NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH HÒA TRỘN GIỮA KHÍ THẢI VÀ KHÔNG KHÍ BỔ SUNG ĐỂ TÌM VỊ TRÍ, GÓC PHUN PHÙ HỢP VÀO ỐNG THẢI ĐỘNG CƠ MỘT XYLANH

Khác với các động cơ phun xăng điện tử, trên các động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu bộ chế hòa khí thì việc trang bị hệ thống xử lý khí thải mà cụ thể là bộ xúc tác ba thành phần BXT là

-

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH HÒA TRỘN GIỮA KHÍ THẢI VÀ KHÔNG KHÍ BỔ SUNG ĐỂ TÌM VỊ TRÍ, GÓC PHUN PHÙ

HỢP VÀO ỐNG THẢI ĐỘNG CƠ MỘT XYLANH

CBHD: ThS Nguyễn Huy Chiến

Hà Nội – Năm 2022

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC HÌNH VẼ iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU v

DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT vi

LỜI MỞ ĐẦU vii

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1

1.1 Tổng quan về việc bổ sung thêm không khí vào trong đường thải 1

1.1.1 Giới thiệu chung về đề tài 1

1.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống AIS 3

1.2 Bộ xúc tác ba thành phần và các yếu tố ảnh hưởng 6

1.2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bộ xúc tác ba thành phần 6

1.2.2 Những yếu tố ảnh hưởng tới khả năng làm việc của bộ xúc tác ba thành phần 10

1.2.3 Hạn chế của bộ xúc tác ba thành phần 14

1.3 Tổng quan về bộ chế hòa khí 15

1.3.1 Bộ chế hòa khí xe Zip 19

1.3.2 Hệ thống chính 19

1.3.3 Hệ thống tăng tốc 21

1.3.4 Hệ thống không tải 22

1.4 Tổng quan về khí thải động cơ đốt trong một xylanh 23

1.4.1 Sản phẩm cháy 23

1.4.2 Các thành phần độc hại chính và ảnh hưởng của chúng 24

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH HÒA TRỘN GIỮA KHÍ THẢI VÀ KHÔNG KHÍ BỔ SUNG TỪ ĐÓ TÌM VỊ TRÍ, GÓC PHUN PHÙ HỢP VÀO ỐNG THẢI ĐỘNG CƠ MỘT XYLANH 28

2.1 Xác định lượng không khí cần cung cấp 28

2.2 Sơ đồ hệ thống cung cấp không khí 29

2.3 Cấu tạo các bộ phận chính của hệ thống cấp khí 29

2.3.1 Nguồn cấp khí 29

2.3.2 Van điều áp 30

2.3.3 Van tiết lưu 30

2.3.4 Lưu lượng kế 30

2.3.5 Van đóng - mở 31

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM ANSYS FLUENT 32

3.1 Khái quát chung về phần mềm Ansys Fluent 32

3.2 Cơ sở lý thuyết mô phỏng trong Ansys Fluent 41

3.3 Xây dựng mô hình mô phỏng 53

3.4 Chia lưới 55

3.5 Đánh giá kết quả mô phỏng 57

3.5.1 Phân bố vận tốc và nhiệt độ của khí thải và không khí trong hệ thống 57

3.5.2 Đánh giá mức độ hòa trộn giữa không khí và khí thải 59

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 63

4.1 Kết luận 63

4.2 Hướng phát triển của đề tài 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 1 Hệ thống AIS trang bị trên xe HONDA 2

Hình 1 2 Hệ thống AIS trang bị trên xe YAMAHA 3

Hình 1 3 Hệ thống AIS 3

Hình 1 4 Khi động cơ hoạt động bình thường 4

Hình 1 5 Khi giảm tay ga đột ngột ở tốc độ cao 5

Hình 1 6 Cấu tạo bộ xúc tác ba thành phần 6

Hình 1 7 Cấu trúc lõi dạng gốm nguyên khối 8

Hình 1 8 Nguyên lý hoạt động của bộ xúc tác 9

Hình 1 9 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới khả năng làm việc của bộ xúc tác ba thành phần 11

Hình 1 10 Bố trí cảm biến Oxy trên bộ xúc tác 12

Hình 1 11 Đồ thị đặc tính lamda 13

Hình 1 12 Hiệu quả chuyển đổi các thành phần phát thải phụ thuộc mức độ dao động của hệ số dư lượng không khí λ 13

Hình 1 13 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu sử dụng bộ chế hòa khí 17

Hình 1 14 Đường đặc tính lý tưởng của bộ chế hòa khí theo độ mở bướm ga (%tải) 18

Hình 1 15 Bộ chế hòa khí xe Zip 19

Hình 1 16 Sơ đồ nguyên lý và đặc tính làm việc hệ thống chính bộ chế hòa khí động cơ xe ZIP 20

Hình 1 17 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tăng tốc 21

Hình 1 18 Sơ đồ nguyên lý làm việc hệ thống không tải 23

Hình 2 1 Sơ đồ hệ thống cấp khí 29

Hình 2 2 Van điều áp 30

Hình 2 3 Van tiết lưu 30

Hình 2 4 Lưu lượng kế 31

Hình 2 5 Van đóng mở 31

Hình 3 1 Thiết lập mô hình mô phỏng 32

Hình 3 2 Thiết lập Double Precision 32

Hình 3 3 Các thiết lập khác 33

Hình 3 4 Giao diện chính của Ansys Fluent 33

Hình 3 5 Kiểm tra biên 33

Hình 3 6 Kiểm tra hình học 34

Hình 3 7 Giao diện phần mềm Ansys Fluent 37

Hình 3 8 Giao diện Design Modeler 37

Hình 3 9 Lựa chọn Scale mesh 38

Hình 3 10 Đánh giá lưới 40

Hình 3 11 Các diều kiện orthogonal quality 40

Hình 3 12 Tiêu chuẩn orthogonal quality 40

Hình 3 13 Sử dụng phương trình năng lượng cho mô hình (Energy(ON)) 42

Hình 3 14 Chọn mô hình rối trong Viscous Model 43

Hình 3 15 Mô hình rối k–ε tiêu chuẩn 44

Hình 3 16 Setup Materials 45

Hình 3 17 Nhập các thông số trong bảng vật liệu Materials 45

Hình 3 18 Cell Zone 46

Hình 3 19 Điều kiện biên 46

Hình 3 20 Thiết lập Inflow 47

Hình 3 21 Các dạng biên trong Inflow 47

Hình 3 22 Dạng biên Velocity Inlet 48

Hình 3 23 Thermal 48

Hình 3 24 Setup Pressure Outlet 49

Hình 3 25 Kiểm tra Momentum 49

Hình 3 26 Kiểm tra Thermal 50

Hình 3 27 Thiết lập Solution Initialization 50

Hình 3 28 Thiết lập Solution Methods 51

Hình 3 29 Chạy tính toán 51

Hình 3 30 Trường vận tốc 52

Hình 3 31 Trường nhiệt độ 52

Hình 3 32 Trường nhiệt độ theo mặt cắt ngang outflow 53

Hình 3 33 Bản vẽ kết cấu ống hoà trộn 54

Hình 3 34 Nhập lưới (Import Mesh) 55

Hình 3 35 Bản vẽ mô hình 3D 56

Hình 3 36 Chia lưới mô hình 56

Hình 3 37 So sánh hệ số Nusselt với số phần tử lưới khác nhau 57

Hình 3 38 Phân bố vận tốc khí thải và không khí với các góc phun khác nhau 58

Hình 3 39 Phân bố nhiệt độ của khí thải và không khí khi  thay đổi từ 0 o ÷ 180 o 59

Hình 3 40 Hệ số lưu lượng không khí tại mặt cắt C-C 61

Hình 3 41 Tỷ lệ % theo kk (0,091 0,133) tại mặt cắt C-C 62

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 1 Các thông số điều kiện biên 44

DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT

8 Gkk Lưu lượng không khí bổ sung ở phân tố

khảo sát

9 Gkt Lưu lượng khí thải ở phân tố khảo sát

10 V0 Lưu lượng khí không khí thực tế phun vào

trong xylanh động cơ

11 G Lưu lượng khí cần thiết phun vào trong

đường thải

14 ρkk Khối lượng riêng của không khí

15 A/F Tỉ lệ hoà khí (Không khí/nhiên liệu)

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay, xe máy đang là loại phương tiện được sử dụng phổ biến tại Việt Nam Theo thống kê của Cục Đăng kiểm Việt Nam, hiện nay nước ta có trên 60 triệu xe máy, trong đó phần lớn là các xe trang bị hệ thống nhiên liệu

sử dụng bộ chế hòa khí Bên cạnh những ưu điểm như giá thành phù hợp với thu nhập của đa số người dân, thuận tiện trong quá trình di chuyển đặc biệt là trong các đường, ngõ phố chật hẹp… Xe máy hiện cũng đang là tác nhân chính gây ô nhiễm môi trường không khí đặc biệt là tại các thành phố lớn như

Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh Nhằm kiểm soát phát thải cho các phương tiện sản xuất và lắp ráp trong nước cũng như các phương tiện nhập khẩu nước

ta hiện đang áp dụng tiêu chuẩn EURO4 cho ô tô và EURO3 cho xe máy (bắt đầu từ năm 2017) Tiến tới sẽ áp dụng tiêu chuẩn EURO5 cho ô tô và EURO4 cho xe máy (theo lộ trình sẽ áp dụng từ 1/1/2022)

Để giảm thiểu ô nhiễm môi trường cũng như đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải ngày càng cao đòi hỏi ngoài những cải tiến công nghệ liên quan tới động

cơ thì việc trang bị thêm hệ thống xử lý khí thải gần như là yêu cầu bắt buộc Khác với các động cơ phun xăng điện tử, trên các động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu bộ chế hòa khí thì việc trang bị hệ thống xử lý khí thải mà cụ thể là

bộ xúc tác ba thành phần (BXT) là tương đối khó khăn vì trong quá trình vận hành hệ số dư lượng không khí λ của động cơ có biên độ thay đổi lớn và động

cơ thường làm việc ở vùng có hệ số dư lượng không khí λ nhỏ hơn 1 chính vì vậy hiệu quả của BXT không cao dẫn tới hàm lượng phát thải độc hại của động cơ sau BXT vẫn rất lớn

Theo đặc tính lý tưởng, đa phần các chế độ làm việc của bộ chế hòa khí

có tỷ lệ hòa khí A/F (không khí/nhiên liệu) nhỏ hơn 14,7, điều đó có nghĩa là vùng làm việc của bộ chế hòa khí thường có λ<1, dẫn tới việc kiểm soát phát thải CO, HC của bộ xúc tác ba thành phần không đạt hiệu quả cao

Nhiều nghiên cứu cho thấy phun bổ sung không khí trên đường thải là giải pháp không chỉ tăng cường các phản ứng ôxy hóa trên đường thải mà còn cải thiện môi trường ô xy hóa do đó cải thiện hiệu suất chuyển đổi các thành phần CO, HC trong BXT Tuy nhiên hiệu suất chuyển hóa của BXT với các thành phần phát thải ngoài phụ thuộc vào nhiệt độ, hệ số dư lượng không khí còn phụ thuộc vào mức độ đồng nhất trong quá trình hòa trộn giữa dòng không khí bổ sung và dòng khí thải Vì vậy, trong nội dung đồ án này em hướng tới mô phỏng xác định góc đặt vòi phun không khí trên đường ống thải () phù hợp nhằm đạt được hiệu quả hòa trộn tốt giữa hai dòng khí Quá trình

mô phỏng được thực hiện trên phần mềm Ansys fluent

Việc bổ sung thêm không khí trên đường thải sẽ giúp tăng thêm nồng

độ oxy trong khí thải, từ đó giúp tăng thêm môi trường oxy hóa cho các phản ứng xử lý phát thải CO, HC trong bộ xúc tác ba thành phần Xuất phát từ ý tưởng đó, cùng gợi ý của thầy hướng dẫn, em đã chọn đề tài: “Nghiên cứu quá trình hòa trộn giữa khí thải và không khí bổ sung để tìm vị trí, góc phun phù hợp vào ống thải động cơ một xylanh”

Nội dung đề tài gồm 4 nội dung:

Nội dung 1: Tổng quan về việc bổ sung không khí trên đường thải, tìm hiểu về bộ xúc tác ba thành phần, các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu quả của bộ xúc tác ba thành phần, tìm hiểu về đặc tính làm việc bộ chế hòa khí cũng như cấu tạo, nguyên lý làm việc và các đặc tính của bộ chế hòa khí xe Zip (đối tượng thử nghiệm) Nhằm mục đích tìm hiểu về khả năng bổ sung không khí trên đường thải

Nội dung 2: Cơ sở lý thuyết tính toán quá trình hòa trộn giữa khí thải và không khí bổ sung từ đó tìm vị trí, góc phun phù hợp vào ống thải động cơ một xylanh

Nội dung 3: Xây dựng mô hình mô phỏng trên phần mềm Ansys Fluent

Nội dung 4: Kết luận và hướng phát triển

Việc hoàn thành đồ án có thể còn có những sai sót, vì vậy em mong có được sự góp ý của các thầy, cô để em có thể hoàn thiện đề tài của mình tốt hơn

Em xin chân thành cảm ơn sự tận tình giúp đỡ của các thầy trong bộ môn và đặc biệt là thầy hướng dẫn ThS Nguyễn Huy Chiến đã tạo điều kiện thuận lợi để em có thể hoàn thành đồ án này

Hà Nội, ngày tháng năm 2022

Sinh viên thực hiện

Dương Xuân Trường

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Nội dung chương 1 bao gồm:

 Tổng quan về việc bổ sung thêm không khí vào trong đường thải

 Tìm hiểu về bộ xúc tác ba thành phần và các yếu tố ảnh hưởng

 Tìm hiểu về bộ chế hòa khí xe Zip và khả năng bổ sung không khí trên đường thải

 Tổng quan về khí thải động cơ

1.1 Tổng quan về việc bổ sung thêm không khí vào trong đường thải

1.1.1 Giới thiệu chung về đề tài

Bổ sung thêm không khí vào trong đường thải là một phương pháp giảm phát thải trên động cơ dựa trên nguyên tắc để cho không khí hòa lẫn với khí thải nóng và oxy hóa HC và CO để tạo ra 𝐻2𝑂và 𝐶𝑂2.Trong lịch sử của việc kiểm soát khí thải, đây là một cách dễ dàng để đáp ứng được các yêu cầu xử

lý khí thải đặt ra Việc bổ sung thêm khí thải vào trong đường thải lần đầu được thử nghiệm bởi Chrysler, một nhà sản suất ôtô của Mỹ, vào năm 1966 Nhưng mãi cho đến cuối những năm 1970, khi mà tiêu chuẩn khí thải trở nên khắt khe hơn, hệ thống bổ sung thêm không khí mới trở nên phổ biến hơn Ngay cả khi có sự ra đời của bộ xúc tác xử lý khí thải vào năm 1975, hệ thống bơm không khí vào đường thải vẫn không thể bị bỏ đi mà bắt đầu có xu hướng chuyển đổi chức năng của hệ thống bơm không khí vào đường thải từ việc kiểm soát khí thải dần dần thành có chức năng hỗ trợ cho bộ xúc tác làm việc hiệu quả hơn, do việc bơm thêm không khí vào trong đường thải cũng góp phần nâng cao hiệu quả của các bộ xử lý khí thải Hệ thống phun thêm không khí vào trong đường thải được sử dụng với nhiều tên khác nhau đối với mỗi nhà sản suất như American Motor gọi là Air Guard, Chrysler gọi là Air Injection System (AIS), ở Ford là Thermactor Air Injection System và ở

Genenal Motor thì là Air Injection Reactor (AIR) Dù có nhiều tên gọi khác nhau nhưng hầu hết các hệ thống đó đều có cấu tạo cơ bản là giống nhau, đều gồm có hệ thống bơm để bơm không khí đã được lọc qua vòi phun vào trong ống thải hoặc ngay đầu xylanh, điều đó giúp không khí được trộn lẫn ngay với khí thải nóng khi rời khỏi động cơ, điều này làm tăng hiệu quả của hệ thống [1]

Trong khí thải của động cơ do việc cháy không hoàn toàn làm sinh ra một số hợp chất như : CO, HC, NOx Đó là các chất khí độc hại, nên hiện nay trên thế giới và ở Việt Nam, một số lọai xe hơi và xe gắn máy đời mới được lắp đặt một bộ xử lý khí thải CATALYZER với chức năng biến đổi các khí độc hại trong khí thải thành các khí không độc, giảm tối đa việc thải các hợp chất độc hại này ra môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe của cộng đồng

Hình 1.1 – 1.2 thể hiện hệ thống AIS được trang bị trên 1 số dòng xe của HONDA và YAMAHA

Hình 1 1 Hệ thống AIS trang bị trên xe HONDA

1 Van AIS 2 Ống chân không điều khiển van AIS 3 Ống cấp khí vào đường xả

Hình 1 2 Hệ thống AIS trang bị trên xe YAMAHA

1 Đường lấy áp chân không 2 Đường không khí vào

3 Cụm van cắt gió của hệ thống AIS 4 Đường không khí bổ sung vào cổ xả động cơ

5 Bầu lọc gió

1.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống AIS

Hình 1 3 Hệ thống AIS

1 Lọc gió của hệ thống AIS 2 Ống cao su dẫn không khí sạch

3 Cụm van AIS 4 Ống cao su lấy áp chân không ở cổ hút

5 Đường dẫn không khí sạch đến cửa xả

Không khí sau khi được lọc sạch ở lọc gió (1), sẽ theo đường ống (2) vào cụm van AIS (3), trong điều kiện hoạt động bình thường van AIS sẽ luôn mở

để cung cấp không khí tới cửa thải , dưới tác động của ( lực hút của động cơ

tại cổ hút) thông qua ống cao su (4) khi hạ ga đột ngột ở tốc độ cao, cụm van AIS (3) sẽ đóng lại để tránh gây ra hiện tượng cháy nổ ở sau cổ pô do việc cung cấp O2 để đốt cháy lượng hòa khí chưa được đốt cháy trong buồng đốt của động cơ [2]

Chúng ta xét chế độ làm việc của động cơ trong 2 trường hợp:

1.1.2.1 Khi động cơ hoạt động ở chế độ ga bình thường

Hình 1 4 Khi động cơ hoạt động bình thường

Trong cấu tạo của cụm van AIS, van lưỡi gà được bố trí dưới bệ van (trên đường không khí ra cửa thải) nhằm ngăn ngừa không cho khí thải nóng

đi vào cụm van AIS từ phía cửa thải, có thể gây hư hỏng cụm van của bộ AIS

1.1.2.2 Khi giảm tay ga đột ngột ở tốc độ cao

Hình 1 5 Khi giảm tay ga đột ngột ở tốc độ cao

1 Áp chân không lớn 2 Van AIS đóng

Hoạt động cụm van AIS khi đóng:

Lúc này, quả ga đã hạ xuống và đóng gần hết họng của chế hòa khí, nên

áp suất chân không ở cổ hút phía sau chế hòa khí rất lớn, thắng được lực lò xo

và kéo màng da đi lên, làm bệ van đóng lại Dòng không khí qua bộ AIS sẽ bị ngắt, không được cấp tới cửa thải, để ngăn hiện tượng cháy nổ sau tại cổ bô

do có thêm Oxy để đốt lượng xăng chưa kịp cháy trong buồng đốt

Như vậy nhiệm vụ của hệ thống là cấp thêm không khí sạch vào đầu cổ thải để đốt cháy nốt lượng nhiên liệu sau quá trình cháy còn sót lại

Van sẽ đóng lại sau khi hạ ga ở tốc độ cao,vì lúc này nếu van không đóng xăng thừa nhiều do thiếu oxy sẽ gây tiếng nổ lớn ở phía ống thải [2]

1.2 Bộ xúc tác ba thành phần và các yếu tố ảnh hưởng

Thuật ngữ Bộ xúc tác ba thành phần được hiểu là bộ xử lý đồng thời ba thành phần chất gây ô nhiễm CO, HC và NOx Ưu điểm của nó là có thể xử lý gần như hoàn toàn các thành phần chất ô nhiễm nói trên bằng các phản ứng hoá học và chuyển hóa thành các khí Cacbonic (CO2), Ni-tơ (N2) và hơi nước (H2O) Bộ xúc tác ba thành phần bắt đầu được lắp đặt trên động cơ xăng từ năm 1975 và ngày nay nó trở nên rất phổ biến trên các phương tiện giao thông đường bộ

Do các phản ứng nói trên phải mất thời gian dài để có thể chuyển hóa được hoàn toàn, thời điểm kết thúc các phản ứng là rất khác nhau dẫn đến tỷ

lệ thành phần các chất ô nhiễm trong khí thải vẫn còn khá cao khi đi ra khỏi đường thải Để tăng tốc độ phản ứng, các nhà chế tạo đã sử dụng các chất xúc tác là các kim loại quý: Bạch kim - Pt (platinum), Palađi - Pd (palladium), và rodi (rhodium)

1.2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bộ xúc tác ba thành phần

2

Bộ xúc tác ba thành phần(Three Ways Catalytic Converter- TWC) đồng thời xử lý tới 90% CO, HC & NOx

Bộ xúc tác 3 thành phần được bố trí nằm giữa đường ống thải động cơ và

bộ giảm âm, nhưng gần đường ống thải hơn để tận dụng nhiệt lượng cho các phản ứng hóa học (nhiệt độ lý tưởng 250 - 3500C), vật liệu chế tạo là thép không gỉ, hình trụ tròn hoặc ô van, ở hai đầu có lắp mặt bích để nối với các đường ống trung gian trong hệ thống thải Cấu tạo bên trong bộ xúc tác bao

gồm phần lõi và các lớp phủ chất xúc tác

Bộ phận quan trọng nhất của bộ xúc tác ba thành phần là phần lõi của nó Hiện nay có ba dạng lõi khác nhau đó là lõi dạng viên gốm, lõi gốm nguyên

khối và lõi bằng kim loại

+) Lõi dạng viên gốm gồm các lớp viên gốm hình cầu Vật liệu chế tạo được làm từ gốm chịu nhiệt độ cao (cordierite 2MgO.2Al2.5SiO2), có hệ số hấp thụ nhiệt thấp và nhiệt độ nóng chảy cao (khoảng 1.4000C) Các viên gốm

có đường kính khoảng 2 - 3mm được phủ bề mặt ngoài bằng ôxít nhôm, chúng có khả năng chống mòn và ma sát tốt sau khi được nhiệt luyện ở nhiệt

độ khoảng 1.000°C và được gọi là lớp nền Sau khi được phủ bề mặt ngoài, các vật liệu quý Platinum (Pt), Paladium (Pd) và Rhodium (Rh) sẽ được thấm trực tiếp trên bề mặt của các viên gốm

+) Dạng lõi gốm nguyên khối thường có cấu trúc tổ ong, gồm rất nhiều rãnh nhỏ li ti kích cỡ milimet được xếp song song với dòng chảy của khí thải Lõi gốm cũng được làm từ vật liệu chịu nhiệt cordierit, các rãnh nhỏ song song có tiết diện ngang hình tam giác hoặc hình vuông Các rãnh dẫn khí thải này được phủ một lớp ôxít nhôm (Al2O3) xốp, mấp mô dày khoảng 0,02 mm Sau đó lõi gốm được thấm các kim loại quý Pt (platinum), Pd (palladium) và

Rh (rhodium) [3]

Hình 1 7 Cấu trúc lõi dạng gốm nguyên khối

+) Lõi kim loại gồm các lá thép phẳng và các lá thép dập lượn sóng có

độ dày từ 0,04 - 0,05mm được xếp thành lớp Sau đó, chúng được cuộn tròn thành hình dạng chữ S hoặc hình tròn Phổ biến nhất là loại lõi kim loại chia

thành 2 phần riêng biệt, giữa hai phần có một khoảng trống nhỏ

Lõi thép được phủ bằng A12O3 có độ xốp cao và sau đó được thấm kim loại quý Pt, Pd và Rh So với hai loại lõi trên thì loại lõi kim loại có nhiều ưu điểm vượt trội hơn như diện tích tiết diện sử dụng có ích của các rãnh dẫn khí thải lớn hơn khoảng 10÷15 %, độ bền cao hơn, trở lực (mức độ cản trở chuyển động của dòng khí) đối với khí thải thấp.Nhưng công nghệ chế tạo lõi kim loại phức tạp hơn, khối lượng lớn hơn và giá thành đắt hơn 15%

1.2.1.2 Nguyên lý hoạt động của bộ xúc tác

Hình 1 8 Nguyên lý hoạt động của bộ xúc tác

Bộ xúc tác ba thành phần có tác dụng tăng cường các quá trình ô-xy hóa

và khử các thành phần độc hại trong khí thải động cơ, các phản ứng chính bao gồm những phản ứng sau:

Quá trình Oxy hóa gồm có:

không khí Sự chuyển đổi của CO, HC đòi hỏi một môi trường oxy hoá, trong khi đó sự chuyển đổi NOx đòi hỏi môi trường khử Do vậy Bộ xúc tác ba thành phầnhoạtđộng có hiệu quả khi thành phần hỗn hợp gần điều kiện lý tưởng λ = 1 để có cả môi trường oxy hoá và môi trường khử Với hỗn hợp giàu nhiên liệu thì sự oxy hoá CO, HC giảm, trong khi với hỗn hợp nghèo sự khử NOx giảm

Do đòi hỏi ngặt nghèo và chính xác về hệ số dư lượng không khí λ để bộ

xử lý xúc tác làm việc có hiệu quả cho nên bộ xử lý này thường được trang bị trên động cơ có hệ thống điều khiển điện tử (ECU) Bộ xử lý này làm giảm đáng kể lượng khí thải độc hại Tuy nhiên, vấn đề tồn tại của bộ xử lý xúc tác

là nó làm việc không hiệu quả ở nhiệt độ thấp hơn 250oC  350oC, do vậy trong giai đoạn khởi động và chạy ấm máy các khí thải độc hại thoát ra khỏi động cơ thải trực tiếp ra ngoài gây ô nhiễm môi trường

1.2.2 Những yếu tố ảnh hưởng tới khả năng làm việc của bộ xúc tác ba thành phần

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới khả năng làm việc của bộ xúc tác ba thành phần như:

 Nhiên liệu sử dụng

 Tác dụng của nhiệt

 Cấu trúc lõi xúc tác

 Vị trí đặt lõi xúc tác

 Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí λ

 Điều kiện môi trường

Trong nhứng yếu tố trên, nhiệt độ và hệ số dư lượng không khí là 2 yếu

tố quan trọng nhất, ảnh hưởng tới hiệu quả làm việc của bộ xúc tác ba thành phần

1.2.2.1 Tác dụng của nhiệt

Ảnh hưởng của nhiệt độ tới khả năng làm việc của bộ xúc tác được thể hiện trên hình 1.9

Hình 1 9 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới khả năng làm việc của bộ xúc tác ba thành phần

Qua biểu đồ ta thấy rằng, khi nhiệt độ tăng từ khoảng 200 oC lên đến 350

oC thì hiệu suất xử lý CO, HC, NOx của BXT tăng nhanh từ 0% lên tới các giá trị tương ứng 55%, 30% và 60% Do tại đây là nhiệt độ BXT bắt đầu làm việc Tại nhiệt độ này, các dòng khí đi qua BXT bắt đầu tác dụng mạnh mẽ với kim loại quý trên bề mặt lớp washcoat, quá trình chuyển hóa mới bắt đầu Sau đó, khi nhiệt độ BXT tăng từ 350 oC lên khoảng 500 oC, lúc này hiệu suất BXT có xu hướng tăng chậm, do nhiệt độ đang nằm trong dải mà năng lượng hoạt hóa của phản ứng giữa kim loại quý và khí thải thay đổi không nhiều, vì vậy, tốc độ phản ứng diễn ra gần như không đổi dẫn tới hiệu quả chuyển đổi tăng không đáng kể

Từ sau 500oC hiệu suất phản ứng tiếp tục tăng mạnh và đạt trên 90% tại gần 650oC Nguyên nhân là khi nhiệt độ tăng gần đến giá trị này năng lượng

0 20 40 60 80 100

hoạt hóa của các phản ứng nhảy xuống mức thấp hơn, mức độ hấp phụ và giải hấp các chất khí phản ứng và các chất khí sản phẩm tăng mạnh làm cho các phản ứng diễn ra với tốc độ rất cao, dẫn tới hiệu suất xử lý tăng mạnh và đạt các giá trị cực đại [4]

1.2.2.2 Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí

Cảm biến oxy (hình 1.10) không thực sự đo nồng độ oxy mà đo sự khác biệt giữa lượng Oxy trong khí thải và lượng oxy trong không khí (để kiểm soát hệ số dư lượng không khí) Cảm biến oxy được chia làm hai phần chính, một phần tiếp xúc với Oxy trong không khí và một phần tiếp xúc với oxy trong khí thải.Sự chênh lệch hàm lượng oxy trong không khí và khí thải chính

là tín hiệu điện áp để bộ ECM của động cơ phân tích và tính toán hàm lượng oxy trong khí thải [4]

Hình 1 10 Bố trí cảm biến Oxy trên bộ xúc tác

Hình 1 11 Đồ thị đặc tính lamda

Hình 1 12 Hiệu quả chuyển đổi các thành phần phát thải phụ thuộc mức độ dao động của

hệ số dư lượng không khí λ

Tỉ lệ không khí - nhiên liệu lý tưởng là 14,7:1 có nghĩa là cần 14,7 kg không khí để đốt cháy hết 1 kg nhiên liệu khi đó người ta quy ước λ = 1 Nếu λ<1 thì tỉ lệ hòa trộn giàu nhiên liệu (lượng không khí thực nhỏ hơn

lý thuyết)

Nếu λ>1 thì tỉ lệ hòa trộn nghèo nhiên liệu

Khi λ < 1, hiệu suất sử lý CO và HC tương đối thấp còn NOx tương đối cao, cụ thể là hiệu suất xử lý CO khoảng 55%, HC khoảng 20% và vào khoảng NOx 80% tại λ = 0,97 Sau đó, khi λ tăng dần đến 1, hiệu suất xử lý

CO, HC tăng, hiệu suất xử lý NOx giảm dần về giá trị trong khoảng 70÷80% Nguyên nhân là khi λ < 1, hỗn hợp nhiên liệu – không khí đậm, lượng Oxy trong hỗn hợp thấp, do đó hiệu quả cháy không cao dẫn tới nồng độ các chất khí CO, HC trong khí thải quá lớn ngoài khả năng hấp thụ và giải hấp của BXT nên hiệu suất chuyển đổi thấp Trong khi đó, mặc dù nhiệt độ quá trình cháy cao nhưng do thiếu Oxy nên hình thành phát thải NOx vẫn nhỏ vì thế hiệu suất xử lý NOx khá cao

Khi λ = 1 hiệu suất xử lý chung của 3 chất CO, HC, NOx tối ưu và đạt khoảng gần 80% tại λ = 1 Do tại λ = 1, hỗn hợp nhiên liệu – không khí lý tưởng, lượng oxy vừa đủ nên hiệu quả cháy cao, môi trường oxy hóa và môi trường khử đều thuận lợi nên hiệu suất xử lý chung của 3 chất đạt tối ưu Khi λ > 1, hiệu suất xử lý CO, HC tương đối cao và có xu hướng tăng trong khí hiệu suất xử lý NOx có xu hướng giảm, cụ thể là hiệu suất xử lý CO,

HC đạt cực đại khoảng 90% còn hiệu suất xử lý NOx đạt khoảng 60% tại λ

=1,02 Do là khi λ > 1, hỗn hợp nhiên liệu – không khí nhạt dần, lượng oxy trong hỗn hợp tăng dần, do đó hiệu quả cháy cao hơn dẫn tới nồng độ các chất

CO, HC trong khí thải giảm đi nên hiệu suất các chất này tăng lên Trong khi đó,nhiệt độ quá trình cháy cao cộng vớithừa Oxy nên hình thành phát thải

NOx càng nhiều dẫn tới quá khả năng chuyển đổi của BXT Thêm vào nữa môi trường khử kém thuận lợi hơn chính vì thế hiệu suất xử lý NOx giảm

1.2.3 Hạn chế của bộ xúc tác ba thành phần

Hạn chế của bộ xúc tác 3 thành phần:

Nếu động cơ bị mất lửa hoặc nổ trong đường thải có thể làm cho nhiệt độ nhất thời của khí thải tăng lên vượt quá 1.400oC Khi đó, phần lõi và các lớp dẫn sẽ bị nóng chảy làm phá huỷ hoàn toàn các lớp chất hoạt tính trong đường dẫn khí thải Bộ xúc tác ba thành phần sẽ bị mất tác dụng do sự bay hơi của vật liêu

Trong quá trình hoạt động nếu sử dụng nhiên liệu không đúng tiêu chuẩn, các chất phụ gia và tạp chất trong nhiên liệu (phụ gia chống kích nổ, lưu huỳnh, chì, ), sẽ bám trên bề mặt lớp hoạt tính và ngăn chặn sự tiếp xúc của khí thải với các bề mặt này Sau một thời gian sẽ làm hư hỏng tại các bề mặt hoạt tính dẫn đến mất tác dụng của bộ xử lý khí xả

Việc sử dụng Bộ xúc tác 3 thành phần đã làm tăng trở lực trên đường thải, tăng tổn hao công suất do giảm khả năng thải tự nhiên của sản phẩm cháy ở giai đoạn mở sớm của xu-páp xả và thải cưỡng bức trong kỳ xả của động cơ đốt trong một xylanh

1.3 Tổng quan về bộ chế hòa khí

Giống như một số bộ phận của động cơ đốt trong một xylanh, thiết bị trộn nhiên liệu và không khí (bộ chế hòa khí) ra đời từ nghiên cứu được hoàn thành trong vài thế kỷ trước Vào những năm 1730, Daniel Bernoulli, một nhà toán học và vật lý học người Thụy Sĩ đã phát hiện ra rằng áp suất không khí giảm khi vận tốc tăng Điều này buộc không khí phải được di chuyển qua một phần hạn chế của ống; không khí tăng thì áp suất giảm Nó được phát hiện vào khoảng năm 1797 bởi một nhà vật lý người Ý tên là Giovanni Venturi

“Nếu áp suất giảm, vận tốc tăng, nếu vận tốc giảm thì áp suất tăng”

Bộ chế hòa khí hay chế hòa khí là một dụng cụ để trộn không khí với nhiên liệu theo một tỷ lệ thích hợp và cung cấp hỗn hợp này vào bồng cháy động cơ xăng Bộ chế hòa khí hoạt động theo nguyên tắc hoàn toàn cơ học Yêu cầu của bộ chế hòa khí: Cung cấp hỗn hợp đảm bảo lượng và thành phần phù hợp với từng chế độ làm việc động cơ; trong mọi điều kiện môi trường và áp suất, nhiệt độ môi trường khác nhau phải khởi động dễ dàng; dễ điều chỉnh theo trạng thái kỹ thuật và điều kiện sử dụng động cơ Cấu tạo đơn giản, chắc chắn, sử dụng, bảo dưỡng và sửa chữa dễ dàng

Phân loại bộ chế hòa khí: Chế hòa khí không có buồng phao: Loại hút, loại phun dùng cho động cơ làm việc ở các vị trí khác nhau; chế hòa khí có buồng phao: Hiện nay được sử dụng phổ biến, chủ yếu là loại hút xăng

Nguyên lý hoạt động của bộ chế hoà khí

Khi động cơ xe máy hoạt động thì lúc này bướm khí và bướm ga cùng lúc được mở ra Khi đó, không khí sẽ được hút vào bên trong từ phía bên trên

và đi qua họng khuếch tán Do họng khuếch tán đã bị thắt giữa nên diện tích lưu thông không khí bị thu hẹp đi và giúp ngăn chặn tốc độ của dòng khí Nhờ vậy mà áp suất bị giảm xuống và tạo được độ chân không, giúp cho bình xăng con hút nhiên liệu thông qua đường xăng chính từ buồng phao dễ dàng và lúc này chúng sẽ phun nhiên liệu ra dưới dạng tia dòng Lúc này, nhiệt độ bên trong cũng cao hơn do đó khiến cho xăng bị phun theo dòng và được hòa trộn với luồng không khí cùng với các cơ chế bay hơi và tạo thành hỗn hợp khí cháy

Cấu tạo bộ chế hòa khí gồm các hệ thống phun chính và các hệ thống phụ như hệ thống làm đậm (còn được gọi là hệ thống tiết kiệm), hệ thống không tải, hệ thống khởi động, hệ thống tăng tốc, cơ cấu hạn chế số vòng quay động cơ, cơ cấu hiệu chỉnh bộ chế hòa khí theo độ cao,…

Đường đặc tính của bộ chế hòa khí

Đường đặc tính bộ chế hòa khí là quan hệ của hệ số dư lượng không khí λ với một trong những thông số đặc trưng cho hỗn hợp nạp vào động cơ (lưu lượng không khí nạp Gk, độ mở bướm ga - % tải, công suất có ích động

cơ ne,…)

Đường đặc tính lý tưởng của bộ chế hòa khí là hàm số thể hiện mối quan hệ giữa hệ số dư lượng không khí λ tối ưu với độ mở bướm ga (Gk)

𝜆𝑡ố𝑖 ư𝑢 = 𝑓 (𝐺𝑘) (1.6) Phương pháp xây dựng đường đặc tính lý tưởng của bộ chế hòa khí đã được nêu trong cuốn “Hệ thống nhiên liệu và tự động điều chỉnh tốc độ động cơ đốt trong” của tác giả Nguyễn Tất Tiến và Vũ Thị Lạt, với mỗi tốc độ động cơ ta có được một đường đặc tính lý tưởng bộ chế hòa khí theo độ mở bướm ga (Gk - % tải) có dạng như trong hình 1.14 Theo đó:

Khi ở chế độ không tải hay tải rất nhỏ (giai đoạn a-b) hòa khí đi vào trong xy lanh động cơ rất đậm (λ=0,4-0,8) do lượng khí sót trong động cơ lớn

và nhiệt độ động cơ thấp

Khi ở tải nhỏ và trung bình (giai đoạn b-c) động cơ cần làm việc có kinh

tế nhất ( tức ge nhỏ), đồng nghĩa với việc khi đó hòa khí phun vào trong xy lanh động cơ có xu hướng nhạt dận (λ tăng dần)

Khi ở tải lớn đến toàn tải (giai đoạn c-d) động cơ yêu cầu phát ra công suất lớn, lượng nhiên liệu cần cấp thêm nhiều hơn, đồng ngĩa với việc khi đó hòa khí phun vào trong xy lanh động cơ có xu hướng đậm dần (λ giảm dần) [6]

Hình 1 14 Đường đặc tính lý tưởng của bộ chế hòa khí theo độ mở bướm ga (%tải)

Kết luận: Trên thực tế để có được đường đặc tính sát với đường đặc tính

lý tưởng, bộ chế hòa khí cần phải có thêm các hệ thống phụ với các chức năng

khác nhau ngoài hệ thống phun chính như hệ thống không tải, hệ thống tăng tốc, hệ thống làm đậm,…

1.3.1 Bộ chế hòa khí xe Zip

Hình 1 15 Bộ chế hòa khí xe Zip

Trong bộ chế hòa khí của xe Zip gồm 3 hệ thống bao gồm: Hệ thống chính, hệ thống tăng tốc, hệ thống không tải Sau đây chúng ta sẽ xem xét cấu tạo và nguyên lý làm việc của các hệ thống này

1.3.2 Hệ thống chính

Hệ thống chính có tác dụng cung cấp nhiên liệu chính cho động cơ ở vùng làm việc phổ biến, theo đặc tính lý tưởng, hệ thống chính sẽ cung cấp hỗn hợp nhạt dần khi tải động cơ tăng dần

Hình 1 16 Sơ đồ nguyên lý và đặc tính làm việc hệ thống chính bộ chế hòa khí động cơ xe

độ chân không ở khoang dưới màng cao su 6, đẩy màng cao su 6 làm nhấc kim 3 đi lên, lượng nhiên liệu qua giclơ 2 tăng lên, làm hòa khí được đậm hơn

Lò xo: Có chức năng tạo lực đối trọng với lực nâng của da bơm Khi 2 lực này cân bằng thì cục ga sẽ đứng yên một chỗ tương ứng với việc ta giữ ga

ở một mức cố định nào đó Khi nhả ga ra, lò xo này sẽ đẩy cục ga đi xuống thu hẹp họng gió

1.3.3 Hệ thống tăng tốc

Có tác dụng cấp thêm nhiên liệu, làm đậm hòa khí đi vào xy lanh động

cơ, nhằm để giúp động cơ tăng tốc tốt Hệ thống tăng tốc trên bộ chế hòa khí

xe Zip (hình 1.17) là hệ thống tăng tốc dẫn động cơ khí

Hình 1 17 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tăng tốc

1 Bướm ga 2 Đòn dẫn động

3 Van bi 4 Piston

5 Xylanh 6 Lò xo

7 Vòi phun 8 Van rơi

Khi cần thiết phải tăng nhanh tốc độ hay tải trọng động cơ phải mở đột ngột bướm ga Khi ấy, lượng không khí vào động cơ tăng nhanh nhưng lượng nhiên liệu không tăng kịp do quán tính của xăng lớn hơn nhiều so với quán tính của không khí nên hỗn hợp nhạt đi đột ngột có thể làm chết máy Để khắc phục hiện tượng này, trên bộ chế hoà khí bố trí hệ thống tăng tốc (hình 1.17) Khi bướm ga mở đột ngột, qua hệ thống đòn dẫn động 2 và lò xo 6 đẩy piston 4 đi xuống Áp suất bên dưới piston 4 tăng lên đột ngột nên van 3 đóng lại, nhiên liệu không trở lại buồng phao mà nâng van 8 lên rồi phun vào họng khuyếch tán qua vòi phun 7, bổ sung cưỡng bức một lượng nhiên liệu cho quá trình tăng tốc động cơ

Khi tăng tải từ từ, bướm ga mở chậm, nhiên liệu lọt qua van bi 3 trở lại bưồng phao, quá trình bơm tăng tốc không xảy ra Khi đóng bướm ga, piston

4 đi lên, nhiên liệu qua van bi 3 nạp vào không gian bên dưới piston 4

Trong quá trình mở đột ngột bướm ga, lò xo 6 bị nén lại Khi quá trình này kết thúc, lò xo sẽ giãn ra từ từ có tác dụng kéo dài quá trình phun nhiên liệu một thời gian nữa Do đó có thể tránh được hiện tượng động cơ rồ máy lên đột ngột rồi chết máy do hỗn hợp lại nhạt đi đột ngột vì hệ thống chính chưa kịp cung cấp nhiên liệu theo yêu cầu của động cơ

1.3.4 Hệ thống không tải

Cung cấp thêm hòa khí cho động cơ làm việc ổn định ở chế độ không tải và tải thấp Khi động cơ chạy không tải, bướm ga đóng gần kín, lưu lượng không khí qua họng khuyếch tán nhỏ khiến cho độ chân không tại đây nhỏ nên khả năng hút xăng ra cũng như xé tơi và hoà trộn xăng với không khí kém Do đó hệ thống chính không có khả năng cung cấp hỗn hợp cho động cơ chạy không tải Trong khi đó, độ chân không sau bướm ga lớn nên được tận dụng để hút xăng ra họng khuyếch tán và tạo thành hỗn hợp cho động cơ chạy không tải

Khi động cơ chạy không tải, bướm ga và quả ga đóng gần kín, lưu lượng không khí qua họng khuyếch tán nhỏ khiến cho độ chân không tại đây lớn, truyền qua vòi phun 7 và đường ống, hút không khí qua giclơ 6 và xăng qua giclơ 5 để tạo hỗn hợp sơ bộ rồi được phun vào họng khuếch tán qua vòi phun 7 Lượng không khí hút vào được điều chỉnh bởi van không tải điều khiển bằng điện 3

Hình 1 18 Sơ đồ nguyên lý làm việc hệ thống không tải

1 Bướm ga 2 Quả ga

3 Van không tải 4 Buồng phao

5,6 Giclơ 7 Vòi phun

1.4 Tổng quan về khí thải động cơ đốt trong một xylanh

Khí thải động cơ chứa những chất độc như CO, NOx, HC,… không những có hại cho môi trường mà còn có hại đến sức khỏe con người Ngoài những chất khí độc này, thì đối với động cơ diesel còn có những hạt cacbon siêu mịn, có thể thẩm thấu sâu vào trong phổi nếu như chúng ta hít vào

Như chúng ta đã biết thì khi đốt cháy xăng và diesel thì sẽ sinh ra CO2 và

H2O nhưng trong thực tế ngoài 2 chất này còn có HC, NOx nguyên nhân là do xăng hoặc diesel không cháy hết, trong khí nạp còn có Nitơ nên sẽ tạo ra NOx,

do nhiệt độ buồng đốt quá cao

1.4.1 Sản phẩm cháy

Quá trình cháy trong động cơ đốt trong là quá trình oxi hoá nhiên liệu, giải phóng nhiệt năng diễn ra trong buồng cháy động cơ theo những cơ chế hết sức phức tạp và chịu ảnh hưởng của nhiều thông số Trong quá trình cháy sinh ra các hợp chất trung gian rất phức tạp Vấn đề này được nghiên cứu tỷ

mỷ trong các công trình nghiên cứu về lý thuyết động học phản ứng Sản phẩm cuối cùng trong khí thải, gọi là sản phẩm cháy, bao gồm các chất sau:

CO2, H2O, H2, CO, O2 (dư), C-H-O (andehit), CmHn (nhiên liệu không cháy hết), NOx, các chất thải dạng hạt (Particulate Matter viết tắt là P-M), các hợp chất chứa chì (đối với động cơ xăng pha chì), các hợp chất chứa lưu huỳnh (đối với động cơ Diesel) Trong số này chỉ có một số thành phần có tính độc hại đối với môi trường và sức khoẻ con người nên được gọi là thành phần độc hại

1.4.2 Các thành phần độc hại chính và ảnh hưởng của chúng

Khí CO

Oxytcacbon hay còn gọi là monoxitcacbon là sản phẩm cháy của các bon trong nhiên liệu ở điều kiện thiếu oxi Monoxitcacbon ở dạng khí không màu, không mùi

Trong quá trình đốt cháy do oxi không đủ sẽ tạo ra muội than-một dạng cacbon vô định, chính cacbon này tác dụng với O2 thiếu tạo ra CO:

Khi một người hít phải khí CO vào phổi, khí CO sẽ vào máu kết hợp với sắc tố hồng cầu (hemoglobin), tạo ra chất carboxyhemoglobin (HbCO), đẩy dưỡng khí là khí oxi ra khỏi hồng cầu Do khí CO có ái lực mạnh gấp 200 lần

so với O2 trong sắc tố hồng cầu, nên khí O2 bị loại hết ra ngoài, dẫn tới cơ thể

bị thiếu O2 gây chết ngạt rất nhanh

Monoxitcacbon rất độc, chỉ với một lượng nhỏ trong không khí có thể gây tử vong Hàm lượng cực đại cho phép [CO] = 33mg/m3

Khí HC

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 xupap Hỗn hợp không 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

khí-Các loại động cơ xăng dầu sẽ sản sinh ra lượng khí hydrocarbons lớn hơn so với các loại động cơ diesel tương đương

HC có rất nhiều loại, mỗi loại có ảnh hưởng (mức độ độc hại) khác nhau nên không thể đánh giá chung một cách trực tiếp

Ví dụ: Paraphin và naphtanin có thể coi là vô hại Trái lại, các loại cacbuahydro thơm thường rất độc

Theo các nghiên cứu y khoa, trong HC có chứa benzen (3 hoặc 4 nhân), benzen được phát hiện gây cản trở quá trình sản xuất máu và gây ra bệnh thiếu máu Ngoài ra, benzen còn được coi là một trong những nguyên nhân gây ung thư và còn có thể gây ra bệnh bạch cầu

Để đơn giản khi đưa ra các tiêu chuẩn về môi trường, người ta chỉ đưa ra thành phần cacbuahydro tổng cộng trong khí thải Cacbuahydro tồn tại trong khí quyển còn gây ra sương mù, gây tác hại cho mắt và niêm mạc đường hô hấp

Một số loại khí trong hỗn hợp hydrocarbons còn có thể kết hợp với khí

NOx để tạo ra khí ozone, gây ra các bệnh về đường hô hấp, phổi…

Khí NO x

NOx được sinh ra do nitơ và oxi 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 oxi 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 O2

N2 + O2 → NOx (NO2, N2, N2O,…) (1.8) Hỗn hợp khí NOx có tác hại xấu đến sức khỏe con người, đặc biệt là những người có tiền sử về bệnh hô hấp Ngoài ra, hỗn hợp khí NOx cũng kết hợp với một số chất khác trong không khí tạo ra khí ozone và các loại tạp chất dạng hạt Khí NOx cũng được biết đến với nguyên nhân gây ra mưa axit gây hại cho cây cối và đất đai

Một số thành phần độc hại khác trong khí thải động cơ

NO2: Pe-oxynitơ là một khí có mùi gắt và màu nâu đỏ Với một hàm lượng nhỏ cũng có thể gây tác hại cho phổi, niêm mạc Khi tác dụng với hơi nước sẽ tạo thành axit gây ăn mòn các chi tiết máy và đồ vật Hàm lượng cực đại cho phép [NO2] = 9mg/m3

NO:Là thành phần chủ yếu của NOx trong khí thải NO là một khí không mùi, gây tác hại cho hoạt động của phổi, gây tổn thương niêm mạc Trong khí quyển, NO không ổn định nên bị oxi hoá tiếp thành NO2 và kết hợp với nước tạo thành axit nitoric Hàm lượng cực đại cho phép [NO] = 9mg/m3

Andehit: Có nhiều dạng khác nhau nhưng có chung một công thức tổng quát là C-H-O Khi ở dạng khí andehit có mùi gắt và có tác dụng gây tê Một

số loại có thể gây ung thư Đối với foocmoldehit, hàm lượng cực đại cho phép

P-M: Hạt trong khí thải ở dạng rắn và lỏng (trừ nước) ở nhiệt độ nhỏ hơn

52oC Các hạt rắn chủ yếu là muội than hay còn gọi là bồ hóng sinh ra do phân huỷ nhiên liệu và dầu bôi trơn Muội than gây độc hại với con người trước hết đối với đường hô hấp Ngoài ra một số loại HC thơm bám vào muội than có thể gây ung thư Đối với môi trường P-M còn là tác nhân gây sương

mù, ảnh hưởng đến giao thông và sinh hoạt của con người

CO2: Là sản phẩm cháy hoàn toàn của cacbon với oxi Tuy CO2 không độc đối với sức khoẻ con người nhưng nồng độ quá lớn sẽ gây ngạt, hàm lượng cực đại cho phép [CO2] = 9000mg/m3 Ngoài ra, CO2 là thủ phạm chính gây hiệu ứng nhà kính