ĐỘNG cơ NHIỆT là gì

Dầu Diesel được trộn với không khí và nén với áp suất lớn khi phun vào buồng đốt, làm tăng hiệu suất của động cơ, tiết kiệm nhiên liệu do tỷ lệ trộn là tối ưu.. Sự cháy của nhiên liệu,

ĐỘNG CƠ NHIỆT LÀ GÌ ?

Động cơ nhiệt là những động cơ trong đó một phần năng lượng của nhiên liệu bị đốt cháy chuyển hóa thành cơ năng Các động cơ nhiệt đầu tiên là máy hơi nước, chúng có đặc điểm chung là nhiên liệu (củi, than, dầu ) được đốt cháy ở bên ngoài xi lanh của động

cơ Hằng trăm năm sau khi máy hơi nước ra đời mới xuất hiện động cơ đốt trong, là động

cơ nhiệt mà nhiên liệu được đốt cháy ngay ở bên trong xi lanh

Động cơ nhiệt được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay, bao gồm từ những động cơ chạy bằng xăng hoặc dầu ma dút của xe máy, ô tô, máy bay, tàu hỏa, tàu thủy đến các động

cơ chạy bằng các nhiên liệu đặc biệt của tên lửa, con tàu vũ trụ, động cơ chạy bằng năng lượng nguyên tử của tàu ngầm, tàu phá băng

================================

Cách mạng về động cơ Diesel

Những năm gần đây, với việc áp dụng hàng loạt công nghệ hiện đại “đa van, phun nhiên liệu trực tiếp và kiểm soát tiền cháy nổ”, động cơ Diesel có những bước phát triển mạnh mẽ và trở thành một đối trọng đáng kể với động cơ xăng truyền thống

Xe hơi động cơ Diesel ngày càng trở thành một đối trọng đáng kể với động cơ xăng

truyền thống.

Đến nay, động cơ Diesel cũng đã được áp dụng các tiêu chuẩn như Euro1, Euro2, Euro3 và Euro4 Bên cạnh đó với kết quả nỗ lực của các nhà công

nghiệp dầu mỏ, hàm lượng lưu huỳnh (một hoá chất độc hại gây nguy hại lớn cho môi trường) có trong nhiên liệu Diesel đã được giảm từ 500ppm(phần triệu) xuống 50 ppm vào cuối năm 2004 tại một số quốc gia Hiện nay tại Nhật Bản nhiên liệu Diesel có hàm lượng lưu huỳnh dưới 50ppm đã được cung cấp rộng rãi trên toàn quốc Với lý do đó, việc áp dụng bộ xúc tác ô xy hoá cao và bộ lọc bụi Diesel với khả năng phục hồi liên tục đã trở thành hiện thực

Hơn nữa, vào năm 2007, nhiên liệu Diesel với hàm lượng lưu huỳnh thấp hơn 10ppm sẽ được cung cấp Do vậy, có thể áp dụng công nghệ xúc tác “bẫy” NOx như NSR (NOx Storage Reduction - Bộ xử lý NOx) và DPNR (Diesel Particulates and NOx Reduction - Bộ giảm lượng NOx và Bụi cho động cơ Diesel) Điều này

sẽ làm cho động cơ diesel trở nên cực kỳ sạch và thân thiện với môi trường, giúp việc sử dụng nó ngày càng thông dụng hơn, nhất là trong lĩnh vực sản xuất

xe hơi

Theo tính toán, xe dùng động cơ Diesel tiết kiệm nhiên liệu trung bình từ 25% đến 40% so với động cơ xăng Dầu Diesel được trộn với không khí và nén với

áp suất lớn khi phun vào buồng đốt, làm tăng hiệu suất của động cơ, tiết kiệm nhiên liệu do tỷ lệ trộn là tối ưu Động cơ thế hệ mới còn sử dụng hệ thống turbo tăng áp giúp hoàn thiện quá trình phun nhiên liệu, làm tăng 30% công suất động

cơ và giảm mức tiêu hao nhiên liệu

Ngoài ra, động cơ Diesel tạo mô men xoắn lớn, giúp xe có sức kéo mạnh hơn, khả năng leo dốc và vượt địa hình phức tạp cao Độ bền của động cơ Diesel được tăng cường nhờ áp dụng công nghệ mới, làm giá trị bán lại của xe thường cao hơn các dòng khác Những lợi thế trên khiến các mẫu xe trang bị động cơ Diesel càng ngày thu hút sự quan tâm của khách hàng khắp thế giới

DIESEL LÀ GÌ???

Động cơ Diesel là một loại động cơ đốt trong, khác với động cơ xăng (hay động cơ Otto) Sự cháy của

nhiên liệu, tức dầu diesel, xảy ra trong buồng đốt khi piston đi tới gần điểm chết trên trong kỳ nén, là sự tự cháy dưới tác động của nhiệt độ và áp suất cao của không khí nén.

Động cơ Diesel do một kỹ sư người Đức, ông Rudolf Diesel, phát minh ra vào năm 1892 Chu trình làm việc của động cơ cũng được gọi là chu trình Diesel.

Do những ưu việt của nó so với động cơ xăng, như hiệu suất động cơ cao hơn hay nhiên liệu diesel rẻ tiền hơn xăng, nên động cơ Diesel được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, đặc biệt trong ngành giao thông vận tải thủy và vận tải bộ.

Dầu diesel là một loại nhiên liệu lỏng, sản phẩm tinh chế từ dầu mỏ có thành phần chưng cất nằm giữa dầu

hoả (kesosene) và dầu bôi trơn (lubricating oil) Chúng thường có nhiệt độ bốc hơi từ 175 đến 370 độ C

Các nhiên liệu Diesel nặng hơn, với nhiệt độ bốc hơi 315 đến 425 độ C còn gọi là dầu Mazut (Fuel oil).

Dầu Diesel được đặt tên theo nhà sáng chế Rudolf Diesel, và có thể được dùng trong loại động cơ đốt trong mang cùng tên, động cơ Diesel.

Các thông số kỹ thuật của dầu Diesel Các tiêu chuẩn chất lượng của nhiên liệu Diesel

Loại nhiên liệu Diesel Phương pháp thử DO 0,5% S DO 1,0% S

1.Chỉ số cetan

≥ 50

≥ 45 ASTM D 976

2.Thành phần chưng cất, t °C

50% được chưng cất ở

280 °C

280 °C TCVN

90% được chưng cất ở

370 °C

370 °C 2693–95

3 Độ nhớt động học ở 20 °C

(đơn vị cSt: xenti-Stock)

1,8 ÷ 5,0 1,8 ÷ 5,0 ASTM D 445

4 Hàm lượng S (%)

≤ 0,5

≤ 1,0 ASTM D 2622

5 Độ tro (% kl)

≤ 0,01

≤ 0,01 TCVN 2690–95

6 Độ kết cốc (%)

≤ 0,3

≤ 0,3 TCVN6 324–97

7.Hàm lượng nước, tạp chất cơ học (% V)

≤ 0,05

≤ 0,05 TCVN 2693–95

8 Ăn mòn mảnh đồng ở 50 °C trong 3 giờ

N0 1 N0 1 TCVN 2694–95

9 Nhiệt độ đông đặc, t °C

≤ 5

≤ 5 TCVN 3753–95

10 Tỷ số A/F

14,4

14,4

—

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL 4 KỲ

1 Kỳ một- Kỳ nạp:

Pittông còn nằm ở ĐCT Lúc này trong thể tích buồng cháy Vc còn đầy khí sót của chu trình trước, áp suất khí sót bên trong xilanh cao hơn áp suất khí quyển Khi trục khuỷu quay, thanh truyền làm chuyển dịch pittông từ ĐCT đến ĐCD, xuppap nạp mở thông xilanh với đường ống nạp Cùng với sự tăng tốc của pittông, áp suất môi chất trong »pk Thể tích không gian trong xilanh trở nên nhỏ dần hơn so với áp suất trên đường ống nạp pk ( 0,01- 0,03Mpa) Sư giảm áp suất bên trong xilanh so với áp suất của đường ống nạp tạo nên quá trình nạp (hút) môi chất mới (không khí) từ đường ống nạp vào xilanh Áp suất môi chất đối với động cơ bằng với áp suất khí quyển.

2 Kỳ hai- kỳ nén:

Pittông chuyển dịch từ ĐCD đến ĐCT, các xupap hút và xả đều đóng, môi chất bên trong xilanh bi nén lại Cuối kỳ nạp khi pittông còn ở tại ĐCD, áp suất môi chất bên trong xilanh pa còn nhỏ hơn pk Đầu kỳ nén, pittông từ ĐCD đến ĐCT khi tới điểm a’ áp suất bên trong xilanh mới đạt tới giá trị pk Do đó, để hoàn

thiện quá trình nạp người ta vẫn để xupap nạp tiếp tục mở Việc đóng xupap nạp là nhằm để lợi dụng sự chênh áp giữa xilanh và đường ống nạp cũng như động năng của dòng khí đang lưu động trên đường ống nạp để nạp thêm môi chất mới vào xilanh Sau khi đóng xupap nạp, chuyển động đi lên của pittông sẽ làm

áp suất và nhiệt độ của môi chất tiếp tục tăng lên Giá trị của áp suất cuối quá trình nén, phụ thuộc vào tỷ số , độ kín của buồng đốt, mức độ tản nhiệt của thành vách xilanh Việc tự bốc cháy của hỗn hợp khí phải cần một thời gian nhất định, mặc dù rất ngắn Muốn sử dụng tốt nhiệt lượng do nhiên liêu cháy sinh ra thì điểm bắt đầu và điểm kết thúc quá trình cháy phía ở lân cận ĐCT Do đó việc phun nhiên liệu vào xilanh động cơ đều được thực hiện trước khi pittông đến ĐCT

3 Kỳ ba- kỳ cháy và giãn nở:

Đầu kỳ cháy và giãn nở, hỗn hợp không khí-nhiên liệu được tạo ra ở cuối quá trình nén được bốc cháy nhanh Do có một nhiệt lượng lớn được toả ra, làm nhiệt độ và áp suất môi chất tăng mạnh, mặt dù thể tích làm việc có tăng lên chút ít Dưới tác dụng đẩy của lực do áp suất môi chất tạo ra, pittông tiếp tục đẩy xuống thực hiện quá trình giãn nở của môi chất trong xilanh Trong quá trình giãn nở môi chất đẩy pittông sinh công, do đó kỳ cháy và giãn nở được gọi là hành trình công tác (sinh công).

4 Kỳ bốn- kỳ thải:

Kỳ thải trong kỳ này, động cơ thực hiện quá trình xả sạch khí thải ra khỏi xilanh Pittônng chuyển dịch từ ĐCD đến ĐCT đẩy khí thải ra khỏi xilanh qua đường xupap thải đang mở vào đường ống thải, do áp suất bên trong xilanh ở cuối quá trình thải còn khá cao, nên xupap xả bắt đầu mở khi pittông còn cách ĐCD 430 góc quay của trục khuỷu nhờ vậy, giảm được lực cản đối với pittông trong quá trình thải khí và nhờ sự chênh áp lớn tạo sự thoát khí dễ dàng từ xilanh ra đường ống thải, cải thiện được việc quét sạch khí thải ra khỏi xilanh động cơ Kỳ thải kết thúc chu trình công tác, tiếp theo pittông sẽ lặp lại kỳ nạp theo trình tự chu trình công tác động cơ nói trên Để thải sạch sản phẩm cháy ra khỏi xilanh, xupap xả không đóng tại vị trí ĐCT mà chậm hơn một chút, sau khi pittông qua khỏi ĐCT 170 góc quay trục khuỷu, nghĩa là khi đã bắt đầu kỳ một Để giảm sức cản cho quá trình nạp, nghĩa là cửa nạp phải được mở dần trong khi pittông đi xuống trong kỳ một, xupap nạp cũng được mở sớm một chút trước khi pittông đến điểm chết trên 170 góc quay trục khuỷu Như vậy vào cuối kỳ thải và đầu kỳ nạp cả hai xupap nạp và xả đều mở Tóm lại, quá trình động cơ thực hiện hoàn thiện bốn kỳ xem như là quá trình làm việc của động cơ diesel bốn kỳ nói chung.

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL 2 KỲ

Theo nguyên lý hoạt động của động cơ 2 kỳ sẽ cho thấy sự khác biệt rất lớn trong việc sản sinh công giữa động cơ 2 kỳ và 4 kỳ Trong động cơ 2 kỳ 1 chu

kỳ quay Buzi đánh lửa 2 lần (đánh lửa mỗi một chu trình quay của trục

khuỷu) Ngược lại, ở động cơ 4 kỳ buzi chỉ đánh lửa khi trục khuỷu thực hiện được hai chu trình quay Điều đó nghĩa là, xét về mặt năng lượng với hai

động cơ cùng kích thước, động cơ 2 kỳ sản sinh công gấp hai lần động cơ 4 kỳ.

Phương pháp dùng nhiên liệu Diesel, chỉ nén không khí sau đó phun trực

tiếp nhiên liệu vào khí nén áp xuất cao rất phù hợp cho động cơ 2 kỳ Các nhà sản xuất động cơ Diesel cỡ lớn hiện nay đang sử dụng phương pháp này

để tạo ra các động cơ mạnh mẽ hơn

Tại điểm chết trên, có 2 hoặc 4 van xả ( Xu páp) luôn mở cùng một lúc Phun nhiên liệu Diesel vào buồng đốt được thực hiện do kim phun (xem hình mầu vàng) Khi piston di chuyển xuống phía dưới, tương tự như động cơ xăng 2

kỳ, piston hoạt động như một van hút (nạp) Tại điểm chết dưới, piston mở cửa nạp để khí lọt vào Khí đã bị nén bởi Turbin tăng áp hoặc cụm tăng áp (mầu xanh nhạt) Trục khuỷu được bao bọc bởi dầu nhớt, tương tự như động

cơ 4 kỳ.

Quy trình của động cơ 2 kỳ Diesel như sau:

• Khi piston tại điểm chết trên, xi lanh được làm đầy bởi khí nén Dầu Diesel được phun dạng sương mù vào xi lanh bởi kim phun và ngay lập tức đốt cháy do nhiệt độ cao và áp xuất rất cao bên trong xilanh (Tỷ số nén của động cơ diesel vào khoảng 15-25, cao hơn nhiều so với động cơ xăng từ 9 đến 13) Quy trình này giống như quy trình mô tả

trong phần Nguyên lý hoạt động của động cơ diesel

• Áp xuất được tạo ra bởi hỗn hợp bị đốt cháy trong buồng đốt sẽ đẩy

piston chuyển động xuống Đây là kỳ sinh công

• Khi piston gần đến điểm chết dưới của hành trình, các cửa van xả đều

mở Khí xả sẽ đi ra ngoài khỏi xi lanh, giải phóng áp xuất

• Khi piston tại điểm chết dưới, piston mở các cổng hút khí Khí nén tràn vào đầy xi lanh, đẩy số khí xả còn lại ra ngoài

• Van xả đóng lại và piston bắt đầu chuyển động ngược lại, đóng cửa

cổng hút gió nà nén số khí vừa mới nạp lại Đây là kỳ nén

•

• Khi piston chuyển động gần đến điểm chết trên của xi lanh, quy trình lại lặp lại từ bước 1

Với mô tả trên, có thể thấy sự khác biệt lớn giữa động cơ Diesel 2 kỳ và động

cơ xăng 2 kỳ Trong động cơ Diesel, chỉ có khí được nạp vào xi lanh, khác hẳn khí và nhiên liệu được hoà trộn ở động cơ xăng 2 kỳ Điều đó có nghĩa là động cơ Diesel 2 kỳ không phải gánh chịu vấn nạn môi trường như là động

cơ xăng 2 kỳ Tuy nhiên, một động cơ Diesel 2 kỳ phải có Turbin tăng áp hay Cụm tăng áp, do vậy giá thành của động cơ Diesel 2 kỳ rất cao, và điều này

đã làm cho loại động cơ này không thể lắp rộng rãi như các loại động cơ khác được.

Rudolf Diesel - Ông là ai???

Rudolf Diesel (tên đầy đủ Rudolf Christian Karl Diesel; 1858–1913) là một nhà phát minh và kỹ sư người Đức.

Cuộc đời

Ông Diesel sinh ngày 18 tháng 3 năm 1858 tại Paris Năm 1872 Diesel quyết định trở thành một kỹ sư và là học sinh tốt nghiệp giỏi nhất các khóa đào tạo tại trường dạy nghề (1873) và trường công nghiệp (mùa hè 1875) Sau

đó ông bắt đầu học đại học tại trường Đại học Kỹ thuật München Tháng 1 năm 1880 ông thi tốt nghiệp tại trường Đại học Kỹ thuật München với điểm tốt nhất từ khi thành lập trường.

Ngày 27 tháng 2 năm 1892 Diesel đăng ký tại cơ quan về bằng phát minh của Đế chế Đức và ngày 23 tháng 2 năm 1893 ông nhận được bằng phát minh DRP 67 207 "về qui trình làm việc và cách chế tạo cho máy đốt" Bằng

phát minh thứ hai của ông (DRP 82 168, ngày 29 tháng 11 năm 1893) sửa đổi qui trình của động cơ nhiệt Carnot.

Bắt đầu từ năm 1893 Rudolf Diesel phát triển động cơ Diesel trong nhà máy

cơ khí Ausburg (sau này là MAN AG) với sự tham gia về tài chính của công ty Friedrich Krupp Năm 1897 mô hình động cơ diesel đầu tiên có thể hoạt động được hoàn thành.

Ngày 1 tháng 1 năm 1898 nhà máy động cơ Diesel Ausburg được thành lập,

sau đó là Diesel Engine Company vào mùa thu năm 1900 tại London (Vương

quốc Anh) Tàu thủy được trang bị động cơ diesel đầu tiên ra đời năm 1903 Năm 1908 động cơ Diesel loại nhỏ đầu tiên, xe tải và đầu tàu hỏa diesel đầu tiên được chế tạo Động cơ diesel dùng cho ô tô được chế tạo hằng loạt lần đầu tiên trong năm 1936 và được trang bị cho chiếc Mercedes-Benz 260-D Ngày 29 tháng 9 năm 1913 Rudolf Diesel lên tàu "Dresden" tại Antwerpen (Bỉ) đi London trên eo biển Manche để tham dự buổi họp mặt của

Consolidated Diesel Manufacturing Ltd Sau đấy người ta không còn thấy

ông nữa Vào ngày 10 tháng 10 thủy thủ của tàu Hà Lan "Coertsen" nhìn thấy một thi thể trôi dạt trên biển trong lúc biển động mạnh Họ không thể vớt được thi thể mà chỉ có thể vớt được một vài vật nhỏ như ví tiền, dao bỏ túi và bao đựng kính mắt, những vật được Eugen Diesel, con trai của Rudolf Diesel, nhận dạng vào ngày 13 tháng 10 tại Vlissingen (tây nam Hà Lan) Tình huống dẫn đến cái chết của Rudolf Diesel không được làm sáng tỏ, gia đình của ông hoài nghi giả thuyết cho rằng ông đã tự tử và tin rằng ông đã

bị giết chết Một giả thuyết cho rằng nước Đức lúc bấy giờ đã cho người giết chết ông vì chiến tranh đang đến gần kề và Rudolf Diesel đã cấp giấy phép

về kỹ thuật Diesel cho nước Pháp và Anh, là hai quốc gia địch thủ lúc bấy giờ Một giả thuyết khác cho rằng diesel đã bị ngành công nghiệp dầu cho người ám sát vì ông đang phát triển loại động cơ diesel sinh học Mặc dầu vậy việc ông tự tử cũng được cho là rất có thể vì ông đang đứng trước sự sụp

đổ về tài chính Sau cái chết của Rudolf Diesel việc nghiên cứu về động cơ diesel sinh học bị chấm dứt và chỉ còn loại động cơ diesel dùng dầu diesel có nguồn gốc hóa thạch là được tiếp tục phát triển

Ô nhiễm khí thải : tổng quan

Ô nhiễm không khí là hậu quả từ các hoạt động của cuộc sống hiện đại như : sự gia tăng tiêu thụ năng lượng, sự phát triển của các ngành công nghiệp mũi nhọn : công nghiệp luyện kim, hóa học, giao thông đường bộ và hàng không, v.v Ô nhiễm có nguồn gốc từ ba nguồn chính : nguồn gốc thiên nhiên (thực vật, đất), nguồn gốc cố định (sưởi ấm gia đình, sản xuất điện, công nghiệp), và giao thông Trong đó, ôtô và các phương tiện vận chuyển là một phần nguyên nhân của tình trạng mô trường ô nhiễm như ngày nay

Các hợp chất ô nhiễm chính trong khí thải có thể chia làm hai nhóm : khí và hạt rắn Người ta phân biệt các chất ô nhiễm sơ cấp được thải ra từ các nguồn xác định (CO, HC,…) với các chất

ô nhiễm thứ cấp (O 3 , …) được sản sinh ra từ các phản ứng giữa các chất ô nhiễm sơ cấp với nhau dưới tác động của điều kiện môi trường như bức xạ mặt trời.

Nhìn chung chất gây ô nhiễm môi trường thải ra từ động cơ gồm các chất sau :

• Dioxyde de carbone (CO 2 ), sản phẩm của quá trình oxi hóa hoàn toàn nhiên liệu

• Monoxyde de carbone (CO), đến từ quá trình oxi hóa không hoàn toàn nhiên liệu

• Oxyde d’azote (NO x ), bao gồm monoxyde d’azote (NO) và dioxyde d'azote (NO 2 ).

• Các hạt rắn, sản phẩm của các quá trình hình thành phức tạp.

• Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (COV-composés organiques volatils), là các hợp chất hóa học hữu cơ có áp suất hơi đủ cao để dưới các điều kiện bình thường có thể bay hơi một lượng đáng kể vào không khí Về thành phần COV là sự kết hợp giữa các hydrocarbure (như alcane, alcène, aromatique, …) và các hợp chất chứa oxi (aldéhyde, kétone, …).

• Các hợp chất hữu cơ đa vòng (hydrocarbures aromatiques polycycliques – HAP), như benzoapyrene

• Dioxyde de sulfure (SO 2 ), hình thành từ lưu huỳnh có sẵn trong nhiên liệu.

• Các kim loại, có trong dầu và nhiên liệu

Những chất ô nhiễm này thải ra môi trường sẽ dẫn đến rất nhiều ảnh hưởng tai hại cho sức khỏe

và môi trường Một vài chất trong đó sẽ góp phần hình thành sương mù trong đô thị (brouillards urbains), mưa acide từ SO2 và NOx Trong đó NOx và VOCs là nguyên nhân gây ra các phản ứng khác nhau dẫn đến sự hình thành ozone ở tầng đối lưu của khí quyển Các hydrocarbon chưa cháy gây ra bệnh ung thư, còn các hạt rắn, đặc biệt là các hạt rắn nhỏ, rất nguy hiểm cho sức khỏe, vì nó có thể đi vào trong phổi, gây ra các bệnh về hô hấp.

2 Ô nhiễm khí thải động cơ Diesel

2.1 Lịch sử động cơ Diesel

Rudolf Diesel, kĩ sư người Đức, là người đầu tiên nghiên cứu việc ứng dụng một loại động cơ đốt trong hoạt động với các loại nhiên liệu nặng, mà ngày nay được biết đến với tên động cơ Diesel Nghiên cứu của ông đã được đăng kí bằng phát minh vào năm 1982 ở Berlin với tên gọi

“Lý thuyết và cấu tạo của động cơ nhiệt thuần lý” Động cơ trong phiên bản cuối cùng, sau đó đã được giới thiệu trước công chúng vào năm 1987 Thành công đã đến ngay lập tức, và vào năm

1990, tại cuộc triển lãm quốc tế ở Paris, buổi trình bày của ông đã đưa động cơ Diesel nổi tiếng

ở phạm vi toàn cầu

Hơn một thế kỉ sau, ôtô đã chiếm một vị trí quan trọng trong cuộc sống thường nhật của hàng triệu người Và ngày nay, sự phát triển như vũ bão của ngành vận chuyển đường bộ sẽ củng cố thành công hiện tại của động cơ Diesel.

2.2 So sánh giữa động cơ Diesel và động cơ xăng

Nếu quá trình vận hành của chu kì 4 thì trong động cơ Diesel chỉ hơi khác so với động cơ cháy cưỡng bức (động cơ xăng), thì điều kiện cháy của hai loại động cơ này lại rất khác nhau Chu kì

của động cơ Diesel gồm 4 giai đoạn: nạp/ nén/ nổ, giãn nở sinh công/ xả (H 1)

Hình 1: Chu kì 4 thì của động cơ Diesel [1]

1 Nạp khí; 2 Nén; 3 Nổ và giãn nở; 4 Xả Không như trong động cơ cháy cưỡng bức – hỗn hợp nhiên liệu và không khí được hòa trộn đều trước khi nạp vào cylindre, ở động cơ Diesel chỉ có không khí được nạp vào cylindre động cơ ở pha nạp Sau đó ở pha nén, không khí bị nén ở áp suất cao làm nhiệt độ khí tăng theo, nhiệt độ khí thu được sẽ cao hơn nhiệt độ tự cháy (auto-inflammation) của nhiên liệu sử dụng Đến cuối chu kì nén, gazole được phun vào cylindre ở dạng những hạt sương nhỏ; nhiên liệu hoặc sẽ được phun trực tiếp vào buồng cháy (injection directe), hoặc được phun vào một buồng hòa trộn trước nhằm cải thiện quá trình cháy của nhiên liệu khi tiếp xúc với không khí nóng (injection indirecte) Không khí nóng sẽ hòa trộn với nhiên liệu phun vào, gia nhiệt và hóa hơi nhiên liệu Quá trình cháy sau đó diễn ra rất nhanh, áp suất tăng nhanh và có thể đến cực đại (60 bar đến

100 bar) Không khí ở thời điểm này rất nóng (2000 đến 3000 °C) Áp suất và nhiệt độ cùng tăng

Động cơ Diesel vận hành với khoảng dư oxygen rộng (large axcès d’oxygène), trái ngược với trường hợp động cơ xăng, ở đấy hỗn hợp carburant/comburant gần với điều kiện tỷ lượng (stoechiométrie) Cũng cần chú ý rằng nhiệt độ khí thải của động cơ Diesel chỉ ở khoảng 150 đến

500 °C, nhưng ở động cơ xăng khoảng nhiệt độ này cao hơn hẳn (600 đến 800 °C)

Nhưng sự khác nhau chủ yếu của hai loại động cơ này nằm ở phương thức đánh cháy nhiên liệu (mode d’imflammation du carburant) Đối với động cơ Diesel, khi nhiên liệu được phun vào ở dạng sương, quá trình cháy bắt đầu bằng sự tự bốc cháy của hỗn hợp nhiên liệu Nhưng với động cơ xăng, quá trình cháy được tạo một cách cưỡng bức bởi tia lửa điện của bougie Do đó, quá trình cháy trong động cơ Diesel là quá trình cháy dị thể hơn Cơ chế chảy rối giữa nhiên liệu

và không khí làm cho nồng độ của các cấu tử hóa học và nhiệt độ trong buồng cháy không đồng nhất Sự không đồng nhất này là nguồn gốc của sự hình thành NOx trong các vùng có nhiệt độ rất cao, và hình thành suie trong các vùng thiếu oxygen

Tuy nhiên động cơ Diesel có nhiều ưu điểm so với động cơ xăng, như:

• Thải ra CO2 ít hơn khoảng 25%, góp phần hạn chế hiệu ứng nhà kính.

• Hiệu suất cháy tốt hơn, thải ra ít HC không cháy và ít CO hơn.

• Tuổi thọ động cơ cao hơn.

Tuy nhiên ở mức độ ô nhiễm môi trường, động cơ Diesel thải ra các hạt rắn độc hại cho sức khỏe và NOx.

2.3 Ô nhiễm từ động cơ Diesel

2.3.1 Thành phần khí thải từ động cơ Diesel

Động cơ Diesel chuyển đổi năng lượng hóa học (carburant, gazole) thành năng lượng

cơ học Gazole là hỗn hợp của các hydrocarbure mà trong quá trình cháy lý tưởng, nó chỉ sinh ra CO 2 và H 2 O Trong thực tế người ta quan sát thấy một vài sản phẩm khí

và rắn khác Điều này liên quan một phần đến sự có mặt của các tạp chất chứa trong các HC (như các hợp chất chứa lưu huỳnh), và mặt khác liên quan đến sự phức tạp của các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình cháy Bảng 1 sau giới thiệu thành phần điển hình của khí thải động cơ Diesel:

Bảng 1: Thành phần cơ bản của khí thải động cơ Diesel [1]

2.3.2 Cơ chế hình thành suie

Trong động cơ Diesel, nhiên liệu được phun vào buồng cháy ở dạng sương Quá trình cháy được khơi mào bằng sự tự bốc cháy của nhiên liệu Điều này đã tạo ra quá trình cháy dị thể; và nó là nguồn gốc của sự hình thành các hạt suie trong các vùng thiếu oxygen Thuật ngữ suie chỉ một loại vật liệu hóa than (matériau carboné) hình thành từ quá trình cháy của nhiên liệu trong điều kiện giàu nhiên liệu (thiếu oxygen) Các hạt suie này sẽ tự kết hợp với nhau trong ống xả để hình thành các agrégat Cuối cùng khi khí thải được làm mát, các hydrocarbon và sulphate sẽ hấp thụ lên các agrégats suie Như vậy, suie Diesel sẽ gồm một lớp vật liệu rắn hóa than sinh ra từ quá trình cháy, và trên đấy là các hợp chất hữu cơ khác nhau hấp thụ lên (SOF: Solube Organic Fraction).

Hiện nay cơ chế hình thành suie từ quá trình cháy trong động cơ Diesel vẫn còn gây nhiều tranh cãi, vì nó liên quan đến các hiện tượng ít có tính tái lập (phénomènes peu reproductibles), lại xảy

ra ở nhiệt độ cao, áp suất lớn, và với một loại nhiên liệu có thành phần phức tạp, trong một hỗn hợp chảy rối (mélange turbulent) Tuy nhiên một cách tổng quan ta có thể xem quá trình hình thành suie xảy ra qua 4 giai đoạn: