Tải bản đầy đủ

Sự hình thành chất độc hại trong khí xả động cơ diessel trang bị hệ thống nhiên liệu Common rail và giải pháp giảm thiểu

CHỦ ĐỀ NHÓM 5: Sự hình thành chất độc hại trong khí xả động cơ diessel
trang bị hệ thống nhiên liệu Common rail và giải pháp giảm thiểu
ĐẶT VẤN ĐỀ
-

Nâng cao chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật (tiêu hao nhiên liệu, tiếng ồn,...)
Giảm thiểu ô nhiêm môi trường

Một trong những vấn đề cấp bách được đặt ra hiện nay đối với con người trong
quá trình phát triển là sự cạn kiệt nguồn tài nguyên – nhiên liệu hóa thạch và ô nhiễm
môi trường. Vì vậy mà các công nghệ mới ra đời ra đời đều hướng đến mục đích tiết
kiệm nhiên liệu và giảm ô nhiễm môi trường. Trên thế giới ôtô là phương tiện giao
thông phổ biến nhất hiện nay và là một trong các tác nhân chính gây ô nhiễm môi
trường không khí. Do đó, vấn đề cải tiến công nghệ đối với động cơ ôtô, nhằm tiết
kiệm nhiên liệu và bảo vệ môi trường càng trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết. Đối với
động cơ diesel, do những đặc thù riêng về cấu tạo và nguyên lý hoạt động nên việc cải
tạo động cơ theo hướng trên thường tập trung chủ yếu vào cải tiến hệ thống nhiên liệu
của động cơ. Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, hệ thống nhiên liệu trên
động cơ diesel cũng có những sự thay đổi lớn so với ban đầu. Ngày nay trên các động
cơ diesel hiện đại, hệ thống nhiên liệu được điều khiển hoàn toàn bằng điện tử nhờ
vào máy tính và các thiết bị điện tử siêu chính xác, mà điển hình là hệ thống nhiên

liệu Common rail. Hệ thống nhiên liệu mới này giúp cho động cơ tiết kiệm nhiên liệu,
nâng cao công suất và giảm sự phát thải chất độc hại của khí thải. Hệ thống nhiên liệu
Common rail được khá nhiều hãng sản xuất động cơ chế tạo và được sử dụng rộng rãi
trên các ôtô ở các nước phát triển, đặc biệt là Châu Âu. Đây là một trong những công
nghệ đáp ứng được những yêu cầu mới trong quá trình phát triển, và là lựa chọn tốt
nhất trong tương lai gần đối với động cơ diesel.

ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Phát thải khí xả của Động cơ diesel trang bị hệ thống nhiên liệu
Common rail.
PHẠM VI NGHIÊN CỨU
-

Cơ sở lý thuyết của việc hình thành chất độc hại trong khí thải động cơ
diesel và giải pháp giảm thiểu.

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
-

Nắm vững cơ sở lý thuyết của việc hình thành chất độc hại trong khí
xả động cơ diesel, lý giải một cách khoa học nhất về sự hình thành
phát thải các chất độc hại trong khí thải động cơ diesel trang bị hệ
1


thống nhiên liệu Common rail từ đó đề xuất các giải pháp để giảm
thiểu phát thải độc hại trong khí xả của ô tô nhằm: cải tạo một số tính
năng kĩ thuật để nâng cao hiệu quả làm việc của động cơ, tiết kiệm
nhiên liệu và bảo vệ môi trường.

NỘI DUNG
I. Cơ sở lý thuyết của việc hình thành chất độc hại trong khí thải động cơ
diesel
1.1.Cơ chế, điều kiện hình thành và các yếu tố ảnh hưởng đến sự tạo thành khí thải
độc hại trong động cơ diesel
Trong các sản phẩm cháy của nhiên liệu ở động cơ diesel thì thành phần phát thải
chất độc hại bao gồm: NOx, bồ hóng, HC. Tỷ lệ của các thành phần khí thải động cơ được
thể hiện trên hình 2.2. Tuy khối lượng phát thải chỉ chiếm một tỷ lệ nhỏ (khoảng 0,2%
tổng khối lượng khí thải) nhưng nó lại gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến sức
khỏe con người.


Hình a: Đặc tính các thành phần độc hại của động cơ diesel theo
1.1.1 Monoxit cacbon (CO)
Monoxit cac bon được hình thành
từ phản ứng:
2C + O2 = 2CO
Trong quá trình giãn nở:
CO + 2H2O = CO2 + H2
Trong điều kiện nhiệt độ:
2


CO + O2 CO2
Từ khi nhiệt độ trong quá trình giãn nở < trở đi, nồng độ CO không đổi và chính là
nồng độ CO trong khí thải.
Trong khí thải động cơ diesel, (thừa ô xy) và khá lớn nhưng vẫn có thành phần CO mặc
dù nó khá nhỏ là do vẫn có những vùng (thiếu ô xy). Dựa vào Hình a ta thấy khi tăng,
ban đàu CO giảm do nồng độ ô xy tăng và đạt cực tiểu tại . Tiếp tục tăng , CO tăng do tỷ
lệ tái hợp của CO với ô xy trong quá trình giãn nở giảm đi nên lượng CO còn lại trong
khí thải tăng lên.
1.1.2 Hydro cacbon (HC)
Hàm lượng HC chưa cháy ở khu vực nghèo như Hình b phụ thuộc vào nhiều yếu
tố như: lượng nhiên liệu phun trong thời kỳ cháy trễ, tỷ lệ không khí kéo theo vào tia
phun và những điều kiện lý hóa ảnh hưởng đến sự tự cháy của nhiên liệu xylanh.

Hình b: Sự phân bố nhiên liệu tia phun
Do lớn nên trong động cơ diesel so với động cơ xăng cũng nhỏ hơn. Khi tăng,
nhiệt độ cháy giảm nên phần nhiên liệu không cháy được sẽ tăng lên. Đối với phương
pháp hỗn hợp màng, do hiệu ứng sát vách ảnh hưởng mạnh nên lớn hơn so với trường
hợp hỗn hợp thể tích. Nếu tổ chức xoáy lốc và hòa trộn tốt trong quá trình hình thành hỗn
hợp, thành phần sẽ giảm.
1.1.3 Oxit nito (NOx)
NOx được hình thành chủ yếu ở điều kiện áp suất và nhiệt độ cao (từ - ). Trên thực
tế, nhiệt độ càng cao, lượng NOx sinh ra càng nhiều.
Khi tăng, nhiệt độ cháy giảm nên thành phần giảm. Phương pháp hình thành hỗn
hợp có ảnh hưởng lớn đến thành phần . Đối với buồng cháy ngăn cách, quá trình diễn ra
ở buồng cháy phụ rất thiếu ô xy nên mặc dù nhiệt độ lớn nhưng vẫn nhỏ. Khi cháy ở
3


buồng cháy chính , mặc dù rất lớn , ô xy nhiều nhưng nhiệt độ quá trình cháy không lớn
nên nên cũng nhỏ. Tổng hợp lại, của động cơ buồng cháy ngăn cách chỉ bằng khoảng ½
so với ở độn cơ buồng cháy thống nhất.
NO được hình thành trong quá trình cháy rớt trong xy-lanh tại vùng nhiệt độ cao,
cơ chế hình thành NO được chấp nhận rộng rãi là cơ chế được đưa ra bởi Zendovich
N2 + O NO + N
N + O2 NO + O
N + OH NO + H
Đối với động cơ diesel, NO2 có thể chiếm từ 10% đến 30% trong thành phần NOx theo
phản ứng sau:
NO + HO2 => NO2 + OH
Trong điều kiện nhiệt độ cao:
NO2 + O => NO + O2
1.1.4 Phát thải hạt (P-M)
Thành phần PM gồm cácthành phần chính sau: Cacbon, dầu bôi trơn không cháy,
nhiên liệu chưa cháy, sun phat…

Bồ hóng hình thành theo các quá trình: tạo hạt cơ sở, hình thành theo các hạt bồ
hóng, phát triển và oxy hóa hạt bồ hóng. Tốc độ tạo bồ hóng là hiệu số giữa tốc độ sản
sinh và tốc độ oxy hóa bồ hóng (hình 2.5)
Các hạt P-M có kích thước từ 0,01 đến 1. Phần lớn hạt có kích thước nhỏ hơn 0,3
nên rất dễ bị hít vào và gây tổn thương cho đường hô hấp và phổi. Thành phần của P-M
phụ thuộc rất nhiều vào chế độ làm việc của động cơ và phương pháp hình thành khí hỗn
hợp. Thông thường, trong P-M chứa:
4


-

40% dầu bôi trơn
31% bồ hóng
14% các muối sun-phát ngậm nước
7% nhiên liệu điesel
8% các loại khác còn lại

II. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần chất độc hại trong khí xả
của động cơ diesel
Kĩ thuật tổ chức quá trình cháy của động cơ diesel ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ
phát sinh ô nhiễm. Động cơ diesel phun trực tiếp, có suất tiêu hao nhiên liệu riêng thấp
hơn so với động cơ có buồng cháy ngăn cách khoảng 10% và mức độ phát sinh bồ hóng
cũng thấp hơn khi động cơ làmviệc ở tải cục bộ. Tuy nhiên, động cơ phun trực tiếp làm
việc ồn hơn và phát sinh nhiều chất ô nhiễm khác (,). Vì vậy, ngày nay dạng buồng cháy
này chỉ dùng với động cơ ôtô tải hạng nặng. Việc hạn chế mức độ phát sinh ô nhiễm tối
ưu đối với động cơ diesel cần phải cân đối giữa nồng độ 2 chất ô nhiễm chính là và bồ
hóng.
2.1. Ảnh hưởng của góc phun sớm và tối ưu hoá hệ thống phun
Ảnh hưởng của chất lượng hệ thống phun đối với động cơ phun trực tiếp lớn hơn
đối với động cơ phun gián tiếp về phương diện phát sinh ô nhiễm. Trong cả hai trường
hợp, sự thay đổi góc phun sớm có ảnh hưởng ngược nhau đối với sự phát sinh , HC và bồ
hóng. Tăng góc phun sớm làm tăng áp suất cực đại và nhiệt độ quá trình cháy, do đó làm
tăng nồng độ NO. Thông thường, động cơ phun trực tiếp có góc phun sớm lớn hơn nên
phát sinh NO nhiều hơn động cơ có buồng cháy ngăn cách. Giảm góc phun sớm là biện
pháp hữu hiệu làm giảm nồng độ trong khí xả. Tuy nhiên việc giảm góc phun sớm cần
phải xem xét đến chế độ tốc độ và chế độ tải để tránh sự gia tăng suất tiêu hao nhiên liệu.

5


Mặt khác, khi tăng góc phun sớm, do quá trình cháy trễ kéo dài, lượng nhiên liệu
hòa trộn trước với hệ số dư lượng không khí lớn gia tăng. Hỗn hợp này khó bén lửa do đó
chúng thường cháy không hoàn toàn và phát sinh nhiều CO. Do thời gian bén lửa kéo dài,
nhiên liệu phun ra có thể bám trên thành buồng cháy, đó là nguồn phát sinh HC.Đối với
động cơ phun trực tiếp, sự giảm góc phun sớm làm tăng độ khói và cũng làm tăng suất
tiêu hao nhiên liệu nhưng làm giảm nồng độ NO x và thành phần SOF. Đốivới động cơ
diesel cỡ lớn, giảm góc phun sớm có thể làm giảm đi 50% nồng độ NO trong khí xả. Đối
với động cơ có buồng cháy ngăn cách, giảm góc phun sớm làm làm tăng nồngđộ HC
nhưng làm giảm nồng độ NO và bồ hóng, đặc biệt là ở chế độ đầy tải. Khi góc phun sớm
thay đổi từ 8 đến 23 độ trước ĐCT, lượng bồ hóng tăng gấp đôi theo chu trình thử FTP75
đối với một động cơ buồng cháy ngăn cách. Sự thay đổi góc phun sớm phù hợp theo tốc
độ và tải cho phép chọn được vị tríđiều chỉnh tối ưu hài hòa giữa nồng độ các chất ô
nhiễm và hiệu suất động cơ.
Tốc độ phun cao (nhờ tăng áp suất phun) có ảnh hưởng đến quá trình phát sinh ô
nhiễm của động cơ phun trực tiếp. Thật vậy, do tăng tốc độ hòa trộn nhiên liệu và không
khí, lượng nhiên liệu cháy ở điều kiện hòa trộn trước gia tăng, do đó nồng độ tăng nhưng
lượng bồ hóng giảm. Tuy nhiên sự gia tăng áp suất phun làm tăng lượng hạt rắn do tăng
lượng phát sinh SOF. Sử dụng vòi phun có nhiều lỗ phun đường kính bé làm tăng chất
lượng hòa trộn không khí và nhiên liệu do kích thước hạt nhiên liệu giảm, hỗn hợp bốc
cháy dễ dàng hơn, bù trừ được sự phun trễ do đó làm giảm . Với cùng lượng phát thải
cho trước, sự gia tăng số lượng lỗ phun làm giảm nồng độ bồ hóng.
Đối với động cơ phun trực tiếp, áp suất phun tối ưu thay đổi từ 75 đến 100Mpa tùy
theo chế độ động cơ. Vượt quá áp suất này, với cùng lượng phát sinh , lượng hạt rắn phát
sinh giảm nhưng suất tiêu hao nhiên liệu và độ ồn của quá trình cháy gia tăng do sự tăng
đột ngột của áp suất. Điều này có thể khắc phục được bằng cách dùng một tia phun mồi.
Quy luật phun cũng có ảnh hưởng quan trọng đến quá trình phát sinh các chất ô
nhiễm. Thời gian phun rút ngắn, áp suất phun cao cho phép gia tốc quá trình cung cấp
6


nhiên liệu dẫn đến giảm lượng HC không cháy hết. Các tiến bộ mới đây về kĩ thuật phun
nhằm giảm mức độ phát sinh ô nhiễm bao gồm quy luật phun hai giai đoạn, quy luật
phun hình chữ nhật (phun đều đặn nhiên liệu và cắt nhanh khi kết thúc phun) để tránh
hiện tượng phun rớt. Phun rớt là nguyên nhân làm tăng hydrocacbure chưa cháy và hạt
rắn trong khí xả động cơ.
Đối với động cơ có buồng cháy ngăn cách, sự khống chế lưu lượng nhiên liệu kèm
theo việc giảm góc phun sớm có thể làm giảm 30% lượng trong khí thải nhưng làm tăng
lượng HC lên 100%, CO lên 70% và bồ hóng lên 150%. Để có thể đảm bảo qui luật phun
phù hợp ở mọi chế độ làm việc của động cơ cả về phương diện phát ô nhiễm lẫn tính
năng kinh tế-kĩ thuật, trên những động cơ thế hệ mới hiện nay người ta sử dụng cảm biến
λ lắp trên đường xả. Kết hợp thông số cho bởi cảm biến này với các cảm biến áp suất,
nhiệt độ khí nạp và tốc độ động cơ người ta co thể điều khiển chính xác thời điểm phun
và lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình. Giải pháp này đặc biệt có lợi đối với
động cơdiesel lắp trên ô tô nhằm giảm độ khói khi gia tốc.
2.2 Ảnh hưởng của dạng hình học buồng cháy
Dạng buồng cháy hợp lí cho phép tránh được lớp nhiên liệu bám trên thành do đó
giảm được nồng độ HC trong khí xả. Đối với động cơ phun trực tiếp, biện pháp có hiệu
quả nhất để làm giảm nồng độ bồ hóng là gia tăng cường độ rối và kết hợp với việc sử
dụng vòi phun nhiều lỗ. Buồng cháy tốt cần thỏa mãn các điều kiện sau đây:
- Hành trình tự do của tia nhiên liệu trong buồng cháy lớn.
- Bề mặt buồng cháy trên piston đủ lớn để tránh sự giao thoa của các tia phun.
- Cường độ rối cao trong vùng phân bố tia nhiên liệu.
- Tiếp tục duy trì được vận động rối của dòng khí trong buồng cháy sau ĐCT.
Việc gia tăng áp suất trong buồng cháy đơn thuần có khuynh hướng thuận lợi cho
sự hình thành bồ hóng. Tuy nhiên, sự gia tăng áp suất cực đại sẽ làm tăng đồng thời nhiệt
độ khí cháy cho phép gia tăng tốc độ oxy hóa bồ hóng nên lượng bồ hóng trong khí xả
không tăng. Sự gia tăng áp suất làm tăng độ ồn và sự phát sinh .Đối với động cơ phun
trực tiếp, tỉ lệ nén cao cho phép khởi động dễ dàng ở nhiệt độ thấp. Sự gia tăng tỉ số nén
vừa phải đồng thời cũng làm giảm HC và thành phần SOF của hạt rắn. Khi tỉ số nén tăng
quá cao, động cơ sẽ phát sinh nhiều bồ hóng ở chế độ đầy tải. Vì vậy ở động cơ có tỉ số
nén lớn, cần phải thiết kế dạng buồng cháy tối ưu cho phép tăng cường sự dịch chuyển
của dòng không khí thuận lợi cho việc đốt cháy bồ hóng.
Để tăng cường tốc độ đốt cháy bồ hóng, người ta thiết kế thêm một buồng chứa
không khí bổ sung ở động cơ phun trực tiếp. Buồng không khí bổ sung này lưu trữ không
khí trong kì nén và lượng không khí đó sẽ cung cấp lại cho buồng cháy động cơ ở kì giãn
7


nở để tạo điều kiện oxy hóa hạt bồ hóng. Tuy nhiên, kết cấu này làm tăng suất tiêu hao
nhiên liệu. Ở động cơ phun gián tiếp, buồng không khí bổ sung cho phép làm giảm 40%
lượng bồ hóng phát sinh và làm gia tăng suất tiêu hao nhiên liệu thêm 3%.
Đối với động cơ có buồng cháy ngăn cách, sự gia tăng tỉ lệ giữa thể tích buồng
cháy phụ và buồng cháy chính cho phép giảm sự hình thành bồ hóng nhờ tăng cường
thêm không khí cho buồng cháy phụ. Tiết diện đường thông giữa hai buồng cháy khống
chế cường độ rối sinh ra ở thời điểm dịch chuyển lượng khí cháy từ buồng cháy phụ sang
buồng cháy chính. Giảm nhỏ tiết diện này sẽ làm giảm nồng độ bồ hóng ở chế độ đầy tải
nhưng làm tăng lượng bồ hóng ở chế độ tải cục bộ. Trong thiết kế, tiết diện tối ưu của
đường nối này được chọn ở chế độ đầy tải.
2.3. Ảnh hưởng của vận động rối trong buồng cháy
Sự rối phát sinh trong quá trình nạp có ảnh hưởng trái ngược nhau giữa sự phát
sinh , tiếng ồn, HC và bồ hóng. Để làm giảm mức độ ảnh hưởng của giai đoạn hỗn hợp
đậm đặc đến sự phát sinh bồ hóng trong cylindre, cần tăng hiệu quả của việc hòa trộn
nhiên liệu-không khí ngay từ lúc bắt đầu giai đoạn cháy trễ (tăng cường xoáy lốc). Nhưng
điều này gây nhược điểm là làm tăng áp suất cực đại trong buồng cháy cùng với sự tăng
tiếng ồn và mức độ phát sinh .
Hướng tia phun trong buồng cháy dự bị cho phép điều chỉnh được tốc độ hòa trộn
nhiên liệu-không khí, do đó cải thiện sự phát sinh bồ hóng. Hướng tia phun cũng ảnh
hưởng đến lượng nhiên liệu bám trên thành và đó là nguồn phát sinh HC. Vị trí của vòi
phun trong buồng cháy phụ cũng có ảnh hưởng đến sự hình thành .
2.4. Ảnh hưởng của chế độ làm việc của động cơ và chế độ quá độ
Khi giảm tốc độ động cơ từ 750 đến 680 v/phút, nồng độ các chất ô nhiễm đều
giảm khi đo theo chu trình FTP75: HC (-14%); CO(-2%); NO (-3%) và bồ hóng (-5%).
Trong thử nghiệm động cơ theo chu trình tiêu chuẩn cũng như trong thực tế, sự thay đổi
chế độ tốc độ là yếu tố làm gia tăng sự phát ô nhiễm. Nồng độ bồ hóng trong khí xả
độngcơ diesel gia tăng rất mạnh khi gia tốc vì độ đậm đặc trung bình của hỗn hợp gia
tăng. Lượng gia tăng này càng lớn khi thời gian gia tốc càng dài. Để giảm thời gian gia
tốc, cần phải tối ưu hóa việc thiết kế động cơ để có thể:
- Giảm momen quán tính các bộ phận chuyển động quay
- Giảm thể tích các bộ phận nạp thải
- Giảm nhiệt dung riêng của hệ thống làm mát
- Gia tăng công suất dự trữ
2.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ khí
8


Giảm nhiệt độ khí nạp sẽ làm giảm nhiệt độ cực đại của quá trình cháy và do đó
nồng độ NOx cũng giảm. Vì vậy, ở động cơ tăng áp người ta có khuynh hướng làm mát
khí sau máy nén để đảm bảo nhiệt độ khí nạp không vượt quá 500 độ C. Nhưng sự làm
mát khí nạp có thể kéo dài thời kì cháy trễ làm tăng mức độ phát sinh ô nhiễm như đã nêu
(những giọt nhiên liệu bám vào thành cylindre làm tăng thành phần HC và bồ hóng trong
khí xả). Khi khởi động động cơ ở trạng thái nguội, sự sấy buồng cháy hay sấy khí nạp là
cần thiết để làm giảm mức độ phát sinh HC và khói trắng. Việc sấy nóng khí nạp có thể
thực hiện nhờ nến điện hay bằng cách đốt trước một ít nhiên liệu trong khí nạp. Nhiệt độ
của khí đường thải cũng ảnh hưởng đến sự phát sinh ô nhiễm, nhất là đối với thành phần
HC. Thật vậy, ở chế độ tải thấp, HC ngưng tụ trên đường thải rồi bốc hơi lại khi tăng tải
làm tăng nồng độ HC. Đường thải bằng vật liệu gốm cho phép tái oxy hóa bồ hóng và
HC, nhưng làm tăng . Động cơ diesel phun trực tiếp có buồng cháy bằng vật liệu gốm,
không làm mát cho phép làm giảm được nồng độ các chất ô nhiễm ở chế độ tải thấp.
Nhưng khi tải cao, nồng độ và bồ hóng đều tăng dù nhiệt độ thành buồng cháy cao cho
phép tái đốt cháy bồ hóng ở cuối chu trình.
2.6 Ảnh hưởng của tăng áp
Monoxy carbon CO hình thành là do quá trình cháy thiếu không khí, đặc biệt là ở
tải cao. Do đó, tăng áp là biện pháp hữu hiệu làm giảm CO. Lượng không khí thừa do
tăng áp đồng thời cũng cho phép tái đốt cháy bồ hóng, bù trừ lượng tăng bồ hóng do khí
xả hồi lưu mang vào buồng cháy. Hệ thống hồi lưu khí xả trong trường hợp động cơ tăng
áp có thể làm giảm 50% lượng mà không làm tăng bồ hóng.
2.7 Ảnh hưởng của hệ thống hồi lưu khí xả
Mặc dù tỉ lệ khí hồi lưu lớn gây tác hại xấu đối với động cơ (tăng mài mòn) nhưng
nó có tác dụng đáng kể trong việc làm giảm do giảm nhiệt độ cháy. Đối với động cơ
phun trực tiếp làm việc với nhiệt độ khí nạp từ 40-600 độ C (làm việc ở các hầm mỏ), hệ
thống hồi lưu khí xả có thể làm giảm 30% và 50% nồng độ theo thứ tự. Nếu làm ẩm
thêm không khí nạp, cùng điều kiện làm việc như trên mức độ giảm NOx có thể đạt đến
50% và 85% theo thứ tự. Tuy nhiên, hồi lưu khí xả có tác động xấu đối với các chất ô
nhiễm khác: làm tăng nồng độ CO và bồ hóng, ngay cả khi thêm hơi nước. Phun hơi
nước cho phép hạn chế phản ứng cracking tạo bồ hóng nhờ giảm nhiệt độ cháy. Đối với
động cơ buồng cháy ngăn cách, nồng độ bồ hóng gia tăng trước hết chậm, sau đó tăng
nhanh theo lượng nước phun vào buồng cháy phụ; biến thiên của nồng độ CO và HC
cũng tương tự. Hơi nước chỉ có tác dụng làm giảm nồng độ NO. Sự điều chỉnh tỉ lệ khí xả
hồi lưu cần được căn cứ theo tải và theo tốc độ. Hệ thống điện tử cho phép điều chỉnh
van hồi lưu khí xả theo các đường đặc tính chọn trước: cắt lượng khí xả hồi lưu khi động
cơ nguội; sau đó lượng khí xả hồi lưu tăng dần phụ thuộc nhiệt độ nước làm mát, áp suất
môi trường, lượng nhiên liệu cung cấp. Mặt khác, hệ thống cũng cắt lượng khí hồi lưu ở
chế độ gia tốc lớn để hạn chế nồng độ bồ hóng. Hồi lưu khí xả tối ưu cho phép giảm được
9


40% NOx mà không làm tăng suất tiêu hao nhiên liệu cũng như không làm tăng CO và
bồ hóng. Kết hợp với tăng áp, hệ thống hồi lưu khí xả cho phép làm giảm đồng thời NOx,
HC và bồ hóng.
2.8 Điều khiển vòi phun và hệ thống hồi lưu khí xả
Việc điều chỉnh các thông số công tác động cơ thường có tác dụng mâu thuẫn
nhau đối với các chất ô nhiễm khác nhau. Tuy nhiên, do mức độ ảnh hưởng đó không
đồng đều ở các điểm làm việc khác nhau của động cơ nên ở mỗi chế độ công tác ta có thể
lựa chọn một bộ thông số điều khiển tối ưu đối với các chất ô nhiễm HC, và bồ hóng.
Việc điều khiển phức tạp như vậy chỉ có thể thực hiện được nhờ hệ thống điện tử. Hệ
thống điều khiển điện tử phải thỏa mãn các điều kiện sau:
- Độ chính xác cao và nhạy, làm việc ổn định theo thời gian.
- Có khả năng điều chỉnh theo nhiều thông số
- Mềm dẻo trong lập chương trình hệ thống điều khiển để có thể áp dụng trong các điều
kiện sử dụng ô tô khác nhau (tùy theo yêu cầu của luật môi trường của từng quốc gia)
- Thực hiện việc điều chỉnh động cơ theo những chỉ tiêu cho trước. Thêm vào đó, hệ
thống phải hoạt động tin cậy trong mọi tình huống, phải được bảo vệ chống nhiễu và
chống hỏng hóc, bảo trì dễ dàng nhờ hệ thống chẩn đoán nhanh. Khi hoạt động, máy tính
điều khiển chuyên dụng nhận số liệu từ các cảm biến: vị trí thanh răng hay cần gia tốc, vị
trí kim phun, tốc độ động cơ, nhiệt độ không khí nạp,nhiệt độ nhiên liệu, nhiệt độ nước
làm mát, áp suất trong xilanh,... Sau khi xử lí, máy tính phát tín hiệu điều khiển đến bộ
phận chấp hành. Bộ phận này sẽ tác động lên cơ cấu điều khiển lượng nhiên liệu chu
trình, thời điểm bắt đầu phun, lượng khí xả hồi lưu, tỉ số truyền của hộp số. Hệ thống
điều khiển điện tử hoàn hảo như vậy cho phép làm giảm đồng thời nồng độ bồ hóng, và
tăng tính kinh tế của động cơ so với hệ thống điều khiển cơ khí, đặc biệt là kết hợp bộ
điều khiển quá trình phun và điều khiển góc phun sớm, mức độ phát ô nhiễm của động cơ
có thể giảm đi 3 lần.
2.9 Ảnh hưởng của việc giới hạn tốc độ ô tô đến mức độ phát sinh ô nhiễm
Khi ô tô hoạt động ổn định người ta thấy nồng độ CO đạt cực tiểu ở tốc độ
80÷90km/h, nồng độ HC giảm dần đến khi tốc độ đạt khoảng 100km/h sau đó tăng lên
chậm còn nồng độ tăng từ từ đến khi tốc độ động cơ đạt 70÷80km/h sau đó tăng mạnh,
nhất là đối với động cơ có dung tích cylindre lớn. Các kết quả đo đạc trên chu trình có
điều kiện thử gần với điều kiện vận hành thực tế cho thấy giới hạn tốc độ ít gây ảnh
hưởng đến mức độ phát sinh ô nhiễm. Khi giảm mạnh giới hạn tốc độ, nồng độ có thể
giảm đi vài phần trăm, nhưng làm tăng đôi chút CO, HC. Khi tăng tốc độ ô tô, nhờ sự rối
của không khí phía sau xe, các chất ô nhiễm thải ra khỏi ống xả khuếch tán nhanh chóng
trong không gian, làm giảm nồng độ cục bộ của chúng trong môi trường.Trên xa lộ Châu
10


Âu, tốc độ giới hạn là 130km/h. Khi đại bộ phận ô tô giảm tốc độ từ 119 đến 107km/h
người ta thấy nồng độ các chất ô nhiễm trong bầu không khí quanh hệt hống xa lộ giảm
đi đáng kể: -12% đối với CO; -1,7% đối với HC và -10,5% đối với .Một thí nghiệm khác
được thực hiện bằng cách giảm tốc độ giới hạn từ 100 xuống 60km/h trên một bộ phận xa
lộ người ta nhận thấy lượng giảm đi 50% trong 6 tháng.
2.10 Ảnh hưởng của nhiên liệu Diesel
Chúng ta sẽ khảo sát sau đây ảnh hưởng của khối lượng riêng, chỉ số cetane, thành
phần lưu huỳnh, các chất phụ gia đến mức độ phát sinh ô nhiễm của động cơ diesel. Các
chất ô nhiễm quan tâm như động cơ đánh lửa cưỡng bức nhưng phải thêm vào những hạt
rắn và các chất hữu cơ liên quan (SOF) là những chất ô nhiễm đặc biệt ở động cơ diesel.
2.10.1. Ảnh hưởng của khối lượng riêng
Sự gia tăng khối lượng riêng của dầu diesel dẫn tới sự gia tăng nồng độ hạt rắn.
Hình bên dưới giới thiệu mức độ phát sinh hạt rắn tính theo gam/lít nhiên liệu theo khối
lượng riêng ứng với động cơ V8, 10,4 lít chạy 1 ở tốc độ 1700 vòng/phút và một động cơ
tăng áp14 lít, chạy ở 1700 vòng/phút. Tương tự như vậy, nồng độ SOF cũng tăng theo
khối lượng riêng.

2.10.2. Ảnh hưởng của thành phần thơm
Thành phần thơm của nhiên liệu diesel ảnh hưởng trực tiếp đến chỉ số cetane.
Nhiên liệu không cháy hết, hạt rắn, SOF gia tăng theo hàm lượng thơm. Nồng độ ít bị
ảnh hưởng. Động cơ diesel phun trực tiếp, ít bị ảnh hưởng bởi thành phần thơm.
2.10.3. Ảnh hưởng của chỉ số cetane

11


Lượng bồ hóng giảm khi thời gian cháy trễ kéo dài, nghĩa là khi dùng nhiên liệu
có chỉ số cetane thấp. Tuy nhiên việc sử dụng nhiên liệu có chỉ số cetane thấp có thể dẫn
đến những nhược điểm quan trọng: gia tăng độ ồn nếu quá trình cháy bắt đầu quá muộn,
gia tăng lượng nhiên liệu bám trên thành cylindre và buồng cháy làm tăng mức độ phát
sinh HC và bồ hóng.
Kéo dài thời gian cháy trễ do giảm chỉ số cetane dẫn đến sự gia tăng HC, hạt rắn và CO.
Mức độ phát sinh ô nhiễm của động cơ phun gián tiếp: NOx ít bị ảnh hưởng bởi chỉ số
cetane. Đối với động cơ có buồng cháy ngăn cách, ảnh hưởng của chỉ số cetane chủ yếu
đến bộ phận SOF dẫn xuất (extractible), thành phần hạt rắn không hòa tan dường như
không bị ảnh hưởng.
Chỉ số cetane cũng ảnh hưởng đến sự phát sinh khói xanh hay khói trắng, sương mù
trong khí xả gồm những hạt nhiên liệu không cháy, hiện tượng gặp khi khởi động hay khi
làm việc trên cao áp suất giảm.
2.10.4. Ảnh hưởng của thành phần lưu huỳnh
Thành phần lưu huỳnh là một trong những đặc trưng quan trong được qui định
nghiêm ngặt đối với nhiên liệu diesel. Ở Pháp thành phần lưu huỳnh cho phép là 0,3%. Ở
Châu Âu, thành phần lưu huỳnh dao động từ 0,05% đến 0,65%. Ở Thụy sĩ, thành phần
lưu huỳnh giới hạn 0,2% còn ở California, người ta hướng tới giới hạn 0,05%.Đại bộ
phận chất ô nhiễm do lưu huỳnh gây ra tồn tại dưới dạng : Nhiên liệuchứa 0,3% lưu
huỳnh thì ở trong khí xả có khoảng 100ppm . Tuy nhiên, một bộ phận (khoảng 2 đến 3%)
bị oxy hóa thành SO3 và acide sulfurique.
Nếu hàm lượng lưu huỳnh cao sẽ làm giảm độ bền của động cơ, tạo muội than rất
cứng đóng ở bề mặt piston,... làm:
+ Tạo ra các hạt mài mòn rất cứng và lớn
+ Tạo ra các nhân tố tham gia vào quá trình phản ứng trong quá trình cháy: tạo ra axit ăn
mòn động cơ
2.10.5. Ảnh hưởng của các chất phụ gia
1. Các chất phụ gia kim loại
Các chất phụ gia kim loại dưới dạng muối acide được sử dụng để làm giảm mức
độ phát sinh bồ hóng của động cơ diesel. Những kim loại alcalino-terreux (Ca, Ba, Mg,
Fe, Mn, Cu, Ni) thường được sửdụng làm chất phụ gia trong nhiên liệu diesel. Những
alcalino-terreux, barium và calcium có hiệu quả nhất đối với động cơ phun trực tiếp hay
phun gián tiếp. Hình bên dưới biểu diễn sự biến thiên của độ đen khí xả theo thành phần
chất phụ gia.
2. Các chất phụ gia hữu cơ
12


Các chất phụ gia hữu cơ cho thêm vào nhiên liệu Diesel nhằm những mục đích khác
nhau:
- Để giảm thời kì cháy trễ
- Như là chất ổn định, chống oxy hóa, 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 rất quan trọng
trong trường hợp động cơ có buồng cháy dự bị.

3. Thêm nước
Sự pha thêm nước vào nhiên liệu được nghiên cứu rất nhiều vì phương pháp này
dường như là một trong những biện pháp rất hiếm hoi làm giảm đồng thời sự phát sinh và
bồ hóng, trong khi những phương pháp khác thường tác động ngược nhau đối với chiều
biến thiên của hai chất ô nhiễm này.
Người ta đề nghị nhiều giải pháp: cung cấp nước dạng emulsion trong dầu diesel,
phun trực tiếp nước trong cylindre hay phun trong dòng khí nạp. Giải pháp đầu tiên
dường như có hiệu quả nhất. Nước có tác dụng làm giảm nhiệt độ dẫn đến giảm ; mặt
khác, do kéo dài thời kì cháy trễ, nó làm gia tăng lượng nhiên liệu cháy trong giai đoạn
hòa trộn trước và giảm lượng bồ hóng hình thành chủ yếu trong giai đoạn cháy khuếch
tán. Điều này thấy rõ ở hình bên dưới. Kết quả này trình bày tỉ lệ giảm mức độ phát sinh
bồ hóng theo tải của động cơmột cylindre phun trực tiếp theo hai giá trị nồng độ nước
trong dầu. Người ta có thể làm giảm được 70% bồ hóng khi pha vào 10% nước.
13


14


Thành phần SOF hấp thụ bởi hạt rắn cũng gia tăng theo tỉ lệ nước. Hydrocarbure chưa
cháy gia tăng do giảm nhiệt độ cháy; sự gia tăng nhiệt độ khí nạp cũng không phải là một
biện pháp kinh tế để bù trừ sự gia tăng HC. Người ta nhận thấy rằng thành phần HAP có
mặt trong SOF tăng theo thành phần nước.

15


Sự pha nước vào nhiên liệu không phải là giải pháp hữu hiệu làm giảm ô nhiễm trong quá
trình cháy Diesel vì nếu nó làm giảm nhưng lại làm tăng HC và CO, việc làm giảm bồ
hóng còn phụ thuộc vào chế độ tải của động cơ.
III.

Một số giải pháp cụ thể để giảm thiểu phát thải độc hại trong khí xả
động cơ ô tô:

Trong khí xả của động cơ điêzen có các thành phần độc hại chính là CO, , , và P-M.
Đặc tính của các thành phần này phụ thuộc vào hệ số dư lượng không khí λ. Do bản chất
quá trình hình thành hỗn hợp và cháy có những điểm khác biệt với động cơ xăng, vì vậy
nhiều phương pháp giảm ô nhiễm cũng có tính đặc thù riêng. Chúng ta cũng phân biệt
các biện pháp giảm ô nhiễm thành hai nhóm. Đó là nhóm các biện pháp liên quan đến
động cơ và nhóm các biện pháp xử lý khí thải.
A.

Các biện pháp liên quan đến động cơ

3.1. Điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp cho chu trình:

16


- Khi động cơ làm việc ở chế độ tải cực đại tức là với λ rất nhỏ thì các thành phần
độc hại như CO và P-M rất cao, đặc biệt là P-M với biểu hiện khói đen rõ rệt.
- Trên mỗi bơm cao áp đều có cơ cấu hạn chế lượng nhiên liệu cung cấp chu trình.
Để tránh không cho động cơ làm việc ở chế độ tải cực đại thì có thể điều chỉnh cơ
cấu hạn chế về phía giảm lượng nhiên liệu, do đó giảm các thành phần độc hại
nêu trên.
3.2. Lựa chọn phương pháp tạo thành hỗn hợp thích hợp:
Hai phương pháp taọ hỗn hợp trong động cơ diesel:
3.2.1. Hình thành hỗn hợp trong buồng cháy thống nhất:

17


- Toàn bộ thể tích buồng cháy nằm trong môt khoảng không gian thống nhất: nắp xy

lanh ,đỉnh piston. Vòi phun có thể đặt thẳng hay xiên ,loại này rất thông dụng
.Nhiên liệu được phun trực tiếp vào buồng đốt và phân bố đều .Vòi phun có nhiều lỗ
và áp suất phun từ 175 ÷ 200 kg /cm2 . Góc độ tia phun và đỉnh piston có dạng phù
hợp cho tia phun ra hoà trộn đều với không khí để cháy được hoàn toàn.
- Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, tổn thất nhiệt ít, tiết kiệm nhiên liệu, khởi động dễ.
- Nhược điểm: Tỷ số nén cao, áp suất phun lớn, phải dùng kim phun có nhiều lỗ nên
dễ bị nghẹt.
III.2.1.1.
Hình thành hỗn hợp trong buồng cháy ngăn cách:
III.2.1.1.1. Hình thành hỗn hợp trong buồng cháy phụ:

- Loại này có buồng đốt phụ đặt trên nắp máy chiếm khoảng 25 ÷ 150 kg/cm2 và bốt

cháy ngay 1/3 lượng nhiên liệu phun → áp suất tăng cao đột ngột đẩy phần nhiên
liệu còn lại vào buồng đốt chính và đốt cháy hoàn toàn. Do nhiên liệu được cháy ở
buồng đốt phụ mà ở buồng đốt chính số nhiên liệu được sấy nóng ,và tán nhuyễn
18


nên cháy tốt. Bởi vậy kim phun không cần có lỗ tia nhỏ để tạo sương. Loại này
được ứng dụng trên động cơ caterpilat, toyota,...
- Ưu điểm: Áp suất phun thấp nên dùng kim phun có lỗ ít bị nghẹt. Áp suất cháy
không lớn
- Khuyết điểm: Hao nhiên liệu, khó khởi động
III.2.1.2.

Hình thành hỗn hợp trong buồng cháy lốc xoáy:

- Buồng đốt này thường chiếm từ 50 ÷ 80% thể tích buồng đốt ,có dạng hình trụ hay

hình cầu đặt trên nắp xylanh .Nó thông với buồng đốt chính trong xy lanh bằng 1 hay
vài đường thông có tiết diện lớn đặt tiếp tuyến với phòng đốt xoáy lốc.
- Ưu điểm: Áp suất phun trên kim phun một lỗ khó bị nghẹt, xoáy lốc mạnh tạo điều
kiện cháy trọn vẹn.
- Khuyết điểm: Tổn thất nhiều nhiên liệu, khó khởi động.
III.2.2. Lựa chọn góc phun sớm thích hợp:

19


Hình 1-1. Các đồ thị mô tả quá trình cháy ở động cơ disel.
a) Đồ thị công khai triển.
b) Quy luật phun nhiên liệu dạng tích phân.
c) Quy luật phun nhiên liệu dạng vi phân và hệ số tỏa nhiệt.
Trong đó:
Cf -Thời điểm nhiên liệu bắt đầu được phun vào buồng đốt;
ci -Thời điểm nhiên liệu phát hỏa;
z’ -Thời điểmáp suất cháy bắt đầu giảm;
ef -Thời điểm kết thúc quá trình phun nhiên liệu;
ec -Thời điểm kết thúc quá trình cháy;
φi -Góc chậm cháy;
θ -Góc phun sớm nhiên liệu.
20


Ảnh hưởng của của góc phun sớm ở động cơ diesel tương tự như ở động cơ
xăng đã được xét ở trên. Cụ thể là, nếu góc phun sớm càng giảm (tính từ góc phun
sớm tối ưu) tức là phun càng muộn đi thì nhiệt độ quá trình cháy càng giảm, do đó
giảm và đồng thời cường độ ô xy hóa muội than giảm nên P-M tăng. Một số nghiên
cứu về sự thay đổi của thành phần độc hại theo góc phun sớm của hai động cơ
diesel, trong đó một động cơ có buồng cháy thống nhất và động cơ kia có buồng
cháy ngăn cách cho kết quả ảnh hưởng của góc phun sớm đến thành phần là rất
nhỏ. Nói chung, giảm góc phun sớm là một biện pháp chỉ dùng để giảm .
Ngoài ra, có thể sử dụng giải pháp luân hồi khí thải; hệ thống nhiên liệu
Common rail; dùng mê-tha-nol; dùng nhiều xu páp có thể thiết kế vị trí vòi phun
cũng như đường nạp thích hợp hơn, hoàn thiện hệ thống phun nhiên liệu (tăng áp
suất phunđối động cơ buồng cháy thống nhất, điều chỉnh qui luật phun đối với hệ
thống phun điện tử); làm mát khí thải luân hồi; thiết kế hệ thống nạp có thể điều
chỉnh được chế độ xoáy và rối của môi chất; tối ưu hóa hệ thống tăng áp; cải thiện
chất lượng nhiên liệu như tăng số xê-tan, giảm hàm lượng cac-bua thơm và đặc biệt
là giảm hàm lượng tạp chất lưu huỳnh để giảm P-M...
B.

Xử lý khí thải
Đối với động cơ diesel, việc điều chỉnh tải trọng được thực hiện bằng điều
chỉnh chất tức hệ số dư lượng không khí thay đổi trong một phạm vi rấtrộng nên
không thể dùng bộ xử lý ba thành phần (đòi hỏi ). Xử lý khí thải trong động cơ
điêzen bao gồm một số biện pháp thông dụng được trình bày dưới đây.
a. Xử lý nhiệt

Về nguyên tắc, xử lý nhiệt ở động cơ điêzen cũng giống như động cơ xăng,
chủyếu nhằm mục đích giảm các thành phần CO và. Nói chung, để xử lý nhiệt có
hiệu quả nhiệt độ đối với khí thải phải rất cao nên chi đạt được ở chế độ toàn tải.
Ngoài ra, thể tích bình phải đủ lớn để thời gian lưu thông của khí trong bình đủ lớn
cho phản ứng diễn ra triệt để. Ví dụ, với động cơ có =10 l, nhiệt độ khí thải ở
chếđộ toàn tải là 800°C thì thể tích buồng phản ứng tối thiểu là 150 1. Do đó,
phương pháp xử lý nhiệt dùng cho động cơ ô tô không phù hợp vì chế độ tải luôn
thay đổi tức ít khi vận hành lâu ở chế độ toàn tải và buồng phản ứng quá cồng
kềnh nên rất khó bố trí.
b. Xử lý xúc tác
* Bộ xử lý xúc tác ô xy hóa với chất xúc tác kim loại, thường dùng là pla-tin, có tác
dụng làm giảm nhiệt độ phản ứng ô xy hóa của và CO từ 600°C xuống 250°C. Do
nhiệt độ thấp nên P-M không được ô xy hóa tiếp. Khi nhiệt độ thấp hơn 250°C thì
chỉ có một số được ô xy tiếp, số còn lại không được xử lý nên khí thải sau khi ra
21


khỏi bộ xử lý vẫn còn mùi nhiên liệu. Thông thường để tận dụng nhiệt, bộ xử lý ô
xy hóa được bố trí trước bộ tách lọc muội than. Do đó, bề mặt xúc tác của bộ xử lý ô
xy hóa thường bị bám muội than trong quá trình làm việc dẫn đến làm giảm hiệu
quả xử lý.
* Bộ xử lý xúc tác khử : Dưới tác dụng của chất xúc tác, bị khử và hoàn nguyên
thành N2 và. Chất xúc tác thường dùng cho đến nay là a-mô-ni-ác (). Tuy nhiên, do
lượng xúc tác cần rất lớn nên bộ xử lý các thiết bị đi kèm rất cồng kềnh. Vì vậy, bộ
xử lý dùng cho đến nay chỉ được dùng trong các trạm động lực tĩnh tại. Thay cho amô-ni-ác, hãng Siemens dùng u-rê ở dạng lỏng trong bộ xử lý xúc tác có tên là
SINOX dùng trong các thiết bị động lực cỡ lớn. Một số bộ xử lí với xúc tác là muối
u-rê thay cho u-rê.
c. Tách lọc P-M
P-M hầu như không ô xy hóa tiếp tục trong các bộ xử lý do nhiệt độ quá
cao. Do đó, để giảm thành phần P-M phải dùng biện pháp tách lọc cơ học.
Một số biện pháp đã được dùng từ lâu trong công nghiệp cũng có thể áp dụng cho
tách lọc P-M trong khí thải như lọc tĩnh điện hay lọc ly tâm. Nguyên tắc của các
biện pháp này là dưới tác dụng nhiễm từ hoặc do lực ly tâm, những hạt P-M sẽđược
tách ra khỏi dòng khí thải và được gom góp lại. Bằng những biện pháp này có thể
giảm P-M tới 50%. Các hạt rắn thu gom được sau một thời gian sẽ được đem đi xử
lí như chất thải công nghiệp. Một biện pháp khác dược sử dụng là đưa ngay P-M sau
tách lọc trở lại đường nạp rồi đi vào trong xy lanh động cơ để đốt. Biện pháp này xử
lý triệt để P-M để bảo vệ môi trường nhưng làm tăng tốc độ mài mòn động cơ.
Hiện nay, động cơ điêzen hiện đại thường dùng bộ lọc P-M để ngăn và giữ lại ởlõi
lọc bộ xử lý các tạp chắt rắn chủ yếu là muội than nên còn gọi là bộ lọc. Một loại
lọc như vậy có lõi lọc bằng gốm xốp đặt trong vỏ thép. Khi khí thải đi qua các lỗ
xốp của lõi lọc, các phần tử của muội than sẽ được giữ lại.
Tùy theo kết cấu của lõi lọc, người ta chia lọc P-M thành hai loại là lọc bề mặtvà
lọc thể tích. Các lỗ của lõi lọc bề mặt có đường kính nhỏ hơn kích thước P-M cần
lọc, do đó P-M bám trên bề mặt của lõi lọc. Lọc bề mặt có thể lọc tới 80% P-M chủ
yếu là muội than. Tuy nhiên, diện tích bề mặt lồi lọc nhanh chóng bị che phủ bởi PM nên sức cản của bộ lọc tăng lên nhanh chóng. Trái lại, lọc thể tích có đường kính
các lỗ rỗng cùa lõi lọc lớn hơn đường kính P-M cần lọc nên các hạt P-M sẽ chui vào
lõi lọc và bị giữ lại. Rõ ràng là so với bề mặt, lọc thể tích giữ được nhiều P-M hơn
và thời gian giữa hai lần bảo dưỡng lọc dài hơn. Tuy nhiên, khả năng lọc của lọc thể
tích thấp hơn, chỉ có thể lọc được 40 đến 80% lượng P-M của khí thải.

22


Muội than trong P-M bắt đầu cháy ở 500 đến 550°C, khí thải động cơ chỉ có thể
đạt nhiệt độ này ở chế độ tải lớn và toàn tải. Do đó, muội than bị giữ lại trong lõi lọc
hầu hết không thể cháy khi động cơ làm việc bình thường. Sau một thời gian làm
việc lượng P-M giữ trong lõi lọc tăng lên làm tăng sức cản của bộ lọc trên đường
thải, do đó phải bảo dưỡng lọc bằng cách đốt P-M trong lõi lọc. Quá trình này được
gọi là tái sinh lọc, thông thường đối với ô tô được thực hiện một lần sau khoảng 50
đến 500 km.
4. Những nhược điểm của hệ thống nhiên liệu truyền thống:
Dựa cơ sở lý thuyết trong quá trình hoạt động của động cơ sử dụng nhiên liệu Diesel và
kết cấu của một số hệ thống nhiên liệu truyền thống, cho thấy các nhược điểm của công
nghệ phun nhiên liệu truyền thống:
- Đối với vòi phun: Dùng áp suất nhiên liệu trong bơm cao áp nâng kim của vòi phun
để cấp nhiên liệu cho buồng đốt (có áp suất mở vòi phun ít thay đổi - đối với vòi phun
kín tiêu chuẩn dùng cho các buồng đốt thống nhất áp suất mở vòi phun vào khoảng 15 ÷
60 MPa)
- Đối với bơm cao áp:
Kết hợp với vòi phun của hệ thống nhiên liệu truyền thống, bơm cao áp tạo áp
suất nhiên liệu tức thời nên áp suất nhiên liệu trong quá trình phun sẽ bị thay đổi làm
giảm độ đồng đều của hạt nhiên liệu trong quá trình phun, đồng thời áp suất phun trung
bình khó đạt được giá trị cao nên thời gian phun bị giới hạn không thể rút ngắn. Mục
đích của việc rút ngắn thời gian phun là tăng lượng nhiên liệu phun vào xylanh ở giai
đoạn cháy trễ, để tăng tốc độ tăng áp suất ở thời kỳ cháy nhanh, nâng cao công suất và
hiệu suất của động cơ. Tuy nhiên nó sẽ làm cho động cơ hoạt động thô bạo.
Theo lý thuyết của “Sách nguyên lý động cơ đốt trong của Nguyễn Tất Tiến” thì
quy luật phun hợp lý nhất “là lúc bắt đầu phun cần có tốc độ phun nhỏ, áp suất phun
thấp để giảm lượng nhiên liệu phun vào xylanh trong giai đoạn cháy trễ. Ở giai đoạn
giữa và cuối cần tăng tốc độ phun và áp suất phun làm tăng lượng nhiên liệu phun vào
xylanh”. Trong công nghệ phun nhiên liệu truyền thống, quy luật phun nhiên liệu vào
buồng đốt của động cơ là do cơ cấu cam trong bơm cao áp thực hiện, nên không thể
thực hiện được theo lý thuyết trên.
Đối với các hệ thống phun nhiên liệu trang bị bơm cao áp kiểu cơ khí hay thủy
lực các cơ cấu điều khiển phun hoạt động dựa vào hai thồng số chính là tốc độ động cơ
và vị trí bàn đạp chân ga, do đó chất lượng quá trình phun chưa tối ưu. Ngoài ra, các sai
lệch trong các mối ghép cơ khí sẽ làm ảnh hưởng đến quá trình điều khiển của các cơ
23


cấu điều khiển quá trình phun nhiên liệu. Áp suất nhiên liệu do bơm cao áp tạo ra bị
phụ thuộc vào tốc độ động cơ, khi tốc độ động cơ thay đổi sẽ làm thay đổi tốc độ nén
nhiên liệu của piston bơm cao áp nên thay đổi áp suất phun nhiên liệu, ở tốc độ thấp áp
suất phun sẽ thấp làm giảm độ phun sương của nhiên liệu, do đó ảnh hưởng đến chất
lượng quá trình tạo HHC và quá trình cháy của động cơ, qua đó ảnh hưởng đến hàng
loạt các chỉ tiêu kỹ thuật của động cơ ở tốc độ thấp. Tóm lại, những khuyết điểm trên
làm cho động cơ không phát huy hết công suất tối đa, đồng thời hàm lượng các chất độc
hại trong khí xả cao do nhiên liệu cháy không hết và tốc độ tăng áp suất lớn sẽ tạo ra .
5. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU COMMON RAIL
Những đặc điểm mới của hệ thống nhiên liệu Common rail
Hệ thống nhiên liệu Common rail có các đặc điểm:
- Vòi phun: hệ thống dùng vòi phun điện tử, việc đóng mở vòi phun được thực hiện
bằng dòng điện từ hệ thống điều khiển nên không phụ thuộc vào áp suất phun và rút
ngắn thời gian phun. - Bơm cao áp: thực hiện nhiệm vụ nén nhiên liệu rồi chuyển đến
ống phân phối nên nhiên liệu có thể được nén đến áp suất rất cao và duy trì liên tục mà
không phụ thuộc vào tốc độ động cơ. Do đó, áp suất phun được nâng cao và ổn định
trong quá trình phun.
- ECM thực hiện nhiệm vụ điều khiển quá trình phun nhiên liệu dựa vào các thông số
từ môi trường và chế độ làm việc của động cơ, nên hệ thống sẽ tối ưu hóa trong quá
trình tính toán và điều khiển hệ thống.
- Đặc tính phun của hệ thống Common rail là thực hiện quy luật phun hai giai đoạn
chính:
+ Giai đoạn phun mồi vào xylanh trước điểm chết trên với góc phun lớn, có thể diễn ra
sớm trước điểm chết trên ( ĐCT), nếu thời điểm phun xuất hiện nhỏ hơn độ nhiên liệu
có thể bám vào bề mặt của piston, thành xi lanh làm loãng dầu bôi trơn. Do lượng nhiên
liệu phun ít nên áp suất sẽ không tăng đột ngột. Kết quả quá trình cháy được cải thiện.
Quá trính phun sơ khởi đóng vai trò gián tiếp trong việc là tăng công suất động cơ.
+ Sau khi nhiên liệu mồi phát hỏa sẽ thực hiện giai đoạn phun chính, lượng nhiên liệu
trong giai đoạn này sẽ cháy nhanh, do điều kiện thuận lợi của nhiên liệu cháy trong giai
đoạn phun mồi tạo ra, vì vậy thời gian chậm cháy được rút ngắn, tăng chất lượng quá
trình cháy, tăng công suất, hiệu suất và động cơ hoạt động êm hơn, đồng thời làm giảm
các thành phần độc hại trong khí xả. Những đặc điểm trên của hệ thống Common rail sẽ
giúp cho động cơ tăng công suất, hiệu suất và giảm các thành phần độc hại trong khí
thải của động cơ so với các động cơ dùng công nghệ phun nhiên liệu truyền thống.
24


+ Ngoài ra còn có giai đoạn phun thứ cấp: Dùng để đốt cháy kết hợp với hệ thống hồi
lưu khí thải EGR (Exhaust Gas Recirculation) để làm giảm lượng .
5.1. CHỨC NĂNG
- Chức năng chính: điều khiển việc phun nhiên liệu đúng thời điểm,đúng lượng, đúng áp

suất, đảm bảo động cơ diesel hoạt động êm dịu và tiết kiệm.
- Chức năng phụ: Giảm độ độc hại của khí thải và lượng nhiên liệu tiêu thụ ,
tăng tính an toàn, thoải mái và tiện nghi.
Đặc điểm:
Hệ thống Common rail có một ống phân phối gọi là rail, dùng để chứa dầu diesel áp
suất cao từ bơm cao áp, các vòi phun có van từ điều khiển điện tử để phun dầu áp suất
cao từ ống phân phối vào xylanh động cơ. Bộ điều khiển trung tâm động cơ có tác dụng
điều khiển hệ thống phun (bao gồm: áp suất phun, tốc độ phun, và thời gian phun),
thông qua việc điều khiển áp suất dầu ở bơm cao áp và đóng mở các vòi phun.
5.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:
5.2.1. Một số sơ đồ cấu tạo chung của hệ thống nhiên liệu Common rail

25


x

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×