Sử dụng mô hình cháy avl mcc trên phần mềm mô phỏng avl boot đánh giá khả năng giảm phát thải của động cơ diesel tăng áp sau khi được trang bị hệ thống luân hồi khí thải và lọc bụi khói

bộ giáo dục và đào tạo trường đại học bách khoa hà nội --- luận văn thạc sĩ khoa học Sử dụng mô hình cháy avl – mcc trên phần mềm Mô phỏng avl – boost đánh giá khả năng giảm Phát thảI

Phát thảI của động cơ diesel tăng áp sau khi

được trang bị hệ thống luân hồi khí thảI và

bộ giáo dục và đào tạo trường đại học bách khoa hà nội

-

luận văn thạc sĩ khoa học

Sử dụng mô hình cháy avl – mcc trên phần mềm Mô phỏng avl – boost đánh giá khả năng giảm Phát thảI của động cơ diesel tăng áp sau khi

được trang bị hệ thống luân hồi khí thảI và

Lọc bụi khói

ngành : kỹ thuật động cơ nhiệt

mã số:23.04.3898Khương Thị hà

Người hướng dẫn khoa học: TS Lê anh tuấn

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu,

k ết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong các công trình nào khác

Hà nội, tháng 11 năm 2009

Tác giả

Khương Thị Hà

Mục lục

LỜI CAM ĐOAN

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Gi ới thiệu chung 3

1.1.1 Ảnh hưởng của khí thải đối với sức khoẻ và môi trường sống của con người 3

1.1.2 Tiêu chuẩn khí thải châu âu (EURO) 5

1.1.3 Động cơ diesel xe tải nặng 8

1.1.4 Hệ thống luân hồi khí thải và lọc bụi khói trên động cơ diesel xe tải nặng 9

1.2 M ục đích, nội dung và đối tượng nghiên cứu của đề tài 9

1.2.1 Mục đích nghiên cứu 9

1.2.2 Nội dung của đề tài 9

1.2.3 Đối tượng nghiên cứu của đề tài 10

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 11

CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG LUÂN HỒI KHÍ THẢI VÀ LỌC BỤI KHÓI TRANG B Ị TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL TĂNG ÁP 12

2.1 Cơ chế hình thành và cơ sở tính toán khí thải động cơ diesel 12

2.1.1 Các thành phần của khí thải động cơ diesel 12

2.1.2 Cơ chế hình thành và cơ sở tính toán NO x 14

2.1.3 Cơ chế hình thành và cơ sở tính toán bồ hóng 20

2.2 Các bi ện pháp kiểm soát NO x áp d ụng cho động cơ diesel 26

2.2.1 Điều chỉnh để hạn chế lượng nhiên liệu của chu trình 26

2.2.2 Lưạ chọn phương pháp hình thành hỗn hợp thích hợp 27

2.2.3 L ựa chọn góc phun sớm thích hợp 27

2.2.4 Dùng h ệ thống phun nhiên liệu điều khiển điện tử 27

2.2.5 K ỹ thuật luân hồi khí thải EGR 27

2.3 Phân lo ại hệ thống luân hồi khí thải 31

2.3.1 Phân lo ại dựa theo phương pháp luân hồi 31

2.3.2 Phân lo ại dựa theo nhiệt độ 31

2.3.3 Phân lo ại dựa theo kiểu luân hồi 32

2.3.4 Phân lo ại dựa theo áp suất 32

2.3.5 Phân lo ại dựa theo phương pháp hoà trộn khí luân hồi 34

2.4 Luân h ồi khí thải trên động cơ diesel tăng áp 35

2.4.1 Dùng van ti ết lưu trên đường thải 37

2.4.2 Dùng b ộ tăng áp VGT (Variable Geometry Turbocharger) 38 2.4.3 Van Venturi 40

2.5 B ộ lọc - DPF và hiệu quả của nó đối với việc giảm bồ hóng trong khí th ải của động cơ diesel 41

2.5.1 K ỹ thuật lọc bồ hóng 42

2.5.2 Tái sinh l ọc 46

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHÁT THẢI C ỦA ĐỘNG CƠ DIESEL TRÊN AVL-BOOST 51

3.1 Gi ới thiệu chung về phần mềm AVL – BOOST 51

3.2 Lý thuy ết cơ bản 52

3.2.1 Phương trình nhiệt động học thứ nhất 52

3.2.2 Mô hình cháy AVL - MCC 55

3.2.3 Truy ền nhiệt 58

3.2.4.Tính toán c ụm tuabin máy nén 61

3.2.5 Tuabin 63

3.2.6 Van x ả của cụm tuabin – máy nén (Waste gate) 64

3.2.7 Ph ần tử cản dòng (Restriction) 65

3.3 Mô ph ỏng động cơ D1146TIS với hệ thống luân hồi khí thải và lọc b ụi trên AVL BOOST 67

3.3.1 Xây d ựng mô hình 67

S ố vòng quay định mức 69

3.3.2 Mô ph ỏng hệ thống luân hồi khí thải trên AVL - BOOST 70

3.3.3 Mô ph ỏng động cơ D1146TIS tăng áp có luân hồi khí thải 70 3.3.4 L ọc bụi - DPF trên AVL - BOOST 71

3.3.5 S ố lượng phần tử của mô hình mô phỏng hệ thống luân hồi khí th ải và lọc bụi khói 81

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN 83

4.1 Phân tích k ết quả thu được từ chương trình mô phỏng 83

4.1.1 Đánh giá độ chính xác của mô hình 83

4.1.2 Đánh giá khả năng luân hồi 83

4.1.3 Đánh giá khả năng lọc của DPF 86

4.2 K ết luận và hướng phát triển của đề tài 87

4.2.1 K ết luận 87

4.2.2 Hướng phát triển của đề tài 88

Tài li ệu tham khảo 89

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

MiVEC : Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Các tiêu chuẩn EURO giới hạn lượng phát thải cho xe

tải nặng sử dụng động cơ diesel, g/kWh ( với khói là g/kWm-1 ) 17

Hình 2.5 Ảnh hưởng của luân hồi khí thải tới lượng phác thải NOx 30

Hình 2.9 Mô hình luân hồi khí thải phân lớp trên phần mềm mô phỏng

Hình 2.10 Mô hình luân hồi khí thải phân lớp trên phần mềm mô

Hình 2.11 Ảnh hưởng của tỷ lệ luân hồi đến độ chênh áp giữa áp suất

Hình 2.15 Quan hệ giữa vị trí cánh hướng gió và tỷ lệ luân hồi 39

Hình 3.1 Van xả của tuabin 64

Hình 3.4 Mô hình động cơ D1146TIS với hệ thống luân hồi khí thải

Hình 4.3 Công suất và tiêu hao nhiên liệu tại các tỷ lệ luân hồi khác

LỜI NÓI ĐẦU

Với lịch sử phát triển hàng trăm năm, ngành động cơ và đã có những thành tựu phát triển vượt bậc Trong những năm gần đây việc thiết kế cũng như phát triển động cơ đốt trong không chỉ chú trọng đến tính năng vận hành

và kinh tế mà còn đặc biệt chú ý đến vấn đề môi trường Động cơ nói chung

vả động cơ diesel nói riêng đang là một trong những nguồn phát thải gây ô nhiễm nặng nề ở nước ta, nhất là các đô thị Cùng với sự tăng trưởng của nền kinh tế, nhu cầu phương tiện giao thông, vận chuyển cũng không ngừng được phát triển, số lượng xe buýt cũng tăng lên nhiều theo chủ trương sử dụng phương tiện công cộng nhằm giảm ô nhiễm Tuy nhiên số lượng xe buýt đạt tiêu chuẩn phát thải Euro2 theo quy định còn rất ít Để hạn chế các thành phần gây ô nhiễm này, đã có rất nhiều giải pháp được đưa ra bao gồm các giải pháp với động cơ và giải pháp xử lý khí thải Các biện pháp giảm phát thải cho động cơ diesel lắp trên xe buýt nói riêng và phương tiện nói chung là một trong những vấn đề hết sức cấp bách

Với tất các lý do trên, tôi chọn đề Tên đề tài: Sử dụng mô hình cháy

AVL-MCC trên ph ần mềm mô phỏng AVL Boost đánh giá khả năng giảm phát

th ải của động cơ diesel tăng áp sau khi được trang bị hệ thống luân hồi khí

th ải và lọc bụi khói

Nội dung của luận án gồm:

Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu Chương 2: Hệ thống luân hồi khí thải và lọc bụi khói trang bị trên động cơ diesel tăng áp

Chương 3: Mô phỏng quá trình hình thành phát thải của động

cơ diesel trên AVL - BOOST

Chương 4: Kết luận

Mặc dù đã có nhiều cố gắng, nhưng trong luận án này còn có rất nhiều thiếu sót và một số vấn đề chưa đề cấp được hết Em rất mong sự góp ý của các thầy cô trong bộ môn, các chuyên gia và những người quan tâm đến

vấn đề này để nghiên cúu này được hoàn thiện hơn

Em xin cảm ơn thầy Lê Anh Tuấn đã tận tình hướng dẫn để em

có thể hoàn thành luận án này Em xin bày tỏ lòng biết ơn các thầy cô giáo

Bộ môn Động Cơ Đốt Trong, Viện Cơ khí Động lực, trường Đại học Bách khoa Hà nội, phòng thí nghiệm AVL đã tận tình giúp đỡ em trong thời gian qua

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu chung

1.1.1 Ảnh hưởng của khí thải đối với sức khoẻ và môi trường sống của con người

Sau nhiều năm tập trung vào việc nghiên cứu, chế tạo ra các loại phương tiện cơ giới đường bộ hoạt động tốt, độ tin cậy cao và an toàn, nền công nghiệp ô tô hiện đang phải đối mặt với hai trở ngại chính:

- Phải giảm tiêu thụ nhiên liệu vì nhiên liệu hiện nay chủ yếu là nguồn

gốc hoá thạch và trữ lượng của chúng là có giới hạn

- Phải giảm thiểu các vấn đề liên quan tới phương tiện cơ giới đường

bộ, đặc biệt là ô nhiễm trực tiếp và ô nhiễm gián tiếp

Cho đến đầu những năm 1970, mọi cố gắng mang tính toàn cầu của các nhà sản xuất ôtô là tăng tốc độ và tăng công suất của phương tiện, việc đó đồng nghĩa với việc cải tiến các tính năng của động cơ Trong khi đó các vấn

đề khác về năng lượng, bảo vệ môi trường không phải là bị bỏ qua mà là bị đặt xuống thứ yếu Tuy nhiên trong các nghiên cứu gần đây cho thấy thành phần chính trong khí thải động cơ bao gồm: CO, CO2, HC, NOx, PM… Đây là

những chất có ảnh hưởng xấu tới sức khỏe và môi trường sống của con người

* Ảnh hưởng của CO

CO gây ra cảm giác chuyếnh choáng, nó có tác động rất đáng sợ đối với sức khoẻ của con người, đặc biệt đối với những người những người nhạy cảm như bệnh nhân tim mạch, phụ nữ có thai, bệnh nhân hen xuyễn Hít thở không khí có hàm lượng CO ( theo thể tích ) 0,3% có thể dẫn tới tử vong trong vòng 30 phút

* Ảnh hưởng của HC

Các hợp chất của HC chưa cháy góp phần vào sự hình thành các chất quang hoá và ô zôn trong khí quyển, hai chất này vừa liên quan tới sức khoẻ cộng đồng, vừa gây hại do tầm nhìn bị suy giảm Khi HC thải ra môi trường

có ánh nắng mặt trời và NOx chúng sẽ làm tăng hiệu ứng nhà kính Các loại hydrocacbon thơm là nguyên nhân gây các bệnh về gan, ung thư máu và rối loạn thần kinh khi hàm lượng vượt quá giá trị cho phép

* Ảnh hưởng của NO x

Trong họ NOx thì NO2 là độc hại nhất (gấp 5 lần NO), NO2 là chất khó hoà tan nên nó có thể đi theo đường hô hấp đi sâu vào phổi, gây viêm phổi và làm huỷ hoại các tế bào của phế nang Khi vào được trong phổi, 80% NO2 bị giữ lại làm cho người bệnh bị mất ngủ, ho, khó thở Nồng độ NO2 trong không khí không được phép vượt quá 0,005mg/lít (không khí), nếu nồng độ

NO2 trong môi trường vượt quá 100ppm thì người và động vật có thể bị tử vong sau vài phút tiếp xúc Ngoài ra NO dễ dàng bị biến đổi trong khí quyển thành NO2 ( theo phản ứng NO + 0,5 O2→ NO2 ) vậy cần phải kiểm soát chặt chẽ NO Bên cạnh đó NO2 trong môi trường còn tác dụng với nước tạo thành axit, các axit trên hoà tan trong mưa, khi nồng độ đủ lớn có thể tạo mưa axit làm huỷ hoại thảm thực vật và an mòn các công trình kim loại

- Thứ hai là khả năng có thể gây bệnh ung thư và gây đột biến gen của các hợp chất hữu cơ bị hấp thụ trong PM

Chất thải dạng hạt của ĐCĐT chỉ chiếm một phần nhỏ trong tổng lượng bụi từ rất nhiều nguồn khác nhau (hoạt động công nghiệp, sự hao mòn

của lốp xe và đường…) có mặt trong không khí Thực tế đã chỉ ra rằng với tất

cả các loại bụi có trong không khí thì PM có kích thước hạt dễ bị giữ lại nhất, với thời gian lâu nhất trong hệ hô hấp Các hạt PM có khả năng làm rối loạn

hệ hô hấp và tạo điều kiện thuận lợi cho các tác động ung thư từ các chất khác PM còn gây tổn thương mắt, gây dị ứng mũi…và cũng có khả năng gây ung thư ra khi tiếp xúc liên tục Ngoài ra, PM bám vào cây xanh sẽ cản trở quá trình quang hợp làm cây cối dễ bị héo chết, bám vào các công trình xây dựng dễ gây ăn mòn kim loại và phân huỷ bê tông, đá xây dựng…

1.1.2 Tiêu chuẩn khí thải châu âu (EURO)

Theo quyết định số 249/2005/QĐTTg ngày 10/10/2005 của thủ tướng chính phủ, ngày 1/7/2007 Việt Nam sẽ chính thức áp dụng tiêu chuẩn khí thải EURO II Đồng thời một lộ trình áp dụng các tiêu chuẩn EURO cao hơn nữa cũng được thảo luận và sẽ được áp dụng trong một tương lai không xa Với những tiểu chuẩn EURO cao hơn như EURO III và đặc biệt là EURO IV, V, những thành phần độc hại như HC, CO, PM, NOx… ngày càng được thắt

chặt Điều đó đòi hỏi cần có những biện pháp xử lý trong động cơ như luân

hồi khí thải hay dùng bộ xúc tác DeNOx để giảm phác thải NOx, trang bị cho động cơ bộ lọc khí thải hay các biện pháp khác để giảm lượng bồ hóng (PM)

Năm 1987, tại Châu Âu, một dự luật hoàn chỉnh quy định giá trị nồng

độ giới hạn của các loại khí thải mới được thông qua và người ta vẫn thường

gọi đó là EURO 0 Trải qua 18 năm, thêm 4 tiêu chuẩn nữa được ban hành bao gồm: Euro I năm 1992, EURO II năm 1996, Euro III năm 2000 và EURO

IV năm 2005 Với mỗi tiêu chuẩn mới ra đời, nồng độ giới hạn của khí thải lại

thấp hơn tiêu chuẩn trước Tiêu chuẩn EURO áp dụng cho tất cả các loại xe trên 4 bánh lắp động cơ đốt trong chạy bằng nhiên liệu xăng, dầu, LPG (Liquefied Petroleum Gas) và chia theo tính năng như: xe du lịch, xe công

suất nhỏ, xe công suất lớn và xe bus

Tiêu chuẩn khí thải Châu Âu rất chú ý giới hạn lượng phát thải của động cơ diesel xe tải nặng đặc biệt là EURO III, EURO IV Các tiêu chuẩn này còn đòi hỏi những biện pháp tự chuẩn đoán ngay trên xe (OBD – Onboard Diagnostic), khi xe tải có lỗi dẫn đến tăng lượng phát thải của động

cơ, hệ thống phải cảnh báo cho lái xe biết

B ảng 1.1 dưới đây thể hiện cụ thể lượng phát thải với các thành phần độc hại

khác nhau đối với xe tải nặng sử dụng động cơ diesel Tất cả các phép đo đều được tiến hành theo các qui trình thử tiêu chuẩn

Bảng 1.1 Các tiêu chuẩn EURO giới hạn lượng phát thải cho xe tải nặng sử dụng động

cơ diesel, g/kWh ( với khói là g/kWm-1 )

Trong đó ECE R-49 là chu trình thử steady-satete 13-mode

ESC – European Sationary Cycle

ELR – European Load Response

ETC – European Transient Cycle

Với động cơ diesel thông thường chỉ cần qua chu trình thử ESC/ELC

Với động cơ sử dụng các phương pháp xử lý khí thải (xúc tác NOx và DPF)

cần qua các chu trình ESC/ELC + ETC Độ mờ của khói đươc đo trên chu trình thử ELR

1.1.3 Động cơ diesel xe tải nặng

Động cơ diesel không chỉ khác động cơ xăng ở chỗ dùng một loại nhiên

liệu khác Hầu hết các phương tiện giao thông được dùng động cơ xăng trong khi các xe tải thường dùng động cơ diesel bởi tính kinh tế của chúng Điểm khác nhau giữa động cơ diesel và xăng là :

* Quá trình đốt cháy nhiên liệu: Động cơ xăng hoà trộn hỗn hợp

trong đường nạp và nén trong kỳ nén để đốt cháy bằng tia lửa của bugi Động

cơ diesel nạp vào động cơ chỉ có không khí, nén chúng trong kỳ nén sau đó phun nhiên liệu vào không khí nén đẻ hình thành hỗn hợp Nhiệt độ và áp suất cao của khí nén áp suất cao sẽ làm nhiên liệu bốc cháy

* T ỷ số nén: Động cơ xăng có tỷ số nén chỉ khoảng từ 8 đến 12 trong

khi động cơ diesel có tỷ số nén rất cao, từ 14 đến 25 Do có tỷ số nén cao hơn nên động cơ diesel có hiệu suất cao hơn động cơ xăng

* N ạp nhiên liệu: Động cơ xăng nói chung thường dùng bộ chế hoà

khí để tạo hỗn hợp hay vòi phun điện tử để cấp nhiên liệu vào đường nạp (bên ngoài xilanh) Động cơ diesel được phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng cháy tại cuối kỳ nén

* Quá trình hoà tr ộn nhiên liệu: động cơ xăng có quá trình hoà trộn

nhiên liệu dài và đồng đều trong khi động cơ diesel có quá trình hoà trộn nhiên liệu ngắn và không đồng đều…

Động cơ diesel được dùng phổ biến trên các phương tiện vận tải cả đường bộ và thuỷ và có vai trò rất quan trọng nền kinh tế quốc dân Do đó, nghiên cứu phát triển động cơ diesel là một trong những chiến lược phát triển kinh tế

1.1.4 Hệ thống luân hồi khí thải và lọc bụi khói trên động cơ diesel

xe tải nặng

Các tiêu chuẩn khí thải ngày càng yêu cầu khắt khe hơn về hàm lượng

NOx, phác thải dạng hạt có trong khí thải động cơ Để đạt được các tiêu chuẩn

đó ngày nay trên động cơ đang nghiên cứu, áp dụng hệ thống luân hồi khí thải

và lọc bụi khói Luân hồi khí thải là một kỹ thuật rất hiệu quả trong việc giảm phát thải NOx, khí thải sau khi ra khỏi động cơ được đưa lại một phần vào đường nạp để làm loãng khí nạp, nhờ đó có thể giảm được tỷ lệ phát thải NOx Nếu chỉ luân hồi khí thải thì chỉ giảm được lượng NOx trong khi đó lượng bồ hóng trong khí thải lại tăng cao, do đó ta lắp lọc bụi khói để giảm bồ hóng Với hệ thống này về cơ bản ta đã giảm được NOx và bồ hóng trong khí thải động cơ, tuy nhiên sau một thời gian làm việc thì lượng bồ hóng trong lọc tăng lên dẫn tới khả năng lọc bị tắc, vấn đề này sẽ được giải quyết ở các chương tiếp theo

1.2 Mục đích, nội dung và đối tượng nghiên cứu của đề tài

1.2.2 Nội dung của đề tài

 Giới thiệu về luân hồi khí thải và những tồn tại của hệ thống này

 Giới thiệu về lọc bụi khói và cơ chế tái sinh lọc

 Cơ sở lý thuyết sử dụng trong quá trình tính toán và mô phỏng

 Mô phỏng hệ thống luân hồi khí thải và lọc bụi khói trên phần mềm BOOST

 Đánh giá khả năng giảm phác thải NOx, bồ hóng trong khí thải

của động cơ sau khi được trang bị hệ thống luân hồi khí thải và lọc

bụi khói

 Kết luận chung và hướng phát triển

1.2.3 Đối tượng nghiên cứu của đề tài

Động cơ D1146TIS là động cơ tăng áp cao được thiết kế trên cơ sở động cơ tăng áp thấp D11446TI do tổng công ty máy động lực Việt Nam (VEAM) cung cấp Động cơ D1146TIS đã được thử nghiệm tại PTN Động Cơ Đốt Trong, trường ĐHBK HN, các kết quả thực nghiệm được sử dụng cho quá trình thiết lập mô hình và mô phỏng động cơ này trên phần mềm AVL BOOST để chọn bộ tuabin máy nén phù hợp Sau khi chọn được bộ tuabin – máy nén, động cơ đã được thử nghiệm để đánh giá tính kinh tế cũng như tính

kỹ thuật

Sau đó, động cơ này được mô phỏng bằng phần mềm AVL BOOST Phương pháp mô hình hoá và mô phỏng đã tạo ra khả năng tái hiện một hình ảnh gần với thực tế, có thể mổ xẻ các hiện tượng xảy ra bên trong để có thể quan sát

một cách trực quan, hoặc các hiện tượng không thể quan sát được trên mô hình thực tế Mô phỏng giúp rút ngắn thời gian nghiên cứu, thiết kế, chế tạo

và chạy thử nghiệm… Ngoài ra, mô hình hoá – mô phỏng còn cho phép tối ưu hoá các quá trình công tác cũng như kết cấu của các hệ thống trong động cơ

để tối ưu hoá tính kinh tế, hiệu quả và giảm ô nhiễm môi trường

Theo xu hướng đó AVL đã xây dựng gói phần mềm mô phỏng cho động cơ đốt trong bao gồm: BOOST, TYCON, BRICKS… để tính toán và

mô phỏng mọi quá trình xảy ra trong động cơ đốt trong Phần mềm BOOST

mô phỏng rất nhiều loại động cơ khác nhau, 4 kỳ, 2 kỳ, động cơ cháy cưỡng bức (diesel, ethanol…) hay cháy do đánh lửa (xăng, gas…) Phần mềm có ứng dụng rộng rãi từ động cơ nhỏ cho xe môtô đến động cơ cỡ lớn dùng trong công nghiệp hay tàu thuỷ BOOST còn có thể mô phỏng đặc tính của hệ thống

khí động

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu và phát triển hệ thống luân hồi khí thải và lọc bụi khói vẫn còn là một điều mới mẻ tại nước ta hiện nay Trong khi trên thế giới, hệ thống luân hồi khí thải và lọc bụi khói đã được nghiên cứu và áp dụng vào trong động cơ thực tế Qua nghiên cứu này em muốn giới thiệu một cách tổng quan

về hệ thống luân hồi khí thải và lọc bụi khói cũng như các mô hình tính toán

lý thuyết, mô phỏng, giải pháp để có thể thực hiện được trên động cơ tăng áp

để có thể có những nghiên cứu sâu hơn về hệ thống này

Để đạt được tiêu chuẩn khí thải, các động cơ cũ (như D1146TIS) cần

có những biện pháp giảm các thành phần độc hại (NOx hay PM) Trong nghiên cứu này, một giải pháp sẽ được đưa ra để các động cơ cũ, với một vài thay đổi để có thể đạt được các tiêu chuẩn khí thải mà động cơ nguyên mẫu không thể đạt được mà không ảnh hưởng nhiều đến tính năng hoạt động Qua

đó, những giải pháp như luân hồi khí thải, lọc bụi khói có thể được ứng dụng trên các động cơ cũ khác để có thể đạt được những tiêu chuẩn khí thải sẽ được

áp dụng trong tương lai (như EURO II)

Chương 2 HỆ THỐNG LUÂN HỒI KHÍ THẢI VÀ LỌC BỤI KHÓI

TRANG BỊ TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL TĂNG ÁP

Trong những năm gần đây, những tiêu chuẩn khí thải trên thế giới ngày càng được thắt chặt với các thành phần độc hại như NOx, khói và PM phát thải từ động cơ diesel Động cơ diesel có đặc tính điển hình là suất tiêu hao nhiên liệu thấp và phát thải rất ít thành phần CO Tuy nhiên lượng phát thải

NOx và PM từ động cơ diesel còn rất cao

Động cơ diesel được sự dụng rộng rãi trên máy kéo, xe tải nặng và các loại xe tải khác Với tính kinh tế cao do suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ, động cơ diesel ngày càng được sử dụng phổ biến trên cả xe tải nhỏ cũng như các loại

xe khách Tuy nhiên vấn đề khí thải lại là thách thức chính về phương diện môi trường của động cơ diesel

Để giảm phát thải các thành phần độc hại, đã có nhiều công nghệ đang được sử dụng như: phun nhiên liệu trực tiếp, dùng bộ tăng áp tuabin-máy nén, làm mát khí nạp, tối ưu hoá quá trình cháy có và không hỗ trợ xoáy lốc, sử

dụng nhiều xu páp trên một xi lanh, công nghệ phun nhiên liệu với áp suất cao… Tuy nhiên những công nghệ như luân hồi khí thải (EGR), bộ lọc chất thải dạng hạt (DPF), hay xử lý khí thải vẫn rất cần thiết để đạt được nhưng tiêu chuẩn về môi trường trong tương lai

2.1 Cơ chế hình thành và cơ sở tính toán khí thải động cơ diesel

2.1.1 Các thành phần của khí thải động cơ diesel

Quá trình cháy của động cơ diesel thực chất là các phản ứng cháy của nhiên liệu hyđrôcácbon (HC) với không khí Trước đây người ta cho rằng

phản ứng này xảy ra hoàn toàn, với sản phẩm sinh ra gồm: CO2, H2O và N2

có trong không khí Cùng với tỷ lệ tương ứng của O2 trong không khí thì có

thể còn O2 lẫn trong sản phẩm cháy Trong thực tế quá trình cháy của động

cơ là không hoàn toàn Có hai lý do để giải thích việc đó:

Thứ nhất là các phản ứng hoá học không bao giờ diễn ra theo 1chiều

mà luôn có phản ứng thuận nghịch giữa chất phản ứng và sản phẩm sinh ra

Do đó phản ứng không thể xảy ra hoàn toàn vì các chất tham gia phản ứng

vẫn còn dư

Thứ hai là các khu vực cháy với điều kiện hoà trộn, nhiệt độ và tốc độ xoáy lốc của không khí, dòng nhiên liệu phun vào không gian buồng cháy khác nhau cũng là một vấn đề Điều đó làm cho ngọn lửa bị tắt không đốt cháy được hết lượng nhiên liệu, các điều kiện phản ứng khác nhau sẽ sinh ra

sản phẩm cháy mới như là bụi, phát thải NOx… Do vậy khối lượng, số lượng phát thải của động cơ tăng lên so với trường hợp cháy hoàn toàn Các thành phần của khí thải bao gồm: CO2, H2O, N2, O2, CO, HC cháy không hết, NOx,

bụi, khói và tuỳ thuộc vào chất lượng của nhiên liệu mà sản phẩm cháy có thể

có SOx Trong các thành phần khí thải thì NOx, bụi khói, CO và HC cháy không hết được gọi là phát thải của động cơ đốt trong Tỷ lệ của các thành phần khí thải trong động cơ được thể hiện trong hình 2.1 như sau:

Hình 2.1 Tỷ lệ của các thành phần khí thải trong động cơ diesel

Tuy khối lượng phát thải chỉ chiếm một tỷ lệ nhỏ (khoảng 0,2% trong

tổng khối lượng khí thải) nhưng nó đã làm cho quá trình cháy của động cơ không hoàn hảo Một điều dễ nhận thấy là lượng phát thải này cũng không gây ảnh hưởng nhiều tới hiệu suất nhiệt của động cơ, tuy nhiên hiện nay người ta đang nỗ lực để xử lý, giảm thiểu phát thải của động cơ, vì những nguy hiểm của nó đối với môi trường tự nhiên và sức khoẻ của con người Thậm chí một phần triệu của phát thải mà giảm được cũng rất quan trọng Như ta đã biết khối lượng của phát thải phụ thuộc vào hiệu suất và các thông

số của động cơ Ví dụ: Thời điểm phun của động cơ diesel tác động tới tính kinh tế của nhiên liệu và khối lượng khí thải phát ra Tuy nhiên, ảnh hưởng

của thông số động cơ không ảnh hưởng nhiều lắm tới tổng nhiệt của quá trình cháy nhưng thời điểm phun và tốc độ phun có lien quan tới nhiệt nhả ra của chu trình làm việc động cơ Để mô phỏng được quá trình hình thành và cơ sở tính toán lượng khí thải của động cơ thì phải tập trung nghiên cứu vào hai thành phần chính là NOx và bồ hóng Hiểu được mối quan hệ giữa NOx và bồ hóng là thách thức lớn cho cả hiện tại và tương lai sau này, đặc biệt là động

cơ diesel

2.1.2 Cơ chế hình thành và cơ sở tính toán NO x

2.1.2.1 Cơ chế hình thành NO x

Việc tìm hiểu cơ chế hình thành NOx và điều khiển lượng phát thải của

nó gặp nhiều khó khăn do quá trình cháy của động cơ diesel xảy ra nhanh và

hỗn hợp cháy là không đồng nhất NO, NO2 là hai thành phần chính của NOx Chúng có những điểm khác nhau rất đặc trưng giữa hai thành phần độc hại này NO là khí không mùi không màu trong khi NO2 có màu nâu đỏ và mùi

gắt Cả hai loại khí đều rất độc nhưng NO2độc gấp 5 lần so với NO, phần lớn

NO2 hình thành từ việc oxi hoá NO

NO được hình thành trong quá trình cháy rớt trong xi lanh tại vùng nhiệt độ cao, cơ chế hình thành NO được chấp nhận rộng rãi là cơ chế được đưa ra bởi Zendovich Thành phần chính để hình thành NO là khí N2 trong không khí nạp vào động cơ Phản ứng dây chuyền oxi hoá khí nitơ được tạo

bởi các nguyên tử oxi, được hình thành từ việc tách ra khỏi phân tử O2 tại nhiệt độ cao trong quá trình cháy Phản ứng chủ đạo để hình thành NO từ phân tử N2 là:

H NO OH

N

O NO O

N

N NO O

N

O O

+

→ +

+

→ +

+

→ +

↔

2 2

Các phương trình cân bằng hoá học này chỉ ra rằng khí cháy tại nhiệt

độ cháy bình thường thì tỷ lệ NO2/NO là rất nhỏ Trong khí đó các thí nghiệm trên động cơ xăng hay diesel chỉ ra rằng NO2 có thể chiếm từ 10% đến 30% trong thành phần NOx Điều đó được giải thích là do NO được hình thành trong vùng ngọn lửa có thể nhanh chóng trở thành NO2 qua phản ứng:

OH NO HO

NO Nồng độ cục bộ của những nguyên tử oxi phụ thuộc vào nồng độ phân

tử oxi cũng như nhiệt độ cục bộ Sự hình thành NOx tồn tại chủ yếu ở nhiệt độ trên 2000 oK Do đó bất kỳ kỹ thuật nào có thể khống chế được nhiệt độ tức

thời trong buồng cháy dưới 2000 oK thì có thể giảm được sự hình thành NOx

NOx hình thành từ phản ứng oxi hóa nitơ trong điều kiện nhiệt độ cao

của quá trình cháy Thành phần NOx phụ thuộc rất nhiều vào hệ số dư lượng không khí λ (tức nồng độ oxi của hỗn hợp) và nhiệt độ của quá trình cháy

Nồng độ NOxđạt giá trị cực đại tại λ = 1 , 05 ÷ 1 , 1 [18] Tại đây, nhiệt độ của quá trình cháy đủ lớn để oxi và nitơ phân hủy thành nguyên tử có tính năng hoạt hóa cao, và tại đây nồng độ oxi đủ lớn đảm bảo đủ oxi chpo phản ứng, do đó

NOx đạt cực đại Do đặc điểm của động cơ diesel là hình thành hỗn hợp bên trong nên hệ số dư lượng không khí λ nằm trong một giới hạn rất rộng, cụ thể

là 1,2 đến 10 tương ứng từ toàn tải đến không tải

Ở động cơ diesel, khi λ tăng, nhiệt độ cháy giảm nên thành phần NOx

giảm (hình…) So với động cơ xăng thì động cơ diesel có thành phần NOx

thấp hơn Tuy nhiên, thành phần NO2 trong NOx lại cao hơn, chiếm 5 ÷ 15 %trong khi tỷ lệ này ở động cơ xăng là 2 ÷ 10 %

Phương pháp hình thành hỗn hợp có ảnh hưởng lớn đến sự hình thành

NOx Đối với buồng cháy ngăn cách, quá trình cháy diễn ra ở buồng cháy phụ (hạn chế không khí), rất thiếu oxi nên mặc dù nhiệt độ lớn nhưng NOx vẫn

nhỏ Khi cháy ở buồng cháy chính, mặc dù λ rất lớn, oxi nhiều nhưng nhiệt

độ quá trình cháy không lớn nên NOx cũng nhỏ Tổng hợp lại, NOx của động

cơ có buồng cháy ngăn cách chỉ bằng khoảng một nửa so với động cơ có buồng cháy thống nhất Tuy vậy, động cơ sử dụng buồng cháy ngăn cách có tính kinh tế không cao và có suất tiêu hao nhiên liệu cao nên ngày thay không được sử dụng nhiều

2.1.2.2 Cơ sở tính toán NO x

Việc tính toán NOx tuỳ thuộc vào cơ chế hình thành NO, thông thương

có hai loại cơ chế Đó là: Cơ chế hình thành NO do nhiệt (Thermal NO) và cơ

chế hình thành NO theo các vùng phản ứng (Prompt NO) Ta tiến hành tính toán theo từng loại cụ thể như sau:

Hình 2.2 Sự tạo thành NO trong điều kiện phản ứng thực tế

và NO trong trường hợp cân bằng một phần

Công thức (2.7) thu được ở trên thường bị bỏ qua ở rất nhiều nghiên cứu vì phạm vi của nó hẹp, có thể nghiên cứu giảm NO thông qua công thức sau:

𝑑𝑑[𝑁𝑁𝑁𝑁]

Bên phải của công thức (2.9) luôn có gía trị lớn hơn 0 vì NO trong chu trình làm việc của động cơ thì NO bị phân tách, cân bằng một phần và cuối cùng không trở về như cũ nữa

* Tính NO theo vùng ph ản ứng

Cơ chế hình thành NO từ nhiệt của cơ cấu được dự đoán là chính xác nhất cho việc tính phát thải cho động cơ đốt trong Tuy nhiên theo động lực học để xảy ra phản ứng thì phụ thuộc vào nhiệt độ tới hạn của phản ứng đã được nói tới ở trên Nói chung, nhiều ý kiến đồng ý rằng khoảng ±20% được trông đợi là sai số giữa NO dự đoán và thông số đo Với cơ chế hình thành như trên thì chỉ tính được một thông số của NO theo nhiệt, với cơ chế Prompt

NO ( NO nhanh) thì ngoài NO theo nhiệt còn có thể tính từ các gốc chứa phần

tử CH, điều mà trước kia cho là không quan trọng Khi tăng số phản ứng của

cơ chế hình thành phản ứng (Nghĩa là phản ứng tạo thành N nguyên tử) tới gía trị tới hạn thì phản ứng xảy ra như sau:

Với kf = 4,4 10 12 exp[-11,060/T] cm3/(mol.s)

N nguyên tử có thể chuyển thành NO thông qua phản ứng (ii) và (iii), HCN có biến đổi thành sản phẩm trung gian NCO rồi trở thành NO Các phương trình phản ứng:

- Khi tăng số phản ứng trung gian tới giới hạn thì như (2.10) sản phẩm

sẽ gồm: gốc CH và NO trở thành quan trọng vì chỉ dưới điều kiện giàu nhiên liệu mới fát hiện ra CH

- Hơn nữa về mặt năng lượng thì theo (2.10) năng lượng cho mỗi phản ứng trung gian nhỏ hơn nhiều so với cơ chế NO nhiệt, do đó sự phụ thuộc vào nhiệt độ cũng ít hơn, đó là yếu tố quan trọng trong việc ứng dụng giảm nhiệt

độ của động cơ đốt trong

- Hằng số tốc độ phản ứng cũng thấp hơn nhiều so với cơ chế NO nhiệt

2.1.3 Cơ chế hình thành và cơ sở tính toán bồ hóng

Khái niệm được nhiều người biết đến về bồ hóng đó là: Bồ hóng được cấu thành từ các phân tử hydrocacbon thơm nhiều nhân (PAH) Bước đầu tiên

là các phân tử bồ hóng lớn lên là do sự kết hợp của các phân tử, với hình thức này chúng biến đổi các phân tử bồ hóng theo hai thông số kết cấu Thứ nhất, kéo dài các phân tử theo không gian ba chiều Khi đó các bề mặt các phân tử

sẽ lớn bằng phân tử C2H2, kích thước thì tăng lên bằng cách đông lại Phản ứng cộng hyđro được diễn ra liên tục và kết quả cuối cùng được đặc trưng bởi

số phân tử C lớn Các phân tử này có đường kính từ 10 – 1000 nm, thường là

100 nm, khối lượng trung bình của bồ hóng là 2000kg/m3 Bồ hóng có thuộc tính xốp nên các phần tử bồ hóng được đặc trưng bởi tỷ lệ khối lượng chia cho diện tích bề mặt, vì vậy chúng rất dễ dính và cô đọng trong phản ứng cộng hyđrô, thậm chí ngay cả sau khi rời động cơ chúng vẫn có tính chất như

vậy

Tuỳ theo quan điểm về cơ chế hình thành bồ hóng mà có các cách để tính toán lượng bồ hóng khác nhau được trình bày dưới đây

* Cơ chế bán toàn phần (Cơ chế hai bước của Hiroyasu)

Cơ chế này mô tả sự ôxi hoá và cơ chế hình thành của các phân tử bồ hóng bởi hai hoặc nhiều phản ứng Có lẽ đơn giản và dễ nhất là mô hình hai bước của Hiroyasu Nó mô tả sự thay đổi của khối lượng bồ hóng thông qua công thức:

𝑑𝑑𝑚𝑚𝑠𝑠𝑑𝑑𝑑𝑑 =

𝑑𝑑𝑚𝑚𝑠𝑠,𝑓𝑓𝑑𝑑𝑑𝑑 −

𝑑𝑑𝑚𝑚𝑠𝑠,𝑜𝑜𝑜𝑜

Với phần tử thứ nhất và thứ hai của vế phải lần lượt là tốc độ hình thành bồ hóng và tốc độ ôxi hoá Chúng được tính theo công thức tương đương như sau:

𝑑𝑑𝑚𝑚𝑠𝑠,𝑓𝑓𝑑𝑑𝑑𝑑 = 𝐴𝐴𝑓𝑓 𝑚𝑚𝑓𝑓,𝑣𝑣 𝑝𝑝0,5𝑒𝑒𝑒𝑒𝑝𝑝 �

−𝐸𝐸𝑠𝑠,𝑓𝑓

𝑑𝑑𝑚𝑚𝑠𝑠,𝑜𝑜𝑜𝑜𝑑𝑑𝑑𝑑 = 𝐴𝐴𝑜𝑜𝑜𝑜 𝑚𝑚𝑠𝑠

mf,v là khối lượng nhiên liệu bốc hơi

PO2 là áp suất của các phân tử O2

Es,f= 52,335 kJ/kmol là năng lượng hoạt hoá

Es,ox= 58,615 kJ/kmol là năng lượng ôxi hoá

Af, Aox là các hằng số được lựa chọn theo kinh nghiệm và loại động cơ cụ thể

Nhiều động cơ nghiên cứu hiện nay, khối lượng bồ hóng phát ra được tính theo công thức (2.16), tốc độ hình thành bồ hóng tính theo công thức (2.17) nhưng tốc độ ôxi hoá bồ hóng thì lại được tính theo công thức của Nagle – Strickland Constble Các phương trình phản ứng xảy ra:

C trên bề mặt của phần tử A được định nghĩa bởi x, với giả thiết 𝑤𝑤̇𝑖𝑖𝑖𝑖 = 𝑤𝑤̇𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖, x trở thành:

Tổng quát nhất của cơ chế hai bước là tính tốc độ ôxi hoá bồ hóng theo công

Ở trong công thức này tốc độ ôxi hoá bồ hóng được tính tới các điều

kiện như trong phần cơ chế hình thành ban đầu

Cơ chế hình thành bồ hóng tổng quan nhất của Fusco theo sơ đồ dưới đây

Hình 2.3 Quá trình hình thành bồ hóng

Theo Fusco thì sự hình thành bồ hóng của động cơ tuân theo 8 bước cơ

bản như ở trên sơ đồ trên Nhiên liệu bốc hơi trong quá trình cháy dẫn tới sự hình thành bồ hóng, bồ hóng được hình thành qua các quá trình sau:

- (1) quá trình chuyển hoá để làm tăng kích thước hạt cơ bản (bán kính

hạt lớn dần lên)

- (2) tham gia cộng hợp tạo thành C2H2

- (3) quá trình ô xi hoá hình thành các hạt bồ hóng ban đầu (PR), các hạt bồ hóng này có kích thước hạt lớn dần lên

- (4) Quá trình ô xi hoá hình thành các hạt bồ hóng ban đầu có nguồn

gốc là các gốc hyđrocacbon (C2H2)

- (5) Quá trình hình thành các hạt bồ hóng hình cầu (soot particles - P)

- (6) Qúa trình phát triển bề mặt của các phân tử C2H2 tạo thành các hạt

Dp là đường kính của phân tử bụi

Sp là khoảng cách giữa các bề mặt gần nhất

Vì vậy các thông số đặc trưng của quá trình ôxi hoá bồ hóng là

[Np] là số phân tử đặc trưng trên một đơn vị thể tích (1/cm3)

[PR] là số mol của gốc tự do trên một đơn vị thể tích (mol/cm3)

[C2H2] là số mol các phân tử lớn trên một đơn vị thể tích (mol/cm3)

1

𝜌𝜌 (𝑟𝑟5𝑀𝑀𝑊𝑊𝑃𝑃𝑃𝑃 + 𝑟𝑟6𝑀𝑀𝑊𝑊𝐶𝐶 − 𝑟𝑟7𝑀𝑀𝑊𝑊𝑐𝑐) (2.32)

Các hằng số được tính như trong bảng 2.1 như sau:

1

B ảng 2.1 Các hằng số đặc trưng cho phản ứng hình thành bồ hóng

A i (mol.cm.s)

E A,i (J/mol)

2 𝐴𝐴1𝑒𝑒𝑒𝑒𝑝𝑝 �

−𝐸𝐸𝐴𝐴,1𝑅𝑅𝑅𝑅 � [𝑓𝑓𝑓𝑓𝑒𝑒𝑓𝑓𝑔𝑔] 0,7 1012 502,400 (2) C m H n →m/2C 2 H 2 𝑟𝑟2 =𝑚𝑚2 𝐴𝐴2𝑒𝑒𝑒𝑒𝑝𝑝 �−𝐸𝐸𝑅𝑅𝑅𝑅 � [𝑓𝑓𝑓𝑓𝑒𝑒𝑓𝑓𝐴𝐴,2 𝑔𝑔] 2.108 205,200

V ới 𝑆𝑆 𝑃𝑃 = 𝜋𝜋𝐷𝐷𝑃𝑃2 𝑁𝑁𝑃𝑃

(7) P+O 2 →phát thải 𝑟𝑟7 = 𝑆𝑆𝑃𝑃 �1 + 𝑘𝑘𝑒𝑒 𝑘𝑘𝐴𝐴𝑃𝑃𝑂𝑂2

𝑧𝑧 𝑃𝑃𝑂𝑂2+ (1 − 𝑒𝑒)𝑘𝑘𝐵𝐵𝑃𝑃𝑂𝑂2�

2.2 Các biện pháp kiểm soát NO x áp dụng cho động cơ diesel

2.2.1 Điều chỉnh để hạn chế lượng nhiên liệu của chu trình

Khi động cơ làm việc ở chế độ tải cực đại, tức là với λ rất nhỏ thì lượng phát thải NOx rất cao (cả CO và PM) Trên mỗi bơm cao áp đều có cơ cấu hạn chế lượng nhiên liệu cung cấp chu trình Để tránh động cơ làm việc tại chế độ tải cực đại thì có thể điều chỉnh cơ cấu hạn chế về phía giảm nhiên liệu, do đó

có thể giảm được tỷ lệ NOx Tuy nhiên, biện pháp này sẽ làm giảm công suất

cực đại của động cơ

2.2.4 Dùng hệ thống phun nhiên liệu điều khiển điện tử

Hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử được dùng phổ biến trên các động cơ

hiện đại So với hệ thống phun nhiên liệu cơ khí, hệ thống nhiên liệu điện tử cso khả năng liên kết và xử lý nhiều tín hiệu trong miền đặc tính làm việc của động cơ để đạt được các thông số tối ưu Nhờ đó, hệ thống nhiên liệu điện tử

có thể giảm được các thành phần độc hại trong khí thải tới mức thấp nhất có thể

2.2.5 Kỹ thuật luân hồi khí thải EGR

Hình 2.4 thể hiện sơ đồ hệ thống luân hồi khi thải trên động cơ Khí

thải sau khi ra khỏi động cơ trích lại một phần trở lại đường nạp, khí luân hồi trước khi đi vào đường nạp được định lượng bởi van định lượng khú luân hồi (van EGR)

Hình 2.4 Sơ đồ hệ thống luân hồi khí thảiLuân hồi khí thải là một biện pháp hữu hiệu để giảm sự hình thành NOx

trong buồng cháy Khí luân hồi bao gồm chủ yếu CO2, N2 và hơi nước sẽ được đưa trở lại xi lanh để làm loãng hỗn hợp cháy và giảm nồng độ O2 trong buồng cháy Do nhiệt lượng của khí luân hồi lớn hơn rất nhiều so với không khí nạp nên khí luân hồi làm tăng nhiệt dung riêng của khí nạp, do đó sẽ làm

giảm độ tăng nhiệt độ với cùng lượng nhiệt giải phóng của quá trình cháy trong buồng cháy Tỷ lệ khí luân hồi được tính như sau [1]:

% 100

%

egr t egr s egr t

W

W W

(2.33) Trong đó:

egr t

W : lưu lượng khí nạp trước luân hồi

egr s

W : lưu lượng khí nạp sau luân hồi

Một cách định nghĩa tỷ lệ khí luân hồi khác là dựa trên nồng độ

CO2 do Baert đưa ra năm 1999 [1]:

[ ] [ ] [ ]nạpxả [ ]dườngdường nạpxả

%

2 2

2 2

CO CO

CO CO

.

%

IP AC IP AC L

L

T

P T

P M

T : nhiệt độ tại cửa nạp khụng luõn hồi

Cú ba cỏch giải thớch cho ảnh hưởng của luõn hồi khớ thải đến việc giảm NOx là: kộo dài thời gian chỏy, tăng nhiệt dung riờng và làm loóng khớ nạp bằng khớ trơ (chủ yếu là CO2) Giả thuyết kộo dài thời gian chỏy đó được khẳng định bởi luõn hồi khớ thải gõy kộo dài thời gian chỏy tương tự như việc

giảm gúc phun sớm Giả thiết tăng nhiệt lượng cho rằng việc thờm khớ trơ vào khớ nạp sẽ tăng nhiệt dung riờng của những phần tử phản ứng xuất hiện trong quỏ trỡnh chỏy làm giảm nhiệt độ chỏy Theo giả thiết làm loóng khớ nạp, ảnh hưởng của luõn hồi khớ xả lờn NOx gõy ra bởi tăng lượng khớ trơ khụng chỏy trong hỗn hợp sẽ làm giảm nhiệt độ của quỏ trỡnh chỏy đoạn nhiệt

Tại chế độ tải cao rất không nên thực hiện luân hồi khí thải do sẽ làm

tồi đi quá trình cháy dẫn đến việc tăng một cách nhanh chóng lượng khói và

PM Tại chế độ tải thấp thành phần CmHn chưa cháy trong khí luân hồi sẽ được đưa trở lại hoà trộn với khí nạp do đó sẽ làm tăng hiệu suất nhiệt Một

phần khí luân hồi trở lại đường nạp sẽ làm tăng nhiệt độ khí nạp theo đó sẽ ảnh hưởng đến quá trình cháy và thành phần khí thải

Hình 2.5 cho thấy sự giảm NOx tại các chế độ tải khác nhau Việc thực hiện luân hồi khí thải trên động cơ diesel gặp một số vấn đề như: tăng lượng

bồ hóng (soot), tăng lượng PM vào các xi lanh Khi các chi tiết của động cơ

tiếp xúc với nhau tại tốc độ cao có thể dẫn đến trầy xước do các phần tử rắn này Các phân tử axit sulphuric và nước ngưng tụ trong khí luân hồi có thể ăn mòn các chi tiết trong động cơ Một vài nghiên cứu đã cho thấy thành vách xi lanh đã bị phá huỷ có giảm khả năng bôi trơn của dầu do dầu bị trộn lẫn với các phần tử bồ hóng cùng các phần tử nặng của khí luân hồi Do đó luân hồi khí thải rất cần đi cùng với một bộ lọc DPF để giảm các nguy cơ này

Hình 2.5 Ảnh hưởng của luân hồi khí thải tới lượng phác thải NO x