Nghiên cứu tác động của bộ biến đổi xúc tác đến hàm lượng các chất độc hại trong khí thải động cơ diesel

Sự tồn tại HC trong khí thải động cơ xăng có thể do các nguyên nhân sau đây:  Nhiên liệu cháy không hoàn toàn - Hiện tượng cháy không hoàn toàn diễn ra khi lượng oxy có trong buồng đố

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 1-1 Các nguồn ô nhiễm không khí ……… 16

Bảng 1-2 Lượng chất thải gây ô nhiễm từ các nguồn thải chính của Việt Nam năm 2005……… 16

Bảng 1-3 Tỷ lệ phát thải nhà kính (CO2) trên đầu người (tấn/người)…… 16

Bảng 1-4 Lộ trình áp dụng tiêu chuẩn khí thải đối với phương tiện giao thông cơ giới đường bộ……… 19

Bảng1-5 Giới hạn tối đa cho phép của thành phần ô nhiễm trong khí xả của các phương tiện vận tải (TCVN 6438-2001……… 19

Bảng 1-6 Tthống kê phương tiện kiểm định của Trung tâm Đăng Kiểm Xe Cơ Giới Khánh Hòa về % không đạt khí thải (từ tháng 01– 12/2010) 20 Bảng 2-1 Thành phần độc hại chính trong khí thải động cơ xăng và diesel 47 Bảng 2-2 Thành phần chất độc hại chính trong khí thải động cơ xăng và diesel ở các chế độ không tải và toàn tải……… 47

Bảng 4-1 Thông số kỹ thuật cơ bản của động cơ YANMAR 6T95L-GB 79

Bảng 4-2 Thông số kỹ thuật cơ bản của máy phát điện……… 80

Bảng 4-3 Đặc điểm kỹ thuật của bộ biến đổi xúc tác MD90……… 81

Bảng 4-4 Kết quả thực nghiệm khi không tải……… 89

Bảng 4-5 Kết quả thực nghiệm khi có tải……… 91

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

H 1-1 Phổ bức xạ từ mặt trời (a) và mặt đất (b)……… 14

H 1-2 Hiệu ứng nhà kính……… 14

H 1-3 Tỉ lệ % của các chất khí gây hiệu ứng nhà kính……… 14

H 1-4 Hoạt động giao thông ở Hà Nội vào giờ cao điểm……… 17

H 1-5 Biểu đồ thống kê phương tiện giao thông vận tải đường bộ ở Việt Nam tính đến tháng 12/2010……… 17

H 1-6 Tỷ lệ phát thải chất gây ô nhiễm do các phương tiện cơ giới đường bộ của Việt Nam……… 17

H 1-7 Tỷ lệ phát thải chất gây ô nhiễm do các phương tiện cơ giới đường bộ ở Thành phố Hà Nội……… 18

H 1-8 Mức độ ứng dụng tiêu chuẩn Euro ở các nước trên thế giới………… 20

H 1-9 Hiện tượng băng tan……… 22

H 1-10 Hiện tượng lũ lụt ……… 22

H 2-1 Biến thiên tỷ lệ NO2/NO theo tải và tốc độ quay của động cơ diesel… 24 H 2-2 Đặc điểm biến thiên của  theo tải (Gk)và tốc độ quay (n) của động cơ xăng……… 26

H 2-3 Những khu vực xuất hiện hiện tượng tôi màng lửa……… 26

H 2-4 Đặc điểm phân bố thành phần hỗn hợp cháy trong tia nhiên liệu ở động cơ diesel……… 27

H 2-5: Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí () đến nồng độ monoxide carbon……… 29

H 2-6 Quá trình tạo bồ hóng trong động cơ diesel……… 32

H 2-7 Cấu trúc chuỗi bồ hóng và dạng những hạt sơ cấp……… 32

H 2-8 Cấu trúc tinh thể graphit và mô hình cấu trúc hạt sơ cấp……… 32

H 2-9 Ảnh hưởng của số cetane đến hàm lượng CO và HC trong khí thải của động cơ diesel……… 37

H 2-10 Ảnh hưởng của  đến hàm lượng các chất CO, NOx,và HC trong

khí thải của động cơ xăng……… 40

H 2-11 Ảnh hưởng của góc phun sớm tới mức độ phát sinh ô nhiễm…… 42

H 2-12 Ảnh hưởng của góc phun sớm đến mức độ phát sinh CnHm và NOx 42 H 2-13 Cơ cấu phối khí cho phép điều chỉnh pha phối khí ……… 50

H 2-14 Đặc điểm cấu tạo buồng đốt trước ở động cơ xăng……… 51

H 2-15 Sơ đồ hệ thống thông gió cacte kín……… 53

H 2-16 Hệ thống thu hồi hơi xăng……… 53

H 2-17 Bộ lọc khí xả……… 55

H 2-18 Lõi lọc……… 55

H 2-19 Lõi lọc bằng kim loại xốp……… 57

H 3-1 Vị trí lắp đặt bộ biến đổi xúc tác……… 59

H 3-2 Cấu tạo một bộ biến đổi xúc tác……… 60

H 3-3 Các dạng cấu tạo bên trong khối xúc tác……… 60

H 3-4 Cấu tạo chi tiết của lõi bộ xúc tác……… 60

H 3-5 Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí đến hiệu quả của BĐXT đa chức năng……… 62

H 3-6 Các bộ biến đổi xúc tác……… 65

H 3-7 Sơ đồ cấu tạo DOC……… 66

H 3-8 Bộ lọc khí thải SMF……… 66

H 3-9 Lõi lọc SMF……… 66

H 3-10 Hệ thống SMF hãng HJS 68

H 3-11 Bộ xúc tác trước và Bộ lọc 69

H 3-12 Bộ xúc tác sau……… 69

H 3-13 Hệ thống xử lý khí thải đa chức năng của Mitsubishi 69

H 3-14 Gia tăng nhiệt độ khởi động của bộ xúc tác theo thời gian 70

H 3-15 Hoạt động của chất xúc tác phụ thuộc nhiệt độ 71

H.3-16 Nhiệt độ khởi động BĐXT đối với các chất hữu cơ khác nhau 71

H 3-17 Ảnh hưởng của chì đến hiệu quả của BĐXT 72

H.3-18 Ảnh hưởng của hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu đến sự phát sinh hạt rắn theo nhiệt độ khí thải 73 H.3-19 Ảnh hưởng của hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu đến nhiệt độ

khởi động của bộ xúc tác 73

H 3-20 Sơ đồ hệ thống đốt phụ 75

H 3-21 Hiệu quả tái sinh xúc tác bồ hóng của một số loại oxit 76

H 3-22 Sơ đồ hệ thống tái sinh lọc bằng cách phun ngược không khí 77

H 4-1 Tổ hợp Động cơ 6T95L-GB - Máy phát điện 80

H 4-2 Bộ biến đổi xúc tác MD90 82

H 4-3 Thiết bị đo độ đục khí thải MDO 2 82

H 4-4 Thiết bị MGT5 đo hàm lượng HC và CO 83

H 4-5 Thiết bị LANO đo hàm lượng NOx 84

H 4-6 Vị trí đặt các cảm biến và đầu lấy mẫu khí thải 85

H 4-7 Thiết bị thực nghiệm khi động cơ chạy ở chế độ có tải 86

H.4-8 Sơ đồ hệ thống kiểm định khí thải động cơ 86

H 4-9 Ảnh hưởng của tốc độ quay và catalyst đến độ đục của khí thải ở chế độ không tải 89

H 4-10 Ảnh hưởng của tốc độ quay và catalyst đến hàm lượng HC ở chế độ không tải 90

H 4-11 Ảnh hưởng của tốc độ quay và catalyst đến hàm lượng CO ở chế độ không tải 90

H 4-12 Ảnh hưởng của tốc độ quay và catalyst đến hàm lượng NOx ở chế độ không tải 91

H 4-13 Ảnh hưởng của tải và catalyst đến độ đục khí thải 92

H 4-14 Ảnh hưởng của tải và catalyst đến hàm lượng HC ……… 92

H 4-15 Ảnh hưởng của tải và catalyst đến hàm lượng CO 93

H 4-16 Ảnh hưởng của tải và catalyst đến hàm lượng NOx 93

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BĐXT - Bộ biến đổi xúc tác (Catalytic Converter)

ĐCĐT - Động cơ đốt trong

EGR - Luân hồi khí khải (Exhaust Gas Recirculation)

ECU - Bộ điều khiển trung tâm

H - Hình

HAP - Hydrocarbon thơm đa vòng

PVR - Áp suất hơi bão hòa

PM - Chất thải dạng hạt (Particle Matter)

SOF - Hợp chất hữu cơ

VOC - Chất hữu cơ dễ bay hơi

VVT-i - Hệ thống phân phối khí thông minh

 - Hệ số dư lượng không khí

LỜI NÓI ĐẦU

Môi trường hiện nay đã trở thành vấn đề cấp bách, không chỉ của một nước mà của toàn thế giới, không chỉ riêng cho các nhà khoa học về môi trường mà của tất cả mọi người Thế nhưng không phải tất cả đã nhận thức được đúng về môi trường

Môi trường sống – cái nôi của nhân loại đang ngày càng bị ô nhiễm trầm trọng

do con người Cùng với sự phát triển của xã hội, sự hủy hoại môi trường đang là mối quan tâm không chỉ riêng của quốc gia nào Bảo vệ môi trường là nghĩa vụ của cộng đồng toàn cầu và của Việt Nam nói riêng Chỉ thị số 36/CT-TW ngày 25/06/1998 của

Bộ Chính trị Đảng Cộng Sản Việt Nam đã thể hiện đường lối chỉ đạo đúng đắn đối với công tác bảo vệ và giữ gìn môi trường sống ở nước ta Hiện trạng môi trường không khí ở nước ta, đặc biệt tại các khu công nghiệp và đô thị lớn như thành phố Hồ Chí Minh, Hà Nội, Hải Phòng, Đồng Nai, v.v đang là mối lo ngại cho các cơ quan quản lý nhà nước về mặt môi trường cũng như toàn thể dân cư trong khu vực

Việc xây dựng đất nước trên cơ sở công nghiệp hóa, hiện đại hóa cùng với mức

độ gia tăng đáng kể các khu vực đô thị, khu dân cư không có quy hoạch đồng bộ, tổng thể và thiếu hợp lý lại càng gây phức tạp thêm cho công tác quản lý và khống chế ô nhiễm từ các nguồn thải Các phương tiện giao thông công cộng ít hoặc không thuận tiện cho việc đi lại của nhân dân cùng với hiện trạng quy hoạch về mạng lưới các tuyến đường không đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của cuộc sống đã góp phần rất lớn gây ô nhiễm môi trường không khí ở các khu đô thị lớn như thành phố lớn

Trong quá trình phát triển, nhất là trong thập kỷ vừa qua, vấn đề môi trường ngày càng nghiêm trọng do các hoạt động sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải và sinh hoạt đã gây ra với mức độ và hàm lượng khác nhau Trong đó nguồn phát thải các chất ô nhiễm từ động cơ đốt trong của hoạt động giao thông vận tải cũng là nguồn ô nhiễm đáng kể

Nhằm mục đích củng cố và mở rộng kiến thức chuyên môn, đồng thời bước đầu nghiên cứu giải quyết một vấn đề kỹ thuật thực tế trong lĩnh vực công tác của

mình, tôi chọn đề tài luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu tác động của bộ biến đổi xúc

tác đến hàm lượng các chất độc hại trong khí thải động cơ diesel ”

Luận văn được bố cục thành 4 chương:

Chương 1: Tổng quan về ô nhiễm không khí do khí thải của động cơ đốt trong Chương 2: Giải pháp giảm độ độc hại của khí thải động cơ đốt trong

Chương 3: Bộ biến đổi xúc tác xử lý khí thải của động cơ đốt trong

Chương 4: Thí nghiệm ảnh hưởng của biến đổi xúc tác đến độ độc hại của khí thải động cơ diesel 6T95L-GB

Mặc dù đã rất cố gắng tìm hiểu và nghiên cứu vấn đề, tuy nhiên đây là lần đầu độc lập thực hiện một công trình mang tính tổng hợp và nghiên cứu khoa học, với kiến thức bản thân còn hạn chế, tài liệu tham khảo chưa đầy đủ nên khó tránh khỏi những sai sót Rất mong được quý Thầy, Cô giáo và đồng nghiệp góp ý chân thành để luận văn được hoàn thiện hơn

Nhân dịp này, cho phép em được bày tỏ lời cảm ơn chân thành đối với PGS.TS Nguyễn Văn Nhận, quí Thầy trong khoa Kỹ thuật tàu thủy, trong bộ môn Kỹ thuật ôtô, cùng các bạn và gia đình đã động viên và hỗ trợ tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này

Cao Tấn Lợi

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

DO KHÍ THẢI CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

1.1 MỘT SỐ ĐỊNH NGHĨA LIÊN QUAN

VẤN ĐỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG [1], [2]

1) Môi trường

Môi trường là các yếu tố vật chất tự nhiên và nhân tạo, lý học, hóa học, sinh

học cùng tồn tại trong một không gian bao quanh con người Các yếu tố đó có quan hệ mật thiết, tương tác lẫn nhau và tác động lên các cá thể sinh vật hay con người để cùng tồn tại và phát triển Tổng hòa của các chiều hướng phát triển của từng nhân tố này quyết định chiều hướng phát triển của cá thể sinh vật của hệ sinh thái và xã hội con người

Môi trường là nơi sống của sinh vật, môi trường cho phép các sinh vật sinh trưởng và phát triển Nơi sống của sinh vật có thể là một vùng đất hay một khoảng không gian, trong đó có các sinh vật khác sống xung quanh Chẳng hạn động vật có khả năng di chuyển nên nơi sống của nó có thể là một vùng đất rộng lớn, còn nơi sống của thực vật thường nhỏ hẹp Sinh vật sống ở môi trường nào sẽ có những đặc điểm thích nghi với môi trường ấy

Đối với con người, khái niệm môi trường còn chứa nội hàm rộng hơn Theo định nghĩa của Unesco: môi trường bao gồm toàn bộ các hệ thống tự nhiên và các hệ thống

do con người tạo ra (những cái hữu hình như đô thị, hồ chứa, v.v và những cái vô hình như tập quán, nghệ thuật, v.v.), trong đó con người sống bằng lao động của mình, họ khai thác các tài nguyên thiên nhiên và nhân tạo nhằm thỏa mãn những nhu cầu của mình Như vậy, môi trường sống với con người không chỉ là nơi tồn tại, sinh trưởng và phát triển cho một thực thể sinh vật là con người mà còn là “khung cảnh của cuộc sống, của lao động và sự nghỉ ngơi của con người”

Trong luật môi trường được Quốc hội khóa IX thông qua tại kỳ họp thứ 4 thì

“Môi trường bao gồm các yếu tố tự nhiên và yếu tố vật chất nhân tạo quan hệ mật thiết với nhau bao quanh con người, có ảnh hưởng tới đời sống sản xuất, sự tồn tại, phát triển của con người và thiên nhiên”

2) Ô nhiễm môi trường

Theo luật bảo vệ môi trường Việt Nam, khái niệm ô nhiễm môi trường được

định nghĩa như sau: “Ô nhiễm môi trường là sự làm thay đổi tính chất của môi trường,

vi phạm tiêu chuẩn môi trường”

Ô nhiễm môi trường làm thay đổi trực tiếp hoặc gián tiếp các thành phần và đặc tính vật lý học, hóa học, sinh học, sinh hóa, chất hòa tan, chất phóng xạ, v.v ở trong bất kỳ thành phần nào của môi trường hay toàn bộ môi trường vượt quá mức cho phép

đã được xác định Sự gia tăng các chất lạ vào môi trường, sự thay đổi các yếu tố môi trường gây tổn hại hoặc có tiềm năng gây tổn hại đến sức khỏe, sự an toàn hay sự phát triển của con người và sinh vật trong môi trường đó

3) Nhiễm bẩn

Một môi trường có thể bị nhiễm bẩn rồi sau đó bị ô nhiễm, nhưng cũng có thể

một môi trường bị nhiễm bẩn nhưng chưa phải là ô nhiễm Khái niệm ô nhiễm bao hàm cả nhiễm bẩn nhưng nhiễm bẩn chưa phải là ô nhiễm Ví dụ: ở vùng than bùn thuộc địa phận xã Biên Mạch, U Minh Thượng, có thời kỳ nước bị nhiễm bẩn than nên

có màu đen, người dân vẫn dùng nước này để nấu ăn và tắm giặt, con người không bị ngộ độc và cây cối vẫn tươi tốt Như vậy, môi trường nước ở đây bị nhiễm bẩn nhưng chưa bị ô nhiễm

4) Chất ô nhiễm

Chất ô nhiễm là những chất có tác dụng biến môi trường đang trong lành trở

nên độc hại hoặc sẽ trở lên độc hại Chất ô nhiễm có thể là chất rắn (rác, chất thải rắn, v.v.), chất lỏng (dung dịch hóa học, chất thải của công nghiệp dệt nhuộm, rượu, chế biến thực phẩm, v.v.) hoặc chất khí (SO2 trong khói núi lửa, NO2 trong khí thải động

cơ đốt trong, CO trong khói lò gạch, v.v.)

5) Chất độc hại

Một chất ô nhiễm có mặt trong môi trường đến một hàm lượng nào đó thì trở nên độc hại Chất độc hại trong môi trường có thể phân loại thành 2 nhóm: chất độc hại bản chất và chất độc hại không bản chất

Chất độc hại bản chất, còn gọi là chất độc hại tự nhiên, là những chất có thể

gây độc cho cơ thể sinh vật ở bất cứ đâu và với hầu hết sinh vật với một lượng rất nhỏ,

ví dụ : H2S, Na2CO3, Pb, Hg, Cd, Be, St

Chất độc hại không bản chất, còn gọi là chất độc hại theo liều lượng, là những

chất không độc hại ở nồng độ thấp trong điều kiện bình thường, thậm chí còn là dinh dưỡng cần thiết cho sinh vật, nhưng sẽ trở nên độc hại khi nồng độ vượt quá giới hạn

an toàn Ví dụ, trong môi trường đất, NH4+ là chất dinh dưỡng của thực vật và vi sinh vật khi ở nồng độ thấp, những sẽ trở nên độc hại khi nồng độ vượt quá 1/500 về trọng lượng; Fe là nguyên tố cần cho thực vật và động vật nhưng khi Fe2+ trong dung dịch vượt quá 500 ppm sẽ làm lúa chết, Fe trong nước uống vượt quá 0,3 ppm sẽ có hại cho sức khỏe con người

6) Ô nhiễm không khí

Ô nhiễm không khí là sự có mặt của chất lạ hoặc một sự biến đổi quan trọng

trong thành phần không khí, làm cho không khí không sạch hoặc có mùi khó chịu, giảm tầm nhìn xa Có rất nhiều nguồn gây ô nhiễm không khí và có thể chia ra thành nguồn tự nhiên và nguồn nhân tạo

Nguồn tự nhiên gây ô nhiễm không khí có thể là núi lửa, cháy rừng, bão bụi, sản phẩm phân hủy sinh vật, v.v

Núi lửa phun ra nham thạch nóng và khói bụi giàu sunfua, mêtan và nhiều loại khí khác Các đám cháy rừng, đồng cỏ xảy ra bởi các hiện tượng tự nhiên như sét đánh, cọ xát giữa thực vật khô, v.v phát thải nhiều bụi và khí gây ô nhiễm không khí

Bão bụi gây nên do gió mạnh và bão, mưa bào mòn đất sa mạc, đất trồng và gió thổi tung lên thành bụi cũng là nguồn gây ô nhiễm không khí Các quá trình phân hủy xác động, thực vật tự nhiên cũng phát thải nhiều chất khí, các phản ứng hóa học giữa những khí tự nhiên hình thành các khí sunfua, nitrit, các loại muối v.v Các loại bụi, khí này đều là các nguồn gây ô nhiễm không khí

Nguồn gây ô nhiễm nhân tạo rất đa dạng, nhưng chủ yếu là do hoạt động công nghiệp, đốt nhiên liệu hóa thạch và hoạt động của các phương tiện cơ giới, trong đó ô

nhiễm không khí ở đô thị do phương tiện giao thông vận tải gây ra chiếm tỷ lệ khoảng 70% Xét các nguồn gây ra ô nhiễm không khí trên phạm vi toàn quốc, bao gồm cả khu vực đô thị và khu vực khác cho thấy, hoạt động giao thông đóng góp tới gần 85% lượng khí CO, 95% lượng các chất hữu cơ dễ bay hơi Trong khi đó, các hoạt động công nghiệp là nguồn đóng góp chính khí SO2 Đối với NO2, hoạt động giao thông và hoạt động sản xuất công nghiệp có tỷ lệ xấp xỉ nhau

1.2 TÁC HẠI CỦA KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

1.2.1 ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỨC KHỎE CON NGƯỜI

Nhiên liệu chủ yếu dùng cho các loại động cơ đốt trong (ĐCĐT) hiện nay là sản phảm dầu mỏ có thành phần bao gồm các loại hydrocarbon (CnHm), chất phụ gia

và tạp chất Quá trình cháy ở ĐCĐT là quá trình ôxy hoá nhiên liệu diễn ra theo những

cơ chế hết sức phức tạp và chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố Trong số sản phẩm cháy có nhiều chất có tác hại trực tiếp hoặc gián tiếp đến sức khỏe con người và môi trường ở những mức độ khác nhau Các chất độc hại cơ bản có trong khí thải của ĐCĐT bao gồm: oxit carbon (CO), hydrocarbon (HC), oxit nitơ (NOx), oxit lưu huỳnh (SOx), các hợp chất chứa chì (Pb), bồ hóng, v.v

1) Oxit cacbon (CO)

Oxit carbon (CO) là chất khí không màu, không mùi, không vị, được hình

thành do oxy hoá không hoàn toàn hydrocacbon trong điều kiện thiếu oxy

Khi xâm nhập cơ thể, CO kết hợp với sắt có trong sắc tố của máu để tạo thành một hợp chất có tác dụng ngăn cản quá trình hấp thụ oxy của hemoglobin trong máu Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng: nếu 20% lượng hemoglobin trong máu bị khống chế thì sẽ gây nhức đầu, chóng mặt, buồn nôn; nếu 50% lượng hemoglobin bị khống chế thì não bắt đầu bị ảnh hưởng; nếu 70% lượng hemoglobin bị khống chế thì có thể gây

tử vong Ảnh hưởng của CO sẽ mạnh lên đối với người có tiền sử về bệnh tim mạch Nếu hít quá 0,02mg/lít không khí liên tục sau 15 phút sẽ bị chết ngạt Nồng độ cho phép đối với CO ở khu vực thành thị là khoảng 2 ppm

2) Hydrocarbon (HC)

Hydrocarbon (HC) hiện diện trong khí thải do quá trình cháy không hoàn toàn

do thiếu oxy hoặc do một số hiện tượng cháy không bình thường khác Hydrocarbon

thơm (CnH2n-6) là nhóm hydrocarbon gây tác hại mạnh nhất đến sức khỏe con người

Từ lâu người ta đã phát hiện được vai trò của hydrocacbon thơm đa vòng

(Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques - HAP) trong bệnh ung thư máu khi nồng

độ của nó lớn hơn 40 ppm hoặc gây rối loạn hệ thần kinh khi nồng độ lớn hơn 1g/m3 Hydrocarbon thơm còn có thể là nguyên nhân gây ra các bệnh về gan

3) Oxit lưu huỳnh (SO x )

Lưu huỳnh (S) là một trong những tạp chất có hàm lượng đáng kể nhất trong

nhiên liệu gốc dầu mỏ, đặc biệt là trong nhiên liệu nặng dùng cho động cơ diesel tốc

độ thấp Trong quá trình cháy, lưu huỳnh được oxy hóa thành SO2, một phần SO2 bị oxy hóa tiếp thành SO3 dưới tác dụng xúc tác của oxyt sắt (Fe2O3) và một số chất khác

có trong nhiên liệu theo các phản ứng :

S + O2  SO22SO2 + O2  2SO3

SO3 là chất rất háu nước, rất dễ hoà tan vào nước mũi, dễ bị oxy hoá thành axit

và muối rồi đi theo đường hô hấp vào sâu trong phổi

SO2 là khí không màu, có mùi vị hăng cay khi có nồng độ trong không khí vượt quá 1 ppm và gây kích thích mạnh khi nồng độ của nó khoảng 3 ppm Chúng có thể đi vào đường hô hấp và hòa tan với nước mũi tạo thành axít và muối amoniac gây tổn hại cho phổi, làm giảm khả năng đề kháng của cơ thể

4) Oxit nitơ (NO x )

Oxit nitơ (NOx) là sản phẩm oxy hoá nitơ (N2) ở điều kiện nhiệt độ cao trên

1100 0C Oxit nitơ tồn tại chủ yếu dưới dạng NO và NO2, trong đó NO chiếm tỷ lệ lớn nhất NO là khí không màu, không mùi, không gây hại nhưng nó dễ biến đổi thành

NO2 trong điều kiện tự nhiên NO2 là khí có màu nâu đỏ, mùi gắt, khứu giác có thể phát hiện khi nồng độ của nó trong không khí đạt khoảng 0,12 ppm NO2 là chất khó hòa tan, do đó nó có thể theo đường hô hấp đi sâu vào phổi gây viêm và làm hư hại các tế bào của cơ quan hô hấp Hàm lượng cho phép [NO] = 9 mg/m3, [NO2] = 9 mg/m3

5) Hợp chất Chì

Chì (Pb) có mặt trong khí thải do sử dụng một số hợp chất của Chì làm phụ

gia, ví dụ: Pb(C2H5)4 hoặc (CH3)4Pb được pha vào xăng để tăng tính chống kích nổ của nhiên liệu Chì trong khí thải của động cơ tồn tại dưới dạng hạt có đường kính rất nhỏ nên rất dễ xâm nhập vào cơ thể qua da hoặc qua đường hô hấp Chì có khả năng tích tụ trong cơ thể con người và động vật Sự nhiễm độc chì dẫn đến bệnh thần kinh, thiếu máu, mù lòa, giảm trí nhớ

1.2.2 ẢNH HƯỞNG CỦA KHÍ THẢI ĐẾN MÔI TRƯỜNG

Ô nhiễm không khí do khí thải của ĐCĐT là mối đe dọa nghiêm trọng tới sức khỏe con người và môi trường như đa dạng sinh học và các hệ sinh thái Tuy nhiên ảnh hưởng tổng hợp nhất là có thể gây biến đổi khí hậu

Sự thay đổi thành phần của bầu khí quyển bao quanh trái đất ảnh hưởng đến quá trình cân bằng nhiệt của trái đất Trái đất nhận năng lượng từ mặt trời và bức xạ

vào không gian một phần nhiệt năng của nó

Bức xạ mặt trời đạt cực đại trong vùng ánh sáng thấy được với bước sóng khoảng 0,4  0,75µm, còn bức xạ cực đại từ vỏ trái đất nằm trong vùng hồng ngoại có bước sóng 7  15µm

Các chất khí khác nhau có dải hấp thụ bức xạ khác nhau Do đó, nếu thành phần và nồng độ các chất khí trong khí quyển thay đổi sẽ dẫn đến sự thay đổi sự trao đổi nhiệt giữa mặt trời, trái đất và không gian Ở đây đặc biệt chú ý đến nồng độ khí dioxit carbon (CO2), vì nó có phổ hấp thụ bức xạ cực đại ứng với bước sóng 15µm Như vậy, nó được xem như là trong suốt đối với bức xạ mặt trời nhưng là chất hấp thụ quan trọng đối với các tia bức xạ hồng ngoại từ trái đất Do đó, một phần nhiệt bức xạ

từ bề mặt trái đất sẽ được bầu khí quyển hấp thụ và sẽ phát xạ về trái đất, làm tăng nhiệt độ bầu khí quyển theo hiệu ứng nhà kính

Với tốc độ gia tăng lượng phát thải CO2 vào bầu khí quyển như hiện nay, nồng

độ CO2 trong khí quyển có khả năng tăng gấp đôi vào giữa thế kỷ XXII Khi đó sẽ có

sự thay đổi nghiêm trọng đối với sự cân bằng nhiệt trên trái đất, nhiệt độ khí quyển tăng lên 2  3oC sẽ làm tan một phần băng ở Bắc cực và Nam cực, mặt nước biển dâng cao sẽ gây ra những trận đại hồng thủy, khí hậu trên trái đất sẽ thay đổi, sự sa mạc hóa

bề mặt trái đất gia tăng

H 1-1 Phổ bức xạ từ mặt trời (a) và mặt đất (b) [2]

H 1-2 Hiệu ứng nhà kính

H 1-3 Tỉ lệ % của các chất khí gây hiệu ứng nhà kính [2]

Các khí như SO2, NOx có trong khí quyển sẽ bị oxi hoá thành axít sunfuric và axít nitric, sau đó hòa tan trong nước mưa, tuyết, sương mù, v.v rồi trở lại mặt đất với tác động hủy hoại hệ thực vật, đất đai, vật liệu và công trình xây dựng

Với nồng độ 0,33 ppm, SO2 đã gây ảnh hưởng đến sinh trưởng của rau quả Ở nồng độ cao thì trong một thời gian ngắn đã làm rụng lá cây, gây bệnh chết hại động thực vật Ở nồng độ thấp nhưng thời gian ảnh hưởng kéo dài một số ngày sẽ làm lá vàng úa và rụng

Sự gia tăng NOx đặc biệt là proloxyde nitơ (N2O) sẽ góp làm hư hỏng tầng ozon - lớp khí lọc được tia cực tím phát ra từ mặt trời Tia cực tím gây ung thư da và gây đột biến sinh học, đặc biệt là những thập niên gần đây có những đột biến sinh ra vi trùng có khả năng gây bệnh lạ Ngoài ra, NO2 còn là nguyên liệu cho các quá trình oxy hóa và phân hủy trong bầu khí quyển dưới tác dụng của bức xạ để hình thành axit và các trận mưa axít

Sự tồn tại của SOx, NOx, muội than và các chất ô nhiễm khác xâm nhập vào không khí dẫn đến hấp thụ và khuếch tán ánh sáng mặt trời, làm giảm độ trong suốt của tầng khí quyển Khi nồng độ hạt bồ hóng đạt khoảng 0,1mg/m3 thì tầm nhìn xa chỉ còn 12 km, ảnh hưởng nghiêm trọng đến an toàn giao thông Tác hại của các chất ô nhiễm không khí đối với cây xanh phụ thuộc vào nồng độ các chất ô nhiễm và thời gian tiếp xúc Trong giai đoạn đầu bị tác động, dấu hiệu cây xanh bị tổn thương chưa

rõ ràng, nhưng đã có thay đổi cấu trúc hoá học, tăng giảm hoạt tính của men, cản trở quá trình quang hợp

1.3 VẤN ĐỀ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ DO KHÍ THẢI CỦA ĐCĐT

Hiện nay, ĐCĐT cung cấp trên 80% tổng số năng lượng trên toàn thế giới và

là một trong những nguồn gây ô nhiễm không khí chủ yếu bởi khí thải của chúng Theo số liệu thống kê tính đến cuối năm 2010, trên thế giới có trên 2,5 tỷ ô tô và hàng trăm triệu động cơ tàu thuỷ Đa số tập trung ở những nơi có lượng dân cư đông đúc như thành thị, khu dân cư và những đô thị mới phát triển

Bảng 1-1 Các nguồn ô nhiễm không khí [1]

5 Đốt củi gỗ nói chung 16,8 0,4 0,3 7,1 3,4

Bảng 1-2 Lượng chất thải gây ô nhiễm

từ các nguồn thải chính của Việt Nam năm 2005 [3]

[tấn]

NO 2 [tấn]

SO 2

[tấn]

VOC [tấn]

1 Giao thông vận tải 301779 92728 18928 47462

H 1-4 Hoạt động giao thơng ở Hà Nội vào giờ cao điểm

Biểu đồ thống kê phương tiện giao thông đường bộ trên

toàn Quốc (do Cục Đăng Kiểm Việt Nam thống kê)

Xe máy

H 1-6 Tỷ lệ phát thải chất gây ơ nhiễm

do các phương tiện cơ giới đường bộ của Việt Nam [4]

H 1-7 Tỷ lệ phát thải chất gây ô nhiễm

do các phương tiện cơ giới đường bộ ở Thành phố Hà Nội [4]

Ngay từ những năm cuối của thập kỷ 50 và đầu thập kỷ 60, một số nước phát triển trên thế giới, đặc biệt là Hoa Kỳ, đã đưa ra tiêu chuẩn hạn chế mức độ độc hại trong khí thải ô tô Châu âu tiến hành việc này muộn hơn nhưng cũng bắt đầu vào những năm 70

Ở Việt Nam, vào thời điểm cuối năm 1999 cả nước có khoảng 460.000 ô tô và 5.585.000 xe máy các loại đang hoạt động và tốc độ gia tăng các loại phương tiện trên ngày một nhanh, bình quân xe máy vào những năm 90 tăng là 11,94% Hiện nay số lượng phương tiện giao thông vận tải đường bộ, đường thủy, đường sông và xe máy trên toàn Quốc do Cục Đăng Kiểm Việt Nam thống kê tháng 12/2010 như sau: 1.275 triệu ô tô đang lưu hành, 185.000 ô tô nhập khẩu và lắp ráp trong nước, 3.200 triệu xe máy sản xuất lắp ráp mới năm 2010, các loại tàu biển 1.650 chiếc và tàu sông 226.270 chiếc

Phần lớn các ô tô và xe máy ở Việt Nam hiện nay tập trung ở hai thành phố Hà Nội và TP.Hồ Chí Minh, gây ra ô nhiễm môi trường nặng nề Tại đây, nồng độ các chất độc hại tại một số nút giao thông gần khu dân cư vào giờ cao điểm đã vượt quá giới hạn cho phép [2] Nghị định 36/CP có hiệu lực ngày 01/08/1995 và một số tiêu chuẩn giới hạn độc hại kèm theo đã là cơ sở pháp lý, bắt buộc chúng ta phải quan tâm nhiều hơn đến vấn đề ô nhiễm môi trường do các phương tiện giao thông gây ra Cho đến nay, mạng lưới đăng kiểm xe cơ giới đường bộ Việt Nam phân bố khắp cả nước Dưới sự chủ trì của Cục Đăng Kiểm Việt Nam thuộc Bộ Giao Thông Vận Tải và Tổng Cục tiêu chuẩn đo lường chất lượng thuộc Bộ Khoa học và Công nghệ, hàng loạt tiêu

chuẩn về kiểm định các phương tiện cơ giới đường bộ có liên quan đến hạn chế ô nhiễm của khí thải và sẽ được ban hành Cụ thể là vào ngày 01/07/2007 Việt Nam đã

áp dụng tiêu chuẩn EURO 2 của Châu Âu để hạn chế lượng độc hại phát ra từ ôtô (theo Quyết định số 249/2005-QĐ-TTg ngày 10/10/2005 của Thủ tướng Chính phủ)

Tuy nhiên, để có thể giảm thiểu ô nhiễm do khí thải một cách toàn diện và hiệu quả nhất phải tiến hành đồng bộ hàng loạt những công việc phức tạp từ khâu nghiên cứu, thiết kế, chế tạo đến vận hành phương tiện và nghiên cứu, xây dựng và thực hiện những tiêu chuẩn cho từng đối tượng cụ thể

Bảng 1-4 Lộ trình áp dụng tiêu chuẩn khí thải đối với phương tiện giao thông cơ giới đường bộ

áp dụng

Tiêu chuẩn

1  Xe cơ giới được sản xuất, lắp ráp trong nước và nhập

khẩu mới

 Xe cơ giới được chứng nhận Chất Lượng, An toàn kỹ

thuật và Môi Trường trước 01/7/2007 nhưng chưa sản

Bảng1-5 Giới hạn tối đa cho phép của thành phần ô nhiễm trong khí xả

của các phương tiện vận tải (TCVN 6438-2001)

Phương tiện lắp động cơ xăng

Phương tiện lắp động cơ diesel

Bảng 1-6 Tthống kê phương tiện kiểm định của Trung tâm Đăng Kiểm Xe Cơ Giới Khánh Hòa về % không đạt khí thảil (từ tháng 01/2010 – 12/2010)

Phương tiện kiểm định Tháng Số lượng phương

Tỷ lệ % không đạt

Phát thải khí ô nhiễm từ hoạt động giao thông vận tải là nguồn gây ô nhiễm không khí lớn nhất ở đô thị, chủ yếu gây ra ô nhiễm các khí độc hại như CO, NOx, hơi xăng dầu, bụi chì, benzen và bồ hóng Phương tiện giao thông trang bị động cơ xăng phát thải các khí ô nhiễm CO, HC, Pb nhiều hơn hẳn so với phương tiện giao thông chạy dầu diesel Ngược lại phương tiện giao thông trang bị động cơ diesel lại phát thải chất rắn dạng hạt nhiều nhất

Khí nhà kính – trong đó khí CO2 là thành phần cơ bản cùng một số khí khác như CH4, N2O, CFC,… luôn có mặt trong khí quyển và góp phần duy trì nhiệt độ của trái đất phù hợp với cuộc sống của con người Tuy nhiên, từ sau thời kỳ cách mạng công nghiệp, do các hoạt động của con người đặc biệt là đốt nhiên liệu hóa thạch (than, dầu, gas) phục vụ công nghiệp, giao thông vận tải, nông nghiệp…lượng phát thải từ các loại khí này không ngừng tăng nhanh và tích lũy trong thời gian dài đã làm tăng khả năng tích nhiệt trong khí quyển và gây ra hiện tượng hiệu ứng nhà kính Bảng 1.1 cho thấy mức độ tăng phát thải CO2 trên đầu người tại Việt Nam, trung bình của thế giới và một số quốc gia điển hình

Tỷ lệ phát thải khí nhà kính trên đầu người của Việt Nam hiện nay là thấp so với mức trung bình của thế giới, nhưng mức độ gia tăng tỷ lệ phát thải khá cao Bên cạnh đó, với việc đô thị hóa rất nhanh, không kiểm soát được luồng di dân từ nông thôn vào thành thị, các đô thị lại nằm sát biển nên làm cho các tác hại của biến đổi khí hậu toàn cầu đối với Việt Nam ngày càng trở lên trầm trọng hơn

Nếu việc phát thải khí nhà kính của thế giới trong thời gian tới không giảm đi thì dự báo nhiệt độ trái đất sẽ tăng khoảng 2- 30C trong thế kỷ này Hậu quả là, tại một

số khu vực nguồn cung cấp nước giảm đi, băng tuyết dần biến mất do tan chảy, lụt lội

và hạn hán sẽ diễn ra thường xuyên hơn Thêm vào đó, băng tan làm mực nước biển dâng cao đe dọa các vùng duyên hải, cường độ các cơn bão sẽ tăng lên và khó dự đoán hơn.[4]

Không khí là yếu tố cơ bản của môi trường sống, thành phần không khí sạch khô được đặc trưng bởi tỉ lệ sau: 78% nitơ; 21% oxi; 0,93% argon; 0,03% khí CO2, phần còn lại là các khí trơ (Ne, He, Kr, Xe, H2…) Ngoài ra trong không khí còn có thành phần hơi nước chiếm từ 1- 4% thể tích không khí Bất kỳ chất lạ nào không đặc trưng

cho thành phần không khí sạch nêu trên với hàm lượng có thể ảnh hưởng tới sức khỏe con người và hệ sinh thái, có thể gây ô nhiễm cho bầu không khí

Các nhà khoa học đã tính toán rằng, con người cần thở 22 ngàn lần trong 1 ngày Người ta có thể nhịn ăn 1 tháng, nhịn uống 3 ngày, nhưng nhịn thở thì không quá 5 phút Lượng không khí cần thiết cho nhu cầu con người được ghi nhận như sau [7]: Nghỉ ngơi: 10600 lít/ngày hay 26,0 lbs/ngày

Lao động nhẹ: 40400 lít/ngày hay 98,5 lbs/ngày

Lao động nặng: 62000 lít/ngày hay 152,0 lbs/ngày

Không khí tương tự như nước có ý nghĩa sống còn để duy trì sự sống trên trái đất, trong đó có sự sống của con người Nhưng môi trường không khí có đặc điểm là không thể chia cắt, không có biên giới, không thể sở hữu riêng, môi trường không khí không thể trở thành hàng hóa, do đó nhiều người không thể biến giá trị vô cùng to lớn của môi trường không khí, chưa quý trọng môi trường không khí và chưa tích cực tham gia bảo vệ môi trường không khí

H 1-9 Hiện tượng băng tan

H 1-10 Hiện tượng lũ lụt

2.1.1 CƠ CHẾ HÌNH THÀNH OXIT NITƠ (NO x )

Các loại oxit nitơ (NOx) có trong khí thải của ĐCĐT được hình thành trong quá trình cháy nhiên liệu với sự hiện diện của nitơ (N2) Dầu diesel nhẹ và xăng chứa rất ít N2 nên ảnh hưởng của chúng đến hàm lượng NOx trong khí thải là không đáng kể Trong nhiên liệu nặng sử dụng cho động cơ diesel thấp tốc, hàm lượng N2khoảng vài phần nghìn khối lượng nên có thể phát sinh một lượng nhỏ NOx NOx trong khí thải của ĐCĐT chủ yếu được hình thành do quá trình oxy hóa N2 có trong không khí nạp vào động cơ Trong khí thải của ĐCĐT, monoxit nitơ (NO) chiếm tỷ lệ lớn nhất trong họ oxit nitơ (NOx)

a) Cơ chế hình thành monoxit nitơ (NO)

Phản ứng tạo NO có tốc độ thấp hơn nhiều so với phản ứng cháy hydrocarbon Tốc độ phản ứng oxy hóa N2 và lượng NO được hình thành phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ Nồng độ NO cũng phụ thuộc mạnh vào nồng độ oxy tham gia phản ứng Vì vậy trong điều kiện nhiệt độ cao và nồng độ O2 lớn thì nồng độ NO trong sản phẩm cháy cũng lớn

b) Cơ chế hình thành dioxide nitơ (NO 2 )

Dioxide nitơ (NO2) là chất khí độc hại nhất trong họ oxit nitơ (NOx) Nồng

độ NO2 có thể bỏ qua so với NO nếu tính toán theo nhiệt động học cân bằng trong điều kiện nhiệt độ bình thường của ngọn lửa Kết quả này có thể áp dụng gần đúng trong trường hợp động cơ phát hỏa cưỡng bức Ngược lại, có thể có đến 30% NOX dưới dạng NO2 trong khí thải của động cơ diesel

NO2 được tạo thành từ NO và các chất trung gian của sản vật cháy theo phản ứng sau:

NO + HO2  NO2 + OH (2.5) Trong điều kiện nhiệt độ cao, NO2 tạo thành có thể phân giải theo phản ứng :

NO2 + O  NO + O2 (2.6)

Trong trường hợp NO2 sinh ra trong ngọn lửa bị làm mát ngay bởi môi chất có nhiệt độ thấp thì phản ứng (2.6) bị khống chế, nghĩa là NO2 tiếp tục tồn tại trong sản vật cháy Vì vậy khi động cơ xăng làm việc kéo dài ở chế độ không tải thì nồng độ NO2 trong khí thải sẽ gia tăng Tương tự như vậy, khi động cơ diesel làm việc ở chế độ tải thấp thì phản ứng ngược biến đổi NO2 thành NO cũng bị khống chế bởi các vùng không khí có nhiệt độ thấp H 2-1 cho thấy biến thiên của tỉ lệ NO2/NOx trên đường xả động cơ diesel theo chế độ tải Tỉ lệ này càng cao khi tải càng thấp

20

10

NO2/NO[%]

H 2-1 Biến thiên tỷ lệ NO 2 /NO theo tải và tốc độ quay

của động cơ diesel [2]

c) Cơ chế hình thành protoxide nitơ (N 2 O)

N2O chủ yếu hình thành từ các chất trung gian NH và NCO khi chúng tác dụng với NO:

này xảy ra do sự không đồng nhất của hỗn hợp hoặc do hiện tượng tôi màng lửa - hiện

tượng dập tắt ngọn lửa ở khu vực gần thành buồng đốt hay trong các không gian chết, nghĩa là ở khu vực có nhiệt độ thấp Một phần HC có trong khí thải còn do nó bị lớp dầu bôi trơn trên vách xylanh hấp thụ và sau đó được giải phóng trong quá trình dãn

nở và xả

2.1.2.1 CƠ CHẾ HÌNH THÀNH HC Ở ĐỘNG CƠ XĂNG

Khí thải của động cơ xăng thường chứa khoảng 1000 ÷ 3000 ppm HC, tương ứng với khoảng 1 ÷ 2,5% lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ

Sự tồn tại HC trong khí thải động cơ xăng có thể do các nguyên nhân sau đây:

 Nhiên liệu cháy không hoàn toàn - Hiện tượng cháy không hoàn toàn diễn

ra khi lượng oxy có trong buồng đốt không đủ để oxy hóa hoàn toàn nhiên liệu hoặc hỗn hợp cháy không đồng nhất

Trường hợp thiếu oxy tồn tại ở các chế độ nhẹ tải hoặc nặng tải khi hỗn hợp cháy được điều chỉnh để có hệ số dư lượng không khí  < 1, đảm bảo cho động cơ làm việc ổn định khi nhẹ tải và phát ra công suất lớn khi nặng tải (H 2-2)

Trong trường hợp hỗn hợp cháy không đồng nhất, mặc dù hệ số dư lượng không khí trung bình vẫn lớn hơn hoặc bằng 1, nhưng sẽ có khu vực thừa và khu vực

thiếu oxy Nhiên liệu sẽ cháy không hoàn toàn ở những khu vực thiếu oxy và sẽ có HC nếu các phân tử HC không được oxy hóa hoàn toàn trong quá trình dãn nở và xả

Hàm lượng HC trong khí thải cũng sẽ tăng nhanh khi nhiên liệu không được phát hỏa do các lý do như: nhiệt độ trong buồng đốt thấp, hỗn hợp cháy quá giầu hoặc

quá nghèo, tia lửa điện không đủ mạnh, v.v Hiện tượng này gọi là bỏ lửa Hiện tượng

bỏ lửa thường xuất hiện ở các chế độ nhẹ tải và tốc độ quay thấp

H 2-2 Đặc điểm biến thiên của  theo tải (G k )

và tốc độ quay (n) của động cơ xăng

H 2-3 Những khu vực xuất hiện hiện tượng tôi màng lửa

 Hiện tượng tôi màng lửa - Hiện tượng ngọn lửa bị dập tắt khi tiếp xúc với

vách buồng đốt có nhiệt độ thấp hoặc khi lan đến các không gian chết trong buồng đốt

 Nhiên liệu được dầu bôi trơn hấp thụ - Một phần HC tồn tại trong khí

thải cũng có thể do lớp dầu bôi trơn trên thành xylanh hấp thụ trong quá trình nạp và nén sau đó được giải phóng trong quá trình cháy và dãn nở nhưng không được đốt cháy hoàn toàn

2.1.2.2 CƠ CHẾ HÌNH THÀNH HC Ở ĐỘNG CƠ DIESEL

Ở động cơ diesel, thời gian dành cho quá trình chuẩn bị hỗn hợp cháy rất ngắn

so với ở động cơ phát hỏa bằng tia lửa nên hỗn hợp cháy là không đồng nhất tại thời điểm phát hỏa Quá trình hóa hơi nhiên liệu, sấy nóng hơi, phát hỏa và phát triển ngọn lửa, hòa trộn giữa hỗn hợp cháy và sản phẩm cháy diễn ra đồng thời đối với một bộ phận nhiên liệu được phun vào buồng đốt Mặt khác, nhiên liệu diesel thông dụng chứa nhiều hydrocacbon có khối lượng phân tử cao nên sự phân huỷ nhiệt diễn ra ngay

từ trước thời điểm phát hỏa Đặc điểm này làm tăng tính phức tạp của thành phần hydrocacbon cháy không hoàn toàn trong khí thải

Mức độ phát sinh HC trong động cơ diesel phụ thuộc nhiều vào điều kiện vận hành Ở chế độ không tải hay nhẹ tải, nồng độ HC cao hơn ở chế độ đầy tải Thêm vào

đó, khi thay đổi tải đột ngột có thể gây ra sự thay đổi mạnh các điều kiện cháy dẫn đến

sự gia tăng HC do có thể có những chu trình bỏ lửa

Khác với động cơ xăng, không gian chết trong động cơ diesel không gây ảnh hưởng nhiều đến nồng độ HC trong khí thải vì trong quá trình nén và giai đoạn đầu của quá trình cháy, các không gian chết chỉ chứa không khí và khí sót Ảnh hưởng của lớp dầu bôi trơn trên mặt gương xylanh, ảnh hưởng của lớp muội than trên thành buồng cháy cũng như ảnh hưởng của hiện tượng tôi màng lửa đối với sự hình thành HC trong động cơ diesel thường không đáng kể so với trường hợp động cơ xăng

 Hình thành HC trong trường hợp hỗn hợp quá nghèo

Đặc điểm phân bố thành phần hỗn hợp cháy tại những thời điểm nhiên liệu bắt đầu được phun vào buồng đốt của động cơ diesel được biểu diễn trên H 2- 4

H 2-4 Đặc điểm phân bố thành phần hỗn hợp cháy

trong tia nhiên liệu ở động cơ diesel

Sau khi được phun vào buồng đốt, quá trình tự phát hỏa sẽ diễn ra trước tiên ở những khu vực có hỗn hợp cháy hơi giầu Bộ phận nhiên liệu ở ngoài rìa tia nằm ngoài giới hạn dưới của sự tự bén lửa do đó chúng khô ng thể tự phát hỏa và cũng

không thể duy trì màng lửa Tại khu vực đó chỉ có thể diễn ra các phản ứng tiền ngọn lửa (preflame reactions) và là nơi hình thành những sản

phẩm cháy không hoàn toàn Do đó, trong vùng này có mặt nhiên liệu chưa cháy hết, những sản phẩm phân giải nhiên liệu, những sản phẩm oxy hóa cục bộ (CO, aldehyde, v.v.) và một bộ phận những sản phẩm này sẽ có mặt trong khí thải Lượn g hydrocarbon chưa cháy từ những khu vực nghèo này phụ thuộc vào lượng nhiên liệu phun vào động cơ trong thời kỳ cháy trễ, cườn g độ vận độn g rối t ron g buồn g đố t và những điều kiện lý hóa ảnh hưởng đến quá trình tự phát hỏa của nhiên liệu trong xylanh Như vậy, nồng độ HC trong khí thải và độ dài của giai đoạn cháy trễ có quan hệ mật thiết với nhau, hay nói cách khác mức độ phát sinh HC có liên quan đến tính tự bốc cháy của nhiên liệu Những thay đổi điều kiện vận hành của động cơ làm kéo dài thời kỳ cháy trễ sẽ làm gia tăng nồng độ HC

 Hình thành HC trong trường hợp hỗn hợp quá giàu

Có hai nguyên nhân dẫn đến sự phát sinh HC do hỗn hợp quá giàu Nguyên nhân thứ nhất do nhiên liệu rời khỏi vòi phun với tốc độ thấp và thời gian phun kéo dài Nguồn phát sinh HC chính trong trường hợp này là không gian chết ở mũi vòi phun và sự phun rớt do sự đóng kim phun không dứt khoát Nguyên nhân thứ hai là

do tồn tại những khu vực có hỗn hợp cháy quá giầu

Vào cuối giai đoạn phun, lỗ phun ở mũi vòi phun chứa đầy nhiên liệu Trong giai đoạn cháy và giãn nở, nhiên liệu được sấy nóng và một bộ phận bốc hơi thoát ra khỏi lỗ phun (ở pha lỏng và hơi) và đi vào xylan h với tốc độ thấp và hòa trộn chậm với không khí, do đó chúng không bị đốt cháy trong giai đoạn cháy chính Ở động cơ phun nhiên liệu trực tiếp (động cơ có buồng đốt thống nhất), mức

độ phát sinh HC tỉ lệ với thể tích không gian chết ở mũi vòi phun Tuy nhiên, không phải toàn bộ thể tích nhiên liệu chứa trong không gian chết đều có mặt trong

khí thải Ví dụ: 1mm3 không gian chết trong buồng đ ố t động cơ phát sinh khoảng

350 ppm C trong khí t h ả i , trong khi đó 1 mm3 nhiên liệu chứa 1660 ppm C Sự chênh lệch này là do một bộ phận hydrocarbon nặng tiếp tục lưu lại trong vòi phun

và một bộ phận hydrocarbon nhẹ bị oxy hóa khi thoát ra khỏi không gian chết Trong động cơ có buồng đốt dự bị, cơ chế này cũng diễn ra tương tự nhưng với mức

độ thấp hơn

 Phát sinh HC do tôi ngọn lửa và hỗn hợp không tự bốc cháy

Tương tự như ở động cơ phát hỏa cưỡng bức, hiện tượng tôi màng lửa diễn

ra ở những khu vực sát vách buồng đốt và đó là một trong những nguyên nhân tồn tại HC trong khí thải Hiện tượng này chỉ diễn ra khi động cơ có tỉ số nén thấp và góc p hu n sớ m n hiê n li ệu nh ỏ Mặt khác, sự bỏ lửa cũng xảy ra khi khởi động động cơ d iesel ở trạng thái nguội với sự hình thành khói trắng do s ự t ồ n t ạ i c ủ a những hạt nhiên liệu c h ưa đ ư ợ c đ ố t cháy

2.1.3 CƠ CHẾ HÌNH THÀNH MONOXIT CARBON

Monoxit carbon (CO) có mặt trong khí thải của ĐCĐT là do quá trình cháy

không hoàn toàn của hỗn hợp giầu hay do phân giải sản phẩm cháy, nghĩa là nó được hình thành tại khu vực cháy có nhiệt độ cao

Ở động cơ xăng, nồng độ CO phụ thuộc nhiều vào thành phần hỗn hợp cháy () Nếu hỗn hợp cháy giầu ( < 1), lượng oxy có trong hỗn hợp không đủ để oxy hóa hoàn toàn cacbon của nhiên liệu thành khí CO2 Mặt khác, ở điều kiện nhiệt độ cao, sự phân hủy sản phẩm cháy cũng làm tăng nồng độ CO ngay cả khi hỗn hợp nghèo ( > 1) Động cơ nhiều xylanh thường phát thải nhiều CO hơn động cơ ít xylanh do mức độ phân bố hỗn hợp cháy không đều cao hơn



CO [%]

0 2 4 6

H 2-5: Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí (  )

đến nồng độ monoxide carbon (CO)

Khi động cơ làm việc ở chế độ non tải, điều kiện cháy của hỗn hợp không thuận lợi, xuất hiện các vùng cháy không hoàn toàn cục bộ Kết quả là hàm lượng CO trong khí thải cao mặc dù hỗn hợp cháy có  dao động xung quanh giá trị cháy hoàn toàn lý thuyết Chính vì lẽ đó, khi động cơ làm việc ở chế độ tải thấp thì sự phát sinh

CO là đáng quan tâm nhất

Với  = 1, hàm lượng CO bằng khoảng 0,5 ÷ 0,6 % Hàm lượng CO sẽ tăng nhanh khi hỗn hợp được làm giàu Với hỗn hợp cháy nghèo ( > 1), hàm lượng CO gần như bằng không Khi  thay đổi thì lượng CO tập trung trong khí thải phụ thuộc trước tiên vào sự phân bố đồng đều hỗn hợp cháy giữa các xylanh

Trong phản ứng dây chuyền của quá trình cháy, CO được coi như là sản phẩm trung gian của quá trình oxy hóa nhiên liệu hydrocacbon để tạo thành sản phẩm cuối cùng là CO2

RH → R → RO2 → RCHO → RCO → CO Trong đó R là gốc hydrocacbon CO được tạo ra sẽ bị oxy hóa với tốc độ chậm

để tạo thành CO2

CO + OH ↔ CO2 + H Tốc độ oxy hóa phụ thuộc vào nồng độ oxy, nhiệt độ của khí và thời gian dành cho phản ứng oxy hóa

Ở động cơ diesel, nồng độ CO có trong khí thải thường nhỏ hơn so với ở động

cơ xăng, thường không quá 0,1÷ 0,2 %, và được tạo ra trong màng lửa nguội hoặc do

sự phân hủy CO2 ở nhiệt độ cao Tuy nhiên trong quá trình cháy rớt và giản nở nó được tiếp tục oxy hóa trở thành CO2 vì trong khí thải luôn có thừa oxy

Như vậy ô nhiễm môi trường do CO trong khí thải là vấn đề cần quan tâm chủ yếu đối với động cơ phát hỏa cưỡng bức Ngược lại, ô nhiễm do chất thải dạng hạt lại

là vấn đề bức xúc đối với động cơ diesel

2.1.4 CƠ CHẾ HÌNH THÀNH BỒ HÓNG

Trong thành phần của bồ hóng có thể bao gồm: carbon, dầu bôi trơn, nhiên liệu chưa cháy hoặc cháy không hoàn toàn, những phần tử chất rắn như sunfat, lưu huỳnh, canxi, photpho, v.v

Thành phần hạt bồ hóng còn phụ thuộc vào tính chất nhiên liệu, hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu, đặc điểm của quá trình cháy, tình trạng kỹ thuật của động

cơ, v.v

Quá trình cháy khuếch tán trong động cơ diesel rất thuận lợi cho việc hình thành bồ hóng Quá trình cháy của hạt nhiên liệu lỏng trong khi chúng dịch chuyển trong buồng đốt cũng như sự tập trung cục bộ hơi nhiên liệu ở những vùng có nhiệt độ cao là nguyên nhân chính sản sinh bồ hóng

Quá trình hình thành bồ hóng bắt đầu từ bộ phận nhiên liệu có chứa từ 12  22 nguyên tử cacbon và kết thúc với những hạt tụ cầu tiêu biểu có đường kính khoảng vài trăm nanomet kết tụ từ các hạt có kích thước 20  30 nm chứa khoảng 105  106nguyên tử C Các nghiên cứu cơ bản về quá trình hình thành bồ hóng trong các ngọn lửa và trong buồng đốt của động cơ diesel được đề cập nhiều trong các tài liệu gần đây với 5 cơ chế hình thành hạt bồ hóng điển hình:

- Polime hoá qua acetylen và poliacetylen

- Khởi tạo các hydrocacbon thơm đa vòng (HAP)

- Ngưng tụ các graphit hoá các cấu trúc HAP

- Tạo hạt qua tác nhân ion hoá và hợp thành các phần tử nặng

- Tạo hạt qua các tác nhân trung tính và phát triển bề mặt hợp thành các thành phần nặng

Hiện nay người ta thường mô tả sự hình thành bồ hóng qua 4 giai đoạn được tóm tắt trên các H 2-6

Một cách tổng quát có thể nói hạt bồ hóng được hình thành do sự liên kết của nhiều hạt sơ cấp hình cầu thành khối hoặc chuỗi Mỗi hạt bồ hóng có thể chứa đến

4000 hạt hình cầu sơ cấp Các hạt sơ cấp có đường kính từ 10  80 nm và đại bộ phận hạt nằm trong khoảng 15  30 nm, đường kính trung bình của các hạt bồ hóng nằm trong khoảng 100  150 nm, có khi lên đến 500  1000 nm

hạt bồ hóng ban đầu

Hợp dính

Chuỗi bồ hóng thể tích tụ

Cụm bồ hóng hình cầu thể đơn

Oxy hóa Các hạt bồ góng

H 2-6 Quỏ trỡnh tạo bồ húng trong động cơ diesel [2]

H 2-7 Cấu trỳc chuỗi bồ húng và dạng những hạt sơ cấp [2]

H 2-8 Cấu trỳc tinh thể graphit và mụ hỡnh cấu trỳc hạt sơ cấp [2]

Cấu trúc tinh thể của hạt bồ hóng trong khí thải động cơ diesel có dạng tương tự như graphit nhưng ít đồng đều hơn Mỗi hạt sơ cấp hình cầu là một tập hợp khoảng

1000 mầm tinh thể, có dạng phiến mỏng được xếp đồng tâm quanh tâm của mỗi hạt cầu, tương tự như cấu trúc hạt cacbon đen Những nguyên tử cacbon kết nối với nhau theo các phiến lục giác phẳng cách nhau 0,34  0,36 nm Các phiến này kết hợp với nhau tạo thành các mầm tinh thể có 2  5 phiến với cấu trúc giống như cacbon đen Những mầm tinh thể này lại sắp xếp lại theo các hướng song song với mặt hạt cầu với kết cấu siêu tĩnh để tạo thành các hạt

2.2 YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HÀM LƯỢNG CHẤT ĐỘC HẠI

TRONG KHÍ THẢI CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

2.2.1 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIÊN LIỆU

2.2.1.1 NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ PHÁT HỎA CƯỠNG BỨC

Những tính chất của nhiên liệu dùng cho động cơ phát hỏa cưỡng bức có ảnh hưởng đáng kể đến hàm lượng các chất độc hại trong khí thải của ĐCĐT bao gồm:

1) Tính chống kích nổ của nhiên liệu

Tính chống kích nổ của nhiên liệu là khả năng đảm bảo cho ngọn lửa xuất phát

từ buji lan truyền và đốt cháy phần hoà khí phía trước ngọn lửa một cách đều đặn mà không tạo ra kích nổ

Khả năng xuất hiện kích nổ không chỉ được quyết định bởi tính chất của nhiên liệu mà còn phụ thuộc vào hàng loạt yếu tố khác liên quan đến cấu tạo và chế độ làm việc của động cơ Với cùng một mẫu nhiên liệu, nếu tiến hành thí nghiệm xác định tính chống kích nổ bằng các thiết bị và phương pháp khác nhau sẽ cho những kết quả

khác nhau Hiện nay, số octane (Octane Number - ON) là chỉ tiêu đánh giá tính chống

kích nổ của nhiên liệu được sử dụng phổ biến nhất ở tất cả các nước Số octane được xác định trên một loại động cơ thí nghiệm được tiêu chuẩn hoá bằng cách so sánh tính chống kích nổ của nhiên liệu thí nghiệm với tính chống kích nổ của nhiên liệu chuẩn trong những điều kiện quy ước như nhau Tuỳ thuộc vào phương pháp xác định số octane, có thể phân loại số octane như sau:

 Research Octane Number (RON) - RON là số octane được xác định theo

phương pháp nghiên cứu ( Research Octane Number Method ) RON đánh giá tính

chống kích nổ của nhiên liệu được xác định trong điều kiện động cơ làm việc ở chế độ tải và tốc độ trung bình

 Motor Octane Number Method (MON) - MON là số octane được xác định

theo phương pháp motor ( Motor Octane Number Method ) MON đặc trưng cho tính

chống kích nổ của nhiên liệu được xác định khi động cơ làm việc trong điều kiện khắc nghiệt hơn so với phương pháp nghiên cứu

 R1000C Method - Xăng là một hỗn hợp của nhiều loại hydrocarbon có khả năng chống kích nổ khác nhau Nói chung, phần có nhiệt độ sôi thấp có số octane thấp hơn so với xăng nói chung, trừ butane, isopentane và benzene Khi tăng tốc động cơ ở

tỷ số truyền lớn sẽ xảy ra hiện tượng một số xylanh nhận được nhiều hơn phần xăng có nhiệt độ sôi thấp và tính chống kích nổ kém Hiện tuợng kích nổ có thể xuất hiện do nguyên nhân nói trên và càng dễ nhận thấy khi gia tốc ở tốc độ khởi điểm thấp Đó là dạng kích nổ phổ biến nhất, gọi là kích nổ tốc độ thấp (Low Speed Knock -LSK) LSK không gây hư hại gì cho động cơ vì chỉ xuất hiện trong giai đoạn chuyển tiếp rất ngắn, nhưng dễ dàng nhận thấy bằng tai và dẫn đến sự phàn nàn của khách hàng Để phân tích khả năng chống kích nổ của những phần có nhiệt độ sôi thấp của xăng, người ta chưng cất mẫu và sau đó xác định RON của phần cất có khoảng nhiệt độ sôi từ nhiệt

độ sôi đầu đến 100 0C Số octane được xác định như vậy gọi là R100 0C của xăng

Hiện tượng kích nổ không những có ảnh hưởng xấu đến công suất, hiệu suất

và tuổi thọ của động cơ, mà còn làm tăng mức độ độc hại của khí khải do gia tăng hiện tượng phân hủy nhiên liệu và sản phẩm cháy trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao cục bộ tại khu vực kích nổ

2) Hàm lượng hydrocarbon thơm

Xét từ góc độ ô nhiễm môi trường, các hydrocarbon thơm có tác động theo hai chiều ngược nhau Các hydrocarbon thơm có tính chống kích nổ (RON > 100 , MON > 90) cao hơn các loại hydrocarbon khác Do đó, bổ sung hydrocarbon thơm vào nhiên liệu là một trong các biện pháp làm tăng tính chống kích nổ của nhiên liệu Mặt khác, các hydrocacbon thơm có tỷ số C/H trong phân tử cao hơn do đó khối lượng riêng lớn hơn Do nhiệt lượng toả ra ứng với một đơn vị thể tích cao hơn nên nhiệt độ cháy của hỗn hợp tăng làm tăng NOx Tuy nhiên, cac hydrocacbon thơm có cấu tạo ổn định hơn paraffin nên có động học phản ứng cháy chậm hơn Do đó, trong cùng điều kiện cháy,

sự phát sinh hydrocacbon thơm sẽ cao hơn Ngoài ra, các hydrocarbon thơm trong nhiên liệu còn là nguồn phát sinh các hydrocacbon thơm đa nhân (HAP), phenol và aldehyde thơm - những chất được ghi nhận là có vai trò gây ung thư ở con người

3) Tính bay hơi của nhiên liệu

Tính bay hơi của nhiên liệu thường được đặc trưng bởi đường cong chưng cất

và áp suất hơi Reid (PVR) đo ở 37,8 0C Tính bay hơi là một tính chất quan trọng đối với hoạt động của động cơ, nó ảnh hưởng đến thời gian khởi động động cơ ở trạng thái nguội, tính tăng tốc và tính ổn định khi làm việc ở chế độ không tải và khi chạy ấm máy Những thành phần quá nặng của nhiên liệu (bay hơi ở nhiệt độ lớn hơn 200 

220 0C) có ảnh hưởng đến sự phát sinh hydrocacbon chưa cháy, do sự bốc hơi kém dẫn tới sự cháy không hoàn toàn với sự hình thành aldehyde và sự gia tăng CH Những thành phần nhẹ hơn, cần thiết cho việc khởi động và làm việc ở trạng thái nguội, ảnh hưởng đến mức độ gây ô nhiễm của khí thải và nhất là ảnh hưởng đến tổn thất do bay hơi Tính bay hơi tiêu chuẩn của nhiên liệu phụ thuộc vào điều kiện khí hậu và mùa Chính những thành phần dễ bày hơi nhất, đặc biệt là cặp butane-pentane gây ảnh hưởng đến PVR Cặp hydrocarbon này thường được pha vào nhiên liệu đến giới hạn tối đa cho phép để tận dụng tính chống kích nổ cao của nó (butane có RON = 94) Tính bay hơi của nhiên liệu không gây ảnh hưởng đến sự phát sinh NOx trong khí thải

4) Ảnh hưởng của các chất phụ gia

Chất phụ gia, còn gọi là chất thêm, là chất được pha với một tỷ lệ rất nhỏ vào

nhiên liệu, chất bôi trơn, chất lỏng chuyên dùng, v.v để cải thiện các tính chất tự nhiên của chúng hoặc tạo cho chúng các tính chất mới có lợi trong sử dụng, vận chuyển và bảo quản Các sản phẩm dầu mỏ thương mại có thể không có hoặc được pha thêm một hoặc nhiều loại phụ gia Một chất phụ gia có thể chỉ có ảnh hưởng đến một tính chất (tác dụng đơn) hoặc tác dụng đồng thời đến nhiều tính chất (tác dụng kép) của sản phẩm dầu mỏ

Trong xăng nói riêng và nhiên liệu dùng cho động cơ phát hỏa cưỡng bức nói chung có thể có những chất phụ gia làm tăng tính chống kích nổ của nhiên liệu, chất phụ gia chống oxy hóa nhiên liệu, chất phụ gia làm sạch bề mặt đường ống nạp, chất phụ gia chống đóng băng làm kẹt bướm ga và bướm gió, v.v

Tetraethyllead (TEL), thường có tên gọi không chính thức là chì hay nước chì,

là chất lỏng có công thức hóa học Pb (C2H5)4 , có nhiệt độ sôi là 390 0F, được phát hiện

là chất có tác dụng chống kích nổ vào năm 1921 và đã được sử dụng rộng rãi từ đó do

có hiệu quả chống kích nổ cao và giá thành thấp

Tetramethyllead (TML - (CH3)4Pb) được đưa vào sử dụng từ năm 1960 TML

có nhiệt độ sôi là 230 0F, có xu hướng bay hơi cùng với phần nhẹ của xăng Như vậy, TML thích hợp hơn TEL đối với xăng có R100 0C thấp

TEL và MTL đã từng được sử dụng rộng rãi trên quy mô toàn cầu trong suốt mấy chục năm vừa qua Gần đây, vai trò của TEL và TML như là các tác nhân tăng khả năng chống kích nổ của xăng đã bị hạn chế dần Lý do chính là do tính độc hại của

chì (Pb) đối với môi trường sống Hầu hết các nước công nghiệp phát triển đã cấm hoàn toàn việc sử dụng phụ gia chì trong xăng Ở Việt Nam, quy định về việc sử dụng xăng không chì có hiệu lực thi hành từ ngày 01 tháng 07 năm 2001 Rất tiếc là cho đến nay chưa có loại phụ gia chống kích nổ nào không độc hại mà lại có hiệu quả chống kích nổ cao và giá thành thấp như TEL và TML Một lý do khác để loại bỏ phụ gia chì

là ảnh hưởng xấu của chúng đến hoạt tính của chất xúc tác có trong các thiết bị xử lý khí thải của động cơ hoạt động theo nguyên tắc trung hoà các thành phần độc hại nhờ chất xúc tác

Phụ gia có chì đã và đang được thay thế bằng các chất pha khác ít độc hại cho môi trường hơn, như methanol, ethanol, tertiary-buthyl alcohol (TBA), tertiary-amyl methyl ether (TAME), methyl tertiary-buthyl ether (MTBE), v.v Các loại phụ gia nói trên thường được gọi chung là phụ gia họ oxygen

Các chất phụ gia hữu cơ hay hữu cơ-kim loại thêm vào nhiên liệu để tác động đến các phản ứng cháy dường như không gây ảnh hưởng đến mức độ phát sinh ô nhiễm, các chất phụ gia chống các lớp bám cũng vậy Tuy nhiên, việc duy trì độ sạch trên đường nạp cho phép giữ được sự điều chỉnh ban đầu và sự ổn định về mức độ phát sinh CO ở chế độ không tải

Những tính chất của nhiên liệu diesel có ảnh hưởng đáng kể đến hàm lượng các chất độc hại trong khí thải của ĐCĐT bao gồm :

1) Tính tự bốc cháy của nhiên liệu

H 2-9 Ảnh hưởng của số cetane đến hàm lượng

CO và HC trong khí thải của động cơ diesel

Tính tự bốc cháy của nhiên liệu là tính chất liên quan đến khả năng tự phát hoả

khi hỗn hợp nhiên liệu - không khí chịu tác dụng của áp suất và nhiệt độ đủ lớn

Nhiên liệu có tính tự bốc cháy càng cao thì thời gian chậm cháy (khoảng thời

gian tính từ thời điểm nhiên liệu thực tế xuất hiện trong buồng đốt đến thời điểm xuất hiện những trung tâm cháy đầu tiên - i) càng ngắn, và ngược lại Thời gian chậm cháy (i) là đại lượng phản ánh tính tự bốc cháy của nhiên liệu diesel theo cách mà chúng ta mong muốn nhất, bởi vì nó có ảnh hưởng mạnh và trực tiếp đến toàn bộ diễn biến và chất lượng của quá trình cháy ở động cơ diesel Tuy nhiên, i của nhiên liệu diesel ở động cơ thực tế chỉ kéo dài từ vài phần vạn đến vài phần ngàn một giây Đo trực tiếp một khoảng thời gian ngắn như vậy là một việc rất khó, cho nên người ta đã sử dụng một số đại lượng khác để đánh giá tính tự bốc cháy trên cơ sở một số tính chất lý-hoá của nhiên liệu có liên quan mật thiết với i hoặc so sánh tính tự bốc cháy của mẫu thử

và của nhiên liệu chuẩn Hiện nay, đại lượng được sử dụng phổ biến nhất để đánh giá

tính tự bốc cháy của nhiên liệu diesel là số cetane (CN) Nhiên liệu có số cetane càng

cao, tức là thời gian chậm cháy càng ngắn, thì tính tự bốc cháy càng tốt

Lượng bồ hóng sẽ giảm khi thời gian chậm cháy kéo dài, nghĩa là khi dùng nhiên liệu có số cetane thấp Tuy nhiên, việc sử dụng nhiên liệu có số cetane thấp có thể dẫn đến những biểu hiện xấu như động cơ làm việc "cứng" hơn, gia tăng lượng nhiên liệu bám trên vách buồng đốt làm tăng mức độ phát sinh HC và bồ hóng Lượng

NOx trong khí thải ít bị ảnh hưởng bởi số cetane của nhiên liệu

H 2-10 giới thiệu ảnh hưởng của chỉ số cetane đến hàm lượng CO và HC trong khí thải của động cơ có buồng đốt ngăn cách (phun nhiên liệu gián tiếp) Đối với động cơ có buồng cháy ngăn cách, thành phần hạt rắn không hoà tan hầu như không bị ảnh hưởng bởi tính tự bốc cháy của nhiên liệu

Số cetane cũng ảnh hưởng đến sự phát sinh khói xanh hay khói trắng, sương

mù trong khí thải do tồn tại những hạt nhiên liệu không cháy Hiện tượng này thường gặp khi khởi động hay khi động cơ làm việc trên cao, nơi có nhiệt độ và áp suất khí quyển thấp hơn

2) Ảnh hưởng của thành phần nhiên liệu

Khối lượng riêng, thành phần hydrocarbon thơm, hàm lượng lưu huỳnh có

ảnh hưởng đến hàm lượng các chất độc hại trong khí thải của động cơ diesel

 Khối lượng riêng có liên quan đến tỷ lệ các loại hydrocarbon trong nhiên

liệu Khối lượng riêng càng lớn, tức là hàm lượng các hydrocarbon nặng càng cao sẽ dẫn đến sự gia tăng nồng độ hạt rắn trong khí thải do gia tăng hiện tượng cốc hóa nhiên liệu

 Thành phần hydrocarbon thơm có ảnh hưởng trực tiếp đến tính tự bốc cháy

của nhiên liệu diesel Lượng hydrocarbon cháy không hoàn toàn, lượng chất dễ bay hơi (SOF) và hạt rắn trong khí thải sẽ gia tăng theo hàm lượng hydrocarbon thơm Thành phần hydrocarbon thơm trong nhiên liệu diesel ít ảnh hưởng đến nồng độ NOxtrong khí thải

 Hàm lượng lưu huỳnh là một trong những chỉ tiêu quan trọng được quy

định nghiêm ngặt đối với nhiên liệu diesel, bởi vì lưu huỳnh có trong nhiên liệu không chỉ gây ô nhiễm môi trường mà còn có ảnh hưởng xấu đến tuổi thọ của động cơ SO2,

SO3, H2SO4 là những chất không mong muốn được hình thành từ thành phần lưu huỳnh trong nhiên liệu

3) Ảnh hưởng của chất phụ gia

Các chất phụ gia kim loại dưới dạng muối axít được sử dụng để giảm mức độ phát sinh bồ hóng của động cơ diesel

Những kim loại (Ca, Ba, Mg, Fe, Mn, Cu, Ni) thường được sử dụng làm chất phụ gia trong nhiên liệu diesel Những chất alcalino-terreux, barium và calcium có hiệu quả nhất đối với động cơ phun trực tiếp hay phun gián tiếp Hình 2-25 biểu diễn

sự biến thiên của độ đen khí xả theo thành phấn chất phụ gia

Các chất phụ gia hữu cơ cho thêm vào nhiên liệu động cơ diesel nhằm mục đích khác nhau :

- Để giảm thời kì cháy trễ

- Như là chất ổn định, chống ôxy hoá, 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 quan trọng trong trường hợp động cơ có buồng cháy dự bị

2.2.2 ẢNH HƯỞNG CỦA THÀNH PHẦN HỖN HỢP CHÁY

Hỗn hợp cháy ở ĐCĐT là hỗn hợp hơi nhiên liệu - không khí Thành phần của

hỗn hợp cháy thường được đánh giá bằng đại lượng có tên là hệ số dư lượng không khí

() được định nghĩa như sau :



trong đó : L0 - lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 đơn vị số lượng nhiên liệu, [kg không khí/kg nhiên liệu]; L - lượng không khí thực tế cần thiết

để đốt cháy 1 đơn vị số lượng nhiên liệu trong động cơ, [kg không khí/kg nhiên liệu];

G0K - lưu lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu, [kg không khí/s] ; GK - lưu lượng không khí thực tế đi vào không gian công tác

của động cơ, [kg không khí/s]

Hỗn hợp cháy có  < 1 được gọi là hỗn hợp giầu (hoặc hỗn hợp đậm) ;  > 1 -

hỗn hợp nghèo (hoặc hỗn hợp loãng);  = 1 - hỗn hợp lý thuyết (hoặc hỗn hợp hoá

định lượng)

 là một thông số điều chỉnh có ảnh hưởng mạnh và trực tiếp đến diễn biến

quá trình cháy ở ĐCĐT, đặc biệt đối với động cơ xăng, qua đó ảnh hưởng đến hàng

loạt các chỉ tiêu chất lượng của động cơ, trong đó có mức độ độc hại của khí thải

H 2-10 Ảnh hưởng của  đến hàm lượng các chất

CO, NO x ,và HC trong khí thải của động cơ xăng