Mô phỏng phát thải ô nhiễm khi sử dụng LPG-ethanol

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH NẠP, CHÁY VÀ PHÁT THẢI Ô NHIỄM CỦA ĐỘNG CƠ XE GẮN MÁY

3.5. Mô phỏng phát thải ô nhiễm khi sử dụng LPG-ethanol

4,5

4,3

4,1

3,9

3,7

3,5

82 3.5.1.1. Sự hình thành bồ hóng

Đối với hỗn hợp nhiên liệu LPG-ethanol khi bắt đầu quá trình cháy vẫn còn một bộ phận hạt nhiên liệu lỏng chưa kịp bốc hơi, hỗn hợp trong buồng cháy không đồng nhất lý tưởng, do đó diễn ra quá trình cháy khuếch tán cục bộ. Đây chính là lý do phát sinh bồ hóng trong khí thải.

Theo mô hình hình thành bồ hóng 2 giai đoạn của Magnussen, tốc độ sản sinh bồ hóng Rs là hiệu số giữa tốc độ hình thành bồ hóng Rs,f, và tốc độ cháy bồ hóng Rs,c:

Rs = Rs,f - Rs,c (3.1)

Tốc độ hình thành bồ hóng được biểu diễn bằng hàm số f1:

Rs,f = f1 (Ys, Yf, exp(-E/RT)) (3.2) Trong đó Ys, Yf là nồng độ khối lượng của bồ hóng và nhiên liệu, E là năng lượng phản ứng, T là nhiệt độ khí, R là hằng số khí lý tưởng.

Tốc độ cháy của bồ hóng được định nghĩa như sau:

Rs,c=min [R1, R2] với

R1=A.f2(Ys, roi/k) và R2=B.f3(Yox, Ys, Yf, /k) (3.3) Trong đó:

A, B là các hằng số; Yox là nồng độ oxygen; k là động năng rối;

 là tốc độ tiêu tán động năng rối.

Như vậy tốc độ sản sinh bồ hóng phụ thuộc vào nồng độ nhiên liệu, nồng độ oxygen, nhiệt độ và cường độ rối.

3.5.1.2. Sự hình thành CO, NOx trong buồng cháy động cơ

Sự hình thành nhiệt NOx được xác định bởi một tập hợp các phản ứng hóa học phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ được gọi là cơ chế Zeldovitch mở rộng như sau:

O + N2 = N + NO (3.4)

N + O2 = O + NO (3.5)

N + OH = H + NO (3.6)

Tỷ lệ thực của sự hình thành NOx được cho bởi:

] H ][

NO [ k ] O ][

NO [ k

] N ][

NO [ k ] OH ][

N [ k ] O ][

N [ k ] N ][

O [ dt k

] NO [ d

3 , r 2

, r

1 , r 3

, f 2 2

, f 2 1

, f











 (3.7)

83

Trong đó kf,1, kf,2 và kf,3 tương ứng là các hằng số tốc độ cho các phản ứng thuận (3.4, 3.5 và 3.6), và kr,1 , kr,2 và kr,3 tương ứng là hằng số tốc độ phản ứng ngược.

Để tính tốc độ hình thành NOx, nồng độ của O, H và OH là cần thiết. Chúng là giá trị cân bằng trong tập hợp các phản ứng cháy sau:

2

1H H

2  (3.7)

2

1

2O O (3.8)

2 2

H O OH 1H

 2 (3.9)

2 2 2

2H O2H O (3.10)

2 2 2

CO H H O CO (3.11)

Vì vậy, trong phần sau, nồng độ CO được tính bằng giản đồ cân bằng với sự trợ giúp của mô hình đốt hỗn hợp một phần và phát thải NOx được tính bằng mô hình nhiệt NOx đã tích hợp trong phần mềm Fluent.

3.5.2. Đặc điểm phát thải các chất ô nhiễm

3.5.2.1. Ảnh hưởng của hệ số tương đương đến biến thiên nồng độ HC, CO và NOx

và bồ hóng

0 1 2 3 4 5

150 180 210 240 270 300 330 360

HC (%V)

(TK)

0.9 0.95 1

1.03 1.05 1.08

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

240 270 300 330 360



Hình 3.37: Ảnh hưởng của hệ số tương đương  đến HC khi chạy bằng hỗn hợp ethanol-LPG (E30L, n=5000 vg/ph, Tnạp=320K)

Hệ số tương đương của hỗn hợp ảnh hưởng rất lớn đến nồng độ các chất ô

0,9 1,03

0,95 1,05

1 1,08 0,6

0,5 0,4 0,3 0,2 0,1

84

nhiễm trong khí thải. Hình 3.37 cho thấy khi hỗn hợp nghèo thì hầu như nhiên liệu cháy hoàn toàn, không còn HC trong khí thải. Cụ thể khi =0,95 thì cuối quá trình giãn nở chỉ còn khoảng 200ppm HC trong hỗn hợp khí cháy. Tuy nhiên khi hệ số tương đương tăng lên 1,08 thì nồng độ HC trong khí thải tăng lên đến khoảng 0,55%.

0 300 600 900 1200 1500

150 180 210 240 270 300 330 360

NOx (ppm)

((TK)

0.9 0.95

1 1.03

1.05 1.08



0 0.5 1 1.5 2 2.5

150 180 210 240 270 300 330 360

CO (%V)

(TK) 0.9

0.95 1 1.03 1.05 1.08



(a) (b)

Hình 3.38: Ảnh hưởng của hệ số tương đương đến biến thiên nồng độ NOx (a) và CO (b)

Hình 3.38 minh họa ảnh hưởng của hệ số tương đương  đến sự biến thiên nồng độ CO và NOx theo góc quay trục khuỷu đối với động cơ chạy bằng nhiên liệu E30L. Chúng ta thấy nồng độ CO trong khí thải tăng nhanh theo hệ số tương đương.

Thật vậy khi tăng hệ số tương đương thì hỗn hợp trở nên đậm đặc, gây bất lợi cho quá trình cháy, khiến quá trình cháy diễn ra không hoàn toàn và đó là lý do làm gia tăng phát thải CO. Đối với NOx, như đã trình bày ở phần trên, sự hình thành chất ô nhiễm này phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ khí cháy. Nhiệt độ khí cháy cao nhất khi hệ số tương đương đạt giá trị tối ưu. Đối với nhiên liệu LPG-ethanol, hệ số tương đương tối ưu hơi lớn hơn giá trị cháy hoàn toàn lý thuyết. Hình 3.38a cho thấy khi  nằm trong khoảng 1,03÷1,08 thì nồng độ NOx hầu như không thay đổi quanh giá trị cao nhất. Trong khoảng hệ số tương đương này, áp suất cực đại cũng như nhiệt độ cực đại đạt giá trị cao nhất.

 0,9 0,95 1 1,03 1,05 1,08

 0,9 1 1,05

0,95 1,03 1,08

2,5

2

1,5

1

0,5

0

85

0 1000 2000 3000 4000 5000

0.9 0.95 1 1.05 1.1

CO, HC, NOx (ppm), T (K)



NOx CO

HC T

Hình 3.39: Tổng hợp ảnh hưởng của hệ số tương đương đến biến thiên nồng độ HC, CO và NOx và nhiệt độ cháy của động cơ (E30L, n=5000 vg/ph, s=30TK)

Hình 3.39 biểu diễn ảnh hưởng của hệ số tương đương đến biến thiên nồng độ các chất ô nhiễm CO, HC, NOx và nhiệt độ cháy khi động cơ chạy bằng nhiên liệu E30L ở tốc độ 5000 vg/ph với góc đánh lửa sớm 30TK. Chúng ta thấy trong điều kiện vận hành này, nhiệt độ hỗn hợp khí đạt giá trị cao nhất ứng với  trong khoảng 1,03 ÷1,08. Nồng độ NOx hầu như ổn định khi lớn hơn 1,03. Trong khi đó nồng độ CO, HC tăng nhanh khi >1 do quá trình cháy diễn ra không hoàn toàn.

Hình 3.40: Hình thành bồ hóng trong buồng cháy động cơ J52C chạy bằng ethanol- LPG (n=5000 vg/ph, Tnạp=320K, E30L, =1,1 ở =355TK và =365TK)

Hình 3.40 trình bày đường đồng mức của nồng độ ethanol, nhiệt độ và nồng độ thể tích bồ hóng trên mặt cắt dọc xy của buồng cháy ở 355TK và 365TK, tức là

0,9 0,95 1 1,05 1,1



86

10TK và 20TK sau thời điểm đánh lửa. Có thể thấy vùng nhiệt độ cao nhất nằm trong khu vực đang phản ứng trong quá trình cháy. Do sự hình thành muội than có liên quan chặt chẽ đến nhiệt độ cháy và nồng độ nhiên liệu nên nồng độ bồ hóng cao nhất không phải ở vùng cháy có nhiệt độ cao và nồng độ nhiên liệu thấp cũng không phải trong hỗn hợp chưa cháy có nhiệt độ thấp và nồng độ nhiên liệu cao.

Nồng độ bồ hóng cao nhất được tìm thấy ở khu vực có nhiệt độ khá cao đồng thời hỗn hợp nhiên liệu hơi giàu, nằm ở ranh giới của vùng phản ứng và vùng cháy/

không cháy. Ở 20TK sau khi đánh lửa, màn lửa đã lan ra khu vực gần thành xi lanh. Dưới tác dụng của áp suất giãn nở của vùng cháy, nhiên liệu chưa cháy được đẩy về tâm buồng đốt. Do nhiệt độ ở vùng này cao, vùng hình thành bồ hóng mới xuất hiện dẫn đến nồng độ bồ hóng ở tâm buồng cháy cao.

Hình 3.41 bên dưới giới thiệu biến thiên fv theo góc quay trục khuỷu khi động cơ chạy bằng ethanol và chạy bằng ethanol-LPG với =1,2. Chúng ta thấy hiệu quả rất rõ rệt về giảm mức độ phát thải bồ hóng khi sử dụng ethanol-LPG so với khi chỉ sử dụng ethanol (E100L). soot_n3000_BG0_sosanhEthapure_fimodifLead_fv-

0.E+00 1.E-06 2.E-06 3.E-06 4.E-06 5.E-06

300 360 420 480 540

Mixture EthaPure

(TK) fv (m3/m3)

Hình 3.41: So sánh biến thiên nồng độ bồ hóng khi động cơ chạy bằng ethanol (E100L) và ethanol-LPG (E30L), n=5000 vg/ph

Điều này có thể được giải thích do mật độ hạt ethanol còn rất cao vào cuối quá trình nén do không đủ nhiệt lượng để bốc hơi hoàn toàn. Mặt khác, khi quá trình cháy bắt đầu, nếu chỉ có ethanol thì hỗn hợp tại thời điểm cháy loãng, nhiệt độ cháy thấp khiến cho quá trình bốc hơi nhiên liệu kéo dài. Điều này khiến cho nhiều

E30L E100L

87

khu vực tập trung hạt nhiên liệu làm cho tốc độ sản sinh bồ hóng cao. Kết quả cho thấy nồng độ bồ hóng trong khí thải của động cơ chạy bằng E30L chỉ bằng 50%

nồng độ bồ hóng trong khí thải động cơ chạy bằng hoàn toàn ethanol (E100L).

3.5.2.2. Ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm đến biến thiên nồng độ HC, CO và NOx

Hình 3.42 giới thiệu ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm đến biến thiên của CO, HC và NOx khi động cơ chạy ở tốc độ 5000 vg/ph với nhiên liệu E15L.

0 1 2 3 4

120 150 180 210 240 270 300 330 360

HC (%V)

(TK)

10 15 20

25 30 35

0.04 0.08 0.12 0.16

300 315 330 345 360

s (TK)

(a)

0 200 400 600 800 1000 1200

150 180 210 240 270 300 330 360

NOx (ppm)

(TK)

10 15 20

25 30 35

s (TK)

0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5

120 150 180 210 240 270 300 330 360

CO (%V)

(TK)

10 15 20 25 30 35

s (TK)

(b) (c)

Hình 3.42: Ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm s đến biến thiên nồng độ HC (a);

NOx (b) và CO (c) (E15L, n=5000 vg/ph, =1)

Kết quả, hình 3.42a cho thấy khi tăng góc đánh lửa sớm thì nồng độ HC trong khí thải giảm do quá trình cháy bắt đầu sớm giúp cho hỗn hợp cháy hoàn toàn (ứng với hệ số tương đương =1). Cũng nhờ quá trình cháy diễn ra hoàn toàn nên

0,16 0,12 0,08

0,04

1,5

1,25

1

0,75

0,5

0,25

88

nồng độ CO trong khí thải cũng giảm. Hình 3.42c cho thấy nồng độ cực đại của CO tăng khi tăng góc đánh lửa sớm do gia tăng nhiệt độ và áp suất cháy làm tăng cường tốc độ phản ứng sản sinh CO nhưng sau đó CO bị oxy hóa khiến nồng độ cuối cùng của nó trong khí thải giảm. Trong khi đó nồng độ NOx trong khí thải tăng (hình 3.42b) theo góc đánh lửa sớm vì gia tăng gia tăng thời gian tồn tại của hỗn hợp cháy ở điều kiện nhiệt độ cao. Kết quả cho thấy rằng khi góc đánh lửa sớm tăng từ 10TK lên 35TK, lượng phát thải CO giảm 40% và lượng phát thải NOx tăng 35%.

Nói chung, sự gia tăng thời gian tồn tại của hỗn hợp ở nhiệt độ cao làm giảm lượng khí thải CO nhưng lại làm tăng lượng khí thải NOx. Do đó, lượng khí thải CO tăng lên khi tốc độ động cơ tăng hoặc khi góc đánh lửa sớm giảm. Ngược lại, phát thải NOx giảm khi tốc độ động cơ tăng lên hoặc/và khi giảm góc đánh lửa sớm. Trong động cơ sử dụng nhiên liệu ExL, góc đánh lửa sớm tăng khi tốc độ động cơ tăng. Hai yếu tố này ảnh hưởng ngược chiều đến phát thải CO và NOx.

Thay đổi góc đánh lửa sớm hầu như rất ít ảnh hưởng đến nồng độ bồ hóng.

Khi tăng góc đánh lửa sớm, sự hình thành bồ hóng thuận lợi hơn do nhiệt độ cháy tăng trong giai đoạn nồng độ nhiên liệu lớn. Quá trình cháy bồ hóng sau đó diễn ra trong điều kiện nhiệt độ giãn nở thấp nên nồng độ bồ hóng còn lại trong khí thải chỉ tăng nhẹ so với khi góc đánh lửa sớm bé.

0 1000 2000 3000 4000

10 15 20 25 30 35

CO, HC, NOx (ppm), T (K)

s(TK)

NOx CO HC T

Hình 3.43: Tổng hợp ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm s đến biến thiên nồng độ HC, CO và NOx và nhiệt độ cháy T (E15L, n=5000 vg/ph, =1)

89

Hình 3.43 giới thiệu kết quả tổng hợp ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm đến biến thiên nồng độ các chất ô nhiễm và nhiệt độ hỗn hợp cháy khi động cơ chạy bằng nhiên liệu E15L ở tốc độ 5000 vg/ph. Chúng ta thấy nhiệt độ khí thải hầu như không thay đổi. Khi góc đánh lửa sớm tăng từ  lên 35TK, nồng độ NOx tăng 50%, nồng độ CO và HC giảm trung bình 50%.

3.5.2.3. Ảnh hưởng của tốc độ động cơ đến biến thiên nồng độ HC, CO và NOx

0 500 1000 1500 2000 2500

150 180 210 240 270 300 330 360

T (K)

(TK) 2000 3000 4000 5000 6000 7000

n (v/ph)

0 1 2 3 4 5

150 180 210 240 270 300 330 360

HC (%V)

(TK)

2000 3000

4000 5000

6000 7000

0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

300 315 330 345 360

n (v/ph)

(a) (b)

Hình 3.44: Ảnh hưởng của tốc độ động cơ đến biến thiên của nhiệt độ cháy (a) và nồng độ HC (b) trong khí thải của động cơ (E30L, ϕ=1, φs=20TK)

Hình 3.44 mô tả ảnh hưởng của tốc độ động cơ đến biến thiên của nhiệt độ cháy T và nồng độ HC trong khí thải của động cơ khi động cơ chạy hỗn hợp E30L.

Khi tốc độ động cơ tăng, thời gian bốc hơi của hạt nhiên liệu bị giảm, hệ số nạp giảm, kéo theo làm giảm nhiệt độ cháy và nhiệt độ hỗn hợp trên đường giãn nở (hình 3.44a).

Khi tăng tốc độ động cơ, hạt nhiên liệu bốc hơi không hoàn toàn, quá trình cháy không hoàn toàn, dẫn đến tăng nồng độ HC trong khí thải (hình 3.44b).

Hình 3.45a bên dưới minh họa ảnh hưởng của tốc độ động cơ đến biến thiên của nồng độ CO trong khí thải động cơ chạy bằng E30L, với góc đánh lửa sớm cố định tại s=20TK, hoạt động ở tải cục bộ BG45. Tốc độ động cơ tăng từ 2000 vg/ph đến 7000 vg/ph.

0,25 0,2 0,15 0,1 0,05

90

0 0.5 1 1.5 2 2.5

150 180 210 240 270 300 330 360

CO (%V)

(TK)

2000 3000 4000 5000 6000 7000

n (v/ph)

0 1000 2000 3000 4000 5000

150 180 210 240 270 300 330 360

NOx (ppm)

(TK)

2000 3000

4000 5000

6000 7000

n (v/ph)

(a) (b)

Hình 3.45: Ảnh hưởng của tốc độ động cơ đến biến thiên của nồng độ CO (a) và NOx (b) trong khí thải của động cơ (E30L, ϕ=1, φs=20TK, BG45)

Trong mọi trường hợp cung cấp nhiên liệu, cùng với một tốc độ cố định nồng độ CO tăng trong giai đoạn đầu của quá trình cháy, nồng độ CO đạt đỉnh và sau đó giảm dần đến giá trị ổn định khi kết thúc hành trình giãn nở. Điều này có thể được giải thích là do nồng độ CO trong buồng đốt được tạo ra bởi sự đốt cháy và phản ứng nước-khí. Sự sản sinh CO chủ yếu xảy ra trong giai đoạn đốt cháy mạnh với nhiệt độ sản vật cháy cao. Sau giai đoạn này, nó được đốt cháy và đạt đến giá trị cân bằng. Như đã đề cập ở trên, thời gian cháy dài (chế độ tốc độ động cơ thấp) làm cân bằng nồng độ CO trong các sản phẩm cháy.

Như đã đề cập ở trên thì nồng độ CO và NOx trong khí thải phụ thuộc vào thời gian cháy, do đó phụ thuộc vào tốc độ động cơ. Khi tốc độ động cơ mà giảm, thời gian cháy kéo dài hơn dẫn đến cân bằng nồng độ CO trong các sản phẩm cháy. Ngược lại, trong trường hợp tốc độ động cơ cao, nồng độ CO đạt đỉnh dịch chuyển ra xa so với điểm chết trên, nhiệt độ sản vật cháy giảm do phản ứng khử CO, do đó nồng độ CO trong khí thải tăng lên. Có thể thấy lượng khí thải CO tăng khi tốc độ động cơ tăng lên, còn nồng độ NOx giảm khi tốc độ động cơ tăng (hình 3.45b). Ở tốc độ động cơ thấp, thời gian cháy dài góp phần tăng cường quá trình đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu-không khí, do đó quá trình đốt cháy diễn ra hoàn toàn hơn. Nếu không, sự hiện diện lâu dài của hỗn hợp cháy dưới nhiệt độ cao giúp quá

2,5

2

1,5

1

0,5

91

trình oxy hóa chuyển hóa CO thành CO2, khí tổng hợp (CO + H2), thông qua quá trình thu nhiệt dẫn đến giảm lượng CO trong khí thải. Kết quả cho thấy khi tốc độ động cơ tăng lên từ 2000 vg/ph đến 7000 vg/ph, khí thải CO2 của động cơ tăng 20%

và 30% so với sử dụng chỉ nhiên liệu LPG và với E30L tương ứng.

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

2000 3000 4000 5000 6000 7000

CO, HC, NOx (ppm), T (K)

n (v/ph)

NOx CO

HC T

Hình 3.46: Tổng hợp ảnh hưởng của tốc độ động cơ đến biến thiên nồng độ NOx, CO, HC và nhiệt độ cháy T (E30L, ϕ=1, φs=20TK)

Ngược lại với sự phát thải CO, ở một điều kiện vận hành và hỗn hợp nhiên liệu nhất định, nồng độ NOx giảm khi tốc độ động cơ tăng. Như đã giải thích ở phần trên, nồng độ NOx được kiểm soát bởi tốc độ hình thành phụ thuộc vào nhiệt độ và thời gian cháy. Khi tốc độ động cơ tăng, cả nhiệt độ cháy và thời gian cháy đều giảm, kết quả là giảm nồng độ NOx.

3.5.2.4. Ảnh hưởng của hàm lượng ethanol đến biến thiên nồng độ HC, CO và NOx

Nhiệt trị thấp của ethanol là 26,7 MJ/kg; nhiệt trị thấp của LPG nằm trong khoảng 46-51 MJ/kg phụ thuộc thành phần của nhiên liệu. Tỷ lệ không khí/nhiên liệu của ethanol là A/F=9 (kg/kg); trong khi đó A/F của LPG nằm trong khoảng 15,6÷15,8 (kg/kg). Như vậy để đảm bảo cùng hệ số tương đương đối với động cơ có dung tích xi lanh cho trước thì nồng độ nhiên liệu trong trường hợp ethanol cao hơn trong trường hợp LPG.

92

0 500 1000 1500 2000 2500

0 60 120 180 240 300 360

T (K)

(TK) E0

E15 E30 E45 E70 E100

0 1 2 3 4 5 6 7

150 180 210 240 270 300 330 360

HC (%V)

(CA)

E0 E15

E30 E45

E70 E100

0 0.04 0.08

330 345 360

(a) (b)

0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5

150 180 210 240 270 300 330 360

CO (%V)

(CA)

E0 E15 E30 E45 E70 E100

0 300 600 900 1200 1500

150 180 210 240 270 300 330 360

NOx (ppm)

(CA)

E0 E15

E30 E45

E70 E100

(c) (d)

Hình 3.47: Ảnh hưởng của hàm lượng ethanol đến biến thiên của nhiệt độ cháy (a), nồng độ HC (b), nồng độ CO (c) và nồng độ NOx (d) trong khí thải của động cơ

(n=5000 vg/ph, BG45, ϕ=1, φs=20TK)

Hình 3.47 trình bày ảnh hưởng của hàm lượng ethanol đến biến thiên của nhiệt độ cháy, nồng độ HC, nồng độ CO và nồng độ NOx trong khí thải của động cơ ở tốc độ 5000 vg/ph. Tại hình 3.47a cho thấy nồng độ nhiên liệu trước khi cháy tăng theo hàm lượng ethanol trong hỗn hợp với LPG để đảm bảo cho hệ số tương đương của hỗn hợp =1. Tốc độ tiêu thụ nhiên liệu (thể hiện bằng độ dốc của đường cong HC) tăng theo hàm lượng ethanol trong nhiên liệu dẫn đến quá trình cháy kết thúc sớm hơn. Hình 3.47b cũng cho thấy khi tăng hàm lượng ethanol vào trong hỗn hợp với LPG thì phát thải HC giảm, nghĩa là quá trình cháy diễn ra hoàn toàn hơn. Điều này có thể được giải thích do sự hiện diện của oxygen trong thành phần ethanol

E0L E15L E30L E45L E70L E100L

E0L E15L E30L E45L E70L E100L

E0L E30L E70L

E15L E45L E100L

E15L E45L E100L E0L

E30L E70L 1,5

1,25

1

0,75

0,5

0,25

0

0,08

0,04

(TK)

(TK) (TK)

93

giúp cải thiện quá trình cháy, nhờ đó sự oxy hóa nhiên liệu diễn ra thuận lợi hơn.

Hình 3.47d cho thấy hàm lượng cao của ethanol trong nhiên liệu làm giảm nồng độ NOx. Trên thực tế, do ethanol nhiệt ẩn hóa hơi cao nên khi hàm lượng của nó trong nhiên liệu tăng thì nhiệt độ khí nạp giảm làm giảm nhiệt độ cháy (hình 3.47a). Đó là nguyên nhân chính làm giảm phát thải NOx khi hàm lượng ethanol trong hỗn hợp nhiên liệu tăng.

0 500 1000 1500 2000 2500

0 20 40 60 80 100

CO, HC, NOx (ppm), T (K)

E (%)

NOx CO HC T

Hình 3.48: Tổng hợp ảnh hưởng của hàm lượng ethanol đến sự biến thiên của nhiệt độ cháy, nồng độ NOx, CO và HC (n=5000 vg/ph, ϕ=1, s=20TK)

Hình 3.48 trình bày tổng hợp ảnh hưởng của hàm lượng ethanol đến nồng độ các chất ô nhiễm trong khí thải động cơ ở tốc độ 5000vg/ph với góc đánh lửa sớm 20TK. Chúng ta thấy khi tăng hàm lượng ethanol trong nhiên liệu thì nồng độ các chất ô nhiễm đều giảm. Về mặt lý thuyết, đây là một lợi thế của ethanol khi sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong. Tuy nhiên trong thực tế khi tăng hàm lượng ethanol thì cần xử lý vấn đề kỹ thuật liên quan đến sự bốc hơi của nhiên liệu. Do nhiệt ẩn hóa hơi của ethanol cao nên cần sấy nóng nhiên liệu để đảm bảo ethanol bốc hơi hoàn toàn trước khi cháy. Khi không có hệ thống sấy nóng nhiên liệu, quá trình bốc hơi diễn ra chậm khiến cho hỗn hợp nghèo ban đầu do lượng nhiên liệu bốc hơi thấp, nhưng giàu vào cuối quá trình cháy do nhiên liệu tiếp tục bốc hơi.

Điều này dẫn đến quá trình cháy không hoàn toàn cục bộ dẫn đến tăng phát thải CO, HC và bồ hóng trong thực tế.