Cấu trỳc tinh thể của hạt bồ húng trong khớ thải động cơ diesel cú dạng tương tự như graphit nhưng ớt đồng đều hơn. Mỗi hạt sơ cấp hỡnh cầu là một tập hợp khoảng 1000 mầm tinh thể, cú dạng phiến mỏng được xếp đồng tõm quanh tõm của mỗi hạt cầu, tương tự như cấu trỳc hạt cacbon đen. Những nguyờn tử cacbon kết nối với nhau theo cỏc phiến lục giỏc phẳng cỏch nhau 0,34 0,36 nm. Cỏc phiến này kết hợp với nhau tạo thành cỏc mầm tinh thể cú 2 5 phiến với cấu trỳc giống như cacbon đen. Những mầm tinh thể này lại sắp xếp lại theo cỏc hướng song song với mặt hạt cầu với kết cấu siờu tĩnh để tạo thành cỏc hạt.
2.3. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIấN LIỆU ĐẾN HÀM LƯỢNG CÁC CHẤT ĐỘC HẠI TRONG KHÍ THẢI
2.3.1. NHIấN LIỆU ĐỘNG CƠ PHÁT HỎA CƯỠNG BỨC
Những tớnh chất của nhiờn liệu dựng cho động cơ phỏt hỏa cưỡng bức cú ảnh hưởng đỏng kể đến hàm lượng cỏc chất độc hại trong khớ thải của ĐCĐT bao gồm :
1) Tớnh chống kớch nổ của nhiờn liệu
Tớnh chống kớch nổ của nhiờn liệu là khả năng đảm bảo cho ngọn lửa xuất phỏt từ buji lan truyền và đốt chỏy phần hồ khớ phớa trước ngọn lửa một cỏch đều đặn mà khụng tạo ra kớch nổ.
Khả năng xuất hiện kớch nổ khụng chỉ được quyết định bởi tớnh chất của nhiờn liệu mà cũn phụ thuộc vào hàng loạt yếu tố khỏc liờn quan đến cấu tạo và chế độ làm việc của động cơ. Với cựng một mẫu nhiờn liệu, nếu tiến hành thớ nghiệm xỏc định tớnh chống kớch nổ bằng cỏc thiết bị và phương phỏp khỏc nhau sẽ cho những kết quả khỏc nhau. Hiện nay, số octane (Octane Number - ON) là chỉ tiờu đỏnh giỏ tớnh chống kớch nổ của nhiờn liệu được sử dụng phổ biến nhất ở tất cả cỏc nước. Số octane được xỏc định trờn một loại động cơ thớ nghiệm được tiờu chuẩn hoỏ bằng cỏch so sỏnh tớnh chống kớch nổ của nhiờn liệu thớ nghiệm với tớnh chống kớch nổ của nhiờn liệu chuẩn trong những điều kiện quy ước như nhau. Tuỳ thuộc vào phương phỏp xỏc định số octane, cú thể phõn loại số octane như sau :
Research Octane Number (RON) - RON là số octane được xỏc định theo phương phỏp nghiờn cứu ( Research Octane Number Method ). RON đỏnh giỏ tớnh chống kớch nổ của nhiờn liệu được xỏc định trong điều kiện động cơ làm việc ở chế độ tải và tốc độ trung bỡnh .
Motor Octane Number Method (MON) - MON là số octane được xỏc định theo phương phỏp motor ( Motor Octane Number Method ). MON đặc trưng cho tớnh chống kớch nổ của nhiờn liệu được xỏc định khi động cơ làm việc trong điều kiện khắc nghiệt hơn so với phương phỏp nghiờn cứu .
R1000C Method - Xăng là một hỗn hợp của nhiều loại hydrocarbon cú khả năng chống kớch nổ khỏc nhau. Núi chung, phần cú nhiệt độ sụi thấp cú số octane thấp hơn so với xăng núi chung, trừ butane, isopentane và benzene. Khi tăng tốc động cơ ở tỷ số truyền lớn sẽ xảy ra hiện tượng một số xylanh nhận được nhiều hơn phần xăng cú nhiệt độ sụi thấp và tớnh chống kớch nổ kộm. Hiện tuợng kớch nổ cú thể xuất hiện do
nguyờn nhõn núi trờn và càng dễ nhận thấy khi gia tốc ở tốc độ khởi điểm thấp. Đú là dạng kớch nổ phổ biến nhất, gọi là kớch nổ tốc độ thấp (Low Speed Knock -LSK). LSK khụng gõy hư hại gỡ cho động cơ vỡ chỉ xuất hiện trong giai đoạn chuyển tiếp rất ngắn, nhưng dễ dàng nhận thấy bằng tai và dẫn đến sự phàn nàn của khỏch hàng. Để phõn tớch khả năng chống kớch nổ của những phần cú nhiệt độ sụi thấp của xăng, người ta chưng cất mẫu và sau đú xỏc định RON của phần cất cú khoảng nhiệt độ sụi từ nhiệt độ sụi đầu đến 100 0C. Số octane được xỏc định như vậy gọi là R100 0C của xăng.
Hiện tượng kớch nổ khụng những cú ảnh hưởng xấu đến cụng suất, hiệu suất và tuổi thọ của động cơ, mà cũn làm tăng mức độ độc hại của khớ khải do gia tăng hiện tượng phõn hủy nhiờn liệu và sản phẩm chỏy trong điều kiện nhiệt độ và ỏp suất cao cục bộ tại khu vực kớch nổ.
2) Hàm lượng hydrocarbon thơm
Xột từ gúc độ ụ nhiễm mụi trường, cỏc hydrocarbon thơm cú tỏc động theo hai chiều ngược nhau. Cỏc hydrocarbon thơm cú tớnh chống kớch nổ (RON > 100 , MON > 90) cao hơn cỏc loại hydrocarbon khỏc. Do đú, bổ sung hydrocarbon thơm vào nhiờn liệu là một trong cỏc biện phỏp làm tăng tớnh chống kớch nổ của nhiờn liệu. Mặt khỏc, cỏc hydrocacbon thơm cú tỷ số C/H trong phõn tử cao hơn do đú khối lượng riờng lớn hơn. Do nhiệt lượng toả ra ứng với một đơn vị thể tớch cao hơn nờn nhiệt độ chỏy của hỗn hợp tăng làm tăng NOx. Tuy nhiờn, cac hydrocacbon thơm cú cấu tạo ổn định hơn paraffin nờn cú động học phản ứng chỏy chậm hơn. Do đú, trong cựng điều kiện chỏy, sự phỏt sinh hydrocacbon thơm sẽ cao hơn. Ngồi ra, cỏc hydrocarbon thơm trong nhiờn liệu cũn là nguồn phỏt sinh cỏc hydrocacbon thơm đa nhõn (HAP), phenol và aldehyde thơm - những chất được ghi nhận là cú vai trũ gõy ung thư ở con người.
3) Tớnh bay hơi của nhiờn liệu
Tớnh bay hơi của nhiờn liệu thường được đặc trưng bởi đường cong chưng cất
và ỏp suất hơi Reid (PVR) đo ở 37,8 0C. Tớnh bay hơi là một tớnh chất quan trọng đối với hoạt động của động cơ, nú ảnh hưởng đến thời gian khởi động động cơ ở trạng thỏi nguội, tớnh tăng tốc và tớnh ổn định khi làm việc ở chế độ khụng tải và khi chạy ấm mỏy. Những thành phần quỏ nặng của nhiờn liệu (bay hơi ở nhiệt độ lớn hơn 200
220 0C) cú ảnh hưởng đến sự phỏt sinh hydrocacbon chưa chỏy, do sự bốc hơi kộm dẫn tới sự chỏy khụng hoàn tồn với sự hỡnh thành aldehyde và sự gia tăng CH. Những thành phần nhẹ hơn, cần thiết cho việc khởi động và làm việc ở trạng thỏi nguội, ảnh
hưởng đến mức độ gõy ụ nhiễm của khớ thải và nhất là ảnh hưởng đến tổn thất do bay hơi. Tớnh bay hơi tiờu chuẩn của nhiờn liệu phụ thuộc vào điều kiện khớ hậu và mựa. Chớnh những thành phần dễ bày hơi nhất, đặc biệt là cặp butane-pentane gõy ảnh hưởng đến PVR. Cặp hydrocarbon này thường được pha vào nhiờn liệu đến giới hạn tối đa cho phộp để tận dụng tớnh chống kớch nổ cao của nú (butane cú RON = 94). Tớnh bay hơi của nhiờn liệu khụng gõy ảnh hưởng đến sự phỏt sinh NOx trong khớ thải.
4) Ảnh hưởng của cỏc chất phụ gia
Chất phụ gia, cũn gọi là chất thờm, là chất được pha với một tỷ lệ rất nhỏ vào
nhiờn liệu, chất bụi trơn, chất lỏng chuyờn dựng, v.v. để cải thiện cỏc tớnh chất tự nhiờn của chỳng hoặc tạo cho chỳng cỏc tớnh chất mới cú lợi trong sử dụng, vận chuyển và bảo quản. Cỏc sản phẩm dầu mỏ thương mại cú thể khụng cú hoặc được pha thờm một hoặc nhiều loại phụ gia. Một chất phụ gia cú thể chỉ cú ảnh hưởng đến một tớnh chất (tỏc dụng đơn) hoặc tỏc dụng đồng thời đến nhiều tớnh chất (tỏc dụng kộp) của sản phẩm dầu mỏ.
Trong xăng núi riờng và nhiờn liệu dựng cho động cơ phỏt hỏa cưỡng bức núi chung cú thể cú những chất phụ gia làm tăng tớnh chống kớch nổ của nhiờn liệu, chất phụ gia chống oxy húa nhiờn liệu, chất phụ gia làm sạch bề mặt đường ống nạp, chất phụ gia chống đúng băng làm kẹt bướm ga và bướm giú, v.v.
Tetraethyllead (TEL), thường cú tờn gọi khụng chớnh thức là chỡ hay nước chỡ, là chất lỏng cú cụng thức húa học Pb (C2H5)4 , cú nhiệt độ sụi là 390 0F, được phỏt hiện là chất cú tỏc dụng chống kớch nổ vào năm 1921 và đĩ được sử dụng rộng rĩi từ đú do cú hiệu quả chống kớch nổ cao và giỏ thành thấp.
Tetramethyllead (TML - (CH3)4Pb) được đưa vào sử dụng từ năm 1960. TML cú nhiệt độ sụi là 230 0F, cú xu hướng bay hơi cựng với phần nhẹ của xăng. Như vậy, TML thớch hợp hơn TEL đối với xăng cú R100 0C thấp.
TEL và MTL đĩ từng được sử dụng rộng rĩi trờn quy mụ tồn cầu trong suốt mấy chục năm vừa qua. Gần đõy, vai trũ của TEL và TML như là cỏc tỏc nhõn tăng khả năng chống kớch nổ của xăng đĩ bị hạn chế dần. Lý do chớnh là do tớnh độc hại của chỡ (Pb) đối với mụi trường sống. Hầu hết cỏc nước cụng nghiệp phỏt triển đĩ cấm hồn tồn việc sử dụng phụ gia chỡ trong xăng. Ở Việt Nam, quy định về việc sử dụng xăng khụng chỡ cú hiệu lực thi hành từ ngày 01 thỏng 07 năm 2001. Rất tiếc là cho đến nay chưa cú loại phụ gia chống kớch nổ nào khụng độc hại mà lại cú hiệu quả chống
kớch nổ cao và giỏ thành thấp như TEL và TML. Một lý do khỏc để loại bỏ phụ gia chỡ là ảnh hưởng xấu của chỳng đến hoạt tớnh của chất xỳc tỏc cú trong cỏc thiết bị xử lý khớ thải của động cơ hoạt động theo nguyờn tắc trung hoà cỏc thành phần độc hại nhờ chất xỳc tỏc.
Phụ gia cú chỡ đĩ và đang được thay thế bằng cỏc chất pha khỏc ớt độc hại cho mụi trường hơn, như methanol, ethanol, tertiary-buthyl alcohol (TBA), tertiary-amyl methyl ether (TAME), Methyl tertiary-Buthyl ether (MTBE), v.v. Cỏc loại phụ gia núi trờn thường được gọi chung là phụ gia họ oxygen .
Cỏc chất phụ gia hữu cơ hay hữu cơ-kim loại thờm vào nhiờn liệu để tỏc động đến cỏc phản ứng chỏy dường như khụng gõy ảnh hưởng đến mức độ phỏt sinh ụ nhiễm, cỏc chất phụ gia chống cỏc lớp bỏm cũng vậy. Tuy nhiờn, việc duy trỡ độ sạch trờn đường nạp cho phộp giữ được sự điều chỉnh ban đầu và sự ổn định về mức độ phỏt sinh CO ở chế độ khụng tải.
2.2.1.2. NHIấN LIỆU DIESEL
Những tớnh chất của nhiờn liệu diesel cú ảnh hưởng đỏng kể đến hàm lượng cỏc chất độc hại trong khớ thải của ĐCĐT bao gồm : (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1) Tớnh tự bốc chỏy của nhiờn liệu
Tớnh tự bốc chỏy của nhiờn liệu là tớnh chất liờn quan đến khả năng tự phỏt hoả khi hỗn hợp nhiờn liệu - khụng khớ chịu tỏc dụng của ỏp suất và nhiệt độ đủ lớn.
Nhiờn liệu cú tớnh tự bốc chỏy càng cao thỡ thời gian chậm chỏy (khoảng thời gian tớnh từ thời điểm nhiờn liệu thực tế xuất hiện trong buồng đốt đến thời điểm xuất hiện những trung tõm chỏy đầu tiờn - i) càng ngắn, và ngược lại. Thời gian chậm chỏy (i) là đại lượng phản ỏnh tớnh tự bốc chỏy của nhiờn liệu diesel theo cỏch mà chỳng ta mong muốn nhất, bởi vỡ nú cú ảnh hưởng mạnh và trực tiếp đến toàn bộ diễn biến và chất lượng của quỏ trỡnh chỏy ở động cơ diesel. Tuy nhiờn, i của nhiờn liệu diesel ở động cơ thực tế chỉ kộo dài từ vài phần vạn đến vài phần ngàn một giõy. Đo trực tiếp một khoảng thời gian ngắn như vậy là một việc rất khú, cho nờn người ta đĩ sử dụng một số đại lượng khỏc để đỏnh giỏ tớnh tự bốc chỏy trờn cơ sở một số tớnh chất lý-hoỏ của nhiờn liệu cú liờn quan mật thiết với i hoặc so sỏnh tớnh tự bốc chỏy của mẫu thử và của nhiờn liệu chuẩn. Hiện nay, đại lượng được sử dụng phổ biến nhất để đỏnh giỏ tớnh tự bốc chỏy của nhiờn liệu diesel là số cetane (CN). Nhiờn liệu cú số cetane càng cao, tức là thời gian chậm chỏy càng ngắn, thỡ tớnh tự bốc chỏy càng tốt.
Lượng bồ húng sẽ giảm khi thời gian chậm chỏy kộo dài, nghĩa là khi dựng nhiờn liệu cú số cetane thấp. Tuy nhiờn, việc sử dụng nhiờn liệu cú số cetane thấp cú thể dẫn đến những biểu hiện xấu như động cơ làm việc "cứng" hơn, gia tăng lượng nhiờn liệu bỏm trờn vỏch buồng đốt làm tăng mức độ phỏt sinh HC và bồ húng. Lượng NOx trong khớ thải ớt bị ảnh hưởng bởi số cetane của nhiờn liệu.
H. 2-13 giới thiệu ảnh hưởng của chỉ số cetane đến hàm lượng CO và HC trong khớ thải của động cơ cú buồng đốt ngăn cỏch (phun nhiờn liệu giỏn tiếp). Đối với động cơ cú buồng chỏy ngăn cỏch, thành phần hạt rắn khụng hoà tan hầu như khụng bị ảnh hưởng bởi tớnh tự bốc chỏy của nhiờn liệu.
Số cetane cũng ảnh hưởng đến sự phỏt sinh khúi xanh hay khúi trắng, sương mự trong khớ thải do tồn tại những hạt nhiờn liệu khụng chỏy. Hiện tượng này thường gặp khi khởi động hay khi động cơ làm việc trờn cao, nơi cú nhiệt độ và ỏp suất khớ quyển thấp hơn.
H. 2-13. Ảnh hưởng của số cetane đến hàm lượng CO và HC trong khớ thải của động cơ diesel