Quá trình hình thành HC được xảy ra do trong buồng cháy động cơ khi hơi xăng bị nung nóng bởi nhiệt độ cao. Nhiên liệu bị oxy hoá rất nhanh nhưng quá trình này xảy ra không hoàn toàn thậm chí có những điểm không được cháy. Xăng không cháy còn lại trong buồng cháy rồi bay hơi vào khí quyển ở dạng hydrocacbon (HC).
Cũng tương tự như CO, trên lý thuyết khi xăng cháy hoàn toàn sẽ không sinh ra HC nhưng trên thực tế HC vẫn tồn tại trong khí xả động cơ. Điều này có được là do các yếu tố chính sau:
Ảnh hưởng của tỷ lệ nhiên liệu : không khí
Thực nghiệm cho thấy đến một giá trị nào đó, lượng HC trong khí xả sẽ tăng khi tỷ lệ hỗn hợp không khí : nhiên liệu tăng. Điều này có được là do quá trình cháy diễn ra không hoàn toàn bởi thiếu oxy. Tuy nhiên khi hỗn hợp quá nhạt nồng độ HC cũng sẽ tăng do khi thiếu nhiên liệu màng lửa sẽ lan truyền chậm, làm cho nhiên liệu bị đẩy ra buồng cháy trước khi nó cháy hoàn toàn và xảy ra hiện tượng bỏ máy. Quan hệ giữa nồng độ HC trong khí xả và tỷ lệ hỗn hợp trên (hình 8.61).
Đậm hơn11 12← Tỷ lệ không khí : nhiên liệu13 120 → Nhạt hơn
CO(%)
0
Hình 8.60. Mối quan hệ giữa nồng độ CO với tỷ lệ không khí : nhiên liệu
1 2 3 4 5 6 7 8 14 15 16 17 12018 Tỷ lệ không khí : nhiên liệu
Ảnh hưởng của áp suất nén thấp
Khi động cơ chạy theo quán tính hay giảm ga, bướm ga đóng hoàn toàn. Trong trường hợp này hầu như không có không khí nạp vào xylanh, chỉ có một lượng nhỏ nhiên liệu hút vào qua mạch tốc độ thấp của chế hoà khí.
Kết quả là áp suất nén thấp nhưng hỗn hợp rất đậm. Khi áp suất nén thấp và thiếu oxy sẽ gây ra bỏ máy dẫn đến hiện tượng cháy không hoàn toàn của nhiên liệu và tạo ra HC trong khí xả.
Ảnh hưởng của sự trùng lặp thời điểm đóng mở supap
Trong một khoảng thời gian ngắn cả supap nạp và supap thải đều mở (tương ứng với góc quay trục khuỷu gọi là góc trùng điệp). Một lượng nhỏ HC bị hút ra khỏi buồng cháy qua supap thải trước khi nó được đốt cháy. Hiện tượng này gọi là “lọt khí do mở sớm đóng muộn”.
Ảnh hưởng của sự dập tắt
Khi quá trình cháy diễn ra, nhiệt độ ngọn lửa bị giảm đột ngột tại những vùng dập tắt làm ngăn cản sự bắt lửa của hỗn hợp trong vùng này.
Nhiên liệu không cháy hoặc cháy một phần ở những vùng dập tắt được thải ra khỏi xylanh khi piston bắt đầu chuyển động lên phía ĐCT trong quá trình thải.
3) Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành các oxitnitơ (NOX)
Có đến 95% NOX có trong khí xả động cơ là NO, tạo ra trong quá trình cháy theo phương trình: N2 + O2 = 2NO (điều kiện để phản ứng xảy ra là nhiệt độ cao)
Sau đó NO kết hợp với O2 trong không khí tạo ra NO2:
NO + O2 = 2NO2 (phản ứng xảy ra ở nhiệt độ cao)
Khác với CO và HC, NOX chỉ xảy ra khi nhiên liệu cháy hoàn toàn và nhiệt độ cao hơn 1.800oC. Nếu nhiệt độ thấp hơn 1.800oC thì N2 sẽ không kết hợp với O2 để tạo ra NO
Qua trên ta thấy những yếu tố ảnh hưởng đến nồng độ NO trong khí xả gồm có: nhiệt độ cực đại trong buồng cháy và tỷ lệ không khí : nhiên liệu.
Chính vì vậy, để giảm lượng NOX là giảm nhiệt độ trong buồng cháy xuống nhỏ hơn 1.800oC hoặc giảm thời gian xuất hiện nhiệt độ cao hay giảm nồng độ oxy trong hỗn hợp.
Tỷ lệ không khí : nhiên liệu
12 120
HC (%)
Hình 8.61. Mối quan hệ giữa nồng độ HC với tỷ lệ không khí : nhiên liệu
200 400 600
14 16 20
Tỷ lệ không khí : nhiên liệu lý thuyết (14,7:1)
Ảnh hưởng của tỷ lệ không khí : nhiên liệu
Nồng độ NOX sinh ra lớn nhất khi tỷ lệ không khí : nhiên liệu khoảng 16 : 1. Nếu tỷ lệ thực tế lớn hơn hay nhỏ hơn 16 thì nồng độ NOX sẽ giảm xuống độ ngột (hình 8.62).
Khi tỷ lệ hỗn hợp đậm, nồng độ NO giảm là do nồng độ oxy thấp. Khi tỷ lệ hỗn hợp nhạt, nồng độ NO giảm do tốc độ cháy diễn ra chậm làm ngăn cản nhiệt độ trong buồng cháy đạt giá trị cực đại.
Ảnh hưởng của thời điểm đánh lửa
Nồng độ NOX sinh ra trong sản vật cháy có mối quan hệ chặt chẽ với thời điểm đánh lửa. Bởi vì khi đánh lửa sớm hay muộn sẽ thay đổi nhiệt độ cực đại trong buồng cháy (hình 8.63).
Nồng độ NOX ở gần tỷ lệ không khí : nhiên liệu lý thuyết cao hơn do nhiệt độ buồng cháy cao khi đánh lửa sớm. Như đồ thị, thời điểm đánh lửa là 10o trước điểm chết trên nồng độ NOX là 700 PPM nhưng khi đánh lửa sớm 30o trước điểm chết trên nồng độ NOX tăng lên khoảng 2.700 PPM.
Tỷ lệ không khí : nhiên liệu
12 120
NOX (%)
Hình 8.62. Mối quan hệ giữa nồng độ NOX với tỷ lệ không khí : nhiên liệu.
1000 2000 3000
14 16 20
Tỷ lệ không khí : nhiên liệu lý thuyết (14,7:1)
12018
Tỷ lệ không khí : nhiên liệu
12 120
NOX (%)
Hình 8.63. Mối quan hệ giữa nồng độ NOX với tỷ lệ không khí : nhiên liệu
1000 2000 3000
14 16 12018 20
Thời điểm đánh lửa
40o, trước ĐCT 30o, trước ĐCT 20o, trước ĐCT 10o, trước ĐCT Tại ĐCT 4000
IV.6.3. Giới thiệu các hệ thống xử lý ô nhiễm