C. Tâc động của lưu huỳnh
f điều chỉnh
Giới hạn ổn
Chương 9: Xu hướng phât triển động cơ ô tô nhằm lăm giảm ô nhiễm môi trường
170
Hình 9.5: Ảnh hưởng của độđậm đặc đến suất tiắu hao nhiắn liệu vă mức độ phât sinh NOx của động cơ Honda VTEC
Động cơ lăm việc với hỗn hợp phđn lớp cho phĩp nđng cao thắm hiệu suất công
tâc. Việc thiết kế chế tạo loại động cơ năy rất được quan tđm hiện nay. Kĩ thuật động cơ
lăm việc với hỗn hợp phđn lớp dựa trắn việc tạo ra trong buồng chây một hỗn hợp đậm
đặc cục bộ (gần nếu đânh lửa) đủđể khởi động vă đảm bảo sự lan trăn măng lửa phù hợp trong điều kiện thănh phần hỗn hợp có độđậm đặc thấp nhất. Hiện nay, hỗn hợp phđn lớp chỉ dùng khi động cơ lăm việc ở tải thấp; khi động cơ lăm việc với tải cao, động cơ sử hỗn
hợp chây hoăn toăn lắ thuyết.
9.1.2. Động cơ Diesel
Động cơ Diesel cũng sẽđược tiếp tục cải tiến để nđng cao hiệu suất dù hiện nay nó
đê có nhiều ưu điểm về mặt năy.
Về phương diện hạn chế mức độ phât sinh ô nhiễm của động cơ Diesel, câc giải phâp kĩ thuật nói chung vẫn còn ở trong giai đoạn thắ nghiệm. Cho tới những năm cuối của thập niắn 1990, câc kĩ thuật năy vẫn còn âp dụng rất hạn chế vì nó đắt tiền vă lăm việc chưa thật đâng tin cậy. Câc giải phâp đó lă:
. Bộ xúc tâc giảm NOx
. Lọc bồ hóng
Việc âp dụng bộ xúc tâc oxy hóa trắn động cơ Diesel không vấp phải trở ngại gì
đặc biệt. Chỉ có điều cần chú ý lă hiệu quả của nó cao khi hăm lượng lưu huỳnh trong nhiắn liệu thấp.
Kĩ thuật xúc tâc loại trừ NOxđang được phât triển. Việc ứng dụng kĩ thuật năy đặt ra một số vấn đề về kĩ thuật, đặc biệt lă vấn đề lăm việc ổn định của bộ xúc tâc theo thời gian. Mặt khâc, bộ xúc tâc loại trừ NOx đòi hỏi nhiắn liệu không được chứa lưu huỳnh. Tuy hiện nay hiệu quả của nó thấp hơn bộ xúc tâc 3 chức năng nhưng người ta có thể lạc quan tin rằng kĩ thuật năy sẽđược âp dụng trong một tương lai gần.
Kĩ thuật lọc bồ hóng có nhiều hứa hẹn sẽđược âp dụng trắn ô tô du lịch cũng như
ô tô vận tải. Tuy nhiắn, việc âp dụng kĩ thuật năy đòi hỏi những tiến bộ cả về lõi lọc lần kĩ
Chương 9: Xu hướng phât triển động cơ ô tô nhằm lăm giảm ô nhiễm môi trường
171
Đối với xe bus hoạt động trong thănh phố, vùng nhạy cảm đối với vấn đề ô nhiễm,
việc trang bị hệ thống lọc bồ hóng lă cần thiết cho dù giâ thănh của nó còn cao, nếu
không, những nguồn năng lượng cạnh tranh (khắ, điện) sẽ lăm mất đi vị trắ độc tôn của
động cơ Diesel lắp trắn chủng loại ô tô năy.
Về phương diện hiệu suất, động cơ Diesel phun trực tiếp có suất tiắu hao nhiắn liệu thấp hơn động cơ phun giân tiếp khoảng 15%. Ưu điểm năy chắc chắn sẽ được khai thâc triệt để trong quâ trình phât triển của loại động cơ Diesel. Đồng thời, trong tương lai gần đđy, nó cũng thừa hưởng những tiến bộ mới về động cơ Diesel nói chung hiện đang
được nghiắn cứu vă phât triển. Sau đđy chúng ta sẽđề cập đến một văi tiến bộ có thểđược
âp dụng. Những tiến bộ năy đặc biệt liắn quan đến động cơ Diesel lắp trắn xe du lịch
nhưng chúng cũng có thểđược âp dụng đối với ô tô tải.
Câc nghiắn cứu cải thiện động cơ Diesel trước hết liắn quan đến việc hoăn thiện kĩ
thuật phun, đặc biệt lă việc âp dụng kĩ thuật phun điều khiển điện tử cho phĩp nđng cao momen vă công suất, giảm ồn, giảm ô nhiễm... Câc cải tiến năy sẽ liắn quan chủ yếu đến
âp suất phun, dạng quy luật phun vă độ chắnh xâc của lượng nhiắn liệu phun.
Hình 9.6: Ảnh hưởng của âp suất phun đến quan hệ NOx/bồ hóng
Một vắ dụđiển hình về câc kĩ thuật phun mới lă sự phât triển hệ thống ‘ray chung’
(common-rail). Trong hệ thống năy, âp suất phun có thể được modun hóa một câch tùy ý
theo tải vă theo tốc độ động cơ. Nói chung, âp suất phun trong trường hợp năy cao hơn
nhiều so với âp suất phun trong hệ thống cổđiển, nhất lă khi đầy tải vă tốc độ cao. Theo kĩ
thuật năy, nhiắn liệu được phun với âp suất cao trong thời gian ngắn. Điều năy cho phĩp
hạn chế sự phât sinh hạt bồ hóng nhưng lại lăm gia tăng lượng NOx. Mức độ phât sinh bồ
hóng (tương đối) Âp suất phun
Mức độ phât sinh NOx (tương đối)
Chương 9: Xu hướng phât triển động cơ ô tô nhằm lăm giảm ô nhiễm môi trường
172
Khi động cơ lăm việc ở chế độ tốc độ thấp vă tải cục bộ, có hai xu hướng nghiắn
cứu. Hướng phổ biến nhất lă ưu tiắn cho hiệu suất cao; nhiắn liệu được phun dưới âp suất rất cao lăm tăng momen của động cơ so với động cơ cùng cỡ sử dụng hệ thống phun cổ điển. Hướng thứ hai lă giảm mạnh âp suất phun khi động cơ lăm việc ở câc chếđộ năy để
lăm giảm sự phât sinh NOx. Nói chung sự tối ưu giữa nồng độ NOx vă bồ hóng luôn luôn
có lợi khi âp suất phun cao (hình 9.6).
Việc sử dụng hệ thống ‘ray chung’ cũng thuận lợi cho việc lắp đặt hệ thống phun
mồi. Sự phun trước một lượng nhỏ nhiắn liệu sẽ lăm giảm tốc độ tỏa nhiệt ban đầu do giảm lượng nhiắn liệu cung cấp văo buồng chây trong giai đoạn chây trễ. Kết quả lă nồng
độ NOx vă tiếng ồn giảm đi đâng kể mă không lăm tăng lượng bồ hóng.
Tắnh mềm dẻo rất lớn của hệ thống phun mới năy kết hợp với hệ thống hồi lưu khắ xả cho phĩp đạt được tỉ lệ tối ưu nhất giữa nồng độ NOx vă bồ hóng ở mọi chếđộ lăm việc
đồng thời nó cũng giúp cải thiện tắnh năng kinh tế-kĩ thuật của động cơ. Tuy nhiắn, do tắnh phức tạp nắn hệ thống năy hiện nay vẫn chưa được âp dụng rộng rêi.
Sự gia tăng số lượng soupape ở mỗi cylindre cũng như sử dụng hệ thống tăng âp
lăm tăng lượng không khắ nạp cho mỗi chu trình, đó lă những biện phâp lăm tăng công
suất vă momen của động cơ.
Việc âp dụng kĩ thuật hồi lưu khắ xả khi động cơ lăm việc ở tải cục bộ sẽ được âp dụng rộng rêi trắn động cơ của câc chủng loại ô tô khâc nhau để lăm giảm NOx nhằm thỏa mên câc quy định của luật môi trường.
Cuối cùng, kĩ thuật điều khiển điện tử câc đối với sự hoạt động của câc hệ thống
động cơ (hệ thống phun, hệ thống hồi lưu khắ xả...) sẽ thay thế kỹ thuật điều khiển cơ khắ nhằm lăm tăng độ nhạy vă tắnh mềm dẻo của câc hệ thống.
Câc tiến bộ kĩ thuật vừa nắu không chỉ liắn quan duy nhất đến động cơ Diesel phun
trực tiếp mă phần lớn những kĩ thuật năy cũng có thể được âp dụng đối với động cơ có buồng chây dự bị vă phun giân tiếp. Vì vậy, động cơ phun giân tiếp cũng sẽđược tiếp tục cải tiến trong tương lai.
9.2. Câc kĩ thuật mới đối với động cơ 2 kì
Chúng ta sẽ khảo sât sau đđy những kĩ thuật đang được nghiắn cứu mạnh mẽ ngăy nay nhằm nđng cao tắnh năng kinh tế-kĩ thuật vă giảm mức độ phât sinh ô nhiễm của động cơ xăng 2 kì để có thể sử dụng chúng trắn ô tô.
Động cơ 2 kì ngăy nay được dùng phổ biến trắn xe mây, tău thể thao, câc động cơ
gia dụng (mây cắt cỏ, mây căy...). Trong câc lĩnh vực năy, động cơ 2 kì có thế mạnh rõ rệt về công suất riắng vă sự gọn nhẹ. Tuy nhiắn loại động cơ năy có nhược điểm lă hiệu suất thấp vă mức độ phât sinh ô nhiễm cao, đặc biệt lă CO, HC.
Chương 9: Xu hướng phât triển động cơ ô tô nhằm lăm giảm ô nhiễm môi trường
173
Những nghiắn cứu được thực hiện trong những năm gần đđy để cải thiện động cơ 2 kì, đặc biệt lă kĩ thuật phun trực tiếp nhiắn liệu, đê cho phĩp nđng cao tắnh năng động cơ
không những cho câc mục đắch sử dụng truyền thống (mô tô, mây móc gia dụng, hăng hải)
mă còn được phât triển để sử dụng trắn ô tô.
1. Tóm tắt nguyắn lắ lăm việc của động cơ 2 kì đânh lửa cưỡng bức
Động cơ 2 kì cổđiển thường sử dụng hỗn hợp được chuẩn bị từ bắn ngoăi động cơ
nhờ bộ chế hòa khắ. Chu trình công tâc bao gồm câc quâ trình nạp, nĩn, chây, giên nở vă
thải. Tất cả câc quâ trình năy chỉ thực hiện trong 1 vòng quay trục khuỷu thay vì 2 vòng
nhưởđộng cơ 4 kì. Hình 9.7 trình băy tóm tắt sơđồ nguyắn lắ lăm việc của động cơ 2 kì
nĩn khắ nhờ carter. Kĩ thuật năy hiện nay thường được dùng nhất trắn động cơ cỡ nhỏ.
Hình 9.7: Nguyắn lắ lăm việc của dộng cơ 2 kì
Cylindre động cơ có 3 cửa, được gọi lă cửa nạp, cửa thải vă cửa quĩt. Đó lă những
lỗ có kắch thước chuẩn giữ vai trò tương tự như câc soupape ởđộng cơ 4 kì. Khi piston
chuyển động lắn xuống, câc lỗđó sẽđóng mở theo quy luật định trước. Mặt khâc, hỗn hợp Nạp