Quá trình cháy của động cơ đốt trong và giải pháp cải thiện!

mazoil.com.vn

Đi bộ
Biển số
OF-315642
Ngày cấp bằng
12/4/14
Số km
0
Động cơ
294,500 Mã lực
Nơi ở
Phòng 701, tòa nhà Agriseco, 172 Ngọc Khánh, Ba Đì
Chia sẻ với các cụ bài viết của PGS TS Hoàng Đình Long - Viện cơ khí động lực Đại học Bách Khoa Hà Nội

1. Giới thiệu chung

1.1 Đặc điểm phát thải của động cơ đốt trong và vấn đề ô nhiễm môi trường

Quá trình cháy trong động cơ đốt trong là quá trình ô xy hoá nhiên liệu, giải phóng nhiệt năng diễn ra trong buồng cháy động cơ theo những cơ chế hết sức phức tạp và chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố [1].

Ở điều kiện lý tưởng, sự đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu các bua hydrro với ôxi trong không khí sẽ sinh ra các sản phẩm chỉ gồm các thành phần không độc hại là CO2 và H2O. Tuy nhiên trong động cơ đốt trong, trạng thái cân bằng hoá học lý tưởng của sự cháy hoàn toàn có thể nói là không bao giờ xảy ra bởi vì thời gian cho quá trình oxi hoá là rất ngắn. Hơn nữa, sự thiếu đồng nhất của hỗn hợp không khí nhiên liệu và sự thay đổi quá nhanh của nhiệt độ sẽ dẫn đến quá trình phản ứng ôxi hoá không hoàn toàn nhiên liệu. Do đó, các phản ứng cháy sẽ sinh ra các chất độc hại cho sức khỏe con người và môi trường sống, gồm CO, HC, NOx, v.v...Nồng độ các chất độc hại này phụ thuộc nhiều vào kiểu loại động cơ và điều kiện vận hành cũng như các chế độ làm việc của động cơ.

Hiện nay hầu hết các phương tiện vận tải đường bộ đều sử dụng động cơ đốt trong làm nguồn động lực nên với sự gia tăng nhanh về số lượng các phương tiện vận tải đã và đang gây ô nhiễm môi trường rất lớn. Điều đó đòi hỏi các nhà nghiên cứu chế tạo động cơ phải tìm biện pháp giảm và cắt bỏ các thành phần độc hại này.

1.2 Các biện pháp giảm ô nhiễm khí thải động cơ đốt trong
1.2.1 Giảm thành phần độc hại khí thải nhờ tối ưu hoá thiết kế động cơ


Việc tối ưu hóa thiết kế động cơ là nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình cháy, đảm bảo cháy kiệt, nhờ đó giảm được các sản phẩm cháy không hoàn toàn mang tính độc hại ngay từ trong xi lanh động cơ. Các biện pháp liên quan đến tối ưu hóa thiết kế động cơ bao gồm tối ưu hóa thiết kế buồng cháy đảm bảo tăng chất lượng tạo hốn hợp và do đó tăng hiệu quả quá trình cháy. Bên cạnh biện pháp này còn có biện pháp kiểm soát chính xác tỷ lệ giữa không khí và nhiên liệu trong động cơ xăng cũng nhằm mục đích trên. Luân hồi khí thải và xử lý xúc tác ngay trong xi lanh động cơ cũng là các biện pháp giảm thành phần độc hại sinh ra trong quá trình cháy. Ngày nay, nhờ phát triển của khoa học công nghệ nên đặc điểm thiết kế động cơ đã đạt tới ngưỡng hoàn thiện và công nghệ chế tạo đã đạt tới đỉnh cao nên khả năng hoàn thiện thiết kế để giảm hơn nữa một cách đáng kể thành phần độc hại của sản vật cháy là rất khó khăn.

1.2.2. Giảm thành phần độc hại bằng biện pháp xử lý khí thải

Hiện nay, trong khi việc cải tiến thiết kế động cơ khó gây đột phá về giảm thành phần độc hại khí thải thì xử lý khí thải trên hệ thống thải là biện pháp hiệu quả để giảm thành phần độc hại này. Phương pháp xử lý được thực hiện bằng cách sử dụng các bộ xúc tác trên đường thải, phổ biến nhất là dùng bộ xúc tác 3 tác dụng trong động cơ xăng. Bộ xử lý chứa một hàm lượng nhỏ các chất xúc tác (Pt, Ni, Rd) có tác dụng tăng cường các quá trình ô xy hóa và khử các thành phần độc hại [2]. Các bộ xử lý xúc tác thường chỉ hoạt động hiệu quả khi nhiệt độ bộ xúc tác đạt trên 350oC nên ở thời kỳ khởi động lạnh và chạy ấm máy, các phương tiện vận tải trang bị động cơ đốt trong thường phát thải lớn. Do vậy, việc tìm biện pháp giảm thành phần độc hại trong sản vật cháy từ ngay trong quá trình cháy vẫn rất cần phòng khi bộ xúc tác chưa tác dụng hoặc mất tác dụng, nếu không thì phải sấy nóng bộ xúc tác trong các trường hợp khí thải chưa đủ nhiệt.

1.2.3 Dùng nhiên liệu thay thế

Việc gia tăng một cách nhanh chóng số lượng phương tiện giao thông sử dụng nhiên liệu xăng và dầu diezel theo cách truyền thống đã tác động ngày càng xấu tới môi trường; cấm hoặc hạn chế số lượng các phương tiện là biện pháp không khả thi. Nhiều phương pháp giảm hàm lượng khí xả độc hại đã được nghiên cứu và áp dụng như đã giới thiệu ở trên. Tuy nhiên các phương pháp này chỉ hiệu quả ở chế độ ấm máy hoàn toàn, ở chế độ khởi động lạnh và chạy ấm máy hàm lượng độc hại còn rất cao làm cho hàm lượng độc hại chung không thể giảm đến mức yêu cầu. Chính vì vậy phương pháp thay đổi cách thức sử dụng nhiên liệu và dùng nguồn nhiên liệu mới thay thế, sạch, rẻ hơn cho các phương tiện có sử dụng động cơ đốt trong sẽ là phương án hữu hiệu trong tương lai. Nhiên liệu thay thế được chia thành các nhóm sau:

- Nhiên liệu cồn Methanol và cồn Ethanol.
- Nhiên liệu khí thiên nhiên nén (CNG) và khí thiên nhiên hoá lỏng (LNG).
- Khí dầu mỏ hoá lỏng (LPG)
- Nhiên liệu khí Hyđrô (H2).
- Nhiên liệu giàu Hyđrô: hỗn hợp của nhiên liệu hóa thạch với hyđrô.

Nhiên liệu khí có nguồn gốc hoá thạch có giá thành rẻ hơn xăng và có tỷ lệ H/C lớn hơn nên khi cháy thải ra ít CO và CO2 hơn. Thêm nữa, nhiên liệu này không chứa benzene và các thành phần các bua hyđrô khác nên sạch hơn xăng. Nhiên liệu này có khả năng tạo hoà khí tốt, có tính chống kích nổ cao, khả năng cháy với hỗn hợp nghèo hơn hẳn nhiên liệu xăng cho nên lượng khí thải độc hại thấp hơn nhiều, có thể giảm 20% lượng CO2 so với dùng nhiên liệu xăng.

Hiện nay trên thế giới đang có hơn 1,2 triệu xe sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên nén (CNG) và gần 1,4 triệu phương tiện sử dụng khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG) chủ yếu ở Achentina,Italy, Canada, Mỹ, Nhật bản. và không chỉ ở các nước phát triển mà các nước đang phát triển cũng rất quan tâm tới nguồn nhiên liệu sạch này. ở Việt Nam, sử dụng nguồn nhiên liệu sạch cũng là một vấn đề được **** và chính phủ quan tâm và nhất là khi ngành khí công nghiệp ở nước ta rất phát triển và đến nay đã có nhiều chương trình chạy thử xe dùng nhiên liệu khí. Tuy nhiên do nhiệt trị mole thấp hơn xăng nên công suất động cơ sẽ thấp hơn nếu cùng kích thước.

Nhiên liệu cồn Methanol và cồn Ethanol cũng đã được sử dụng làm nhiên liệu thay thế và phụ gia nhiên liệu với mục đích giảm chi phí, giảm thành phần độc hại khí xả và tăng trị số ốc tan nhiên liệu trong động cơ xăng [3, 4]. Tuy nhiên khi chuyển động cơ xăng sang dùng loại nhiên liệu này thì công suất giảm. Thêm nữa, loại nhiên liệu này thường chỉ sẵn có với mức giá chấp nhận được ở các nước nông nghiệp và công nghiệp mía đường phát triển.

Nhiên liệu hyđrô

Bên cạnh các loại nhiên liệu thay thế nói trên, hyđrô từ lâu đã được xem như một loại nhiên liệu mong muốn cho động cơ đốt trong [5]. Khác với các loại nhiên liệu truyền thống, đây là nguồn nhiên liệu có thể tái tạo và có thể được sản xuất từ nguồn nước vô tận và có khả năng sử dụng cho cả động cơ xăng [6, 7] và động cơ diesel [8]. Hyđrô khi phản ứng với ô xy tao ra sản phẩm sạch, chỉ có nước và không có thành phần ô nhiễm nào, kể cả CO2 nên không gây ô nhiễm môi trường và không gây hiệu ứng nhà kính như khi sử dụng các loại nhiên liệu hóa thạch. Thêmnữa, nhiên liệu này có ưu điểm là cháy nhanh, trị số ốc tan cao, chống kích nổ tốt [9], nên cho phép động cơ có thể làm việc ở tốc độ rất cao, tỷ số nén lớn, nhờ đó mà dễ dàng tăng công suất động cơ. Mặc dù vậy, nhiên liệu hydro cũng có một số nhược điểm so với nhiên liệu xăng và diesel là nhiệt trị mole rất thấp nên nếu không thay đổi kết cấu động cơ khi chuyển từ động cơ chạy xăng hoặc diesel sang động cơ chạy hoàn toàn bằng hydro thì công suất động cơ sẽ bị giảm nhiều. Thêm nữa, việc sản xuất, vận chuyển và tích trữ bảo quản nhiên liệu hydro đủ để thay thế hoàn toàn xăng hoặc diesel khá khó khăn và tốn kém do nhiên liệu có tỷ trọng rất thấp.

Nhiên liệu giàu hyđrô

Chính vì một số nhược điểm của nhiên liệu hyđrô trong việc thay thế hoàn toàn nhiên liệu xăng và diesel như đã nói trên nên nhiều nhà nghiên cứu quan tâm đến việc sử dụng hydro như một thành phần phụ gia cho nhiên liệu truyền thống. Với phương pháp này, hydro chỉ được cấp một tỷ lệ nào đó vào trong động cơ để hòa trộn với nhiên liệu chính là xăng, diesel, hoặc khí thiên nhiên [10, 11] để tạo ra hỗn hợp nhiên liệu giàu hyđrô (có hyđrô ở trạng thái tự do trong hỗn hợp). Nhờ đặc tính cháy nhanh, hydro sẽ giúp đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu chính tốt hơn nên giảm được thành phần độc hại khí thải, mở rộng giới hạn cháy và tăng tính chống kích nổ cho động cơ trong khi không thay đổi kết cấu động cơ so với khi dùng xăng hoặc diesel. Vấn đề đặt ra là cần có nguồn cung cấp hydro ổn định và tiện lợi ngay trên xe để động cơ hoạt động liên tục với hỗn hợp nhiên liệu nói trên.

1.2.4 Dùng phụ gia nhiên liệu.

Nhiên liệu của động cơ đốt trong không đơn thuần chỉ là sản phẩm của một quá trình chưng cất từ một công đoạn nào đó của dầu mỏ, nó là một sản phẩm hỗn hợp được lựa chọn cẩn thận từ một số thành phần kết hợp với một số phụ gia nhằm đảm bảo cho điều kiện vận hành thực tế và lưu trữ bảo quản.

Hơn nữa, ngoài mục đích lưu trữ và bảo quản, việc dùng phụ gia nhiên liệu còn nhằm mục đích giảm thành phần khí thải độc hại một cách hiệu quả. Tuy nhiên, để đạt được mục đích này, vấn đề đặt ra là cần lựa chọn loại phụ gia nào cho phù hợp, hàm lượng pha trộn là bao nhiêu, vấn đề giá thành, công nghệ sản xuất cũng là một vấn đề cần xem xét.

Nguyên lý tác dụng chung của một số phụ gia nhiên liệu trong việc cải thiện đặc tính cháy của nhiên liệu và giảm thành phần độc hại khí xả là tạo ra môi trường ôxi trong quá trình cháy, làm cho nhiên liệu cháy nhanh hơn, tiếp tục cháy một phần sản phẩm CO , HC độc hại. Một số phụ gia còn hình thành môi trường Hydro tạo ra phản ứng xúc tác quá trình cháy làm cho quá trình cháy hoàn thành một cách tốt nhất.

Với nguyên tắc tác dụng như trên, có thể thấy phương pháp dùng phụ gia nhiên liệu , đặc biệt là khi lựa chọn được loại phụ gia thích hợp là một phương pháp hiệu quả và khả thi nhất trong việc cải thiện quá trình cháy của nhiên liệu và giảm hơn nữa thành phần độc hại khí xả để đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải ngày càng ngặt nghèo.

Cho đến nay nhiều loại phụ gia đã được sử dụng, tuy nhiên, chúng không phải hoàn toàn vì mục đích giảm thành phần độc hại khí thải. Do đó, đề tài này nghiên cứu hiệu quả của một loại phụ gia cơ sở nitroparaffin có tên gọi Maz trong việc cải thiện quá trình cháy và giảm thành phần độc hại trong khí thải.
 

Xe hoán cải

Xe tăng
Biển số
OF-51693
Ngày cấp bằng
27/11/09
Số km
1,040
Động cơ
463,330 Mã lực
vị Long này cùng lắm cũng là rì pọt . bán hàng qua mạng , giả sử đúng như thế thì của ông ý đâu mà nghiên với chả cứu .
Mà cụ là cụ Long hay cụ cần vào chợ ?
 

Xe hoán cải

Xe tăng
Biển số
OF-51693
Ngày cấp bằng
27/11/09
Số km
1,040
Động cơ
463,330 Mã lực
Anh em chẳng cần cái thông tin này đâu cụ ạ . em thề !
 
Thông tin thớt
Đang tải

Bài viết mới

Top