Do nguyên lí làm việc của động cơ diesel, thời gian lưu lại của nhiên liệu trong buồng cháy ngắn hơn trong động cơ đánh lửa cưỡng bức nên thời gian dành cho việc hình thành sản phẩm cháy khơng hồn tồn cũng rút ngắn làm giảm thành phần hydrocarbure cháy khơng hồn tồn trong khí xả. Cĩ nghĩa là chúng cháy hồn tồn hơn động cơ xăng.
Do nhiên liệu diesel chứa hydrocarbure cĩ điểm sơi cao, nghĩa là khối lượng phân tử cao, sự phân hủy nhiệt diễn ra ngay từ lúc phun nhiên liệu. Điều này là tăng tính phức tạp của thành phần hydrocarbure cháy khơng hồn tồn trong khí xả. Quá trình cháy trong động cơ diesel là một quá trình phức tạp, trong quá trình đĩ diễn ra đồng thời sự bay hơi nhiên liệu và hịa trộn nhiên liệu với khơng khí và sản phẩm cháy. Khi độ đậm đặc trung bình của hỗn hợp quá lớn hoặc quá bé đều làm giảm khả năng tự cháy và lan tràn màng lửa. Trong trường hợp đĩ, nhiên liệu sẽ được tiêu thụ từng phần trong những phản ứng ơxy hĩa diễn ra chậm ở giai đoạn dãn nở sau khi hịa trộn thêm khơng khí. Cĩ thể chia ra hai khu vực đối với bộ phận nhiên liệu được phun vào buồng cháy trong giai đoạn cháy trễ: khu vực hỗn hợp quá nghèo do pha trộn với khơng khí quá nhanh và khu vực hỗn hợp quá giàu do pha trộn với khơng khí quá chậm. Trong trường hợp đĩ, chủ yếu là khu vực hỗn hợp quá nghèo diễn ra sự cháy khơng hồn tồn cịn khu vực hỗn hợp quá giàu sẽ tiếp tục cháy khi hịa trộn thêm khơng khí. Đối với bộ phận nhiên liệu phun sau giai đoạn cháy trễ, sự ơxy hĩa nhiên liệu hay các sản phẩm phân hủy nhiệt diễn ra nhanh chĩng khi chúng dịch chuyển trong khối khí ở nhiệt độ cao. Tuy nhiên, sự hịa trộn khơng đồng đều cĩ thể làm cho hỗn hợp quá giàu cục bộ hay dẫn đến sự làm mát đột ngột làm tắt màng lửa, sinh ra các sản phẩm cháy khơng hồn tồn trong khí xả. Mức độ phát sinh HC trong động cơ diesel phụ thuộc nhiều vào điều kiện vận hành, ở chế độ khơng tải hay tải thấp, nồng độ HC cao hơn ở chế độ đầy tải. Thêm vào đĩ, khi thay đổi tải đột ngột cĩ thể gây ra sự thay đổi mạnh các điều kiện cháy dẫn đến sự gia tăng HC do những chu trình bỏ lửa. Cuối cùng, khác với động cơ đánh lửa cưỡng bức, khơng gian chết trong động cơ diesel khơng gây ảnh hưởng quan trọng đến nồng độ HC trong khí xả vì trong quá trình nén và giai đoạn đầu của quá trình cháy, các khơng gian chết chỉ chứa khơng khí và khí sĩt. Ảnh hưởng của lớp dầu bơi trơn trên mặt gương xylanh, ảnh hưởng của lớp
muội than trên thành buồng cháy cũng như ảnh hưởng của sự tơi màng lửa đối với sự hình thành HC trong động cơ diesel cũng khơng đáng kể so với trường hợp động cơ đánh lửa cưỡng bức.
2.1.2.2. Phát sinh HC trong trường hợp hỗn hợp quá nghèo
Sự phân bố khơng đồng đều nhiên liệu trong xylanh ngay lúc bắt đầu phun được giới thiệu trên hình 2.1. Trong dịng xốy lốc, sự tự cháy diễn ra trong khu vực cĩ độ đậm đặc hơi thấp hơn 1. Bộ phận nhiên liệu ở ngồi rìa tia nằm ngồi giới hạn dưới của sự tự bén lửa do đĩ chúng khơng thể tự cháy cũng khơng thể duy trì màng lửa. Khu vực đĩ chỉ cĩ thể là vị trí sản sinh các phản ứng chậm dẫn đến sản phẩm cháy khơng hồn tồn. Do đĩ, trong vùng này cĩ mặt nhiên liệu chưa cháy hết, những sản vật phân giải từ nhiên liệu, những sản phẩm ơxy hĩa cục bộ (CO, aldehyde và những oxyde khác) và một bộ phận của những sản phẩm này cĩ mặt trong khí xả. Tầm quan trọng của những hydrocarbure chưa cháy từ những khu vực nghèo này phụ thuộc vào lượng nhiên liệu phun vào động cơ trong thời kì cháy trễ, phụ thuộc vào tỉ lệ khơng khí kéo theo vào tia trong giai đoạn này và những điều kiện lí hĩa ảnh hưởng đến sự tự cháy trong xylanh.
Hình 2.1: Phân bố độ đậm đặc trong tia phun diesel
Vì vậy, nồng độ HC trong khí xả và độ dài của giai đoạn cháy trễ cĩ quan hệ mật thiết với nhau, hay nĩi cách khác mức độ phát sinh HC cĩ liên quan đến chỉ số cetane của nhiên liệu. Những thay đổi điều kiện vận hành của động cơ làm kéo dài thời kì cháy trễ sẽ làm gia tăng nồng độ HC.