CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.2. Các biện pháp giảm phát thải độc hại từ khí thải động cơ xăng
1.2.1. Kiểm soát phát thải từ bên trong động cơ
Có nhiều giải pháp giảm phát thải thơng qua các cải tiến liên quan tới động cơ, trong đó một số giải pháp chính, đang được sử dụng rộng rãi hiện nay sẽ được trình bày dưới đây.
1.2.1.1. Điều chỉnh chính xác tỷ lệ khơng khí nhiên liệu
Chất lượng hỗn hợp được đánh giá bằng tỷ lệ nhiên liệu - khơng khí và tính đồng nhất của hỗn hợp trong xy lanh. Trong đó, tỷ lệ nhiên liệu - khơng khí có ảnh hưởng lớn đến chất lượng khí thải trong động cơ. Động cơ làm việc với hỗn hợp đậm (hệ số dư lượng khơng khí λ < 1) sẽ gây ra phát thải CO và HC cao hơn.
Việc điều chỉnh tỷ lệ nhiên liệu - khơng khí trên động cơ phun xăng điện tử (PXĐT) được thực hiện chính xác hơn nhiều so với động cơ sử dụng bộ chế hịa khí (CHK). Do đó, lượng phát thải nói chung cũng như phát thải độc hại nói riêng trên xe PXĐT thường thấp hơn so với động cơ sử dụng CHK.
Trong các động cơ xăng hiện đại ngày nay, tỷ lệ nhiên liệu khơng khí được kiểm sốt xung quanh tỷ lệ cân bằng lý thuyết khi động cơ hoạt động ổn định để tạo ra lượng khí thải độc hại thấp và hiệu suất động cơ cao bằng cách sử dụng hệ thống quản lý động cơ (ECU), điều khiển hệ số dư lượng khơng khí λ theo vịng kín. Tuy nhiên, việc kiểm sốt tỷ lệ nhiên liệu - khơng khí chính xác gặp nhiều khó khăn do sự khơng đồng đều tỷ lệ nhiên liệu - khơng khí giữa các xy lanh hoặc trong chế độ làm việc chuyển tiếp (quá độ) của động cơ.
Động cơ làm việc với hỗn hợp "nhạt" (λ > 1) có thể đáp ứng đồng thời cả yêu cầu về phát thải và tiêu thụ nhiên liệu thấp. Trên những động cơ này thường sử dụng hệ thống nạp dạng xốy với hình dạng đặc biệt của buồng cháy nhằm tạo ra sự xoáy lốc trong xy lanh giúp cải thiện tốc độ đốt cháy và giới hạn đốt cháy hỗn hợp. Các nghiên cứu về quá trình đốt cháy hỗn hợp phân lớp cũng chỉ ra sự cải thiện phát thải và tiêu thụ nhiên liệu của động cơ và tăng được giới hạn đốt cháy hỗn hợp [11]. Tuy nhiên, động cơ đốt cháy hỗn hợp nhạt cho công suất thấp và không thuận lợi cho BXT hoạt động hiệu quả để chuyển đổi đối với cả ba thành phần phát thải CO, HC và NOx.
Sự không đồng nhất của hỗn hợp cũng gây ra phát thải CO và HC cao vì khó kiểm sốt tối ưu tất cả các xy lanh. Giải pháp thường được sử dụng đó là giảm lượng nhiên liệu đưa vào xy lanh ở dạng lỏng bằng cách thực hiện quá trình phun và bay hơi nhiên liệu tại cửa nạp để đạt được hỗn hợp đồng nhất, qua đó sẽ giúp giảm đáng kể lượng phát thải thải CO và HC [12- 14].
1.2.1.2. Thiết kế hệ thống đánh lửa thích hợp
Việc tạo ra hỗn hợp đồng nhất trong động cơ xăng là rất cần thiết. Tuy nhiên thời điểm đánh lửa, năng lượng tia lửa, vị trí đánh lửa cũng đóng một vai trị rất quan trọng. Các động cơ hiện nay thường trang bị kết hợp hệ thống phun xăng điện tử với hệ thống điểu khiển đánh lửa điện tử nhằm điều chỉnh chính xác khơng chỉ lượng nhiên liệu mà còn thời điểm đánh lửa và năng lượng tia lửa phù hợp với các chế độ làm việc của động cơ. Các yếu tố này sẽ giúp cải thiện chất lượng q trình cháy qua đó giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ và giảm các thành phần độc hại trong khí thải động cơ [5].
10
1.2.1.3. Tối ưu kết cấu buồng cháy
Thiết kế buồng cháy ảnh hưởng mạnh đến hiệu suất và hàm lượng phát thải độc hại của động cơ [5]. Trong động cơ xăng, buồng cháy với tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích nhỏ (buồng cháy gọn) sẽ làm giảm hiện tượng dập tắt màng lửa tại vách do đó giảm phát thải HC [15]. Thiết kế buồng cháy tối ưu có thể cải thiện tốc độ lan truyền màng lửa đến bất kỳ vị trí nào của buồng cháy qua đó giảm được tỷ lệ hỗn hợp cháy khơng hồn tồn.
Trong động cơ hình thành hỗn hợp phân lớp, thiết kế buồng cháy tối ưu giúp tạo hỗn hợp phân lớp. Bugi được bố trí tại vị trí có thành phần λ thích hợp để đốt cháy hỗn hợp bằng tia lửa điện, phần hỗn hợp này sau khi bốc cháy sẽ làm mồi để đốt phần hỗn hợp cịn lại có thành phần λ lớn hơn (hỗn hợp nhạt). Như vậy hỗn hợp toàn bộ của động cơ là hỗn hợp nhạt sẽ được cháy kiệt [5].