . - Hình 3.4: Biến thiín tỉ số NO 2 /NO theo tải của động cơ Diesel. - Trong điều kiện nhiệt độ cao, NO 2 tạo thănh có thể phđn giải theo phản ứng:. - Vì vậy khi động cơ xăng lăm việc kĩo dăi ở chế độ không tải thì nồng độ NO 2 trong khí xả sẽ gia tăng. - Tương tự như vậy, khi động cơ Diesel lăm việc ở chế độ tải thấp thì phản ứng ngược biến đổi NO 2 thănh NO cũng bị khống chế bởi câc vùng không khí có nhiệt độ thấp. - Hình 3.4 cho thấy biến thiín của tỉ lệ NO 2 /NO x trín đường xả động cơ Diesel theo chế độ tải. - N 2 O chủ yếu được hình thănh ở vùng oxy hóa có nồng độ nguyín tử H cao, mă hydrogỉne lă chất tạo ra sự phđn hủy mạnh protoxyde nitơ theo phản ứng:. - Chính vì vậy N 2 O chỉ chiếm tỉ lệ rất thấp trong khí xả của động cơ đốt trong (khoảng 3 ÷ 8ppmV).. - Câc yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thănh Oxyde Nitơ. - Trường hợp động cơ đânh lửa cưỡng bức. - Những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến sự hình thănh NO lă hệ số dư lượng không khí của hỗn hợp, hệ số khí sót vă góc đânh lửa sớm. - Ảnh hưởng của tính chất nhiín liệu đến nồng độ NO có thể bỏ qua so với ảnh hưởng của câc yếu tố năy.. - Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí Hình 3.5 minh họa ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí đến mức độ phât sinh NO.. - Nhiệt độ chây đạt giâ trị cực đại tương ứng với hệ số dư lượng không khí khoảng 0,9, nghĩa lă khi hỗn hợp hơi giău. - Tuy nhiín trong điều kiện đó nồng độ O 2 thấp nín nồng độ NO không đạt giâ trị lớn nhất. - Khi hệ số dư lượng không khí tăng, ảnh hưởng của sự gia tăng âp suất riíng O 2 đến nồng độ NO lớn hơn ảnh hưởng của sự giảm nhiệt độ chây nín NO đạt giâ trị cực đại ứng với hệ số dư lượng không khí khoảng 1,1 (hỗn hợp hơi nghỉo). - Nếu độ đậm đặc của hỗn hợp tiếp tục giảm thì tốc độ của phản ứng tạo thănh NO cũng giảm do nhiệt độ chây thấp. - Điều ấy giải thích sự giảm nồng độ NO x khi tăng hệ số dư lượng không khí.. - Hình 3.5: Biến thiín nồng độ NO theo Hệ số dư lượng không khí. - Ảnh hưởng của hệ số khí sót. - Khi khoảng trùng điệp tăng thì lượng khí sót tăng lăm giảm nồng độ NO. - Khí sót giữ vai trò lăm bẩn hỗn hợp, do đó lăm giảm nhiệt độ chây dẫn đến sự giảm nồng độ NO x . - Tuy nhiín, khi hệ số khí sót gia tăng quâ lớn, động cơ sẽ lăm việc không ổn định lăm giảm tính kinh tế vă tăng nồng độ HC.. - Hình 3.6 trình băy ảnh hưởng của tỉ lệ khí xả hồi lưu đến nồng độ NO ứng với câc độ đậm đặc khâc nhau của hỗn hợp. - Nồng độ câc chất ô nhiễm giảm mạnh theo sự gia tăng của tỉ lệ khí xả hồi lưu cho đến khi tỉ lệ năy đạt 15 ÷ 20%, đđy lă tỉ lệ khí sót lớn nhất chấp nhận được đối với động cơ lăm việc ở tải cục bộ. - Hình 3.6: Ảnh hưởng của tỉ lệ khí xả. - hồi lưu đến nồng độ NO Hình 3.7: Ảnh hưởng của góc đânh lửa sớm đến nồng độ NO. - Sự gia tăng tỉ lệ khí sót vượt quâ giới hạn cho phĩp lăm giảm chất lượng quâ trình chây dẫn đến sự chây không hoăn toăn vă động cơ lăm việc không ổn định do bỏ lửa. - Vì vậy, luợng khí sót tối ưu cần phải cđn nhắc giữa sự giảm nồng độ NO vă sự gia tăng suất tiíu hao nhiín liệu. - Điều năy chỉ có thể thực hiện một câch tự động nhờ hệ thống điều khiển điện tử cho phĩp điều khiển lượng khí xả hồi lưu tối ưu ứng với mỗi chế độ vận hănh của động cơ.. - Ảnh hưởng của góc đânh lửa sớm. - Góc đânh lửa sớm có ảnh hưởng mạnh đến sự phât sinh NO (hình 3.7). - Vì vậy, tăng góc đânh lửa sớm cũng lăm tăng nhiệt độ cực đại. - Tóm lại, tăng góc đânh lửa sớm lăm tăng nồng độ NO trong khí xả. - Trong điều kiện vận hănh bình thường của động cơ, giảm góc đânh lửa 10 độ có thể lăm giảm nồng độ NO từ 20 ÷ 30% ở cùng âp suất cực đại của động cơ.. - Trường hợp động cơ Diesel. - Khâc với động cơ đânh lửa cưỡng bức, do đặc điểm của quâ trình tạo hỗn hợp không đồng nhất, quâ trình chây trong động cơ Diesel gồm hai giai đoạn: giai đoạn chây đồng nhất diễn ra ngay sau kì chây trễ vă giai đoạn chây khuếch tân. - Cũng như trường hợp động cơ đânh lửa cưỡng bức, nhiệt độ cực đại lă yếu tố ảnh hưởng lớn đến sự hình thănh NO trong quâ trình chây của động cơ Diesel. - Trong mọi loại động cơ, sản phẩm chây của bộ phận nhiín liệu chây trước tiín trong chu trình đóng vai trò quan trọng nhất đối với sự hình thănh NO vì sau khi hình thănh, bộ phận sản phẩm chây đó bị nĩn lăm nhiệt độ gia tăng do đó lăm tăng nồng độ NO.. - Mặt khâc, do quâ trình chây khuếch tân, trong buồng chây động cơ Diesel luôn tồn tại những khu vực hay câc ‘túi’ không khí có nhiệt độ thấp. - Nhờ bộ phận không khí năy mă NO hình thănh trong buồng chây động cơ Diesel được lăm mât (gọi lă sự ‘tôi’ NO) nhanh chóng hơn trong trương hợp động cơ đânh lửa cưỡng bức vă do đó NO ít có khuynh. - Do đó, khi giảm góc phun sớm, điểm bắt đầu chây lùi gần ĐCT hơn, điều kiện hình thănh NO cũng bắt đầu trễ hơn vă nồng độ của nó giảm do nhiệt độ cực đại thấp. - Đối với động cơ Diesel cỡ lớn, giảm góc phun sớm có thể lăm giảm đến 50% nồng độ NO trong khí xả trong phạm vi gia tăng suất tiíu hao nhiín liệu chấp nhận được. - Đối với động cơ Diesel nói chung, nồng độ NO x tăng theo độ đậm đặc trung bình (hình 3.8). - Tuy nhiín nồng độ NO x giảm theo độ đậm đặc chậm hơn trong trường hợp động cơ đânh lửa cưỡng bức do sự phđn bố không đồng nhất của nhiín liệu.. - Trong quâ trình chây của động cơ Diesel, độ đậm đặc trung bình phụ thuộc trực tiếp văo lượng nhiín liệu chu trình. - Do đó, ở chế độ tải lớn nghĩa lă âp suất cực đại cao, nồng độ NO tăng.. - Ở động cơ Diesel phun giân tiếp, một bộ phận nhỏ NO hình thănh trong buồng chây chính (khoảng 35%) còn phần lớn được hình thănh trong buồng chây dự bị (khoảng 65%).. - Quâ trình chây trong buồng chây phụ nói chung diễn ra trong điều kiện độ đậm đặc trung bình rất lớn, trừ trường hợp tải thấp, do đó nồng độ NO trong buồng chây năy cao.. - được hòa trộn với không khí có nhiệt độ thấp. - Hình 3.8: Ảnh hưởng độ đăm đặc trung bình đến nồng độ NO x trong động cơ Diesel. - Hình 3.8 trình băy biến thiín của nồng độ NO x vă NO trong khí xả theo độ đậm đặc trung bình đối với động cơ Diesel phun trực tiếp, tốc độ 1000v/phút vă góc phun sớm 27 0 trước ĐTC.. - Cũng như trong trường hợp động cơ đânh lửa cưỡng bức, sự hồi lưu khí xả lăm giảm NO do lăm giảm nhiệt độ khí chây. - Tuy nhiín, ở động cơ Diesel ảnh hưởng của khí xả hồi lưu đến NO phụ thuộc mạnh văo chế độ tải. - Ở động cơ Diesel tăng âp, sự gia tăng âp suất dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ khí chây, do đó lăm tăng nồng độ NO.. - Ví dụ tính toân nồng độ NO x trong khí xả động cơ Diesel
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt