động cơ đốt trong
a. Ảnh hưởng của các chế độ vận hành động cơ xăng
Cắt nhiên liệu khi giảm tốc
Để hạn chế nồng độ HC trong giai đoạn động cơ đóng vai trò phanh ô tô (khi giảm tốc nhưng vẫn cài li hợp), biện pháp tốt nhất là ngưng cung cấp nhiên liệu. Tuy nhiên động tác này có thể dẫn tới điều bất lợi là làm xuất hiện hai điểm cực đại HC: đỉnh cực đại HC ở thời điểm cắt nhiên liệu và điểm cực đại thứ hai khi cấp nhiên liệu trở lại.
Đối với động cơ dùng bộ chế hòa khắ, để tránh giai đoạn quá độ khi động cơ phát lực trở lại, người ta sử dụng một hệ thống cho phép cung cấp thêm nhiên liệu dự trữ.
31
Nhiên liệu này được tắch trữ trong hệ thống bù trừ ở giai đoạn giảm tốc. Sự cung cấp nhiên liệu bổ sung này cho phép duy trì được độ đậm đặc của hỗn hợp một cách hợp lắ ở thời điểm mở đột ngột bướm ga trở lại.
Đối với động cơ phun nhiên liệu, người ta sử dụng một hệ thống cho phép điều chỉnh lượng nhiên liệu phun vào đường nạp theo lưu lượng không khắ. Khi giảm tốc, bướm ga đóng lại, một van giảm tốc mở ra để cung cấp không khắ cho động cơ và người ta sử dụng lượng không khắ này để điều khiển lượng nhiên liệu. Trong trường hợp đó, động cơ hút một thể tắch khắ lớn hơn trong trường hợp động cơ dùng chế hòa khắ. Hai điểm cực đại của HC cũng xuất hiện giống như trong trường hợp động cơ dùng bộ chế hòa khắ.
Dừng động cơ ở đèn đỏ
Chế độ dừng động cơ hợp lắ khi ô tô chạy trong thành phố có thể làm giảm đồng thời mức độ phát sinh ô nhiễm và suất tiêu hao nhiên liệu. Thực nghiệm cho thấy khi thời gian dừng ô tô vượt quá một giá trị cực đoan thì nên tắt động cơ. Nếu không xét đến suất tiêu hao nhiên liệu thì việc tắt động cơ không đem lại lợi ắch gì về mặt giảm ô nhiễm trong trường hợp động cơ có bộ xúc tác trên đường xả. Trung bình thời gian dừng cực đoan là 50s. Khi vượt quá thời gian này nên tắt động cơ nếu động tác này không làm giảm tuổi thọ của máy khởi động và bình điện.
b. Ảnh hưởng của việc giới hạn tốc độ đến mức độ phát sinh ô nhiễm
Khi ô tô xe máy hoạt động ổn định người ta thấy nồng độ CO đạt cực tiểu ở tốc độ 80ọ90km/h, nồng độ HC giảm dần đến khi tốc độ đạt khoảng 100km/h sau đó tăng lên chậm còn nồng độ NOx tăng từ từ đến khi tốc độ động cơ đạt 70 ọ 80km/h sau đó tăng mạnh, nhất là đối với động cơ có dung tắch 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 ắt gây ảnh hưởng đến mức độ phát sinh ô nhiễm. Khi giảm mạnh giới hạn tốc độ, nồng độ NOx có thể giảm đi vài phần trăm,
32
nhưng làm tăng đôi chút CO, HC. Khi tăng tốc độ ô tô, nhờ sự rối của không khắ phắa 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 Âu, tốc độ giới hạn là 130 km/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 khắ quanh hệ thống xa lộ giảm đi đáng kể: -12% đối với CO; -1,7% đối với HC và -10,5% đối với NOx.
Một thắ 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 NOx giảm đi 50% trong 6 tháng.
c. Ảnh hưởng của nhiên liệu đến mức độ phát ô nhiễm của động cơ
Nhiên liệu động cơ xăng
Việc điều chỉnh động cơ có ảnh hưởng đến lượng ô nhiễm phát sinh vì việc điều chỉnh này tác động đến cơ chế hình thành hay phân hủy các chất ô nhiễm trước khi thoát ra ngoài khắ quyển.
Nhiên liệu cũng gây ảnh hưởng đến sự phát ô nhiễm, chủ yếu là do tỉ số không khắ/nhiên liệu có thể bị thay đổi do sự thay đổi các đặc trưng hóa lắ của chúng không phải lúc nào cũng được bù lại bởi sự điều chỉnh các thông số của động cơ. Như chúng ta đã biết, độ đậm đặc của hỗn hợp ảnh hưởng lớn đến mức độ phát sinh ô nhiễm: NOx đạt cực đại trong môi trường hơi nghèo; CO, HC đạt cực tiểu trong môi trường nghèo; sự xuất hiện bồ hóng diễn ra trong môi trường rất giàu (a<0,6), điều kiện này diễn ra chung quanh hạt nhiên liệu trong buồng cháy động cơ Diesel.
Các tắnh chất của nhiên liệu ô tô, nhiên liệu thông thường hay super thỏa mãn những đặc trưng yêu cầu của từng quốc gia. Mỗi quốc gia có tiêu chuẩn riêng xác định phạm vi cho phép của khối lượng riêng, phạm vi chưng cất, sự bốc hơi, nồng độ lưu huỳnh và nồng độ các chất phụ gia.
33
Ảnh hưởng của khối lượng riêng nhiên liệu
Khối lượng riêng nhiên liệu có quan hệ chặt chẽ với thành phần các hydrocacbon tạo thành hỗn hợp nhiên liệu thường hay super, đặc biệt là tỉ lệ nguyên tử tổng quát carbon/hydrogène.
Sự gia tăng khối lượng riêng của nhiên liệu có khuynh hướng làm nghèo hỗn hợp đối với động cơ dùng bộ chế hòa khắ 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.
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 kắch nổ. Sự giảm chỉ số octane dẫn đến sự gia tăng tắnh kắch nổ, do đó làm tăng NOx nhất là khi hỗn hợp nghèo. Nhưng trong thực tế, sự kắch nổ trong điều kiện như vậy không diễn ra.
Ảnh hưởng của các chất phụ gia
Người ta pha vào nhiên liệu ô tô nhiều chất phụ gia:
- Những chất phụ gia làm tăng chỉ số octane: Alkyle chì, méthylcyclopenta- diényl mangan tricarbonyle (MMT), ferrocène,...
- Những chất phụ gia chống oxy hóa, ngăn chận sự hình thành oléphine gồm: phénylène diamin, aminophénol và phénol alkylé.
- Những chất phụ gia làm sạch bề mặt đường ống nạp do hơi dầu bôi trơn và những chất không bị lọc gió giữ lại trên đường nạp.
- 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 halogene nhẹ, không đủ để loại trừ hoàn toàn những lớp bám trong buồng cháy. Sự hiện diện của các lớp bám này dường như không gây
34
ảnh hưởng đến nồng độ CO và NOx nhưng làm tăng HC. Chì không gây ảnh hưởng đến sự hình thành aldéhyde.
Những chất phụ gia mangan (MMT) gây ảnh hưởng xấu đến sự phát sinh HC và aldéhyde.
Nếu sự phát sinh CO và NOx không bị ảnh hưởng, nồng độ HC tăng tuyến tắnh 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 (organometallique) thêm vào nhiên liệu để tác động đến các phản ứng cháy dường như không gây ảnh hưởng đến mức độ phát ô nhiễm, các chất phụ gia chống các lớp bám cũng vậy. Tuy nhiên, việc duy trì độ sạch trên đường nạp cho phép giữ được sự điều chỉnh ban đầu và sự ổn định về mức độ phát sinh CO ở chế độ không tải.