Luận án Xác định thành phần khí thải phát tán vào môi trường của động cơ ô tô sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel-lpg

hợp quá giàu cục bộ hay dẫn đến sự làm mát đột ngột 
làm tắt màng lửa, sinh ra các sản phẩm cháy không hoàn toàn trong khí xả. 
 Mức độ phát sinh HC trong động cơ diesel phụ thuộc nhiều vào điều 
kiện vận hành; ở chế độ không tải hay tải thấp, nồng độ HC cao hơn ở chế độ 
 50 
đầy tải. Thêm vào đó, khi thay đổi tải đột ngột có 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 xăng, không gian chết trong động cơ 
diesel không 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 không gian chết chỉ chứa 
không khí và khí sót. Ảnh hưởng của lớp dầu bôi trơn trên mặt gương xi lanh, 
ảnh hưởng của lớp muội than trên thành buồng cháy cũng như ảnh hưởng của sự 
tôi màng lửa đối với sự hình thành HC trong động cơ diesel cũng không đáng kể 
so với trường hợp động cơ xăng. 
2.3.2.2. Phát sinh HC trong trường hợp hỗn hợp quá nghèo 
 Sự phân bố không đồng 
đều nhiên liệu trong xi lanh Tia nhiên liệu 휆 < 1 
 Vòi phun 
ngay lúc bắt đầu phun được 휆 = ∞ 
giới thiệu trên hình 2.12. Khi 
 휆 > 1
 = 21 
vòi phun phun nhiên liệu, quá Giới hạn tia 휆 = 1 
trình tự cháy diễn ra ở khu vực nhiên liệu 
 Vùng hỗn 
 hợp quá 
có độ đậm đặc thấp hơn 1. Nguồn lửa 
 nghèo 
Phần nhiên liệu ở vùng ngoài 
 Hình 2.12. Sự phân bố nhiên liệu tia phun [5] 
tia phun nằm ngoài giới hạn tự 
cháy, do đó chúng không thể tự cháy và cũng không thể duy trì màng lửa. 
Phản ứng ở khu vực này diễn ra chậm dẫn đến sản phẩm cháy không hoàn 
toàn. Do đó trong vùng này có một phần nhiên liệu chưa cháy hết, những sản 
phẩm ôxy hóa không hoàn toàn như CO, anđêhit và những ôxít khác. 
 Hàm lượng cácbuahyđrô chưa cháy ở khu vực nghèo này phụ thuộc vào 
nhiều yếu tố như: Lượng nhiên liệu phun trong thời kỳ cháy trễ, tỷ lệ không 
khí kéo theo vào tia phun và những điều kiện lý hóa ảnh hưởng đến sự tự 
cháy của nhiên liệu trong xi lanh. 
2.3.2.3. Phát sinh HC trong trường hợp hỗn hợp quá giàu 
 Có hai nguyên nhân dẫn đến sự phát sinh HC do hỗn hợp quá giàu. 
 51 
Nguyên nhân thứ nhất: Do nhiên liệu rời khỏi vòi phun với tốc độ thấp và thời 
gian phun kéo dài. Nguồn phát sinh HC chính trong trường hợp này là không 
gian chết ở mũi vòi phun và phun rớt do đóng kim phun không dứt khoát. 
Nguyên nhân thứ hai: Thừa nhiên liệu trong buồng cháy do hỗn hợp quá đậm. 
Vào cuối giai đoạn phun, ở miệng vòi phun (không gian chết) chứa đầy nhiên 
liệu. Trong quá trình cháy và giãn nở, phần nhiên liệu này được sấy nóng và 
bốc hơi thoát ra khỏi lỗ phun (ở pha lỏng và khí) đi vào xi lanh với tốc độ 
thấp rồi hòa trộn chậm với không khí. Do đó, phần nhiên liệu này không bị 
đốt cháy trong giai đoạn cháy chính. 
 Ở động cơ phun trực tiếp, thời gian của giai đoạn cháy trễ nhỏ, mức độ phát 
sinh HC tỷ lệ với thể tích không gian chết ở đầu vòi phun. Tuy nhiên, không phải 
toàn bộ phần nhiên liệu chứa trong thể tích chết đều bay hơi và hòa trộn với sản vật 
cháy. Một phần cácbuahydro nặng tiếp tục lưu lại trong vòi phun còn phần 
cácbuahydro nhẹ sẽ bay hơi và bị ôxy hóa khi thoát ra khỏi thể tích chết. 
2.3.2.4. Tôi màng lửa trên thành buồng cháy 
 Tôi màng lửa là hiện tượng 
 Hỗn hợp 
màng lửa bị dập tắt khi nó tiếp xúc Vùng 
 chưa cháy 
với thành xi lanh. Quá trình tôi màng 
 lửa bị 
màng lửa có thể xảy ra trong những tôi 
điều kiện khác nhau: Màng lửa bị 
làm lạnh khi tiếp xúc với thành 
buồng cháy trong quá trình dịch 
chuyển hoặc màng lửa có thể bị dập 
tắt như trên hình 2.13. Khi màng lửa 
bị tôi, nó giải phóng một lớp hỗn Hình 2.13. Sự hình thành HC do tôi 
 trên thành buồng cháy [5] 
hợp rất mỏng chưa cháy hoặc cháy 
không hoàn toàn trên các bề mặt như đỉnh piston, thành xi lanh, xu páp, vòi 
phun và cả ở những phần thể tích chết. 
 Bề dày của vùng bị tôi phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Nhiệt độ, áp 
 52 
suất của hỗn hợp; tốc độ lan tràn màng lửa; hệ số dẫn nhiệt; nhiệt dung riêng; 
tình trạng bề mặt của thành xi lanh; lớp muội than; nhiệt độ thành buồng 
cháy. Bề dày của lớp bị tôi thay đổi từ 0,05 đến 0,4mm tùy theo chế độ tải của 
động cơ, ở chế độ tải càng thấp thì lớp bị tôi càng dày. Một số nghiên cứu cho 
thấy trong lớp tôi có tồn tại anđêhit dạng HCHO, CH3CHO, điều đó chứng tỏ 
rằng khu vực lớp tôi là nơi diễn ra các phản ứng ôxy hóa ở nhiệt độ thấp. Sau khi 
màng lửa bị làm lạnh hoặc bị dập tắt, những phần tử HC có mặt trong lớp tôi 
khuếch tán vào khối khí nhiệt độ cao trong buồng cháy và đại bộ phận bị ô xy hóa. 
 Trạng thái bề mặt của thành buồng cháy cũng ảnh hưởng đến mức độ 
phát sinh HC: Nồng độ HC có thể giảm đi 14% trong trường hợp thành buồng 
cháy được đánh bóng so với trường hợp thành buồng cháy ở dạng đúc thô. 
Ngoài ra, lớp muội than cũng gây ảnh hưởng đến nồng độ HC tương tự như 
trường hợp thành buồng cháy nhám. 
2.3.3. Ôxit nitơ 
 Trong động cơ diesel, cơ chế hình thành NOX diễn ra nhanh do hỗn hợp 
cháy không đồng nhất. Thành phần chính của NOX là NO và NO2. Trong đó, 
NO là khí không mùi không màu còn NO2 có màu nâu đỏ và mùi gắt. Cả hai 
loại khí đều rất độc nhưng NO2 độc gấp 5 lần so với NO, phần lớn NO2 hình 
thành từ việc ôxy hoá NO. Thành phần NOX phụ thuộc rất nhiều vào hệ số dư 
lượng không khí  và nhiệt độ của quá trình cháy. Nồng độ NOX đạt giá trị 
cực đại tại  = 1,05  1,1. Tại đây, nhiệt độ của quá trình cháy đủ lớn để ôxy 
và nitơ phân hủy thành nguyên tử có tính năng hoạt hóa cao và nồng độ ôxy 
đủ lớn cho phản ứng ôxy hóa, do đó NOX đạt cực đại. 
 Do đặc điểm của động cơ diesel là hình thành hỗn hợp bên trong nên hệ 
số dư lượng không khí  nằm trong một giới hạn rất rộng, có thể lên đến 10. 
Khi  tăng, nhiệt độ cháy giảm nên thành phần NOX giảm. So với động cơ 
xăng thì động cơ diesel có thành phần NOX thấp hơn. Tuy nhiên, thành phần 
 53 
NO2 trong NOX lại cao hơn, chiếm 5 ÷ 15% trong khi tỷ lệ này ở động cơ 
xăng là 2 ÷ 10%. 
 Phương pháp hình thành hỗn hợp có ảnh hưởng lớn đến sự hình thành 
NOX. Đối với buồng cháy ngăn cách, quá trình cháy diễn ra ở buồng cháy phụ 
rất thiếu ôxy nên mặc dù nhiệt độ lớn nhưng NOX vẫn nhỏ. Khi cháy ở buồng 
cháy chính, mặc dù  rất lớn, ôxy nhiều nhưng nhiệt độ quá trình cháy không 
lớn nên NOX cũng nhỏ. Tổng hợp lại, NOX của động cơ có buồng cháy ngăn 
cách chỉ bằng khoảng một nửa so với động cơ có buồng cháy thống nhất. Tuy 
vậy, động cơ sử dụng buồng cháy ngăn cách có tính kinh tế không cao do có 
suất tiêu hao nhiên liệu lớn nên ngày nay không được sử dụng nhiều. 
2.3.3.1. Sự hình thành mônôxit nitơ 
 Trong họ NOX thì NO chiếm tỷ lệ lớn nhất. NO được hình thành trong 
quá trình cháy rớt trong xi lanh tại vùng nhiệt độ cao, cơ chế hình thành NO 
được chấp nhận rộng rãi là cơ chế được đưa ra bởi Zendovich. Thành phần 
chính để hình thành NO là khí N2 trong không khí nạp vào động cơ. Phản ứng 
dây chuyền ôxy hoá khí nitơ được tạo bởi các nguyên tử ôxy, chúng được 
hình thành từ việc tách ra khỏi phân tử O2 tại nhiệt độ cao trong quá trình 
cháy. Phản ứng hình thành NO từ phân tử N2 là [68]: 
 O2  2O 
 N2 + O →NO + N 
 N + O2 → NO +O 
 N + OH →NO + H 
 Phản ứng thứ tư xảy ra khi hỗn hợp rất giàu, NO tạo thành trong màng 
lửa và trong sản phẩm cháy phía sau màng lửa. Trong động cơ, quá trình cháy 
diễn ra trong điều kiện áp suất cao, vùng phản ứng rất mỏng (khoảng 0,1mm) 
và thời gian cháy rất ngắn. 
 Phản ứng tạo NO có tốc độ thấp hơn nhiều so với phản ứng cháy. Nồng 
độ NO cũng phụ thuộc mạnh vào nồng độ ô xy. Vì vậy trong điều kiện nhiệt 
 54 
độ cao và nồng độ O2 lớn thì nồng độ NO trong sản phẩm cháy cũng lớn. 
2.3.3.2. Sự hình thành điôxit nitơ 
 Các phương trình cân bằng hoá học đã chỉ ra rằng khí cháy tại nhiệt độ 
cháy bình thường thì tỷ lệ NO2/NO là rất nhỏ. Kết quả này có thể áp dụng gần 
đúng trong trường hợp động cơ đánh lửa cưỡng bức. 
 Đối với động cơ diesel, người ta thấy rằng NO2 có thể chiếm từ 10% 
đến 30% trong thành phần NOX. Điều đó được giải thích là do NO được hình 
thành trong vùng ngọn lửa có thể nhanh chóng trở thành NO2 qua phản ứng: 
 NO + HO2 → NO2 + OH 
 Trong điều kiện nhiệt độ cao, NO2 có thể phân giải theo phản ứng: 
 NO2 + O → NO + O2 
 Trong trường hợp NO2 sinh ra trong ngọn lửa bị làm mát ngay bởi môi 
chất có nhiệt độ thấp thì phản ứng phân giải NO2 thành NO bị khống chế, 
nghĩa là NO2 tiếp tục tồn tại trong sản vật cháy. Vì vậy khi động cơ làm việc 
kéo dài ở chế độ không tải hoặc tải nhỏ thì nồng độ NO2 trong khí thải sẽ gia 
tăng bởi sự khống chế của các vùng không khí có nhiệt độ thấp. NO2 cũng 
hình thành trên đường thải khi tốc độ thải thấp và có đủ lượng ôxy. NO2 là 
chất khí độc nhất trong họ NOX. Vì vậy việc tổ chức tốt quá trình cháy để 
giảm tốc độ phản ứng tạo thành và tăng tốc độ phản ứng phân giải chất ô 
nhiễm này có ý nghĩa rất quan trọng. 
2.3.4. Phát thải hạt 
2.3.4.1. Thành phần bồ hóng 
 Các hạt (PM) có kích thước từ 0,01 đến 1 m. Phần lớn hạt có kích 
thước < 0,3 m nên rất dễ bị hít vào và gây tổn thương cho đường hô hấp và 
phổi. Thành phần PM bao gồm các thành phần chính sau: 
 - Các bon: Thành phần này ít nhiều phụ thuộc vào nhiệt độ cháy và hệ 
số dư lượng không khí trung bình, đặc biệt là khi động cơ hoạt động ở chế độ 
đầy tải hoặc quá tải. 
 55 
 - Dầu bôi trơn không cháy: Đối với động cơ cũ thành phần này chiếm tỷ lệ 
lớn. Lượng dầu bôi trơn bị tiêu hao và lượng hạt bồ hóng có quan hệ với nhau. 
 - Nhiên liệu chưa cháy hoặc cháy không hoàn toàn: Thành phần này 
phụ thuộc vào nhiệt độ và hệ số dư lượng không khí. 
 - Sun phát: Do lưu huỳnh trong nhiên liệu bị ôxy hóa và tạo thành SO2 
hoặc SO4. 
 - Các chất khác: Lưu huỳnh, calci, sắt, silicon, chromium, phosphor, 
các hợp chất calci từ dầu bôi trơn. Thành phần hạt bồ hóng còn phụ thuộc vào 
tính chất nhiên liệu, đặc điểm của quá trình cháy, dạng động cơ cũng như thời 
hạn sử dụng của động cơ. 
2.3.4.2. Cơ chế hình thành bồ hóng trong buồng cháy động cơ diesel 
 Cơ chế hình thành bồ hóng tổng quan nhất của Fusco được mô tả theo 
sơ đồ trong hình 2.14. 
 Nhiên liệu + không khí 
 Tạo hạt nhân Phân hủy nhiệt 
 Các hạt cơ bản 
 Axetylen 
 Phát triển bề 
 mặt Các hạt Oxy hóa 
 cơ bản 
 Các hạt bồ 
 hóng ban đầu 
 Oxy hóa 
 Phát triển bề mặt Các 
 hạt bồ hóng ban đầu 
 Các hạt 
 bồ hóng 
 Hợp dính 
 Ngưng tụ 
 Phát triển bề mặt Oxy hóa 
 Liên kết hạt 
 Hình 2.14. Tóm tắt quá trình hình thành bồ hóng của Fusco [5] 
 56 
 +Giai đoạn 1: Hình thành hạt bồ hóng 
 Vật chất của pha ngưng tụ đầu tiên phát triển từ những phân tử nhiên 
liệu thông qua các sản phẩm của sự ôxy hóa hoặc các sản phẩm phân hủy 
nhiệt. Những sản phẩn này gồm những cacbuahyđrô không bão hòa khác 
nhau, đặc biệt là axêtylen, các đồng vị bậc cao của nó. Hai dạng phần tử này 
được coi như là nhân tố chính trong sự hình thành bồ hóng. Phản ứng ngưng tụ 
của những phân tử thể khí dẫn đến sự hình thành các hạt nhân bồ hóng đầu tiên 
có đường kính rất bé, đây là các hạt cơ sở được hợp thành bởi một lượng lớn các 
gốc tinh thể đơn lẻ. 
 Cơ chế tổng quát về sự tạo thành hạt nhân bồ hóng ở nhiệt độ thấp và 
trung bình được trình bày trên hình 2.15 và hình 2.16. Ở nhiệt độ thấp 
(<1700K), cacbuahyđrô thơm có thể sinh ra bồ hóng một cách trực tiếp và 
nhanh chóng biến thành cấu trúc gần graphite. 
 H H
 H H
 C H C
 C C C C
 C H C C C
 C H C C
 2 2 C 2H2
 C2H 2+C2H2 C
 C C
 C
 H
 C
 H
 + C H
 H 2 2 H
 C
 C
 C
 C
 C H
 H
 Hình 2.15. Cơ chế trung gian về động hóa học của quá trình 
 hình thành bồ hóng từ các phân tử aromatics [5] 
 Khi nhiệt độ cao hơn 1800K, một cơ chế hình thành bồ hóng khác diễn 
ra chậm hơn và ít trực tiếp hơn. Trước hết qua trung gian những thành phần 
HC có khối lượng phân tử nhỏ và sau đó bị polyme hóa thành những phần tử 
kém bão hòa có khối lượng phân tử lớn hơn. Đây là các mầm cơ bản để hình 
thành các hạt nhân bồ hóng. 
 57 
 Theo Borghi, sự hình thành bồ hóng qua trung gian các aromatics được 
viết như sau: 
 Aromatic → (khử hydro) → Alcanes (CH4, C2H6,) → Các gốc 
Alcolyles (CH3, C2H5,) → Alcenes (C2H4) → Alcynes (C2H2) → (khử 
hydro) → Các gốc C2H∙ và sau đó: C2H∙ + C2H2 → C4H2 + H. 
 C2H∙ và C4H2 lại tiếp tục tác dụng với nhau như hình 2.16 và cơ chế 
tiếp tục kéo dài. Ở mỗi một chu trình đều có sự tham gia của C2H2. 
 Aromatics
 Các phản ứng ngưng tụ Trực tiếp 
 Bồ hóng 
 Gián tiếp (chậm) 
 CH
 Các phản X
 C2 H X Bồ hóng 
 ứng nhánh 
 C3H
 X
 Aliphatic
 Hình 2.16. Mô hình cơ chế tạo hạt bồ hóng từ aromatics và aliphatics [5] 
 + Giai đoạn 2: Phát triển hạt bồ hóng 
 Quá trình phát triển của hạt bồ hóng bao gồm sự phát triển bề mặt, 
ngưng tụ và sự liên kết hạt. Sự phát triển bề mặt diễn ra do các chất thể khí 
ngưng tụ trên hạt rắn và biến thành một bộ phận của hạt. Các phản ứng phát 
triển bề mặt dẫn đến sự gia tăng nồng độ bồ hóng nhưng không làm thay đổi 
số lượng hạt. Ngược lại sự phát triển bằng con đường liên kết và hợp dính các 
hạt với nhau làm giảm số lượng hạt nhưng nồng độ bồ hóng không thay đổi. 
Khi sự phát triển bề mặt hạt kết thúc, quá trình liên kết hạt thành chuỗi và 
cụm vẫn có thể xảy ra. Khi đó lực tĩnh điện của chúng có vai trò quan trọng 
 58 
và là yếu tố chính tạo ra sự hợp dính này. 
 Tóm lại, trong buồng cháy động cơ liên tục xảy ra quá trình tạo hạt 
nhân, phát triển bề mặt và liên kết hạt. Ở mỗi giai đoạn, khi nhiệt độ đủ cao, 
hạt bồ hóng bị ôxy hóa một phần hoặc toàn phần. 
 + Giai đoạn 3: Quá trình ôxy hóa hạt bồ hóng 
 Quá trình ôxy hóa có thể diễn ra ngay lúc hình thành các phân tử hoạt 
tính, hạt nhân và hạt bồ hóng thể hiện như trên hình 2.16. Thực nghiệm cho 
thấy phần lớn bồ hóng bị ôxy hóa trong xi lanh trước khi quá trình thải bắt 
đầu. Tốc độ ôxy hóa bồ hóng trong động cơ phụ thuộc vào sự khuếch tán của 
các chất tham gia cũng như động học phản ứng. 
 Có rất nhiều chất bên trong sản phẩm cháy hoặc những phần tử ở gần 
ngọn lửa có thể ôxy hóa bồ hóng như: O2, O, OH, CO2, và H2O. Khi áp suất 
riêng của ôxy cao, sự ôxy hóa bồ hóng có thể tuân theo công thức gần đúng 
dựa trên các nghiên cứu về ôxy hóa của pyrographite, sự ôxy hóa bồ hóng bởi 
OH tác động trên bề mặt hạt. Trong khi đó, sự ôxy hóa bồ hóng do ôxy tác 
động trên bề mặt hạt diễn ra chậm hơn nên nó có thời gian xuyên sâu vào bên 
trong để ôxy hóa và phân hủy hạt bồ hóng. Theo những kết quả gần đây, trong 
điều kiện áp suất môi trường và hỗn hợp giàu thì sự ôxy hóa bồ hóng bởi gốc 
OH quan trọng hơn so với sự ôxy hóa của O hay O2. 
 Như vậy, rõ ràng hạt bồ hóng hình thành là sản phẩm của các quá trình: 
Tạo hạt cơ sở, hình thành hạt bồ hóng, phát triển và ôxy hóa hạt bồ hóng. Tốc 
độ tạo bồ hóng trong quá trình cháy là hiệu số giữa tốc độ sản sinh và tốc độ 
ôxy hóa bồ hóng. Cơ chế hình thành bồ hóng phụ thuộc chủ yếu vào nồng độ 
nhiên liệu, ôxy và nhiệt độ quá trình cháy. 
2.3.4.3. Hợp chất chứa lưu huỳnh 
 Trong khí thải có các hợp chất chứa lưu huỳnh là do trong nhiên liệu 
còn một lượng tạp chất lưu huỳnh còn lại khi chưng cất dầu mỏ. Trước năm 
1996, ở châu Âu qui định giới hạn hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu 
 59 
tính theo khối lượng [S] <0,2%. Sau năm 1996, giới hạn này càng ngặt nghèo 
hơn, [S] < 0,05%. Do nhiên liệu chứa lưu huỳnh nên trong khí thải có SO2, 
khi kết hợp với hơi nước sẽ tạo thành axít. Các hợp chất chứa lưu huỳnh trong 
khí thải là một trong những nguyên nhân gây ra mưa axít và tạo ra PM thông 
qua các muối có gốc sunphát. Như vậy, sự hình thành các thành phần độc hại 
phụ thuộc vào loạ i độ ng cơ , tình trạng vận hành , quá trình cháy, chế độ làm 
việc của động cơ và ch ất lượng nhiên liệu sử dụ ng . Do đó cá c giả i phá p cắ t 
giảm phát thải cần được tiến hành trên cơ sở nắm vững các cơ chế hì nh thà nh 
phát thải độc hại và tình trạng phát thải thực tế của động cơ. 
2.4. Cơ sở tí nh toá n cá c thà nh phầ n phá t thả i trong độ ng cơ diesel và 
động cơ diesel - LPG 
2.4.1. Tính toán phát thải NOX 
 Sự hình thành NOx được tính toán dựa trên các thông số như tốc độ 
động cơ, thành phần nhiên liệu, áp suất, nhiệt độ, hệ số dư lượng không 
khí λ, thể tích, thời gian cháy cũng như số vùng cháy. Các phản ứng của 
chuỗi Zeldovich với hệ số tốc độ trình bày trong bảng 2.2 được sử dụng 
để tính toán lượng NOx bắt đầu từ thời điểm xảy ra quá trình cháy [60]. 
 Bảng 2.2. Chuỗi phản ứng hình thành NOx với hệ số tốc độ k 
 Hằng số tốc 
TT Phản ứng Tốc độ phản ứng a [-] T [K] 
 độ phản ứng A
R1 N2 + O = NO + N r1 = k1 . cN2 . cO 4,93E13 0,0472 38048,01 
R2 O2 + N = NO + O r2 = k2 . cO2 . cN 1,48E08 1,5 2859,01 
R3 N + OH = NO + H r3 = k3 . cOH . cN 4,22E13 0,0 0,0 
R4 N2O + O = NO + NO r4 = k4 . cN2O . cO 4,58E13 0,0 12130,6 
R5 O2 + N2 = N2O + O r5 = k5 . cO2 . cN2 2,25E10 0,825 50569,7 
R6 OH + N2 = N2O + H r6 = k6 . cOH . cN2 9,14E07 1,148 36190,66 
 60 
 Trong khí thải NOx của động cơ, N2O chiếm tỷ lệ rất nhỏ và được tính 
 theo công thức sau [66]: 
 N2 6 0,6125 18,71
 1,1802.10 T1 exp (2.30) 
 NO RT
 22 
 94716
 6 0,6125 T 
 CN2O =1,1802.10 .T .e .C N2 P02;
 Tốc độ hình thành và phân hủy NO (mol/cm2) được tính theo công thức: 
 2 r14 r p
 rNO 2 1 α (2.31) 
 1 αAK24 1 AK RT
 r r4
 CNO 1
 Với α; AK ; AK4 ; 
 2 rr rr 
 CNOe 23 56
 CNOe. Nồng độ NO ở trạng thái cân bằng. 
2.4.2. Tính toán phát thải CO 
 CO là sản phẩm cháy thiếu O2, chủ yếu sinh ra từ quá trình cháy không 
hoàn toàn. Vì thế CO có thể tính toán dựa trên các phản ứng theo A. Onorati 
[50] như sau: 
 CO + OH ↔ CO2 + H; 
 CO2 + O ↔ CO + O2; 
 Tốc độ phản ứng tạo thành CO được tính theo công thức: 
 d CO  CO
 R R 1 (2.32) 
 dt12 CO
  e
 Trong đó [CO]e là hàm lượng cân bằng của CO, các giá trị R1 và R2 là 
các hệ số được tính theo hai phương trình sau: 
 + 10
 R1 = k1 CO e O2 e = 6,76. 10 exp T/1102 ; (2.33) 
 − 12
 R2 = k2 CO e O2 e = 2,5. 10 exp −24055/T . (2.34) 
2.4.3. Tính toán phát thải HC 
 Đối với động cơ diesel, thành phần HC sinh ra trong quá trình làm việc 
 61 
là không đáng kể, do đó hầu như các công trình nghiên cứu về khí thải của 
động cơ diesel không đề cập đến tính toán thành phần khí thải này. Tuy 
nhiên, có thể xác định gần đúng thành phần HC theo V. Pirouzpanah and B. 
O. Kashani với giả thiết rằng, hiệu số giữa tổng lượng nhiên liệu cấp vào và 
tổng lượng nhiên liệu đã được đốt cháy chỉ bao gồm các thành phần HC, CO 
và soot. 
 Khi đó khối lượng HC chưa cháy mUHC tính theo công thức [72]: 
 msoot .LHV C m CO .LHV CO
 mUHC m fi m fb – ; (2.35) 
 LHVf
 mfi. Lượng nhiên liệu cấp vào; 
 mfb. Lượng nhiên liệu đã cháy; 
 msoot. Khối lượng soot; 
 mCO. Khối lượng CO; 
 LHVf, LHVC, LHVCO. Nhiệt trị thấp của nhiên liệu, carbon (soot) và CO. 
 Công thức này không kể đến ảnh hưởng của lượng khí lọt cácte, HC 
đến từ dầu bôi trơn. 
2.4.4. Tính toán phát thải bồ hóng (Soot) 
 Phát thải Soot có thể được tính toán theo mô hình Hiroyasu. Trong mô 
hình này, sự thay đổi của khối lượng soot qua công thức [34]: 
 dm dm dm
 s s,f s,ox (2.36) 
 dt dt dt
 Phần tử thứ nhất và thứ hai của vế phải lần lượt là tốc độ hình thành 
soot và tốc độ ôxy hoá. Hai phần tử này được tính theo công thức tương 
đương như sau: 
 dm -E
 s,f=A .m .p0,5 exp s,f . (2.37) 
 dtf f,v RT
 dms,oxPO2 1,8 -E s,ox
 =Aox .m s .p exp (2.38) 
 dt P RT 
 62 
 Trong đó: 
 ms. Khối lượng soot; 
 mf,v . Khối lượng nhiên liệu bốc hơi; 
 PO2. Áp suất của các phân tử O2; 
 Es,f . Năng lượng hoạt hoá; 
 Es,ox. Năng lượng ôxy hoá; 
 Af, Aox. Các hằng số được lựa chọn theo kinh nghiệm và kiểu động cơ cụ thể. 
 Đối với động cơ nghiên cứu, khối lượng soot phát ra và tốc độ hình 
thành bồ hóng được tính theo các công thức (2.36), (2.37) và (2.38), còn tốc độ 
ôxy hoá bồ hóng được tính theo công thức của Nagle - Strickland Constble dựa 
trên các phương trình phản ứng xảy ra sau đây: 
 kP
 A O2 
 A + O2 → A + 2CO; wi x;
 1 kz P O2
 B + O2 → A + 2CO; wii k B P O2 1 x 
 A → B; wiii kτ x