Khai thác kỹ thuật ô tô

Học phần Khai thác kỹ thuật ô tô, chuyên đề Ô tô và ô nhiễm môi trường Cụ thể: Khí thải độc hại trong ô tô, cơ chế hình thành và biện pháp khác phục Từ đó đưa ra các giải pháp công nghệ cũng như vận hành kỹ thuật để nhằm hoàn thiện tính năng kinh tế, kỹ thuật và môi trường của ô tô

SỰ HÌNH THÀNH CÁC CHẤT ĐỘC HẠI TRONG KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ DIESEL DÙNG CHO Ô TÔ VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC.

CHUYÊN ĐỀ

GVHD : TS Lê Bá Khang SVTH : Nhóm 4

THỰC TRẠNG

Khi động cơ làm việc hỗn hợp khí nhiên liệu được đốt cháy trong kỳ nổ với phương trình phản ứng cháy

như sau:

CxHy + ( O2 + N2 ) → CO2 + H2O + N2 + CO + NOx + HC + O2

Sản phẩm cháy gồm : NOx , CO , HC làm 3 tác nhân chính gây ra ô nhiễm môi trường, cũng như ảnh hưởng

xấu đến sức khỏe con người

A Đặt vấn đề

3 Mục đích:

Lý giải sự hình thành các chất độc hại phát thải và biện pháp giảm thiểu, từ đó áp dụng vào vận hành, sửa chữa, chẩn đoán, cải tiến ot mang lại hiệu quả

1 Đối tượng Động cơ

Diesel lắp trên ô tô

2 Phạm vi

Chất độc hại trong khí xả động

cơ lắp trên ô tô

B NỘI DUNG

I Các thành phần độc hại chính trong khí thải động cơ diesel và ảnh hưởng của chúng.

II Tỷ lệ các chất độc hại trong khí thải.

III Các nhân tố ảnh hưởng đến nồng độ khí thải độc hại trong động cơ diesel.

IV Một số giải pháp giảm thiểu phát thải độc hại trong động cơ Diesel ô tô

SỰ HÌNH THÀNH

Là sản phẩm cháy của C trong nhiên

liệu ở điều kiện thiếu oxy

GIỚI HẠN CHO PHÉP[ CO ] = 33mg/m3

ẢNH HƯỞNG

Ngăn cản quá trình hấp thụ ô xy của hemoglobin trong máu

Giảm khả năng cung cấp oxy cho các

tế bào trong cơ thể

I Các thành phần độc hại chính trong khí thải động cơ diesel và ảnh hưởng của chúng:

1.1

CO là khí không màu, không mùi, không vị Sản phẩm trung gian của quá trình oxy hóa nhiên liệu hydro cacbon để tạo thành sản phẩm cuối cùng là CO2

RH → R → RO2→ RCO → COTrong đó: R là gốc hydrocacbon

CO tạo ra sẽ bị oxy hóa với tốc độ chậm tạo thành CO2

theo phương trình:

CO + OH ↔ CO2 + HYếu tố chính phát sinh CO2 là độ đậm đặc của hỗn hợp nhiên liệu và không khí

Cơ chế hình thành CO

ẢNH HƯỞNG

Các hydrocacbua thơm có thể gây ung thư Ngoài ra gây sương mù, hại mắt

và niêm mạc đường hô hấp

I Các thành phần độc hại chính trong khí thải động cơ diesel và ảnh hưởng của chúng:

1.2

SỰ HÌNH THÀNH

Nhiên liệu hoặc dầu bôi trơn

không cháy hết, chưa cháy trong

khí thải

SỰ HÌNH THÀNH

Là sản phẩm oxy hóa ni-tơ có trong không

khí xảy ra trong buồng cháy trong điều kiện

nhiệt độ cao NOx tồn tại 2 dạng:

NO2 [10%-20%]

NO [80%-90%]

GIỚI HẠN CHO PHÉP

[ NO2 ] = 9mg/m3 [NO] = 9mg/m3

NO (mùi gắt, màu nâu đỏ) hình thành trong quá trình cháy rớt trong xylanh tại vùng có nhiệt độ cao Phản ứng dây chuyền oxy hóa ni-tơ

O2 ↔ 2ON2 + O → NO +N

N + O2 → NO + O

N + OH → NO + HThực nghiệm chứng tỏ, NO hình thành phía sau ngọn lửa trong vùng cháy và nhanh chóng trở thành NO2 qua phản ứng:

NO + H2O → NO2 + OHTiếp đó NO2 lại phản ứng và tạo thành NO:

NO2 + O → NO + O2

Cơ chế hình thành NOx

SỰ HÌNH THÀNH

Là các hạt rắn chủ yếu là muội than (bồ hóng)

sinh ra do phân hủy nhiên liệu và dầu bôi trơn

Gồm:

+ Carbon

+ Dầu bôi trơn không cháy

+ Nhiên liệu cháy không hết

+ Sunfat và các chất khác (lưu huỳnh, sắt,silicol )

ẢNH HƯỞNG

Độc hại với đường hô hấp của con người Một số hydrocacbua bám vào muội than làm gây ung thư

Tác nhân gây sương mù

I Các thành phần độc hại chính trong khí thải động cơ và ảnh hưởng của chúng:

1.4

Cơ chế hình thành bồ

hóng

SỰ HÌNH THÀNH

Lượng S chứa trong nhiên liệu

diesel (còn lại khi chưng cất dầu

mỏ) bị cháy và chuyển thành SO2

ẢNH HƯỞNG

Gây ăn mòn các chi tiết trong động

cơ Một trong những nguyên nhân gây ra mưa axit

I Các thành phần độc hại chính trong khí thải động cơ và ảnh hưởng của chúng:

1.5

Các phản ứng dây chuyền xảy ra trong quá trình cháy:

S + O2 → SO2 SO2 + OH → HOSO2HOSO2+ O2 → HO2 + SO3SO3(k) + H2O(l) → H2SO4(l)

Cơ chế hình thành SOx

II Tỷ lệ các chất độc hại trong khí thải

Đặc tính các thành phần độc hại của động cơ diesel theo λ

Mật độ

λ

• 2.1 Đối với CO

II Tỷ lệ các chất độc hại trong khí thải

 λ > 1 nhiều lần vẫn còn tồn tại một lượng

nhỏ CO  Vì vẫn có phần cục bộ thiếu O2 (λ<1)

 λ tăng lên ban đầu CO giảm và đến giá trị

min

(λ ≈ 2)

 Tiếp tục tăng λ làm nhiệt độ cháy giảm

 Tỷ lệ CO tái hợp với O2 trong quá trình giãn

nở giảm

 CO trong khí thải tăng

λ

II Tỷ lệ các chất độc hại trong khí thải

2.2 Đối với CnHm

 Khi tăng λ  Nhiệt độ cháy giảm nên nhiên liệu

không cháy được ( hay CnHm tăng)

 Trong phương pháp hỗn hợp màng  Do hiệu

II Tỷ lệ các chất độc hại trong khí thải

2.4 Đối với NOx

 Khi tăng λ  Nhiệt độ cháy giảm nên NOx giảm

Đối với buồng cháy ngăn cách lượng NOx chỉ bằng ½

đối với buồng cháy thống nhất

λ

3.1.1 Khởi động nguội

 Hỗn hợp phải đậm (tức λ <1)  CO lớn

 Nhiệt độ buồng cháy thấp, λ nhỏ  NOx nhỏ

 Nhiên liệu đọng bám lên thành vách xylanh và buồng cháy Trong quá trình giãn nở, màng

nhiên liệu bay hơi  Tăng CnHm

Khi nhiệt độ của máy tăng  CO và CnHm giảm đồng thời NOx tăng dần

III Các nhân tố ảnh hưởng đến nồng độ khí thải độc hại trong động cơ diesel

3.1 Chế độ làm việc không ổn định

3.1.2 Tăng tốc

 Đối với động cơ Diesel không tăng áp:

 Hầu như không khác biệt trong quá trình tăng tốc.

 Đối với động cơ Diesel tăng áp bằng tuốc-bin khí thải:

 Khi tăng tốc thường thiếu không khí  P-M tăng (khí xả có khói đen)

3.1 Chế độ làm việc không ổn định

III Các nhân tố ảnh hưởng đến nồng độ khí thải độc hại trong động cơ diesel

3.1.3 Giảm tốc

Khi động cơ bị kéo, điều tốc giữ cho động cơ làm

việc ở chế độ không tải

 Khi tốc vòng quay vượt quá một giá trị nào đó,

điều tốc sẽ cắt hoàn toàn nhiên liệu

3.1 Chế độ làm việc không ổn định

III Các nhân tố ảnh hưởng đến nồng độ khí thải độc hại trong động cơ diesel

3.2 Ảnh hưởng của góc phun sớm

 Tăng góc phun sớm  áp suất cực đại và nhiệt độ cháy tăng  NOx tăng

Động cơ phun trực tiếp có góc phun sớm hơn nên NOx nhiều hơn đ/c có buồng cháy ngăn cách

 Tăng góc phun sớm  quá trình cháy trễ kéo dài, lượng nhiên liệu hòa trộn trước với λ gia tăng  Hỗn hợp khó cháy (cháy không hoàn toàn)  CO tăng

III Các nhân tố ảnh hưởng đến nồng độ khí thải độc hại trong động cơ diesel

3.2 Ảnh hưởng của góc phun sớm

 Giảm góc phun  tăng độ khói, ge tăng làm NOx

giảm (nhưng phải quan tâm đến tốc độ và tải để tránh

tăng ge)

Động cơ buồng cháy ngăn cách, giảm góc phun làm tăng

HC, giảm NO và bồ hóng, đặc biệt ở chế độ đầy tải

3.2 Ảnh hưởng của hình dạng buồng cháy

Dạng buồng cháy hợp lý sẽ tránh được nhiên liệu bám trên thành  giảm HC trong khí xả

 Động cơ phun trực tiếp, do tỉ số nén lớn  giảm lượng HC và bồ hóng nhưng nếu tỉ số nén quá cao  tăng lượng bồ hóng ở chế độ đầy tải

 Tăng cường tốc độ đốt cháy bồ hóng, một buồng không khí bổ sung được thiết kế thêm ( nhưng làm tăng ge )

 Động cơ có buồng cháy ngăn cách, sự gia tăng tỉ lệ thể tích giữa buồng cháy phụ và buồng cháy chính  giảm bồ hóng (nhờ tăng cường thêm không khí cho buồng cháy phụ)

III Các nhân tố ảnh hưởng đến nồng độ khí thải độc hại trong động cơ diesel

4.1 Các giải pháp kỹ thuật liên quan đến động cơ

IV Một số giải pháp giảm thiểu phát thải độc hại trong động cơ Diesel ô tô

1 Tay đòn ngoài; 2 Thanh điêu khiển; 3 Van điều khiển; 4 Piston chia; 5 Tay đòn trong; 6,8 Chốt; 7

Tay đòn tỳ; 9 Lỗ thoát nhiên liệu

4.1.1 Điều chỉnh lượng nhiên liệu chu trình

Bộ điều tốc cơ khí: (dùng trong bơm PE, VE)

 Khi tốc độ tăng do lực ly tâm làm 2 quả văng ra xa khiến ống

điều tốc tác động lên cơ cấu tay đòn làm thay đổi vị trí van

điều khiển (đóng bớt nhiên liệu cấp cho động cơ)

 Khi chế độ tải lớn, ta tác động cần ga thì lo xo điều tốc sẽ tác

động lên cơ cấu tay đòn làm thay đổi vị trí van điều khiển để

cấp nhiên liệu cho động cơ

• 4.1 Các giải pháp kỹ thuật liên quan đến động cơ

IV Một số giải pháp giảm thiểu phát thải độc hại trong động cơ Diesel ô tô

4.1 Các giải pháp kỹ thuật liên quan đến động cơ

IV Một số giải pháp giảm thiểu phát thải độc hại trong động cơ Diesel ô tô

4.1.1 Điều chỉnh lượng nhiên liệu chu trình

Bộ điều tốc bằng điện

Thường dùng cho bơm VE

 Người điều khiển cung cấp dòng điện van điện từ mở đường

nhiên liệu cấp cho khoang nhiên liệu, piston chuyển động

quay tịnh tiến tạo ra nhiên liệu áp suất cao thắng van triệt

hồi cấp cho vòi phun

 Khi ngừng cấp nhiên liệu người điều khiển ngắt dòng điện

thì đường dầu bị ngắt, ngừng cấp nhiên liệu

Bộ điều tốc cảm ứng chân không

* Không gian bên trong hộp 3 được nối với họng của

đường ống nạp 1 bằng ống 2.

* Tăng tốc độ của động cơ làm tăng độ chân không trong

ống nạp và không gian trong hộp 3, làm biến dạng

màng 5 và lò xo 4, có tác dụng giảm nhiên liệu.

* Khi giảm tốc độ quá trình diễn ra ngược lại.

1 Đường ống nạp; 2 Ống nối giữa đường ống nạp; 3 Hộp cảm biến; 4 Lò xo; 5 Màng cảm biến; 6 Thanh kéo nối với thước nhiên liệu

4.1 Các giải pháp kỹ thuật liên quan đến động cơ

4.1.2 Lựa chọn phương án tạo thành hỗn hợp thích hợp

• Có hai phương pháp tạo thành hỗn hợp: Hình thành hỗn hợp trong buồng cháy thống nhất ( phun trực tiếp) ; hình thành hỗn hợp trong buồng cháy ngăn cách ( phun gián tiếp)

• Trong buồng cháy ngăn cách, cường độ xoáy lốc mãnh liệt, hỗn hợp hòa trộn tốt, CO ít Đồng thời lượng muội than sinh

ra ( ảnh hưởng của những vùng cục bộ) sẽ bị ô xi hóa ở buồng cháy chính Nhưng ở chế độ tải cục bộ, lượng muội than vẫn cao trong khí xả

• Trong buồng cháy thống nhất, tính kinh tế cao hơn nhưng lượng Nox sinh ra nhiều gấp đôi so với buồng cháy ngăn cách

IV Một số giải pháp giảm thiểu phát thải độc hại trong động cơ Diesel ô tô

4.1 Các giải pháp kỹ thuật liên quan đến động cơ

4.1.3 Lựa chọn góc phun sớm thích hợp:

• Lựa chọn góc phun tối ưu chỉ mang tính chất tương đối

• + Giảm góc phun sớm là biện pháp chỉ dùng để giảm NOx, nhưng có thể gây ảnh hưởng đến động cơ

• + Tăng góc phun sớm, có thể hạn chế lượng CnHm trong khí thải nhưng gây ra các tác động xấu đến động cơ

IV Một số giải pháp giảm thiểu phát thải độc hại trong động cơ Diesel ô tô

4.1 Các giải pháp kỹ thuật liên quan đến động cơ

4.1.4 Giải pháp về kỹ thuật phun và tổ chức quá trình cháy

• Kết cấu vòi phun: ảnh hưởng đến lượng CnHm trong khí thải

• Tăng tốc độ phun (tăng tốc độ hòa trộn), giảm nồng độ bồ hóng

• Tăng áp suất phun, đặc biệt đối với động cơ phun trực tiếp

• Điều chỉnh quy luật phun ( quan hệ lượng – thời gian phun ) theo khuynh hướng kết thúc nhanh quá trình phun, để giảm HC

IV Một số giải pháp giảm thiểu phát thải độc hại trong động cơ Diesel ô tô

4.1 Các giải pháp kỹ thuật liên quan đến động cơ

4.1.5 Các phương pháp khác

• A Hệ thống hồi lưu khí xả

IV Một số giải pháp giảm thiểu phát thải độc hại trong động cơ Diesel ô tô

Sử dụng độ chân không trên đường để mở van hồi lưu Do độ

chân không bé nên sử dụng các cơ cấu nhằm tăng độ chân

không:

+ Tiết lưu trên đường nạp để tạo ra độ chân không phù hợp

+ Sử dụng bơm đặc biệt để hút khí xả

+ Trích khí cháy hồi lưu ở trước turbine và sau khi đã lọc

 Giảm lượng NOx

• 4.1 Các giải pháp kỹ thuật liên quan đến động cơ

• 4.1.5 Các phương pháp khác

• A Hệ thống hồi lưu khí xả

IV Một số giải pháp giảm thiểu phát thải độc hại trong động cơ Diesel ô tô

4.1 Các giải pháp kỹ thuật liên quan đến động cơ

 Gây bẩn đường nạp và buồng cháy

 Việc sử dụng rộng rãi hệ thống hồi lưu khí xả phải đi

kèm với việc phát triển dầu Diesel có chứa chấy tẩy

4.1 Các giải pháp kỹ thuật liên quan đến động cơ

4.1.5 Các phương pháp khác

• B Hệ thống Commonrail

IV Một số giải pháp giảm thiểu phát thải độc hại trong động cơ Diesel ô tô

 Tốc độ hòa trộn nhiên liệu – không khí tăng 

Giảm nồng độ bồ hóng

 Điều chỉnh dạng quy luật phun nhằm kết thúc

nhanh quá trình phun  Giảm HC

 Điều chỉnh hỗn hợp cháy phù hợp hạn chế

lượng CO sinh ra

4.2 Xử lý khí thải

4.2.1 Xử lý nhiệt

IV Một số giải pháp giảm thiểu phát thải độc hại trong động cơ Diesel ô tô

 Đốt cháy trực tiếp là oxy hóa các

phân tử độc hại bằng oxy ở nhiệt

độ cao (450 – 1200 oC)

4.2 Xử lý khí thải

4.2.1 Xử lý xúc tác

IV Một số giải pháp giảm thiểu phát thải độc hại trong động cơ Diesel ô tô

 Thực hiện tương tác hóa học nhằm

• Phản ứng khử của chất xúc tác là phản ứng xúc tác sơ cấp trong bộ lọc xúc tác Phản ứng này sử dụng platinum và rôđi

để giảm lượng NOx thải ra Khi một phân tử NO hoặc NO 2 tiếp xúc với chất xúc tác, nó sẽ tách nguyên tử nitơ ra khỏi phân tử và giữ lại trên bề mặt của nó, giải phóng nguyên tử ôxi tại thành O 2 Các nguyên tử nitơ kết hợp với các nguyên

tử nitơ khác kẹt trên bề mặt bộ lọc để tạo thành N2 Cụ thể:

2CO + O2 =>2CO2 2NO => N2 + O2 hoặc 2NO2 => N2 + 2O2

Lắp đặt hệ thống khí xả trên xe THACO FD 2300A

1 : bộ xúc tác 2: cáp đo tốc độ động cơ 3: ống đàn hồi

4: bộ tiêu âm

Hệ thống xử lý khí thải SCR

70% nước + 30% ure

4.2 Xử lý khí thải

4.2.1 Tách lọc P - M

IV Một số giải pháp giảm thiểu phát thải độc hại trong động cơ Diesel ô tô

 Lượng P-M không bị oxy hóa hoàn toàn trong bộ xử lý nên để giảm P-M phải dùng biện

pháp tách lọc cơ học Các biện pháp điển hình như: lọc tĩnh điện hay lọc ly tâm

 Nguyên tắc: dưới tác dụng nhiễm từ hoặc do lực ly tâm, những hạt P-M sẽ được tách ra

khỏi dòng khí thải và được gom lại

 Giảm tới 50% lượng P-M

C KẾT LUẬN

 Biết được thành phần độc hại chính trong khí thải của động cơ diesel dùng cho ô tô

 Nắm rõ được cơ chế hình thành, nhân tố ảnh hưởng đến nồng độ khí thải độc hại trên động cơ diesel dùng cho ô tô và

ảnh hưởng của chúng tới môi trường và sức khỏe con người

 Tìm hiểu một số biện pháp kỹ thuật trong thực tế áp dụng để giảm thiểu khí thải độc hại từ động cơ diesel dùng cho ô

tô Mở rộng hướng nghiên cứu các giải pháp khác

 Mọi người nên có ý thức sử dụng tiết kiệm nguồn nhiên liệu và áp dụng các biện pháp kỹ thuật khi khai thác, sử dụng

động cơ nhiệt nói chung và động cơ diesel nói riêng để giảm thiểu những tác hại của khí thải độc hại và sẽ góp phần cải thiện môi trường sống của chúng ta

D TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Khai thác kỹ thuật ô tô – TS Lê Bá Khang

2 Nguyên lý động cơ đốt trong – Nguyễn Tất Tiến

THE AND