IV. MỘT SỐ BÀI SOẠN TÍCH HỢP GDMT
2. Biện pháp hạn chế khí thải của ĐCĐT
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới thành phần của khí thải, song yếu tố quyết định là quá trình tạo hòa khí và quá trình cháy xảy ra trong xilanh của động cơ. Việc nghiên cứu về khí xả, đặc biệt là nghiên cứu giảm thiểu ảnh hưởng của chúng tới môi trường xung quanh được nhiều nhà khoa học quan tâm. Trong lĩnh vực này có hai hướng nghiên cứu chính, đó là nghiên cứu cải tiến động cơ đốt trong - nguồn gây ra tác động xấu, và nghiên cứu xử lý khí thải khi ra khỏi động cơ.
a) Các biện pháp về kết cấu và sử dụng nhiên liệu
Khi nghiên cứu cải tiến động cơ thường đi sâu vào nghiên cứu quá trình tạo hòa khí và quá trình cháy. Mỗi quá trình tạo hòa khí và quá trình cháy phải tương ứng với kết cấu cụ thể của một buồng cháy. Như vậy kết cấu của buồng cháy phải hợp lý cho từng loại động cơ. Trong thời gian gần đây việc sử dụng buồng cháy trong đầu píttông (buồng cháy kiểu SNIDI, buồng cháy của quá trình M), hay các loại buồng cháy trước (buồng cháy xoáy lốc kiểu Ricado) là rất phổ biến. Quá trình cháy xảy ra mềm hơn nhiều so với buồng cháy thống nhất, tốc độ tăng áp suất không cao, áp suất cực đại và đặc biệt là nhiệt độ cực đại của quá trình cháy không lớn cho nên cơ hội tạo ra những chất độc hại giảm đi nhiều.
Cải tiến pha phối khí động cơ cũng là tiêu điểm được chú ý tới. Thay đổi pha phối khí mở đường cho việc tăng áp để tăng công suất lít động cơ, mặt khác việc chế tạo động cơ thay đổi được pha phối khí phù hợp với các chế độ làm việc, cũng như điều kiện môi trường sẽ có tác dụng làm giảm ảnh hưởng của môi trường đến quá trình làm việc của động cơ và ngược lại.
Cải tiến quá trình tạo hóa khí trong động cơ xăng được đặt ở vị thế cao, với chế hòa khí hai họng giúp cho động cơ làm việc phù hợp ở mọi chế độ.
Tăng cường xoáy lốc không khí (hòa khí) trong xilanh có tác dụng tạo thành hòa khí đồng đều, sự phân bố nhiệt cũng đồng đều, quá trình cháy sẽ xảy ra tốt hơn.
Tồn tại những động cơ, trong đó có sự luân hồi một lượng khí xả từ đường thải về đường nạp, hoặc được phun một lượng nước vào hệ thống nạp, nhờ đó thay đổi được nhiệt dung của môi chất công tác cũng như đặc tính của quá trình cháy, nhiệt độ cực đại của chu trình sẽ giảm so với trường hợp thông thường không xử lý.
Sử dụng hệ thống làm mát ở nhiệt độ cao chúng ta đã xem xét ở trên là cơ hội tăng hiệu suất, độ bền lâu của động cơ, mặt khác quá trình cháy được cải thiện theo chiều hướng có lợi trên quan điểm môi trường.
Xe hybrid (xe hơi sử dụng cùng một lúc hai động cơ) đang được coi là một trong các giải pháp hữu hiệu cho vấn đề ô nhiễm môi trường. Hiện nay tồn tại ba hệ thống hybrid với phương thức hoạt động khác nhau, hệ thống liên hoàn, hệ thống song song, hệ thống kết hợp. Các hệ thống hybrid kết hợp được hai nguồn động lực khác nhau để đạt được công suất không thua so với xe hơi chỉ dùng động cơ đốt trong, nhưng lại giảm được lượng khí thải.
Trong thời gian gần đây nhiều hãng ô tô nổi tiếng trên thế giới đã đưa ra khuyến cáo sử dụng động cơ với nhiên liệu hyđrô, trong đó có tập đoàn Daimlez Chryslez, Ford và General Motors (Mỹ). Hãng sản xuất ô tô BMW của Đức vừa cho ra đời loại xe cao cấp, mô hình 750hL. Chạy bằng hyđrô lỏng. Trong cuộc chạy thử ở Los Angeles (Mỹ) động cơ không phun ra một chất thải độc hại nào ngoài hơi nước. Đây là bước tiến quan trọng trong công nghệ ứng dụng năng lượng thay thế xăng, dầu… Nhằm hạn chế thành phần khí thải CO2. Hyđrô là nhiên liệu sạch nhất hiện nay.
Sử dụng động cơ phun xăng điện tử với hệ thống cung cấp không khí, cấp nhiên liệu và điều khiển đánh lửa luôn hài hòa với nhau ở mọi chế độ làm việc, trong đó có chế độ chạy ấm máy, chuyển tải hay khi ô tô xuống dốc, động cơ được tự động cắt nhiên liệu, giảm một lượng khí thải ra ngoài môi trường. Trên động cơ
phun xăng được trang bị cảm biến Lambda luôn giữ cho hệ số dư lượng không khí ≈ 1, kết hợp với các bộ trung hòa khí thải, làm cho khí thải bớt độc hại đi rất nhiều.
b) Các biện pháp xử lý khí thải
Bộ trung hòa khí thải ba lớp có kết cấu gồm: lớp lọc đầu tiên sử dụng platin và radium để khử NOx. Khi một phân tử NO hay NO2 tiếp xúc với lớp xúc tác, nguyên tử nitơ sẽ bị tách ra phân tử, bám bên trên bề mặt lớp xúc tác. Các nguyên tử nitơ kết hợp với nhau tạo thành N2 (2NO ⇒ N2 + O2 hoặc 2NO2 ⇒ N2 + 2O2). Lớp thứ hai là lớp xúc tác ô xi hóa, nó có tác dụng làm giảm lượng hyđrôcácbon và cácbonôxít bằng cách đốt cháy (ôxy hóa) chúng nhờ Platium và paladium. Lớp này giúp cho CO và CmHm phản ứng với lượng ôxy còn lại trong khí thải 2CO + O2 ⇒ 2CO2. Lớp thứ ba dùng để kiểm soát dòng khí thải, sử dụng thông tin này để điều chỉnh hệ thống phun nhiên liệu. Cảm biến không khí dư trong khí thải gắn giữa bộ trung hòa và động cơ để thông báo cho máy tính về lượng không khí còn trong khí thải. Máy tính sẽ xử lý thông tin, lệnh cho cơ cấu chấp hành để tăng hay giảm lượng ôxy trong khí thải bằng cách điều chỉnh tỉ lệ hỗn hợp khí và nhiên liệu đạt gần như tối ưu, đồng thời đảm bảo đủ lượng ôxy trong khí thải để cho phép lớp xúc tác ôxy hóa đốt cháy hết lượng hyđrôcácbon và cácbonôxít độc hại.
Bộ trung hòa khí thải có tác dụng lớn trong việc giảm ô nhiễm môi trường, tuy nhiên hệ thống này chỉ làm việc được ở nhiệt độ cao. Khi khởi động lạnh động cơ, bộ trung hòa hầu như không làm việc. Làm nóng bộ trung hòa trước khi khởi động động cơ là một biện pháp giảm tối thiểu những chất khí độc hại. Cách đơn giản là dùng điện để sấy nóng, song với nguồn ắc qui thông thường 12V; 24V thì việc sấy nóng phải đòi hỏi thời gian nhất định. Những chiếc xe hơi hybrid hiện nay có lắp một động cơ xăng thông thường với một động cơ điện, cho phép giải quyết khó khăn này một cách dễ dàng.
Một trong những biện pháp rất hiệu quả giảm thiểu sự độc hại của khí thải động cơ điêden là việc chế tạo và sử dụng hệ thống phin lọc. Hệ thống CRT
(Continosly Regenerating Trap) của hãng Volvo Trucks cho phép giảm 80÷90% thành phần CO, CmHn, NOx và các phần tử cứng trong khí thải.
Hệ thống phin lọc khí thải của xe Peugeot 607 với động cơ điêden HDI hoạt động có hiệu quả và đã được nhận giải thưởng quốc tế, song hiện tại giá thành hệ thống này còn rất cao.
Hãng Bosch đã thành công trong việc chế tạo cảm biến Lambda dùng trên động cơ điêden cùng với hệ thống điều khiển động cơ điêden EDS. Nhờ có thiết bị này mà động cơ chạy trên nhiên liệu nặng đáp ứng được yêu cầu tiêu chuẩn bảo vệ môi trường Euro 4 (tiêu chuân bảo vệ môi trường của châu Âu áp dụng từ năm 2005 quy định: lượng khí thải độc hại phải thấp hơn 20÷30% so với thời gian trước đó).
Hãng Toyota lại hoàn thiện quá trình làm việc của động cơ điêden theo một hướng khác. Khi làm việc ở tải trọng nhỏ của động cơ, nhiên liệu được phun sớm hơn, hệ thống luân hồi sẽ hướng lượng khí thải quay lại xilanh để đốt cháy lại một lần nữa, quá trình cháy diễn ra trong điều kiện nghèo ôxy sẽ làm giảm nhiệt độ trong buồng cháy và tăng nhiệt độ khí xả, nhờ nhiệt độ cao ở đường xả phin lọc hỗn hợp sẽ trung hoà hết các chất độc hại CO, CmHn, NOx và giữ lại những muội than. Từ năm 2004, hệ thống này đã được lắp trên xe Avensis đặt tiêu chuẩn Châu Âu Euro -4 làm đà phấn đấu tới Euro - 5 vào năm 2008.
Bài 17. Khái quát về hệ thống thông tin và viễn thông (Kỹ thuật điện tử 12)
Bài 22. Hệ thống điện quốc gia (Kỹ thuật điện 12)