24 LÀM GIẢ MÔ NHIỄM MÔI TRƯỜNG
24.1.7 6.1.2 Độngcơ Điezel
Động cơ Điezel cũng sẽ được tiếp tục cải tiến để nâng cao hiệu suất dù hiện nay đã có nhiều ưu điểm về mặt này.
Về phương diện hạn chế mức độ phát sinh ô nhiễm môi trường của động cơ Điezel, các giải pháp kỹ thuật nói chung vẫn còn ở trong giai đoạn thí nghiệm. Cho tới những năm cuối của thập niên 1990, các kỹ thuật này vẫn còn áp dụng rất hạn chế vì nó đắt tiền và làm việc chưa thật đáng tin cậy. Các giải pháp đó là:
- Bộ xúc tác giảm NOx - Lọc bồ hóng.
Việc áp dụng bộ xúc tác ôxy hoá trên động cơ Điezel không vấp phải trở ngại gì đặc biệt. Chỉ có điều cần chú ý là hiệu quả của nó cao khi hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu thấp.
Kỹ thuật xúc tác loại trưc NOx đang được phát triển. Việc ứng dụng kỹ thuật này đặt ra một số vấn đề về kỹ thuật, đặc biệt là vần đề làm việc ổn định của bộ xúc tác theo thời gian. Mặt khác, bộ xúc tác loại trừ NOx đòi hỏi nhiên liệu không được chứa lưu huỳnh. Tuy hiện nay hiệu quả của nó thấp hơn bộ xúc tác 3 chức năng nhưng người ta có thể lạc quan tin rằng kỹ thuật này sẽ được áp dụng trong một tương lai gần.
Kỹ thuật lọc bồ hóng có nhiều hứa hẹn sẽ được áp dụng trên ô tô du lịch cũng như ô tô vận tải. Tuy nhiên, việc áp dụng kỹ thuật này đòi hỏi những tiến bộ cả về lõi lọc lẫn kỹ thuật tái sinh lọc (chương 4 ta đã giới thiệu).
Đối với xe bus đang hoạt động trong thành phố, vùng nhạy cảm đối với vấn đề ô nhiễm, việc trang bị hệ thống lọc bồ hóng là cần thiết cho dù giá thành của nó còn cao, nếu không những nguồn năng lượng cạnh tranh (khí, điện) sẽ làm mất đi vị trí độc tôn của động cơ Điezel lắp trên chủng loại ô tô này.
Về phương diện hiệu suất, động cơ Điezel phun trực tiếp có suất tiêu hao nhiên liệu thấp hơn động cơ phun gián tiếp khoảng 15%. Ưu điểm này chắc chắn sẽ được khai thác triệt để trong quá trình phát triển của loại động cơ Điezel. Đồng thời, trong tương lai gần đây, nó cũng thừa hưởng những tiến bộ mới về động cơ Điezel nói chung hiên đang được nghiên cứu và phát triển. Sau đây chúng ta sẽ đề cập đến một vài tiến bộ có thể được áp dụng. Những tiến bộ này đặc biệt liên quan đến động cơ Điezel lắp trên xe du lịch nhưng chúng cũng có thể được áp dụng đối với ô tô tải.
Các nghiên cứu cải thiện động cơ Điezel trước hết liên quan đến việc hoàn thiện kỹ thuật phun, đặc biệt là việc áp dụng kỹ thuật phun điều khiển điện tử cho phép nâng cao mômen và công suất, giảm ồn, giảm ô nhiễm… Các cải tiến này sẽ liên quan chủ yếu đến áp suất phun, dạng quy luật phun và độ chính xác của lượng nhiên liệu phun.
Một ví dụ điển hình về các kỹ thuật phun mới là sự phát triển hệ thống “ray chung” (common-rail). Trong hệ thống này, áp suất phun có thể được modun hoá một cách tuỳ ý theo tải và theo tốc độ động cơ. Nói chung, áp suất phun trong trường hợp này cao hơn nhiều so với áp suất phun trong hệ thống cổ điển, nhất là khi đầy tải và tốc độ cao. Theo kỹ thuật này, nhiên liệu được phun với áp suất cao trong thời gian ngắn. Điều này cho phép hạn chế sự phát sinh hạt bồ hóng nhưng lại làm gia tăng NOx.
Khi động cơ làm việc ở chế độ tốc độ thấp và tải cục bộ, có hai xu hướng nghiên cứu. Hướng phổ biến nhất là ưu tiên cho hiệu suất cao; nhiên liệu được phun vào dưới áp suất rất cao làm tăng momen của động cơ so với động cơ cùng cỡ sử dụng hệ thống phun cổ điển. Hướng thứ 2 là giảm mạnh áp suất phun khi động cơ làm việcở các chế độ này để làm giảm sự phát sinh NOx. Nói chung sự tối ưu giữa nồng độ NOx và bồ hóng luôn luôn có lợi khi áp suất phun cao (hình6-6).
Việc sử dụng hệ thống “ray chung” cũng thuận lợi cho việc lắp đặt hệ thống phu mồi. Sự phun trước một lượng nhỏ nhiên liệu sẽ làm giảm tốc độ toản nhiệt ban đầu do giảm lượng nhiên liệu cung cấp vào buồng cháy trong
giai đoạn cháy trễ. Kết quả là nồng độ NOx và tiếng ồn giảm đi đáng kể mà không làm tăng lượng bồ hóng.
Hình 6-6: Ảnh hưởng của áp suất phun đến mức độ gia tăng NOx và bồ hóng.
Tính mềm dẻo rất lớn của hệ thống phun mới này kết hợp với hệ thống hồi lưu khí xả cho phép đạt được tỉ lệ tối ưu nhất giữa nồng độ NOx và bồ hóng ở mọi chế độ làm việc đồng thời nó cũng giúp cải thiện tính năng kinh tế-kỹ thuật của động cơ. Tuy nhiên, do tính phức tạp nên hệ thống này hiện nay vẫn chưa được áp dụng rộng rãi.
Sự gia tăng số lượng xupap ở mỗi xy lanh cũng như sử dụng hệ thống tăng áp làm tăng lượng không khí nạp cho mỗi chu trình, đó là những biện pháp làm tăng công suất và momen của động cơ.
Việc áp dụng kỹ thuật hồi lưu khí xả khi động cơ làm việc ở tải cục bộ sẽ được áp dụng rộng rãi trên động cơ của các chủng loại ô tô khác nhau để làm giảm NOx nhằm thoả mãn các quy định của luật môi trường.
Cuối cùng, kỹ thuật điều khiển điện tử đối với sự hoạt động của các hệ thống động cơ (hệ thống phun, hệ thống hồi lưu khí xả…) sẽ thay thế kỹ thuật điều khiển cơ khí nhằm làm tăng độ nhạy và tính mềm dẻo của các hệ thống.
Các tiến bộ kỹ thuật vừa nêu không chỉ liên quan duy nhất đến động cơ Điezel phun trực tiếp mà phần lớn những kỹ thuật này cũng có thể được áp dụng đối với động cơ có buồng cháy dự bị và phun gián tiếp. Vì vậy, động cơ phun gián tiếp cũng sẽ được tiếp tục cải tiến trong tương lai.