- Chương 6 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NỒNG ĐỘ CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ XẢ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG. - 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. - Động cơ sử dụng nhiên liệu khí bắt đầu phát triển từ những năm đầu của thập niên 1990 có rất nhiều ưu điểm về mặt phát sinh ô nhiễm. - Mức độ phát sinh ô nhiễm của động cơ cũng phụ thuộc đáng kể vào điều kiện vận hành. - Tất cả những điều chỉnh hay thay đổi kết cấu bên trong động cơ đều gây ảnh hưởng đến mức độ phát sinh ô nhiễm.. - Trường hợp động cơ đánh lửa cưỡng bức. - Động cơ hai kì. - Thêm vào đó, khi làm việc ở tải cục bộ, dạng động cơ này dễ bỏ lửa làm tăng HC.. - 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. - 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 hiện đại cao hơn một chút so với động cơ 2 kì cổ điển do hiệu suất cháy cao hơn và làm việc với hỗn hợp nghèo hơn.. - Động cơ làm việc với hỗn hợp nghèo. - Khi động cơ làm việc với hỗn hợp nghèo (hệ số dư lượng không khí a >1,25), nồng độ các chất ô nhiễm chính (CO, HC, NO x ) đều giảm. - Khi hệ số dư lượng không khí thay đổi từ a=1,0 đến a=1,4, suất tiêu hao nhiên liệu giảm đi 7%, nồng độ NO x có thể giảm đến 85% so với động cơ làm việc với hỗn hợp có a=1 nếu kết hợp với việc giảm một cách hợp lí góc đánh lửa sớm. - Những giải pháp cho phép động cơ hoạt động gần giới hạn nghèo của hỗn hợp có thể chia làm ba loại:. - Động cơ làm việc với hệ thống này có suất tiêu hao nhiên liệu riêng thấp, nhưng công suất lít của cylindre cũng giảm. - Hình 6.1: Sơ đồ động cơ tạo hỗn hợp phân lớp sử dụng buồng cháy phụ. - Hình 6.2: Sơ đồ động cơ tạo hỗn hợp phân lớp phun trực tiếp PROCO. - 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.. - Những khuynh hướng khác dựa vào sự gia tăng cường độ rối trong buồng cháy động cơ. - Hệ thống này có hai bướm gió được điều khiển một cách riêng rẽ theo tải động cơ. - 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. - 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 phun riêng rẽ, vị trí đặt vòi phun trong trường hợp cylindre có hai soupape nạp có ảnh hưởng lớn đến mức độ phát sinh HC cũng như momen của động cơ. - 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 . - Gia tăng tỉ số S/D làm tăng tốc độ cháy và tạo điều kiện dễ dàng cho sự bén lửa do đó động cơ có thể làm việc với hệ số dư lượng không khí cao hơn. - Khi động cơ làm việc với hỗn hợp nghèo hay giàu, nồng độ NO x đều giảm mạnh (hình 6.3).. - Hình 6.3: Ảnh hưởng của tỉ số nén đến mức độ phát sinh ô nhiễm và suất tiêu hao nhiên liệu (động cơ xăng 4 cylindre, dung tích 2 lít, l: độ đậm đặc của hỗn hợp. - 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.. - 6.2.3 Ảnh hưởng của các chế độ vận hành động cơ xăng 6.2.3.1. - 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. - Đối với động cơ dùng bộ chế hòa khí, để tránh giai đoạn quá độ khi động cơ phát lực trở lại, người ta sử dụng một hệ thống cho phép cung cấp thêm nhiên liệu dự trữ.. - Đối với động cơ phun nhiên liệu, người ta sử dụng một hệ thống cho phép điều chỉnh lượng nhiên liệu phun vào đường nạp theo lưu lượng không khí. - Khi giảm tốc, bướm ga đóng lại, một van giảm tốc mở ra để cung cấp không khí cho động cơ và người ta sử dụng lượng không khí này để điều khiển lượng nhiên liệu. - Dừng động cơ ở đèn đỏ. - Chế độ dừng động cơ hợp lí khi ô tô chạy trong thành phố có thể làm giảm đồng thời mức độ phát sinh ô nhiễm và suất tiêu hao nhiên liệu. - Trường hợp động cơ Diesel. - Kĩ thuật tổ chức quá trình cháy của động cơ Diesel ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ phát sinh ô nhiễm. - Động cơ Diesel phun trực tiếp, có suất tiêu hao nhiên liệu riêng thấp hơn động cơ có buồng cháy ngăn cách khoảng 10% và mức độ phát sinh bồ hóng cũng thấp hơn khi động cơ làm việc ở chế độ tải cục bộ. - Tuy nhiên động cơ phun trực tiếp làm 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.. - 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,. - 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. - Hình 6.4: Ảnh hưởng của góc phun sớm đến mức độ phát ô nhiễm của động cơ Diesel Giảm góc phun sớm. - Phạm vi thay đổi đối với ô tô từ 1000 đến 1600kg, động cơ buồng cháy dự bị, không hồi lưu khí xả. - 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 khí xả. - Đối với động cơ có buồng cháy ngăn cách, giảm góc phun sớm làm làm tăng nồng độ HC nhưng làm giảm nồng độ NO và bồ hóng, đặc biệt là ở chế độ đầy tải. - Sự thay đổi góc phun sớm phù hợp theo tốc độ và tải cho phép chọn được vị trí điều chỉnh tối ưu hài hòa giữa nồng độ các chất ô nhiễm và hiệu suất động cơ. - Đối với động cơ có buồng cháy dự bị, sự điều khiển góc đánh lửa sớm tối ưu bằng hệ thống điện tử theo chế độ tốc độ và chế độ tải cho phép giảm 15% nồng độ NO x và 25% nồng độ bồ hóng theo chu trình thử FTP75 trong phạm vi gia tăng suất tiêu hao nhiên liệu không đáng kể.. - Tốc độ phun cao (nhờ tăng áp suất phun) có ảnh hưởng đến quá trình phát sinh ô nhiễm của động cơ phun trực tiếp. - Đối với động cơ phun trực tiếp, áp suất phun tối ưu thay đổi từ 75 đến 100MPa tùy theo chế độ động cơ. - 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%. - Giải pháp này đặc biệt có lợi đối với động cơ Diesel lắp trên ô tô nhằm giảm độ khói khi gia tốc.. - Đối với động cơ phun trực tiếp, biện pháp có hiệu quả nhất để làm giảm nồng độ bồ hóng là gia tăng cường độ rối và kết hợp với việc sử dụng vòi phun nhiều lỗ. - Đối với động cơ phun trực tiếp, tỉ lệ nén cao cho phép khởi động dễ dàng ở nhiệt độ thấp. - Khi tỉ số nén tăng quá cao, động cơ sẽ phát sinh nhiều bồ hóng ở chế độ đầy tải. - Vì vậy ở động cơ có tỉ số nén lớn, cần phải thiết kế dạng buồng cháy tối ưu cho phép tăng cường sự dịch chuyển của dòng không khí thuận lợi cho việc đốt cháy bồ hóng.. - Để tăng cường tốc độ đốt cháy bồ hóng, người ta thiết kế thêm một buồng chứa không khí bổ sung ở động cơ phun trực tiếp. - Ở động cơ phun gián tiếp, buồng không khí bổ sung cho phép làm giảm 40%. - 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. - Ảnh hưởng của chế độ làm việc của động cơ và chế độ quá độ Khi giảm tốc độ động cơ từ 750 đến 680 v/phút, nồng độ các chất ô nhiễm đều giảm khi đo theo chu trình FTP75: HC (-14. - Nồng độ bồ hóng trong khí xả động cơ Diesel gia tăng rất mạnh khi gia tốc vì độ đậm đặc trung bình của hỗn hợp gia tăng.. - Để giảm thời gian gia tốc, cần phải tối ưu hóa việc thiết kế động cơ để có thể:. - 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. - 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. - Hệ thống hồi lưu khí xả trong trường hợp động cơ tăng áp có thể làm giảm 50% lượng NO x mà không làm tăng bồ hóng.. - Đối với động cơ phun trực tiếp làm việc với nhiệt độ khí nạp từ 40-60 0 C (làm việc ở các hầm mỏ), hệ thống hồi lưu khí xả có thể làm giảm 30% và 50% nồng độ NO x theo thứ tự. - Đối với động cơ buồng cháy ngăn cách, nồng độ bồ hóng gia tăng trước hết chậm, sau đó tăng nhanh theo lượng nước phun vào buồng cháy phụ. - 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. - Thực hiện việc điều chỉnh động cơ theo những chỉ tiêu cho trước. - Ảnh hưởng của nhiên liệu đến mức độ phát ô nhiễm của động cơ. - Nhiên liệu động cơ xăng. - sự xuất hiện bồ hóng diễn ra trong môi trường rất giàu (a<0,6), điều kiện này diễn ra chung quanh hạt nhiên liệu trong buồng cháy động cơ Diesel.. - Ảnh hưởng của khối lượng riêng nhiên liệu. - Sự gia tăng khối lượng riêng của nhiên liệu có khuynh hướng làm nghèo hỗn hợp đối với động cơ dùng bộ chế hòa khí và ngược lại, làm giàu hỗn hợp đối với động cơ phun xăng. - ảnh hưởng của nó đến mức độ phát ô nhiễm của động cơ đã điều chỉnh sẵn với một nhiên liệu cho trước không đáng kể.. - 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. - Chỉ số octane có ảnh hưởng đến mức độ phát sinh ô nhiễm, đặc biệt khi động cơ bị kích nổ. - Trong thực tế thường diễn ra sự nhầm lẫn cung cấp nhiên liệu pha chì cho động cơ có ống xả xúc tác. - Ảnh hưởng của nhiên liệu Diesel. - Chúng ta sẽ khảo sát sau đây ảnh hưởng của khối lượng riêng, chỉ số cetane, thành phần lưu huỳnh, các chất phụ gia đến mức độ phát sinh ô nhiễm của động cơ Diesel. - Hình 6.10 giới thiệu mức độ phát sinh hạt rắn tính theo gam/lít nhiên liệu theo khối lượng 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. - Động cơ Diesel phun trực tiếp, ít bị ảnh hưởng bởi thành phần thơm. - Hình 6.11 giới thiệu ảnh hưởng của chỉ số cétane đến mức độ phát sinh ô nhiễm của động cơ phun gián tiếp: NO x ít bị ảnh hưởng bởi chỉ số cétane. - Đối với động cơ có buồng cháy ngăn cách, ảnh hưởng của chỉ số cétane chủ yếu đến bộ phận SOF dẫn xuất (extractible), thành phần hạt rắn không hòa tan dường như không bị ảnh hưởng.. - Động cơ phun gián tiếp. - Hình 6.11: Ảnh hưởng của chỉ số cetane đến mức độ phát ô nhiễm của động cơ. - 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 alcalino-terreux, barium và calcium có hiệu quả nhất đối với động cơ phun trực tiếp hay phun gián tiếp. - 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.. - 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. - Nhiên liệu Nhiên liệu. - 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 NO x nhưng lại làm tăng HC và CO, việc làm giảm bồ hóng còn phụ thuộc vào chế độ tải của động cơ.. - Nhiên liệu không nước
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt