2.1.3 .Tác hại của khí thải của động cơ đốt trong
2.2. Gải pháp giảm độc hại trên động cơ xăng
2.2.2. Yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng các chất độc hại trong khí thải của động cơ
đến mức độ phát sinh HC.
2.2.2. Yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng các chất độc hại trong khí thải của độngcơ đốt trong cơ đốt trong
Nói chung, nồng độ các chất ô nhiễm trong khí xả phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như:
- Loại nhiên liệu sử dụng (xăng, LPG…)
- Đặc điểm của động cơ (động cơ 2 kỳ, động cơ 4 kỳ…)
- Chế độ vận hành (thay đổi tốc độ động cơ, cắt nhiên liệu khi giảm tốc, chế độ dừng động cơ trên đường…)
2.2.2.1 . Ảnh hưởng của nhiên liệu đến mức độ phát ô nhiễm
Xăng động cơ là hỗn hợp của nhiều hydrocacbon có nhiệt độ sôi nằm trong khoảng 20-215oC (chủ yếu từ C4-C10), một phần nhỏ các hợp chất phi hydrocacbon cùng các phụ gia khác nhằm đảm bảo các yêu cầu hoạt động của động cơ trong những điều kiện vận hành khác nhau cũng như trong điều kiện tồn chứa. Cả ba họ parafinic, naphtennic, aromatic đều có mặt trong nhiên liệu này. Nói chung, xăng động cơ thường được phối trộn từ nhiều nguồn khác nhau với thành phần phụ thuộc vào yêu cầu của loại xăng thương phẩm. Bên cạnh đó, tuỳ thuộc vào từng quốc gia, khu vực và tuỳ từng loại động cơ mà chỉ tiêu chất lượng của xăng (độ hoá hơi, trị số octan, tỷ trọng, hàm lượng S, hàm lượng benzen…) có thể thay đổi.
Ảnh hưởng của khối lượng riêng nhiên liệu:
Khối lượng riêng của nhiên liệu có quan hệ chặt chẽ với thành phần các hydrocacbon tạo thành hỗn hợp nhiên liệu, đặc biệt là tỷ lệ carbon/hydrogene. Sự gia tăng khối lượng riêng của nhiên liệu có khuynh hướng làm nghèo hỗn hợp đối với động cơ dùng bộ chế hoà khí và ngược lại, làm giàu hỗn hợp đối với động cơ phun nhiên liệu.
Ảnh hưởng của tỷ lệ hydrocacbon thơm:
Sự có mặt của hydrocacbon thơm trong nhiên liệu có khả năng tăng tính chống kích nổ. Các hydrocacbon thơm có tỷ số C/H cao nên khối lượng riêng của chúng lớn. Do đó, nhiệt lượng toả ra trên một đơn vị thể tích cao nên nhiệt độ cháy của hỗn hợp tăng làm tăng hàm lượng NOx trong khí xả. Còn mức độ phát sinh CO ít bị ảnh hưởng bởi hàm lượng hydrocacbon thơm. Các hydrocacbon thơm có cấu tạo ổn định hơn các parafin nên phản ứng cháy xảy ra chậm hơn. Do đó, trong cùng điều kiện cháy, sự phát sinh hydrocacbon chưa cháy của nhiên liệu chứa nhiều hydrocacbon thơm sẽ cao hơn nhiều. Bên cạnh đó, các chất thơm trong nhiên liệu còn giữ vai trò phát sinh hydrocacbon thơm đa nhân (HAP), phenol, và aldehyde thơm…
Ảnh hưởng của tính bay hơi:
Đây là một đặc tính quan trọng đối với hoạt động của động cơ, nó ảnh hưởng đến thời gian khởi động của động cơ ở trạng thái nguội, tính ưu việt khi gia tốc và tính ổn định khi làm việc ở chế độ không tải. Những thành phần quá nặng có ảnh
hưởng đến sự phát sinh HC chưa cháy. Nguyên nhân là do quá trình bốc hơi kém nên cháy không hoàn toàn dẫn đến sự hình thành aldehyde và gia tăng HC. Những thành phần nhẹ hơn, cần thiết cho việc khởi động và làm việc ở trạng thái nguội sẽ ảnh hưởng đến sự phát ô nhiễm khí xả do tổn thất bay hơi. Tính bay hơi của nhiên liệu không gây ảnh hưởng đến sự phát sinh NOx trong khí xả. Chỉ có CO và HC gia tăng theo PVR, nồng độ CO và HC tăng khoảng 20% theo chu trình FPT khi PVR tăng từ 65-80kPa.
Ảnh hưởng của trị số octan:
Chỉ số octan có ảnh hưởng đến mức độ phát sinh ô nhiễm, đặc biệt khi động cơ bị kích nổ. Sự giảm chỉ số octan làm gia tăng tính kích nổ dẫn đến phát sinh NOx, nhất là khi hỗn hợp nghèo.
Ảnh hưởng của chất phụ gia:
Những loại phụ gia pha vào nhiên liệu bao gồm:
+ Phụ gia tăng chỉ số octan (alkyl chì, méthylcyclopenta-diényl mangan tricarbonyle (MMT),ferrocene…)
+ Phụ gia chống oxy hoá (phenylene diamin, aminophenol…)
+ Phụ gia tẩy rửa nhằm làm sạch bề mặt đường ống nạp do hơi dầu bôi trơn. + Các chất màu và các chất phụ gia chống nhầm lẫn.
Sự hiện diện của phụ gia trong nhiên liệu ít ảnh hưởng đến mức độ phát sinh CO và NOx nhưng lại có tác động đến sự phát sinh HC, aldehyde…
2.2.2.2 Ảnh hưởng của đặc điểm động cơ xăng
Nói chung, động cơ 2 kỳ có mức độ phát ô nhiễm cao hơn động cơ 4 kỳ do quá trình tạo hỗn hợp không hoàn thiện. Mặc dù có nhiều cải tiến về kết cấu nhằm hạn chế sự hoà trộn giữa khí cháy và khí chưa cháy, đặc biệt đối với động cơ dùng bộ chế hoà khí nhưng vẫn không tránh khỏi sự thất thoát một bộ phận khí mới làm tăng sự phát sinh HC dẫn đến giảm tính năng kinh tế của động cơ 2 kỳ. Những giải pháp nhằm giảm tổn thất nhiên liệu bao gồm: phân bố độ đậm đặc của hỗn hợp nhiên liệu- không khí, phun nhiên liệu vào buồng cháy khi cửa thải đã đóng…
Để giảm suất tiêu hao nhiên liệu cũng như giảm mức độ phát xả các chất ô nhiễm. Động cơ xăng làm việc với hỗn hợp nghèo cũng đã được nguyên cứu. Bên cạnh đó, còn nhiều tác động cũng được thực hiện như nạp phần lớp hỗn hợp nhiên liệu-không khí (hệ thống tạo hỗn hợp phân lớp dạng buồng dự bị CVCC, hay dạng phun trực tiếp PROCO, TEXACO TCCS), gia tăng cường độ rối trong buồng cháy, điều chỉnh góc độ phối khí…
2.2.2.3 Ảnh hưởng của các chế độ vận hành động cơ xăng
Để hạn chế nồng độ HC trong giai đoạn 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 đến điều bất lợi là làm xuất hiện hai điểm cực đại HC: điểm thứ nhất tại thời điểm cắt nhiên liệu và điểm thứ hai khi cấp nhiên liệu trở lại. Việc dừng động cơ hợp lý khi phương tiện chạy trong thành phố có thể làm giảm đồng thời mức độ phát sinh ô nhiễm và suất tiêu hao nhiên liệu. Khi thời gian dừng vượt quá 50s thì nên tắt động cơ nếu động tác này không làm giảm tuổi thọ của máy khởi động và bình điện. Ngoài ra, sự thay đổi tốc độ động cơ cũng có ảnh hưởng đến mức độ phát sinh ô nhiễm. Khi giảm mạnh tốc độ, nồng độ NOx có thể giảm đi vài phần trăm nhưng làm tăng đôi chút CO, HC. Còn khi tăng tốc, nhờ sự vận động rối của không khí phía sau xe nên nhanh chóng khuyếch tán chất ô nhiễm vào không khí dẫn đến làm giảm nồng độ cục bộ của chúng trong môi trường.