Tiểu luận Ô tô và ô nhiễm môi trường

chuẩn cho phép của các chất ô nhiễm khí xả động cơ xăng * AÙp duïng taïi Vieät nam: - Tieâu chuaån TCVN 6438-2001 Thành phần gây ô nhiễm trong khí thải Phương tiện lắp động cơ xăng Phương tiện lắp động cơ Diesel Các loại ôtô Mô tô, xe máy Mức 1 Mức 2 Mức 3 Mức 4 Mức 1 Mức 2 Mức 1 Mức 2 Mức 3 CO (%V) 6,5 6,0 4,5 3,5 4,5 4,5 - - - HC (ppm V) Đcơ 2 kỳ Đcơ 4 kỳ Đcơ đ.biệt - - - 1.500 7.800 3.300 1.200 7.800 3.300 600 7.800 3.300 1.500 10.000 1.200 7.800 - - - Độ khói (%HSU) - - - - - - 85 72 50 - Tieâu chuaån ban haønh naêm 2005 Cuïc Ñaêng kieåm Vieät nam ñaõ ñeà xuaát vôùi Boä giao thoâng vaän taûi trình Thuû töôùng Chính phuû ban haønh Quyeát ñònh soá 249/QÑ-TTg, ngaøy 10 thaùng 10 naêm 2005 veà loä trình aùp duïng khí thaûi ñoái vôùi phöông tieän giao thoâng cô giôùi ñöôøng boä. Trong ñoù, caùc möùc tieâu chuaån aùp duïng ñoái vôùi oâtoâ ñang löu haønh ñöôïc qui ñònh nhö bảng dưới. * Loä trình aùp duïng: Töø ngaøy 1/7/2006: AÙp duïng möùc 1 cho caùc phöông tieän mang bieån soaùt hoaëc coù ñòa chæ nôi thöôøng truù cuûa chuû phöông tieän trong ñaêng kyù xe oâtoâ thuoäc 05 thaønh phoá: Haø noäi, Tp.HCM, Haûi Phoøng, Ñaø Naüng vaø Caàn Thô. Töø ngaøy 1/7/2008 : AÙp duïng möùc 1 cho taát caû caùc phöông tieän vaøo kieåm ñònh treân phaïm vi toaøn quoác. TT Thành phần khí thải Mức 1 Mức 2 Mức 3 1 CO (%) 4,5 3,5 3,0 2 HC(ppm) Động cơ 4 kỳ Động cơ 2 kỳ Động cơ đặc biệt 1200 7800 3300 800 7800 3300 600 7800 3300 3 Độ khói (%HSU) 72 60 50 4 Hệ số hấp thụ ánh sáng (m-1) 2,96 2,13 1,61 Theo lộ trình, giai đoạn 2005-2008, nước ta sẽ xây dựng tiêu chuẩn chất lượng khí thải xe hơi phù hợp với Euro I trong hệ thống tiêu chuẩn châu Âu. Đây là một trong những hệ thống tiêu chuẩn tiên tiến nhất, được áp dụng rộng rãi trên thế giới, gồm cả Trung Quốc và các nước Đông Nam Á. Loại xe Tiêu chuẩn Giới hạn CO HC NOx xăng diesel xăng diesel xăng diesel Xe du lịch (g/km) Euro I 3.16 1.13 Euro II 2.20 1.00 0.50 0.90 Euro III 2.60 0.64 0.20 0.15 0.5 Euro IV 1.00 1.50 0.10 0.08 0.25 Xe thương mại (g/km) Euro I Loại 1 2.72 0.97 0.14 Loại 2 5.17 1.40 0.19 Loại 3 6.90 1.70 0.25 Euro II Loại 1 2.20 1.00 0.50 0.90 Loại 2 4.00 1.25 0.60 1.30 Loại 3 5.00 1.50 0.70 1.60 Euro III Loại 1 2.30 0.64 0.20 0.56 1.50 0.50 Loại 2 4.17 0.80 0.25 0.72 0.18 0.65 Loại 3 5.22 0.94 0.29 0.86 0.21 0.78 Euro IV Loại 1 1.00 0.50 0.10 0.30 0.08 0.25 Loại 2 1.81 0.63 0.13 0.69 0.10 0.33 Loại 3 2.27 0.40 0.15 0.46 0.11 0.39 (nguồn European union) Loại 1: Xe có trọng lượng dưới 1305Kg Loại 2: Xe có trọng lượng từ 1305Kg đến 1760kg Loại 3: Xe có trọng lượng lớn hơn 1760Kg * Các tiêu chuẩn châu Âu (Theo nguồn tài liệu European Union) - Đối với xe khách dưới 6 chỗ Chất ô nhiễm Đơn vị Euro 1 Euro 2 Xăng = diesel Xăng diesel HC+NOx g/km 0.97 0.5 0.7 CO g/km 2.72 2.2 1.0 PM g/km 0.14 - 0.08 - Đối với xe khách trên 6 chỗ và xe tải dưới 3.5t Loại 1: xe có trọng lượng dưới 1250Kg Loại 2: xe có trọng lượng từ 1250kg đến 1700Kg Loại 3: xe có trọng lượng trên 1700kg Tiêu chuẩn Chất ô nhiễm Đơn vị Loại 1 Loại 2 Loại 3 Euro 1 HC+NOx g/km 0.97 1.4 1.7 CO g/km 2.72 5.17 6.9 PM g/km 0.14 0.19 0.25 Euro 2 HC+NOx g/km Xăng Diesel Xăng diesel Xăng diesel 0.5 0.7 0.6 1.0 0.7 1.2 CO g/km 2.2 1.0 4.0 1.25 5.0 1.5 PM g/km - 0.08 - 0.14 - 0.2 - Đối với xe khách dưới 2.5t Chất ô nhiễm Đơn vị Euro 3 Euro 4 Xăng, LPG, NG diesel Xăng, LPG, NG diesel HC g/km 0.20 - 0.10 - NOx g/km 0.15 0.50 0.08 0.25 HC+NOx g/km - 0.56 - 0.30 CO g/km 2.3 0.64 1.0 0.50 PM g/km - 0.05 - 0.025 - Đối với xe khách có trọng lượng trên 2.5t và xe tải dưới 3.5t Chất ô nhiễm (g/km) HC NOx HC+NOx CO PM Mức 1 Euro 3 Xăng 0.2 0.15 - 2.3 - diesel - 0.50 0.56 0.64 0.05 Euro 4 Xăng 0.10 0.08 - 1.0 - diesel - 0.25 0.30 0.50 0.025 Mức 2 Euro 3 Xăng 0.25 0.18 - 4.17 - diesel - 0.65 0.72 0.80 0.07 Euro 4 Xăng 0.13 0.10 - 1.81 - diesel - 0.33 0.39 0.63 0.04 Mức 3 Euro 3 Xăng 0.29 0.21 - 5.22 - diesel - 0.78 0.86 0.95 0.10 Euro 4 Xăng 0.16 0.11 - 2.27 - diesel - 0.39 0.46 0.74 0.06 III. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NỒNG ĐỘ CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ XẢ ĐỘNG CƠ XĂNG: 3.1. KẾT CẤU ĐỘNG CƠ Do đặc điểm của động cơ xăng hai kì nên sự hòa trộn nhiên liệu cũng như sự nạp hỗn hợp hòa khí và thải sản phẩm cháy có nhiều vấn đề cần được quan tâm. Động cơ hai kì chỉ thực hiện hai hành trình nên khi piston của động cơ đi từ điểm chết dưới lên điểm chết trên trong hành trình nén. Khi piston vừa đóng kín cửa nạp nhưng của tải chưa đóng lại hoàn tòa đã làm một phần hỗn hơp nhiên liệu thất thoát ra ngoài và chạy ra đường ống xả. Ống xả có nhiệt độ cao và hỗn hợp nhiên liệu này bị bốc cháy và cháy không hoàn toàn tạo ra sản phẩm cháy có chứa CH, CO gây ô nhiễm môi trường. Hình 1. Nguyên lý kết cấu động cơ xăng hai thì Đặc điểm bôi trơn một số chi tiết của động cơ xăng hai kì dùng một lượng dầu bôi trơn pha chung với nhiên liệu. Do vậy mà trong quá trình cháy xảy ra một phần dâu bôi trơn trong nhiên liệu cháy không hoàn toàn và sản phẩm của quá trình cháy có nồng độ HC tăng. Một trong các giải pháp làm giảm tổn thất nhiên liệu trong quá trình nạp nhiên liệu là làm thay đổi sự phân bố đậm đặc của hỗn hợp nhiên liệu không khí trong xi lanh sao cho hỗn hợp nghèo mới thoát ra ngoài đường thải. Như phun nhiên liệu vào trong buồng cháy vào cuối quá trình nén khi cửa thải vừa đóng lại. Tuy nhiên với giải pháp này người ta phải dùng một bơm do động cơ dẫn động đã làm công suất động cơ bị mất đi bù vào lượng công để làm quay bơm này. Mặt khác, thời gian nén của động cơ hai kì ngắn hơn động cơ bốn kì. Vì vậy cần phải cung cấp một lượng phun nhiên liệu áp suất cao và thơi gian ngắn đã làm phát sinh một lượng nhiên liệu bám trên vách xi lanh và thành buồng cháy không được bốc hơi tốt nên quá trình cháy không hoàn toàn làm tăng nộng độ HC trong khí xả. Một giải pháp tiết kiệm hơn phun nhiên liệu bằng không khí với áp suất cao trích ra trong giai đoạn nén. 3.2. KẾT CẤU BUỒNG CHÁY Khi hệ thống phun xăng đánh lửa đảm bảo thời điểm phun xăng, đánh lửa và lượng nhiên liệu phun vào thích hợp nhưng quá trình cháy xảy ra còn phụ thuộc vào kết cấu của buồng đốt. Buồng cháy có khả năng tạo xoáy lốc để hỗn hợp chuyển động trong buồng cháy dạng chảy rối thì sẽ tăng sự đồng nhất của hỗn hợp giúp cho quá trình cháy xảy ra hoàn thiện hơn. Tuy nhiên quá trình chảy rối đến một giới hạn nhất định, nếu quá trình rối vượt quá giới hạn thì làm quá nhiệt lan truyền trong buồng cháy và làm quá trình cháy diễn ra quá nhanh động cơ sẽ bị gõ trong quá trình cháy. Khi thiết kể đảm bảo sao cho khoảng cách chuyển động của màng lửa là ngắn nhất. Đảm bảo quá trình cháy diễn ra nhanh giảm thời gian cháy xảy ra trong buồng đốt và sẽ giảm nhiệt độ của quá trình cháy giúp hạn chế sự phát sinh NOx. 3.3 HỆ THỐNG ĐIỀU KHSIỂN ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH CHÁY KHÔNG HOÀN THIỆN: 3.3.1. HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU Hệ thống cung cấp nhiên liệu có vai trò rất quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến công suất động cơ và phát sinh ô nhiễm môi trường. Việc hòa trộn tỉ lệ không khí /nhiên liệu thích hợp do nhiều tín hiệu liên quan cung cấp để đưa ra điều khiển lượng phun nhiên liệu phù hợp theo điều khiện làm việc của động cơ. Ngày nay hệ thống nhiên liệu luôn được phát triển và ngày càng hoàn thiện. Từ hệ thống điều khiển nhiên liệu bằng chế hòa khí điều khiển bằng cơ khí sang điều khiển phun nhiên liệu bằng điện tử đã đảm bảo được lượng phun nhiên liệu và thời điểm phun chính xác theo điều kiện vận hành của ô tô đã góp phần đán kể vào việc tăng công suất của động cơ và giảm thiêu ô nhiễm của môi trường. * Mặc dù vậy nhưng vẫn có sự ô nhiễm được sinh ra do một số nguyên nhân tác động làm ảnh hưởng đến sự chính xác trong điều khiển như: Sự hư hỏng của cảm biến nhiệt độ nước làm mát, cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến tốc độ động cơ, cảm biến nhiệt độ khí nạp… Các tín hiệu cảm biến này bị hư sẽ ảnh hưởng đến tỉ lệ không khí /nhiên liệu. Ví dụ như khi cảm biến nhiệt độ nước làm mát bị hư khi đó tín hiệu báo về bộ điều khiển (ECU) không chính xác và ECU sẽ điều khiển tăng lượng nhiên liệu cung cấp vào động cơ để làm giàu hỗn hợp nhiên liệu giúp động cơ dễ khỏi động khi nhiệt độ động cơ thấp. Khi đó hỗn hợp nhiên liệu sẽ rất giàu và quá trình cháy xảy ra không hoàn toàn làm phát sinh HC trong khí xả và gây ô nhiễm môi trường. Thấp 20oC Cao Nhiệt độ nước làm mát Khoảng thời gian phun (milli giây) Hình 2. Van ISC điều khiên tăng lượng phun nhiên liệu khi nhiệt độ động cơ thấp Một trường hợp cũng rất thường xảy ra trong động cơ xăng làm phát sinh nồng độ HC rất cao đó là kim phun bị nhỏ giọt (đang ở trạng thái đóng nhưng kin phun bị nhỏ giọt mà không có sự điều khiển nào). Bảng thống kê về sự phát sinh các chất ô nhiễm liên quan đế quá trình phát triển công nghệ của hệ thống nhiên liệu: Công nghệ HC CO NOx Chế hòa khí 3.8 3.7 0.03 Phun vào thành cylinder 2.9 3.4 0.06 Phun trực tiếp điện tử 0.8 0.8 0.1 3.3.2. HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA Để đảm bảo quá trinh cháy xảy ra hoàn thiện bên cạnh hỗn hợp nhiên liệu được hòa trộn đều cần phải có tia lửa đủ mạnh để kích thích quá trinh cháy xảy ra. Đồng thời đánh lửa phải đúng thời điểm theo điều khiện làm việc của động cơ. Hệ thống đánh lửa điều khiển thời điểm đánh lửa phù hợp với điều khiện vận hành của ô tô sẽ giảm thiểu ô nhiễm môi trường và phát huy công suất tối đa của động cơ. Hình 3: Đặt tính ảnh hưởng thời điểm đánh lửa đến hiệu suất của động cơ Việc điều khiển đánh lửa được chia làm hai giai đoạn cơ bản: * Khiều khiển đánh lửa khi khởi động: khi động cơ khởi động việc đánh lửa xảy ra tại một góc quay trục khuỷu cố định nào đó mà chưa tính đến chế độ hoạt động của động cơ (góc thời điểm đánh lửa ban đầu) * Điều khiển đánh lửa sau khi khởi động: sau khi khỏi động tùy theo điều khiện vận hành của ôtô mà góc đánh lửa của nó có thể thay đổi phù hộp. Khi đó góc đánh lửa thực tế sẽ bao gồm: góc thời điểm đánh lửa ban đầu + góc đánh lửa sớm cơ bản + góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh. Hình 4. Điều khiển góc đánh lửa sau khi khởi động GÓC THỜI ĐIỂM ĐÁNH LỬA BAN ĐẦU GÓC ĐÁNH LỬA SỚM CƠ BẢN GÓC ĐÁNH LỬA SỚM HIỆU CHỈNH THỜI ĐIỂM ĐÁNH LỬA THỰC TẾ ĐIÊU KHIỂN THỜI ĐIỂM ĐÁNH LỬA ĐIỀU KHIỂN ĐÁNH LỬA KHI KHỞI ĐỘNG GÓC THỜI ĐIỂM ĐÁNH LỬA BAN ĐẦU ĐIỀU KHIỂN ĐÁNH LỬA SAU KHI KHỞI ĐỘNG GÓC THỜI ĐIỂM ĐÁNH LỬA BAN ĐẦU GÓC ĐÁNH LỬA SỚM CƠ BẢN GÓC ĐÁNH LỬA SỚM HIỆU CHỈNH ĐIỀU CHỈNH KHI HÂM NÓNG ĐIỀU CHỈNH KHI QUÁ NÓNG ĐIỀU CHỈNH ỔN ĐỊNH KHÔNG TẢI HIỆU CHỈNH PHẢN HỒI TỈ LỆ KHÍ - NHIÊN LIỆU HIỆU CHỈNH TIẾN GÕ HIỆU CHỈNH ĐIỀU KHIỂN MÔMEN a) Điều khiển khi hâm nóng Khi nhiệt độ nước làm mát thấp (nhiệt độ động cơ thấp) động cơ rất khó khởi động vì nhiên liệu hòa trộn khó bốc hơi và khi khởi động tốc độ vòng quay của động cơ thấp. Khi đó bên cạnh việc tăng lượng phun nhiên liệu(kim phun khởi động lạnh) thì hệ thống đánh lửa cũng nhận được các tín hiệu nhiệt độ động cơ, tốc độ động cơ, vị trí piston, áp suất đường ống nạp, vị trí bươm ga để điều khiển tăng góc đánh lửa sớm. Khi nhiệt độ nước làm mát còn thấp và góc đánh lửa sớm điều khiển quá trỡ sẽ dẫn đến hiện tượng hốn hợp hòa khí trong buồng cháy cháy không hoàn toàn và khi đó lượng HC trong khí thải sẽ tăng gây ô nhiễm môi trường. 09 60oC Nhiệt độ nước làm Hình 5. Điều chỉnh góc đánh lửa khi hâm nóng Góc đánh lửa sớm b) Khi nhiệt độ động cơ quá nóng Khi nhiệt độ động cơ quá cao do động cơ làm việc ở tải lớn, góc đánh lửa quá sớm khi đó quá trình cháy duy trì trong buồng cháy quá lâu làm nhiệt độ động cơ tăng nhanh khí đó rất dễ xảy ra hiện tượng nồng độ NOx tăng. Khi đó để hạn chế hiện tượng này thì bộ điều chỉnh góc đánh lửa sớm sẽ điều khiển giảm góc đánh lửa sớm. c) Khi ở chế độ không tải Ở chế độ không tải động cơ làm việc với góc đánh lửa sớm cơ bản(khoảng 10o trước điểm chết trên) và ở chế độ này thì hàm lượng các chất ô nhiễm phát ra là thấp nhất. d) Khi động cơ hoạt động không ổn định: do sự thay đổi lượng phun nhiên liệu tăng giảm liên tục (Điều chỉnh phản hồi tỉ lệ khí-nhiên liệu) Động cơ đặc biệt rất nhạy cảm với việc thay đổi lượng nhiên liệu phun vào buồng cháy để thay đổi tốc độ của động cơ ở chế độ không tải. Nếu như hệ thống đánh lửa không hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm phù hợp thì động cơ sẽ bị mất công suất do quá trình cháy xảy ra không hoàn thiện và hiện tượng phát sinh các chất ô nhiểm gia tăng. Để hạn chế hiện tượng này thì bộ điều khiển điện tử (ECU) sẽ điều khiển góc đánh lửa sớm vào khoảng 5o trước điểm chết trên và điều chỉnh lượng phun nhiên liệu phù hợp. Tín hiệu chính để nhận biết được điều khiên làm việc của động cơ trong lúc này là cảm biến oxy, cảm biến vị trí cánh bướm ga và cảm biến tốc độ. Các tín hiệu này sẽ được gửi về bộ ECU và ECU sẽ điều khiển góc đánh lửa sớm và lượng phun nhiên liệu phù hợp với điều kiện làm việc của động cơ. Cảm biến oxy sẽ nhận biết được thành phân của hòa khí tức thời của động cơ đang hoạt động. Cảm biếm oxy được làm bằng chất ZrO2 có tính chất hấp thụ những ion oxy âm tính. Cảm biến oxy này thực chất là một pin điện có sức điện động phụ thuộc vào nồng độ của oxy trong khí thải với ZrO2 là chất điện phân. Mặt trong của ZrO2 tiếp xúc với không khí, mặt ngoài tiếp xúc với oxy trong khí thải . Ở mỗi mặt của ZrO2 được phủ một lớp plantin rất mỏng để dẫn điện. Lớp plantin này rất mỏng và xốp để oxy dễ khuyếch tán vào bên trong. Khi khí thải chứa lượng oxy ít do hỗn hợp giàu nhiên liệu thì số ion oxy tập trung ở điện cực tiếp xúc với khí thải ít hơn ion oxy tập trung ở điện cực tiếp xúc không khí. Sự chênh lệch số ion này sẽ tạo một tín hiệu điện áp khoảng 600-900mV. Khi sự chệch lệch số ion giữa hai điện cực nhỏ trong trường hợp nghèo xăng thì điện áp phát ra khoảng 100-400 mV. Và sự chệnh lệch này sẽ gửi về ECU để điều khiển phun xăng và đánh lửa. Vì vậy khi chế độ làm việc của động cơ thay đổi mà góc đánh lửa sớm không thay đổi phù hợp thì sẽ làm tăng nồng độ các chất HC, CO, NOx trong khí thải. e) Khi bị kích nổ: Kích nổ là hiện tượng hai màng lửa phát ra từ hai nguồn lan tràng với tốc độ rất lớn trong buồng cháy(1000-1500)m/sec và va chạm nhau sinh ra tiếng gõ của động cơ. Hai nguồn lửa này là do tia lửa điện của bugi phát ra chúng ta có thể kiểm soát được và nguồn lửa tự phát do nhiệt độ động cơ quá cao làm cho buội than trong buồng cháy bị bốc cháy chúng ta không khiểm soát được. Để tránh hiện tượng kích nổ bên cạnh việc sử dụng nhiên liệu có tỉ số ốctan cao chúng ta còn có thể khống chế được bằng cách giảm góc đánh lửa sớm (Để tránh hiện tượng mất công suất của động cơ hệ thống điều khiển sẽ điều khiển góc đánh lửa sớm giảm nhanh góc đánh lửa sớm rồi tăng lên từ từ hoặc loại diều khiển giảm dần từng giai đoạn). Hiện tượng kích nổ xảy ra do nhiệt độ động cơ quá cao hoặc do nhiên liệu có tỉ số octane thấp. Khi đó trong khí thải nồng độ NOx tăng. 0 TIẾNG GÕ XẢY RA LÀM MUỘN THỜI ĐIỂM ĐÁNH LỬA TIẾNG GÕ ĐỘNG CƠ NGƯNG ĐÁNH LỬA SỚM Yếu Tiếng gõ động cơ Mạch Góc đánh lửa sớm Hình 6. Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm khi bị kích nổ f) Khi chuyển số (Hiệu chỉnh điều khiển mômen) Trong trường hợp xe có trang bị hộp số điều khiển bằng điện tử(ECT) mỗi li hợp và phanh trong bộ truyền bánh răng hành tinh của hộp số tạo ra qua đập lan truyền khi chuyển số. Trong một số loại xe va đập này có thể được giảm thiểu bằng cách điều khiển làm trễ góc đánh lửa sớm( tối đa 20º so với điểm chết trên) để làm giảm mômen truyền từ động cơ qua hộp số khi chuyển số. Khi đó thay đổi góc đánh lửa để làm giảm tốc độ động cơ sẽ xảy ra hiện tượng lượng HC trong khí thải tăng do lượng nhiên liệu không đốt cháy hoàn toàn. 3.4. TĂNG THỜI KỲ TRÙNG ĐIỆP CỦA XU PAP Thời kỳ trùng điệp của xu pap là thời kỳ cuối thì xả đầu kỳ hút khi đó xu pap thải vừa đóng lại thì xu páp nạp vừa mở ra để nạp hỗn hợp nhiên liệu/không khí mới vào. Thông thường, ứng với mỗi động cơ nhất định, thời kỳ trùng điệp đã được tính toán hợp lý. Nếu trong quá trình sử dụng, do điều chỉnh dẫn đến thời kỳ trùng điệp kéo dài sẽ có một lượng khí mới nạp vào sẽ thoát ra ngoài cửa thai do xu pap thải chưa đóng lại. Khi đó một lượng hỗn hợp thất thoát trên đường ống xả và gây ra nồng độ HC gia tăng và gây ô nhiễm môi trường. Đối với các động cơ cũ, thời kỳ trùng đã được tính toán và không thay đổi trong quá trình làm việc của động cơ ở các chế độ công tác. Điều này cũng làm giảm công suất động cơ ở một số chế độ công tác. Đối với các động cơ thế hệ mới, cơ cấu phân phối khí được thiết kế sao cho thời kỳ trùng điệp có thể thay đổi theo các chế độ công tác của động cơ. Cụ thể khi động cơ làm việc ở số vòng quay lớn, cần tăng thời kỳ trùng điệp để các xuppap nạp mở sớm và xuppap xả đóng muộn hơn so với chế độ làm việc số vòng quay thấp. Việc điều chỉnh góc độ phối khí cũng là biện pháp làm hài hoà giữa tính năng động cơ và mức độ phát ô nhiễm HC và NOx. Gia tăng góc trùng điệp sẽ làm tăng lượng khí xả hồi lưu, do đó làm giảm NOx. Sự thay đổi quy luật phối khí cũng gây ảnh hưởng đến sự phát sinh HC. Những động cơ mới ngày nay có khuynh hướng dùng nhiểu xupáp với trục cam có thể điểu chỉnh được góc phối khí. Giải pháp này cho phép giảm nồng độ HC và NOx từ 20 – 25% so với động cơ kiểu cũ có cùng tính năng kinh tế - kỹ thuật. Hình 6. Động cơ Honda dùng hệ thống phân phối khí điều khiển điện tử 3.5. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIÊN LIỆU XĂNG ĐẾN MỨC ĐỘ PHÁT Ô NHIỄM CỦA ĐỘNG CƠ XĂNG. Sự thay đổi các tính chất hoá- lý của nhiên liệu xăng (ảnh hưởng đến quá trình bay hơi, tạo hoà khí và bốc cháy của nhiên liệu trong động cơ) sẽ ảnh hưởng nhiều đến quá trình cháy của động cơ mà khó bù lại sự thay đổi này bằng sự điều chỉnh các thông số hoạt động của động cơ. 3.5.1 Ảnh hưởng của khối lượng riêng. Khối lượng riêng nhiên liệu có quan hệ chặt chẽ với thành phần các hydrocacbon tạo thành hỗn hợp nhiên liệu thường hay super; khối lượng riêng tỉ lệ với tỉ số nguyên tử tổng quát carbon/hydro (C/H). Sự gia tăng khối lượng riêng của nhiên liệu có khuynh hướng làm nghèo hỗn hợp đối với động cơ dùng bộ chế hoà khí và ngược lại, làm giàu hỗn hợp đối với động cơ phun xăng. Tuy nhiên, do phạm vi thay đổi khối lượng riêng nhiên liệu rất bé (từ 2,5 đến 4% ), ảnh hưởng của nó đến mức độ phát ô nhiễm của động cơ đã điều chỉnh sẵn với một nhiên liệu cho trước không đáng kể. 3.5.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ hydrocacbon thơm. MetylBenzen (C6H8) Benzen (C6H6) Hydrocacbon thơm là loại hydrocacbon không no, các nguyên tử C nối với nhau theo mạch vòng bằng các liên kết đôi, đơn xen kẽ nhau, điển hình là chất benzen và metylbenzen: Kết cấu trên giúp Hydrocacbon thơm có tính ổn định cao, khó tự cháy và là thành phần lý tưởng của xăng dùng trong động cơ đốt cháy cưỡng bức. Hàm lượng H ít nên khối lượng riêng lớn và nhiệt trị nhỏ. Các hydrocacbon thơm (Aren) có chỉ số octane nghiên cứu RON >100 và chỉ số octane động cơ MON thường lớn hơn 90. Do đó thêm thành phần hydrocacbon thơm vào nhiên liệu là một biện pháp làm tăng tính chống kích nổ của nhiên liệu. Hình 7. Đồ thị biểu diễn Ảnh hưởng của tỉ lệ hydrocacbon thơm đến sự hình thành NOx Các hydrocacbon thơm có tỉ số C/H cao hơn nên khối lượng riêng lớn hơn. Do nhiệt lượng toả ra đối với một đơn vị thể tích lớn nên nhiệt độ cháy của hỗn hợp tăng nên tăng nồng độ NOx. Mức độ phát sinh CO ít bị ảnh hưởng bởi hàm lượng hydrocacbon thơm. Do có cấu tạo ổn định hơn parafine nên có động học phản ứng cháy chậm hơn. Do đó trong cùng điều kiện cháy, sự phát sinh hydrocacbon chưa cháy của nhiên liệu chứa nhiều hydrocacbon thơm hơn sẽ cao hơn. Khi chuyển từ nhiên liệu super thơm sang alkylat, mức độ phát sinh HC giảm đi 16%. Hình 8. Đồ thị biểu diễn Ảnh hưởng của tỉ lệ hydrocacbon thơm đến sự hình thành HC Mặt khác, thành phần hydrocacbon thơm trong nhiên liệu giữ vai trò phát sinh các hydrocacbon thơm đa nhân HAP, phènol và aldehyde thơm mà những chất này tăng theo các chất thơm còn formaldehyde thì giảm. HAP đã có mặt trong nhiên liệu cũng ảnh hưởng đến mức độ phát sinh HAP trong khí xả. Hình 9. đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của các thành phần cacbua hydro thơm đến sự hình thành các chất ô nhiễm 3.5.3. Ảnh hưởng của tính bay hơi: Nhiên liệu có tính bay hơi kém (bay hơi ở nhiệt độ lớn hơn 200 - 2200C) có ảnh hưởng đến sự phát sinh hydrocacbon chưa cháy (HC), sự cháy diễn ra không hoàn toàn với sự hình thành aldehydes và sự gia tăng HC. Nhiêu liệu có tính bay hơi cao (điểm hoá sương mù của hòa khí thấp) thì cần thiết cho việc khởi động và làm việc ở trạng thái nguội. Tuy nhiên, ảnh hưởng đến sự phát ô nhiễm của khí xả (hoà khí quá khô, giảm hệ số nạp, giảm công suất và tăng khuynh hướng kích nổ) và ảnh hưởng đến tổn thất do bay hơi. Tính chất bay hơi tiêu chuẩn của nhiên liệu phụ thuộc vào vùng, điều kiện khí hậu và mùa. Tính bay hơi của nhiên liệu không gây ảnh hưởng nhiều đến sự phát sinh NOx trong khí xả. Chỉ có CO và HC gia tăng theo PVR, nồng độ CO và HC tăng khoảng 20% theo chu trình FTP khi PVR tăng từ 65 đến 80kPa. 3.5.4. Ảnh hưởng của chỉ số octane: Chỉ số octane có ảnh hưởng đến mức độ phát sinh ô nhiễm, đặc biệt khi động cơ bị kích nổ. Việc sử dụng nhiên liệu có chỉ số octane phù hợp để hạn chế hiện tượng cháy kích nổ là rất quan trọng. chọn nhiên liệu có chỉ số octane lớn hay nhỏ tùy thuộc tỉ số nén động cơ chứ không phải dùng nhiên liệu có chỉ số octane cao là tối ưu. Thông thường động cơ có tỉ số nén càng cao cần nhiên liệu có tỉ số nén lớn. Nếu chọn nhiên liệu có chỉ số octane thấp dẫn đến sự gia tăng tính kích nổ, do đó làm tăng nồng độ NOx , nhất là khi hỗn hợp nghèo. Ngày nay để tăng tỉ số octane cho nhiên liệu các nhà sản xuất thường pha thêm cồn ethanol vào xăng theo một tỉ lệ tính toán để tránh trường hợp trong khí xả phát sinh những chất ô nhiễm khác. 3.5.5. Ảnh hưởng của các chất phụ gia. Người ta sử dụng các chất phụ gia để gia tăng chất lượng của xăng. Các chất phụ gia điển hình như: Những chất phụ gia làm tăng chỉ số octane: Ethanol có trị số octane cao hơn xăng. Trị số octane của ethanol từ 98 đến 111. vì vậy ethanol có khả năng chống kích nổ cao hơn xăng và có thể dùng cho động cơ có tỉ số nén cao. Ethanol khi được pha vào xăng sẽ làm tăng trị số octane. Theo kết quả nghiên cứu tại Mỹ khi thêm 10% vào xăng thì trị số octane tăng lên xấp xỉ 2 đến 3 đơn vị. Ở mức 7.7% thể tích thì trị số octane tăng xấp xỉ 1.5 đến 2.5 đơn vị. còn ở mức 5.7% thể tích thì trị số octane tăng xấp xỉ 1.0 đến 1.5 đơn vị. Theo kết quả thử nghiệm của Trung tâm kỹ thuật tiêu chuẩn đo lường chất lượng 3, khi pha 10% ethanol vào xăng A92 thì trị số octane tăng lên 2.8 đơn vị, còn khi pha 20% vào xăng A92 thì trị số octane tăng 6 đơn vị. Trong ethanol có chứa oxy, lượng oxy này tham gia vào quá trình cháy trong buồng đốt động cơ nên quá trình cháy sẽ triệt để hơn. Vì vậy, sẽ giảm bớt được lượng khí thải CO và các hydrocarbure HC. Ethanol được sản xuất từ thực vật có chứa tinh bột, đường hoặc các phụ phẩm nông nghiệp, các nguồn nguyên liệu này có phổ biến ở Việt nam. Lượng không khí cần thiết để đốt cháy 1 kg ethanol ít hơn xăng (9kg/kg nhiên liệu) trong khi đối với xăng 15kg/kg nhiên liệu nên có thể dùng ở miền núi cao, mật độ không khí loãng. Những chất phụ gia khác có thể dùng như: Alkyle chì, méthylcyclopenta-diényl mangan tricarbonyle (MMT), fenocène, methyl tertiary butyl ether (MTBE), … Những chất phụ gia chống oxy hóa, ngăn chặng sự hình thành olêfine: phénoylène diamin, aminophénol và phénol alkylé Chất làm sạch hệ thống nạp: Các chất này có vai trò làm sạch hệ thống nạp (vòi phun, các van nạp) (do hơi dầu bôi trơn và những chất không bị lọc gió giữ lại trên đường nạp) nhằm ổn định tỉ số A/F, hoạt động của động cơ và giảm thiểu nồng độ chất ô nhiễm trong khí thải. Chất bảo quản: Các chất này thêm vào xăng ổn định thành phần hoá học của xăng khi lưu trữ, bảo quản. Ngăn cản phản ứng oxy hoá khi tiếp xúc với không khí và làm chậm các phản ứng với ion kim loại. Các chất điển hình: phénylène diamin, aminophénol và phénol alkylé. Phụ gia chống mài mòn. Người ta thêm phụ gia này vào nhiên liệu nhằm hạn chế mức độ mài mòn hoá học hệ thống nhiên liệu do độ ẩm của nhiên liệu gây nên. Màu và các chất phụ gia chống nhầm lẫn. Những chất phụ gia chì, dù rằng thành phần chlore và brome đảm bảo biến chì thành dạng halogen nhẹ, không đủ để loại trừ hoàn toàn những lớp bám trong buồng cháy. Sự hiện diện của những lớp bám này dường như không gây ảnh hưởng đến nồng độ CO và NOx, nhưng làm tăng HC. Chì không gây ảnh hưởng đến sự hình thành aldehyde. Những chất phụ gia mangan (MMT) gây ảnh hưởng xấu đến sự phát sinh HC và andehyde. Nếu sự phát sinh CO và NOx, không bị ảnh hưởng, nồng độ HC tăng tuyến tính theo nồng độ MMT. Sự chuyển đổi ở bộ xúc tác không hạn chế hoàn toàn được sự gia tăng này và bộ xúc tác dần dần bị bao phủ bởi lớp bám Mn3O4. 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 hưởn