1- Áp suất cuối quá trình giãn nở pb; 2- Chỉ
số giãn nởđa biến trung bình n2.
- Mặt khác, tăng tải với động cơ diesel là tăng
lượng nhiên liệu cấp cho chu trình, qua đĩ làm giảm hệ sốdư lượng khơng khí α và làm tăng cháy rớt trên đường giãn nở, vì vậy làm tăng phần nhiệt cấp cho động cơ trong quá
trình giãn nở.
Đối với động cơ diesel đặc biệt động cơ diesel cao tốc ảnh hưởng thứ hai rõ rệt
hơn, vì vậy khi tăng tải, mơi chất được nhiệt nhiều hơn do đĩ làm giảm n2 (hình 8.27).
Đối với động cơ xăng, hai ảnh hưởng trên tương đương nhau, nên bù trừ lẫn nhau. Khi mở 50% đế 100% bướm ga hầu như giữ nguyên khơng đổi. Nhưng khi giảm từ
50% xuống 20% độ mởbướm ga n2 cĩ xu hướng tăng đạt tới cực đại, nếu mở nhỏhơn
20% thì n2 lại giảm xuống. Kích thước xilanh Nếu Vh = const mà giảm S D (trường hợp S D > 1), sẽ làm giảm lm h F V , mức
độ tản nhiệt từ mơi chất cho thành xilanh sẽ làm giảm qua đĩ làm giảm n2. Nếu giữ S
D = const mà giảm Vh, sẽlàm tăng lm h F V
khiến mơi chất tản nhiệt nhiều hơn qua đĩ làm tăng n2. Cấu tạo buồng cháy Buồng cháy cĩ tỷ số lm h F V
càng nhỏ, tản nhiệt càng khĩ, làm giảm n2 (ví dụ buồng cháy thống nhất của động cơ diesel, buồng cháy bán cầu, buồng cháy hình chêm của
động cơ xăng), ngược lại sẽlàm tăng n2 (ví dụ buồng cháy xốy lốc và buồng cháy dự
bị của động cơ diesel).
Diễn biến của quá trình cháy
Tăng tốc độ cháy của hịa khí trong thời kỳ cháy nhanh và cháy chính sẽ giảm hịa khí bốc cháy trong thời kỳ cháy rớt, kết quảlàm tăng n2, như phần trên đã giới thiệu bất kỳ giải pháp nào làm tăng hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z (ξz), sẽ làm giảm cháy rớt và
làm tăng n2.
Trạng thái nhiệt của động cơ
Khi tăng trạng thái nhiệt, tức là tăng nhiệt độ bề mặt các chi tiết trong thành xilanh trong thời kỳ giãn nở, mặt khác sẽ làm giảm cháy rớt trên đường giãn nở. Nhưng hiện
tượng cháy rớt rất ít xảy ra đối với động cơ xăng (đặc biệt ở chếđộ tải lớn và tải trung bình), vì vậy trong động cơ xăng khi tăng trạng thái nhiệt cho động cơ sẽ làm giảm n2
122 chút ít. Trong động cơ diesel, hiện tượng cháy rớt là phổ biến và tương đối trầm trọng vì vậy khi tăng trạng thái nhiệt sẽ làm giảm cháy rớt nhiều làm cho n2 tăng lên chút ít.
8.3.5. Các biện pháp hồn thiện q trình cháy
Kết hợp các tiến bộ của khoa học cơng nghệ vào việc nghiên cứu quá trình của
động cơ để cĩ thể tối ưu hĩa một số thơng số kết cấu. Áp dụng các vật liệu mới vào
động cơ để quá trình cháy hồn thiện hơn, nhiên liệu cháy kiệt do đĩ làm giảm bớt
lượng khí độc hại. Cụ thểnhư sau:
Tối ưu hĩa các thơng số kết cấu cho từng loại động cơ.
Hồn thiện kết cấu buồng cháy.
Tối ưu hĩa việc bố trí bugi và kim phun.
Cải thiện hệ thống nhiên liệu, dùng đúng loại nhiên liệu.
Tối ưu hĩa đường nạp, thải và điều khiển dịng khí nạp biến thiên. Điều khiển đặc biệt ở chế độ khơng tải.
Đánh lửa bằng điện tử.
Tăng năng lượng đánh lửa và đánh lửa tối ưu, thời điểm cháy hợp lý. Tăng mức độ xốy lốc của hỗn hợp khí và nhiên liệu trong buồng cháy. Các biện pháp trên đã và đang được thực hiện trên thế giới và đã đạt được một số
kết quả rất khả quan. Tuy nhiên các biện pháp này chỉ được áp dụng trong cơng nghệ
chế tạo ơtơ mới, khĩ áp dụng cho việc cải tạo các xe đã cũ.
8.3.6. Vấn đề độc hại của khí thải và tiếng ồn
a. Vấn đề độc hại của khí thải. Giới thiệu các hệ thống xử lý ơ nhiễm trên đường thải (EGR, lọc bồ hĩng, bộ xúc tác ba ngã).
Vấn đềđộc hại của khí thải.
Các chất gây ơ nhiễm trong quá trình cháy của động cơ đốt trong
Trong kết quả các phản ứng hĩa học những hydrocacbon của nhiên liệu với khơng khí, cùng với những thành phần cơ bản của sản vật cháy khi cháy hồn tồn: CO2, H2O, N2 cịn hình thành một số các thành phần độc hại khác do chưa được cháy hồn tồn. Thành phần và khối lượng (thể tích) của chúng phụ thuộc vào đặc trưng thực hiện q trình chuẩn bị hỗn hợp khơng khí với nhiên liệu và quá trình cháy của hỗn hợp trong buồng cháy. Trên ơ tơ cĩ ba nguồn chính sinh ra CO, HC và NOx là từ khí xả, khí lọc và nhiên liệu bay hơi.
Do vậy, cần sử dụng tất cả các biện pháp hữu hiệu tác động tới quá trình hình thành hịa trộn hỗn hợp và quá trình cháy nhằm giảm bớt hàm lượng các thành phần độc hại trong khí thải, tuy nhiên việc loại bỏ hồn tồn chúng là việc khơng thể. Các chất độc cĩ trong khí xảđộng cơ gồm cĩ các thành phần sau:
Oxit cacbon, cĩ trong khí thải do thiếu oxy nên cacbon khơng cháy hồn tồn. Động
cơ xăng hoạt động với hồ khí đậm ( < 1), lượng CO cĩ thểđạt 10 ÷ 12% thể tích của sản vật cháy. Động cơ Diesel, tuy > 1 nhưng vẫn xảy ra hiện tượng cháy khơng hồn tồn, CO cĩ thể tới 0,5%.
Các oxit nitơ, NO và NOx tồn tại trong khí xả do phản ứng giữa nitơ và oxy trong điều kiện cĩ nhiệt độ cao.
Khí SO2 và H2S chứa trong khí thải động cơ dùng nhiên liệu cĩ chứa lưu huỳnh. Các chất hydrocacbua chứa trong sản vật cháy dưới dạng các chất CnHm và các hợp
chất của chì trong khí thải của động cơ dùng nhiên liệu xăng pha chì.
Bảng thống kê tác hại các chất gây ơ nhiễm khơng khí:
123 CO
- Ơ tơ chiếm 93% - Các nguồn sinh
năng lượng 7%
- Làm cản trở trao đổi oxy trong máu và gây ra ngộ độc CO (nếu nồng độ CO trong khơng khí từ30 đến 40 PPM sẽ làm tê liệt hệ thần kinh thực vật.
- Ở nồng độ 500 PPM hay cao hơn sẽ gây đau đầu.
Khi cao hơn nữa cĩ thể gây chết người. HC
- Ơ tơ chiếm 57%
- Kích thích thành bên trong của cơ quan hơ hấp. - Một nguyên nhân gây hiện tượng mù quang hố. Khĩi quang hố gây cản tầm nhìn, kích thích mắt và là nguyên nhân gây bịnh ung thư và tàn rụi rừng. NOx
- Ơ tơ chiếm 39% - Nhà máy, nguồn
sinh năng lượng 61%
- Nếu nồng độ NO2 trong khí quyển từ 10 ÷ 30 PPM, bắt đầu bị kích thích mắt, mũi, họng. Nếu từ 30 ÷ 50 PPM cĩ thểgây ho, đau đầu và hại phổi.
- Nguyên nhân chính của khĩi quang hố. SO2 - Ơ tơ (Diesel) 1%
- Nhà máy, nguồn
sinh năng lượng 99%
- Kích thích các màng nhầy của hệ thống hơ hấp và gây viêm phế quản.
Giới thiệu các hệ thống xử lý ơ nhiễm trên đường thải
Hệ thống tuần hồn khí xả (EGR – Exhaust gas Recirculation System)
Cơng dụng
Hệ thống EGR được dùng để giảm lượng NOX trong khí xả. Như đã trình bày ở
phần trên, nồng độ NOX tăng khi tăng ga hay tải lớn vì khi đĩ nhiệt độ cao trong buồng cháy sẽthúc đẩy N2 tác dụng với O2 trong khơng khí. Vì vậy cách tốt nhất để giảm lượng NOX là giảm nhiệt độ trong buồng cháy.
Trong khí xảđộng cơ gồm hai thành phần chính là CO2 và hơi nước (H2O), chúng
là các khí trơ nên khơng phản ứng với oxy. Hệ thống EGR cĩ cơng dụng tuần hồn lại những khí này qua ống gĩp nạp để giảm nhiệt độ của quá trình cháy. Khi hỗn hợp khơng khí: nhiên liệu và các khí xảđược trộn với nhau sẽ làm giảm tỷ lệ hỗn hợp (nhạt hơn)
và thêm vào một phần nhiệt lượng do khí xả mang đi.
Chính vì vậy nhiệt độ cực đại trong buồng cháy sẽ giảm, do đĩ làm giảm lượng NOX. Hệ thống EGR làm việc được nhờ vào bộ điều khiển chân khơng và van chân
khơng điều khiển bằng nhiệt trên (hình 8.28). Van chân khơng được điều khiển bằng một thiết bịđĩng mở dịng chân khơng từ mạch này sang mạch khác phụ thuộc vào nhiệt
độnước làm mát, hoạt động như sau:
Khi nhiệt độ nước làm mát thấp, sáp nhiệt co lại, cho phép lị xo đẩy piston đi
xuống phía dưới, hình a. Chân khơng được cấp vào cửa K cịn khơng khí được cấp vào cửa J. Tương tự, chân khơng cũng được cấp vào cửa N cùng thời gian đĩ, khơng khí được cấp vào hai cửa cịn lại là M và L.
Khi nhiệt độtăng, sáp nhiệt giãn nở, đẩy piston lên. Nĩ cho phép chân khơng được cấp vào các cửa L và N (hình 2).
Khi nhiệt độtăng hơn nữa, piston bị đẩy lên cao hơn, chân khơng ngừng cấp vào cửa N và thay vào đĩ cấp cho cửa L và M (hình 3).
124