Theo các báo cáo cho thấy thì nguyên nhân chính trong các hoạt động của con người là hoạt động đi lại,trao đổi hàng hóa ,…Tóm lại là do các hoạt động của các phương tiện giao thông vận t
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG
ĐỀ TIỂU LUẬN
Kỹ Thuật An Toàn Và Bảo Vệ Môi Trường Cho Động Cơ Sử
Dụng Nhiên Liệu Là Xăng
Họ và tên: DƯƠNG VĂN DŨNG
Chuyên ngành: Cơ Khí Động Lực
Lớp: 18C4A
Giảng viên hướng dẫn: NGUYỄN QUANG TRUNG
Trang 2LỜI NÓI ĐẦU
Từ thực tế ta thấy ngày càng có nhiều hiện tượng thiên nhiên xấu ảnh hưởng tiêu cực đến đời sống của các sinh vật trên Trái Đất trong đó có con người Và nguyên nhân chắc thì ai cũng biết đó là hầu như do các hoạt động sống của con người, đây là nguyên nhân
mà con người tác động trực tiếp lẫn gián tiếp lên môi trường làm biến đổi khí hậu của Trái Đất Theo các báo cáo cho thấy thì nguyên nhân chính trong các hoạt động của con người là hoạt động đi lại,trao đổi hàng hóa ,…Tóm lại là do các hoạt động của các
phương tiện giao thông vận tải– theo báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia thì 70-90%
ô nhiễm ở các đô thị do các phương tiện giao thông.Trước tình hình đó chúng ta cần phải cắt giảm sự phát thải từ những động cơ chạy bằng nhiên liệu hóa thạch như xăng, dầu
diesel , mà chủ yếu là các động cơ sử dụng xăng Vì khi quá trình đốt cháy xảy ra sẽ tạo các chất khí như CO2, CO, NOx, PM và các hợp chất có hại khác ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe con người Vậy nên chúng ta cần xây dựng, cải thiện và phát triển các hệ thống giảm phát thải do động cơ xăng gây ra Hiện nay trên động cơ xăng người ta đã trang bị rất nhiều hệ thống xử lý khí thải hay gọi là các giải pháp công nghệ để phù hợp với các tiêu chuẩn EURO-Tiêu chuẩn khí thải châu Âu (Euro) là qui định xác địnhcác giới hạn chấp nhận được đối với khí thải của các phương tiện được bán tại các quốc gia thành viên Liên minh châu Âu,là một hệ thống tiêu chuẩn tiên tiến nhất ,được áp dụng rộng rãi trên thế giới,trong
đó có Việt Nam Để giảm sự ô nhiễm các giải pháp sẽtác động vào ba vị trí là xử lý nhiên liệu đầu vào, xử lý trong quá trình cháy và xử lý khí phát thải ở đường thải
NỘI DUNG
I,Đầu vào:Đầu tiên là các giải xử lý giảm khí thải trên đầu vào, gồm có các công nghệ phun xăng như phun xăng trên đường nạp và phun xăng trực tiếp vào buồng đốt làm cho nhiên liệu được hòa trộn tốt với không khí , giúp quá trình cháy đạt hiệu quả cao nhất từ đó tăng hiệu suất ,tiết kiệm nhiên liệu và giảm ô nhiễm môi trường đáng kể
1,Công nghệ phun xăng điện tử EFI ( Viết tắt của Electronic Fuel Injection
hoặc Fuel Injection).
2
Trang 3Năm 1990, chiếc Justy của Subaru đặt dấu chấm hết cho sự tồn tại sau rất nhiều năm của
bộ chế hòa khí tại Mỹ, thay thế vào đó là hệ thống phun xăng Thực tế, hệ thống phun xăng đã bắt đầu manh nha từ những năm 50, và cho đến năm 1980 thì hệ thống phun xăng điện tử đã được sử dụng rộng rãi ở các xe có xuất xứ từ Châu Âu.Quy trình hoạt động hoạt động cơ bản của hệ thống EFI là sử dụng một khối hệ thống tinh chỉnh và điều khiển điện tử để can thiệp vào các bước phun nhiên liệu vào buồng đốt thiết bị và động
cơ nhằm tối ưu hóa việc dùng nhiên liệu Sự can thiệp đó đã giúp cho quá trình đốt cháy nhiên liệu được diễn ra tốt hơn nhiều lần so với bộ chế hòa khí và cũng giúp cho xăng phun vào sẽ được đúng thời điểm, hòa trộn đều với không khí giúp đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu, tăng công suất máy, giảm lượng hydrocarbon dư, mà đồng thời cũng giảm lượng khí Carbon Mono-oxide (CO) thải ra khí quyển
2, Động cơ sử dụng hệ thống phun xăng trực tiếp GDI, còn được gọi là phun xăng trực tiếp PDI ( tên tiếng anh là Gasoline Direct Injection) vào xi lanh.
Đối với những người trong nghề cơ khí động lực thì hệ thống GDI đã không còn xa lạ nữa Hệ thống này lần đầu tiên xuất hiện là từ năm 1925 trong động cơ Hesselman dành cho máy bay Điểm nhấn của hệ thống phun xăng trực tiếp này là thay vì phun ở ngay cửa nạp, GDI lại phun nhiên liệu trực tiếp vào bên trong xilanh với áp suất cao Trong
kỳ nạp, chỉ có không khí vào bên trong trong xi lanh thông qua xupap nạp Điều đó đảm bảo cho việc điều khiển quá trình phun đốt tốt hơn , có thể cung cấp nhiên liệu muộn hơn
Trang 4nhiên liệu, lượng khí thải thải ra môi trường lớn) Do đó cho khả năng tiết kiệm nhiên liệu cũng như giảm khí thải ô nhiễm lớn
Ở hệ thống phun xăng trực tiếp GDI có hai chế độ nạp cơ bản:
- Nạp phân tầng (stratified charge): Chế độ nạp phân tầng phun trễ được sử dụng ở chế độ tải vừa và nhỏ Nhiên liệu lúc này sẽ được phun vào trong kỳ nén Tại đây, động cơ hoạt động với tỷ lệ hòa khí hơi loãng do nhiên liệu được phun vào gần với thời điểm đánh lửa, lúc đó chỉ có một lượng nhiên liệu nhỏ tập trung ngay trước bugi Tuy nhiên lượng khí thải NOx (NO, NO2, N2O, N2O3, N2O4, N2O5) ra môi trường lớn
- Nạp đồng nhất (homogeneous charge): Khi ở chế độ tải nặng, chế độ đồng nhất phun sớm được sử dụng Nhiên liệu được phun vào trong kỳ nạp tạo thời gian giúp cho hòa khí có được đạt đồng nhất Tại đây, động cơ hoạt động với tỷ lệ hòa khí cân bằng hoặc hơi giàu nên ít khí NOx
Do ở chế độ nạp phân tầng khí thải của ô tô có các hợp chất Oxit Nitơ NOx (NO, NO2, N2O5, N2O…) là loại chất độc hại đối với môi trường và sức khỏe con người cần phải được hạn chế Trong động cơ đốt trong, NOx được hình thành chủ yếu ở điều kiện áp suất và nhiệt độ cao( từ 1370độ C) Khí thải NOx ra môi trường nhiều nên người ta kết hợp thêm hệ thống tuần hoàn khí thải EGR (Exhaust Gas Recirculation System).Việc sử dụng hệ thống EGR cho phép giảm lượng NOx có trong khí thải của động cơ Ngoài tác dụng làm giảm lượng NOx, hệ thống EGR còn có tác dụng giảm tiêu hao nhiên liệu đối với động cơ xăng Từ đó các chất khí gây ô nhiễm môi trường sẽ giảm rất nhiều
3, Ngoài ra người ta còn kết hợp giữa phun xăng trực tiếp vào buồng đốt và phun xăng trên đường nạp
Đối với hệ thống này thì sự ưu việt hơn với hai hệ thống riêng lẻ không có gì khác biệt lắm cho lắm Chúng chỉ thay đổi tên gọi , đối với hệ thống phung xăng điện tử hay phun xăng trên đường nạp người ta gọi là GDI , còn với hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt người ta thay thế tên gọi là EDI Còn với tác động đến môi trường thì chúng cũng làm giảm nhiên liệu,giảm nhiệt độ buồng đốt từ đó ít tạo ra khi có hại cho con người
Trang 5So sánh với động cơ có bộ chứa hòa khí :
Trang 6Động cơ sử dụng chế hòa khí thường là những chiếc xe đời cũ, hiện nay đã ít có nhà sản xuất sử dụng chế hào khí nữa Hỗn hợp nhiên liệu và không khí của chế hòa khí được hòa trộn phía ngoài xi lanh nên cho lượng hao hụt nhiên liệu lớn
Động cơ sử dụng phun xăng điện tử (FI) hỗn hợp khí cùng nhiên liệu được hình thành
cả trong và ngoài xi lanh do đó vẫn có sự hao phí
Còn động cơ sử dụng phun xăng trực tiếp GDI thì hỗn hợp nhiên liệu và khí này được phun hoàn toàn bên trong xi lanh cho khả năng tiết kiệm nhiên liệu lớn
4,Thay thế nhiên liệu đầu vào : xăng,xăng sinh học, khí đốt hóa lỏng LPG(Liquefied Petrolium Gas), khí thiên nhiên hóa lỏng LNG(Liquefied Natural Gas), khí nén thiên nhiên CNG ( Compressed Natural Gas) :
- Xăng (Gasoline) là một chất lỏng dễ cháy có nguồn gốc từ dầu mỏ, được sử dụng chủ yếu làm nhiên liệu trong hầu hết các động cơ đốt trong có tia lửa Nó bao gồm chủ yếu là các hợp chất hữu cơ thu được từ quá trình chưng cất phân đoạn dầu mỏ, được tăng cường với nhiều loại phụ gia Là nhiên liệu phổ biến nhưng nó chứa nhiều chất benzen, chì ,lưu huỳnh , gây ra ảnh hưởng đến con người nhưng nhiên liệu này so với dầu , dầu diesel,… giảm ô nhiểm môi trường hơn nhiều
- Xăng sinh học là xăng được thêm phụ gia là ethanol vào xăng làm cho khí thải sau quá trình cháy sẽ giảm bớt các khí độc hại Ethanol được chế tạo từ thực vật mà trong khi sinh trưởng chúng sẽ hấp thụ khí CO2 từ đó giảm hiện tượng hiệu ứng nhà kính
- Khí đốt hóa lỏng LPG là khí không màu, không mùi (được thêm mùi để dễ phát hiện khi bị rò rỉ), nhiệt độ ngọn lửa từ 1890ºC đến 1935ºC, nhẹ hơn nước nhưng nặng hơn không khí Thành phần hóa học chủ yếu gồm propan, butan và một lượng nhỏ propylen, butylen và các khí khác nên khi cháy chỉ tạo ra CO2 và nước từ đó không gây ảnh hưởng trực tiếp đến con người và môi trường
Hình ảnh về xe chuyên chở nhiên liệu LPG:
6
Trang 7- Khí thiên nhiên hóa lỏng LNG là khí không màu, không mùi, không độc hại và không có tính chất ăn mòn, có nhiệt độ ngọn lửa vào khoảng 2340ºC và nhẹ hơn không khí Thành phần chủ yếu là metan (khoảng 95%) và một lượng nhỏ các khí khác nên nó cũng là một nhiên liệu sạch Nó cũng có những thuận lợi so với xăng dầu như mật độ năng lượng cao hơn, giảm số lần tiếp nhiên liệu cũng như giảm ô nhiễm môi trường
- Khí nén thiên nhiên CNG là khí không màu, không mùi, có nhiệt độ ngọn lửa khoảng 1950ºC và nhẹ hơn không khí Thành phần chủ yếu của CNG gồm các hydrocarbon, trong đó metan có thể chiếm đến 95%, etan chiếm 5% đến 10% cùng một lượng nhỏ propan, butan và các khí khác Cũng như hai nhiên liệu khí ở trên cũng góp phần vào bảo vệ môi trường
Trang 8Mặc dù xăng hay dầu đều có thành phần hóa học là các hydrocarbon nhưng hàm lượng khí thải CO,CO2,PM, trong xăng ít hơn so với dầu Riêng phần dầu diesel khi sử dụng cho động cơ sẽ tạo ra một lượng lớn PM gây ảnh hưởng trực tiếp đến con người như phổi Ngoài ra thủ phạm của những cơn mưa axit là NOx có trong khí thải của động cơ sử dụng dầu diesel
II,Xử lý trong quá trình cháy :
1,Hệ thống đánh lửa cưỡng bức
Là hệ thống giúp tạo ra tia lửa kích hoạt quá trình cháy trong xi lanh của động cơ xăng Khi động cơ hoạt động tia lửa đánh lửa vào đúng cuối kỳ nén, hỗn hợp không khí và nhiên liệu bốc cháy đẩy piston đi xuống làm quay trục khủy
- Khi người ta điều khiển quá trình đánh lửa của hệ thống đánh lửa làm cho khí cháy được cháy hết, cháy nhanh từ đó khí thải ra giảm các loại khí độc gây ô nhiễm môi trường
2,Động cơ HCCI:
Động cơ HCCI – Homogeneous charge compression ignition là một loại động cơ xăng đốt trong đặc biệt, trong đó hỗn hợp nhiên liệu và không khí được nén đến điểm
“tự bốc cháy” mà không cần đến sự trợ giúp của bugi Giống như trong các phản ứng
8
Trang 9cháy khác, phản ứng giải phóng năng lượng chuyển đổi thành công và nhiệt
trong động cơ
Sự pha trộn đồng nhất giữa nhiên liệu và không khí dẫn đến đốt cháy sạch hơn và lượng khí thải thấp hơn Bởi vì nhiệt độ cao nhất thấp hơn đáng kể so với động cơ xăng điển hình Mức độ NOx gần như không đáng kể Ngoài ra, không tạo ra bồ hóng
III,Xử lý khí thải trên đường thải:bộ xúc tác ba thành phần trên động cơ xăng
Trang 10Bộ xử lý ba thành phần được dùng kết hợp trên động cơ có sử dụng hệ thống phun xăng điện tử để phát huy hết chức năng của nó Vì khí thải trên hệ thống phun xăng điện tử EFI chủ yếu là thành phần để bộ xử lý ba chức năng hoạt động Và ta thấy khi động cơ hoạt động thì nhiệt độ cao các khí thải ra do động cơ xăng sinh ra đều rất độc như
CO,NOx,H-C.Để xử lý triệt để thật sạch khí thải người ta sử dụng chất xúc tác là
Rudi(Rh),bạch kim(Pt),paladi(Pd) Khi nhiệt độ lên đến 400 độ C các chất xúc tác sẽ phản ứng hóa học hoàn toàn, đưa ba chất độc thành chất không độc Ở lớp khử NOx bị tách thành Nitơ và Oxi Sau đó khí Oxi vừa được tách ra cùng Oxi dư có trong khí thải
và Oxi cung cấp thêm, dưới tác dụng của chất xúc tác khí CO và H-C sẽ bị oxi hóa thành chất không độc là CO2 Ngoài tác dụng chuyển các khí thải độc thành khí thải không độc
nó còn có tác dụng làm giảm tiếng ồn động cơ
KẾT LUẬN
Với xu hướng bảo vệ môi trường để tiến đến tương lai xa hơn ,chúng ta cần phải đặt mục tiêu đến các công nghệ thân thiên môi trường,giảm thiểu ít nhất tác động lên môi
trường Trong nền kinh tế của các nước phát triển nhanh sự đóng góp không nhỏ của các phương tiện giao thông và sự đóng góp đó thì chúng cũng kéo theo đó là sự tác hại nặng
nề đến môi trường Nhưng các quy tiêu chuẩn cũng được đặt ra để giảm tác hại của việc
sử dụng nhiên liệu Dựa trên những quy chuẩn đó các nhà sản xuất động cơ xăng lẫn diesel đã nghiên cứu các công nghệ các giải pháp nhằm giảm các nguyên nhân dẫn đến ô nhiễm môi trường Với những giải pháp công nghệ như EFI, GDI, bộ xử lý ba thành phần ,… đã giúp tiết kiệm nhiên liệu và thân thiện với môi trường hơn
