Bài giảng Năng lượng tái tạo - Chương 4: Cơ chế hình thành các chất độc hại và các yếu tố ảnh hưởng của động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu xăng

Chƣơng 4: CƠ CHẾ HÌNH THÀNH CÁC CHẤT ĐỘC HẠI VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU XĂNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỒNG NAI KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ, CƠ KHÍ VÀ XÂY DỰNG NĂNG LƢỢNG MỚI TRÊN Ô TÔ - Nắm được các chất khí độc hại sinh ra trong quá trình cháy của động cơ đốt trong. - Từ đó, biết được các cơ chế, quá trình hình thành sinh ra khí độc hại và ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình đó. MỤC TIÊU BÀI HỌC I. Cơ chế hình thành NOx a. NO - Chiếm khoảng 90-98% NOX, sinh ra khi λ ≈ 1, - Nồng độ NO phụ thuộc vào nhiệt độ cao và nồng độ O2 trong sản phẩm cháy. O + N2 ↔ NO + N (1) N + O2 ↔ NO + O (2) N + OH ↔ NO + H (3) N2 + O2↔ 2NO (4) (t 0 ≥11000C) (4) I. Cơ chế hình thành NOx b. NO2 - Được hình thành ở nhiệt độ thường: 2NO + O2 ↔ 2NO2 - Hình thành từ NO với các chất trung gian của sản vật cháy: NO + HO2↔ NO2 + OH - Ở nhiệt độ cao, NO2 bị tác động trở thành NO: NO2 + O ↔ NO + O2 → NO2 sẽ tăng cao khi động cơ cháy ở chế độ không tải hay tải thấp. I. Cơ chế hình thành NOx c. N2O - Hình thành chủ yếu từ các chất trung gian khi chúng tác dụng với NO: NH + NO ↔ N2O + H NCO + NO ↔ N2O + CO - NO2 chiếm tỉ lệ rất thấp 3-8 ppm/l, do bị oxy hóa bởi nồng độ nguyên tử H cao: N2O + H ↔ NH + NO N2O + H ↔ N2 + OH II. Yếu tố ảnh hƣởng đến hình thành NOx a. Hệ số dƣ lƣợng không khí λ -λ ≈ 1,1 → nồng độ O2 tăng, nhiệt độ tăng nên NO cực đại. II. Yếu tố ảnh hƣởng đến hình thành NOx b. Hệ số khí sót và góc đánh lửa sớm III. Cơ chế hình thành CO a. Cơ chế hình thành - Khi λ < 1, lượng C dư nhiều nên nồng độ CO trong khí thải lớn. - Khi λ > 1, lượng HC hòa trộn và phân bố không đều nên cháy không hoàn toàn → lượng CO lớn.. - Khi nhiệt độ cao, lượng CO sẽ gia tăng theo phản ứng phân giải: 2CO2 ↔ 2CO + O2 (t 0 cao) III. Cơ chế hình thành CO a. Cơ chế hình thành - Khi làm việc ở tải nhỏ, nhiệt độ thấp, điều kiện cháy không tốt → cháy không hoàn toàn dẫn đến nồng độ CO cao. III. Cơ chế hình thành CO b. Yếu tố ảnh hƣởng đến hình thành CO - P nạp: Khi P nạp giảm làm quá trình cháy xảy ra không hoàn toàn → lượng CO tăng. - Độ đậm đặc θ: III. Cơ chế hình thành CO b. Yếu tố ảnh hƣởng đến hình thành CO - Góc đánh lửa sớm: III. Cơ chế hình thành CO b. Yếu tố ảnh hƣởng đến hình thành CO - Thành phần nhiên liệu: III. Cơ chế hình thành CO b. Yếu tố ảnh hƣởng đến hình thành CO - Hệ số khí sót: IV. Cơ chế hình thành HC a. Hình thành HC - Chưa cháy: - Do sự hình thành các vùng dập tắt màng lửa - Do sự trùng điệp của xu páp - Tỉ lệ hỗn hợp không thích hợp - Trong khi cháy: - Hỗn hợp quá giàu hay quá thấp. - Do hở bạc xéc măng gây lọt khí - Do lượng dầu bôi trơn pha trong nhiên liệu. IV. Cơ chế hình thành HC b. Yếu tố ảnh hƣởng đến hình thành HC - Các vùng dập tắt màng lửa: IV. Cơ chế hình thành HC b. Yếu tố ảnh hƣởng đến hình thành HC - HC ở màng dầu bôi trơn: - Do kỳ nạp màng dầu bôi trơn được tráng lên bề mặt của xy lanh. - Lớp muội than (sinh ra do dầu bôi trơn hay oxit chì bị cháy): - Nếu khe hở nhỏ , muội than sẽ ngăn chặn hỗn hợp đi vào → giảm HC. - Nếu khe hở lớn, muội than tạo nên vùng dập tắt tăng → tăng HC. IV. Cơ chế hình thành HC b. Yếu tố ảnh hƣởng đến hình thành HC - Quá trình thải: - Khí nạp chưa cháy bị thải ra ngoài. - Áp suất nén: Khi tăng giảm ga đột ngột, làm áp suất nén thay đổi, hỗn hợp cháy ko kịp → HC trong khí thải. V. Cơ chế hình thành Pb - Pha Pb vào xăng làm cho: - Tăng tỉ số octan - Giảm mài mòn xu páp, giảm hiệu quả bộ xúc tác - Tồn tại dưới dạng Pb(C2H5)4, chiếm 0,15-0,4 g/lít - Quá trình cháy: Pb(C2H5)4 + 13O2 → Pb + CO2 + 10H2O VI. Cơ chế hình thành axit: H2SO3, H2SO4 - Quá trình cháy: - Lượng S pha trong nhiên liệu: S + O2 → SO2 2SO2 + O2 → 2SO3 - Sinh ra axít: 2C8H8 + 25O2 → 16CO2 + 18H2O SO2 + H2O → H2SO3 SO3 + H2O → H2SO4 VII. Một số yếu tố ảnh hƣởng đến nồng độ chất ô nhiễm. - λ >1,25): CO, HC và NOx cũng đều giảm VII. Một số yếu tố ảnh hƣởng đến nồng độ chất ô nhiễm. -Chế độ vận hành: Khi giảm tốc, tăng tốc - Giới hạn tốc độ: Vận tốc cao ổn định → HC giảm, NOX tăng - Nhiên liệu: Quá nghèo, quá giàu, octan, HC thơm - Tính bay hơi: nặng, nhẹ - Thông số thiết kế: + Tỉ số F/V của buồng đốt + ε và hình dạng buồng đốt + Bố trí bugi và xu páp + Tỉ lệ S/D VII. Một số yếu tố ảnh hƣởng đến nồng độ chất ô nhiễm. - Thông số thiết kế: + Tỉ số F/V của buồng đốt: HC, NOX ? VII. Một số yếu tố ảnh hƣởng đến nồng độ chất ô nhiễm. -Thông số thiết kế: + ε : Tăng → to cháy tăng → tăng NOX → to cuối thải giảm(cháy rớt ít) → tăng HC, CO VII. Một số yếu tố ảnh hƣởng đến nồng độ chất ô nhiễm. -Thông số thiết kế: + Hình dạng buồng đốt Quan hệ giữa tỷ số nén với dạng buồng cháy (Khi dùng xăng có chỉ số octan = 70) VII. Một số yếu tố ảnh hƣởng đến nồng độ chất ô nhiễm. -Thông số thiết kế: + Bố trí bugi và xu páp: Làm giảm muội than và HC trong khí thải VII. Một số yếu tố ảnh hƣởng đến nồng độ chất ô nhiễm. -Thông số thiết kế: + Tỉ lệ S/D (F/V): HC, NOX? VII. Một số yếu tố ảnh hƣởng đến nồng độ chất ô nhiễm. - Chuẩn bị hỗn hợp và phun nhiên liệu: Nhiên liệu phun sương tốt, hỗn bợp phải ổn định, đồng đều đến từng xylanh. Sự làm việc của cảm biến λ VII. Một số yếu tố ảnh hƣởng đến nồng độ chất ô nhiễm. - Thời điểm đánh lửa, năng lượng đánh lửa: VII. Một số yếu tố ảnh hƣởng đến nồng độ chất ô nhiễm. - Thời điểm nhấc xu páp: Góc trùng điệp