Trong ngành công nghiệp ô tô, việc xử lí ô nhiễm từ động cơ diesel đang trở thành một vấn đề cấp bách trong bối cảnh nhu cầu vận hành xe tăng lên và ngày càng nghiêm ngặt về tiêu chuẩn khí thải. Để hiểu rõ hơn về cách thức xử lí ô nhiễm trong động cơ diesel, chúng ta cần tìm hiểu về thành phần hỗn hợp và cách tác động của chúng đến quá trình cháy, cũng như về hệ thống tuần hoàn khí thải (EGR) và ảnh hưởng của việc phun nhiên liệu. Bằng cách này, chúng ta có thể nhìn nhận toàn diện về vấn đề ô nhiễm từ động cơ diesel và tìm ra các giải pháp hiệu quả để giảm thiểu tác động xấu đến môi trường và sức khỏe con người.
1. Thành phần hỗn hợp và tác động đến quá trình cháy
So với động cơ xăng, động cơ diesel đốt nhiên liệu khó bay hơi hơn (nhiệt độ sôi cao), nên việc hoà trộn hỗn hợp hoà khí không chỉ diễn ra trong giai đoạn phun và bắt đầu cháy, mà còn trong suốt quá trình cháy. Kết quả là hỗn hợp kém đồng nhất. Động cơ diesel luôn luôn hoạt động ở chế độ nghèo. Mức tiêu hao nhiên liệu, muội than, CO và HC sẽ tăng nếu không đốt cháy ở chế độ nghèo hợp lý.
Tỉ lệ hòa khí được quyết định dựa vào các thông số:
– Áp suất phun;
– Thời gian phun;
– Kết cấu lỗ tia;
– Thời điểm phun;
– Vận tốc dòng khí nạp;
– Khối lượng không khí nạp.
Tất cả các đại lượng trên đều ảnh hưởng đến mức độ tiêu hao nhiên liệu và nồng độ khí thải. Nhiệt độ quá trình cháy quá cao và lượng oxy nhiều sẽ làm tăng lượng NOx. Muội than sinh ra khi hỗn hợp quá nghèo.
2. Hệ thống tuần hoàn khí thải (EGR)
Khi không có EGR, khí NOx sinh ra vượt mức quy định về khí thải, ngược lại thì muội than sinh ra sẽ nằm trong giới hạn. EGR là một phương pháp để giảm lượng NOx sinh ra mà không làm tăng nhanh lượng khói đen. Điều này có thể thực hiện rất hiệu quả với hệ thống Common Rail với tỉ lệ hoà khí mong muốn đạt được nhờ vào áp suất phun cao. Với EGR, một phần của khí thải được đưa vào đường ống nạp ở chế độ tải nhỏ của động cơ. Điều này không chỉ làm giảm lượng oxy mà còn làm giảm quá trình cháy và nhiệt độ cực đại, kết quả là làm giảm lượng NOx. Nếu có quá nhiều khí thải được nạp lại (quá 40% thể tích khí nạp), thì khói đen, CO, và HC sẽ sinh ra nhiều cũng như tiêu hao nhiên liệu sẽ tăng vì thiếu oxy.
3. Ảnh hưởng của việc phun nhiên liệu
Thời điểm phun, đường đặc tính phun, sự tán nhuyễn của nhiên liệu cũng ảnh hưởng đến tiêu hao nhiên liệu và nồng độ khí thải.
a. Thời điểm phun
Nhờ vào nhiệt độ quá trình thấp hơn, phun nhiên liệu trễ làm giảm lượng NOx. Nhưng nếu phun quá trễ thì lượng HC sẽ tăng và tiêu hao nhiên liệu nhiều hơn, và khói đen sinh ra cả ở chế độ tải lớn. Nếu thời điểm phun lệch đi chỉ 1o khỏi giá trị lý tưởng thì lượng NOx có thể tăng lên 5%. Ngược lại thời điểm phun sớm lệch sớm hơn 2o thì có thể làm cho áp suất đỉnh tăng lên 10 bar, trễ đi 2o có thể làm tăng nhiệt độ khí thải thêm 20oC. Với các yếu tố cực kỳ nhạy cảm nêu trên, ECU cần phải điều chỉnh thời điểm phun chính xác tối đa.
b. Đường đặc tính phun
Đường đặc tính phun quy định sự thay đổi lượng nhiên liệu được phun vào trong suốt một chu kỳ phun (từ lúc bắt đầu phun đến lúc dứt phun). Đường đặc tính phun quyết định lượng nhiên liệu phun ra trong suốt giai đoạn cháy trễ (giữa thời điểm bắt đầu phun và bắt đầu cháy). Hơn nữa, nó cũng ảnh hưởng đến sự phân phối của nhiên liệu trong buồng đốt và có tác dụng tận dụng hiệu quả của dòng khí nạp. Đường đặc tính phun phải có độ dốc tăng từ từ để nhiên liệu phun ra trong quá trình cháy trễ được giữ ở mức thấp nhất. Nhiên liệu diesel bốc cháy tức thì, ngay khi quá trình cháy bắt đầu gây ra tiếng ồn và sự tạo thành NOx. Đường đặc tính phun phải có đỉnh không quá nhọn để ngăn ngừa hiện tượng nhiên liệu không được tán nhuyễn – yếu tố dẫn đến lượng HC cao, khói đen, và tăng tiêu hao nhiên liệu suốt giai đoạn cháy cuối cùng của quá trình cháy.
c. Sự tán nhuyễn nhiên liệu
Nhiên liệu được tán nhuyễn tốt thúc đẩy hiệu quả hoà trộn giữa không khí và nhiên liệu. Nó đóng góp vào việc giảm lượng HC và khói đen trong khí thải. Với áp suất phun cao và hình dạng hình học tối ưu của lỗ tia kim phun giúp cho sự tán nhuyễn nhiên liệu tốt hơn. Để ngăn ngừa muội than, lượng nhiên liệu phun ra phải được tính dựa vào lượng khí nạp vào. Điều này đòi hỏi lượng khí phải nhiều hơn ít nhất từ 10 – 40 % (λ =1.1 – 1.4).
Chúng ta cần nhận thức rõ ràng về tầm quan trọng của việc giảm thiểu ô nhiễm từ động cơ diesel đối với môi trường và sức khỏe con người. Các biện pháp như sử dụng nhiên liệu có chất lượng cao, cải tiến hệ thống tuần hoàn khí thải, và quản lý hiệu quả việc phun nhiên liệu có thể giúp giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ môi trường sống của chúng ta. Đồng thời, nhu cầu về nghiên cứu và phát triển các công nghệ xử lí ô nhiễm từ động cơ diesel cũng ngày càng trở nên cấp bách trong tình hình biến đổi khí hậu toàn cầu hiện nay.
ĐĂNG KÝ HỌC NGAY
