Luận án nghiên cứu nâng cao hiệu quả bộ xúc tác ba thành phần cho động cơ sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Duy Tiến NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ BỘ XÚC TÁC BA THÀNH PHẦN CHO ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU XĂNG PHA CỒN Ngành: Kỹ thuật khí động lực Mã số: 9520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Thế Lương PGS.TS Trần Quang Vinh Hà Nội – 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu tơi thực Luận án có sử dụng phần kết tơi nhóm nghiên cứu thực Đề tài cấp Bộ “Nghiên cứu thiết kế chế tạo xúc tác ba thành phần phù hợp với xăng pha cồn (E5-E20) lắp ôtô”, mã số B2016-BKA18 PGS.TS Nguyễn Thế Lương làm Chủ nhiệm đề tài, quan chủ trì Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Tôi Chủ nhiệm đề tài đồng ý cho sử dụng phần kết nghiên cứu Đề tài cấp Bộ vào việc viết luận án Tôi xin cam đoan số liệu kết nêu luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình khác TẬP THỂ HƯỚNG DẪN Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Người hướng dẫn Người hướng dẫn Nghiên cứu sinh PGS.TS Nguyễn Thế Lương PGS.TS Trần Quang Vinh Nguyễn Duy Tiến LỜI CẢM ƠN Lời cho phép gửi lời cảm ơn chân thành đến Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Phòng đào tạo, Viện Cơ khí Động lực, Bộ mơn Động đốt Trung tâm Nghiên cứu Động cơ, nhiên liệu khí thải cho phép giúp đỡ tơi thực luận án thời gian học tập, nghiên cứu Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Tôi xin chân thành cảm ơn hai giáo viên hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Thế Lương PGS.TS Trần Quang Vinh hướng dẫn tận tình chu đáo chuyên mơn, giúp tơi thực hồn thành luận án Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy cô phản biện, thầy cô Hội đồng chấm luận án đồng ý đọc duyệt góp ý kiến q báu để tơi hồn chỉnh luận án đưa định hướng nghiên cứu tương lai Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình bạn bè đồng nghiệp, người động viên khuyến khích suốt thời gian nghiên cứu thực cơng trình Nghiên cứu sinh Nguyễn Duy Tiến MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU ST T Ký hiệu Tên gọi Đơn vị λ δ ԑwcl ρL wkL Hệ số dư lượng khơng khí Chiều dầy lớp vật liệu trung gian Độ xốp lớp vật liệu trung gian Mật độ pha khí lớp vật liệu trung gian Khối lượng chất khí k Thay đổi hiệu suất Mức độ thay đổi hiệu suất Tỷ lệ khối lượng khơng khí nhiên liệu nạp vào động Mật độ lỗ lõi xúc tác Mật độ lỗ lõi xúc tác Chiều rộng thông qua lỗ (cell) xúc tác Năng lượng hoạt hóa phản ứng Suất tiêu thụ nhiên liệu Vận tốc không gian Lưu lượng khối lượng nhiên liệu m % kg % % ∆hs ∆hs% A/F 10 11 12 13 14 15 16 17 CPSI CPSM dhyd E ge GHSV Gnl 18 HSi (x) 19 20 21 22 23 K Ne r R s Hiệu suất chuyển đổi phát thải i sử dụng nhiên liệu x Tham số tốc độ phản ứng Công suất động chế độ làm việc Tốc độ phản ứng Hằng số khí lý tưởng Khoảng cách lỗ (cell) xúc tác 24 tkt Nhiệt độ khí thải °C 25 T Nhiệt độ phản ứng Κ 26 27 ya zb Phần trăm chất khí a hỗn hợp Thành phần kim loại/ xít b bề mặt lớp kim loại % % Gkn Gkt Lưu lượng khối lượng khơng khí Lưu lượng khối lượng khí thải cell/ in cell/ m m kJ/mol g/kW.h h-1 kg/h kg/h kg/h % kmol/m s kW mol/(l.s) Jmol⁻¹K⁻¹ m DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT STT Ký hiệu ADAC ADR37/01 AMA AUCI BET BGTVT BXT BXTct BXTđc 10 BXTEMT 11 BXTm 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 CCCs CD20” CEB II CHK CO CO2 22 E0-E100 23 ECU 24 EDS 25 26 27 28 EPMA EURO3 H2O H/C 29 HC 30 GDP CNG CXT CVS ĐCĐT Diễn tả Tổ chức xe máy xe Đức Chu trình thử tiêu chuẩn Australia Chu trình kiểm tra độ bền động AVL User Coding Interface - giao diện lập trình AVL Boost Brunauer Emmett Teller - Phương pháp xác định diện tích bề mặt theo phương pháp phân tích bề mặt riêng Bộ Giao thơng vận tải Three Way Catalyst - Bộ xử lý khí thải ba thành phần Bộ xúc tác cải tiến, sử dụng q trình mơ phỏng, thực nghiệm, phát triển từ BXTm, sử dụng kết hợp vật liệu xúc tác CuO-MnO2 xúc tác kim loại quý Pt/Rh Bộ xúc tác điều chỉnh, sử dụng q trình mơ phỏng, phát triển từ BXTEMT sau thay đổi số thông số kỹ thuật Bộ xúc tác sở, cung cấp hãng Emitec Bộ xúc tác mới, sử dụng q trình mơ phỏng, phát triển từ BXTđc, sử dụng vật liệu xúc tác CuO/MnO2 Lõi xúc tác lắp gần cửa thải Chassis dynamometer 20’’ - Băng thử xe máy Emissions Bench - Thiết bị phân tích khí thải Bộ chế hịa khí Monoxit cacbon Dioxit cacbon Compressed Natural Gas - Khí thiên nhiên nén Đường thải xe có lắp xúc tác Contant Volume System - Thiết bị lấy mẫu với thể tích không đổi Động đốt Tỷ lệ phần trăm thể tích ethanol nhiên liệu xăng pha cồn từ – 100% Electronic Control Unit - Bộ điều khiển điện tử Energy dispersive X-ray spectroscopy - Xác định thành phần nguyên tố phương pháp phân tích phổ Electron Probe Micro Analyzer - Phép vi phân điện cực điện tử Tiêu chuẩn phát thải EURO3 Châu Âu Hơi nước Tỷ lệ nguyên tử hydro/cacbon phân tử nhiên liệu Hydro carbon - Thành phần nhiên liệu cháy khơng hết, cịn dư khí thải Tổng thu nhập quốc dân quốc gia 31 32 33 KXT Đường thải xe không lắp xúc tác LNG LPG 34 MBT 35 MTBE 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 NCS NMs NOx OSC Pd PM Pt PXĐT QCVN SBXT SEM SO2 TBXT Liquefied Natural Gas - Khí thiên nhiên hóa lỏng Liquefied Petroleum Gas- Khí dầu mỏ hóa lỏng Maximum brake torque - Góc đánh lửa sớm tối ưu theo tiêu chí mơ men lớn Methyl tertiary butyl ether - Hợp chất pha vào xăng để tăng số octan Nghiên cứu sinh Catalyst nanomaterials – Lớp xúc tác kim loại quý 49 TG-DTA 50 51 52 53 54 55 56 57 THC TPR Rh US-FTP 75 XPS XRD WHO ZEV Thành phần khí thải gồm NO2, NO, N2O Lớp vật liệu xúc tác giải phóng hấp thụ xy Paladium - kim loại quý xúc tác Phát thải dạng hạt Platinum - kim loại quý xúc tác Hệ thống nhiên liệu phun xăng điện tử Quy chuẩn Việt Nam Các thông số đo phía sau xúc tác Scanning Electron Microscope - Kính hiển vi điện tử Oxit lưu huỳnh - Thành phần phát thải động Các thông số đo phía trước xúc tác Differential Thermal Analysis - Phân tích nhiệt vi sai, sử dụng để phân tích thành phần vật liệu Tổng lượng hydrocacbon khí thải động Temperature Programmed Reduction - Đặc tính khử theo nhiệt độ Rhodium - kim loại quý xúc tác Chu trình kiểm tra khí thải Mỹ Photoelectron Spectroscopy - Phân tích quang phổ X-Ray Diffraction – Nhiễu xạ tia X World Health Organization - Tổ chức y tế giới Zero Emission Vehicle – Xe ô tô khơng phát thải DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU i Lý chọn đề tài Nhằm giảm phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóa thạch, nhiều nước giới, Việt Nam xây dựng lộ trình đưa sách nhằm phát triển nhiên liệu sinh học với mục tiêu gia tăng tỷ lệ thay nhiên liệu xăng - diesel truyền thống Cụ thể, theo đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025, Việt Nam sử dụng nhiên liệu xăng E5 (5% ethanol, 95% RON92) thay hoàn toàn cho nhiên liệu RON92 (từ 1/1/2018), nhiên liệu có tỷ lệ ethanol cao E10, E20 thí điểm tiến tới sử dụng rộng rãi tương lai gần Hiện nay, để giảm thiểu thành phần độc hại phát thải từ động cơ, giải pháp hiệu sử dụng rộng rãi trang bị thiết bị xử lý khí thải Đối với động đốt cháy cưỡng bức, xử lý khí thải thành phần, sau gọi tắt xúc tác - BXT, sử dụng phổ biến Về lý thuyết nay, BXT phát huy hiệu chuyển đổi thành phần phát thải độc hại đáp ứng đồng thời hai điều kiện sau: Thứ nhất, lõi BXT sấy nóng hồn tồn tới nhiệt độ khoảng 350οC Thứ hai, hịa khí động gần với điều kiện lý tưởng λ = nhằm có mơi trường xy hố mơi trường khử hỗn hợp khí thải Trong đó, sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn, tỷ lệ A/F (khơng khí/nhiên liệu) ethanol nhỏ so với nhiên liệu xăng truyền thống nên tỷ lệ ethanol hỗn hợp nhiên liệu cao, hịa khí động có xu hướng nhạt Trên xe sử dụng hệ thống nhiên liệu phun xăng điện tử thông thường (được thiết kế sử dụng với nhiên liệu xăng truyền thống nên xe chưa trang bị cảm biến đo nồng độ cồn), điều khiển điện tử (ECU) động có xu hướng điều chỉnh lượng nhiên liệu phun để đảm bảo hệ số dư lượng khơng khí λ ln xấp xỉ Tuy nhiên, liệu ECU tính tốn sở nhiên liệu xăng truyền thống nên sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn, ECU khơng thể điều khiển xác λ=1 mong muốn Ngồi nhiệt độ khí thải cao hơn, phát sinh thành phần khí thải động yếu tố ảnh hưởng tới hiệu chuyển đổi BXT Bên cạnh đó, sau 30 năm hình thành phát triển, với sách khuyến khích Chính phủ, nỗ lực doanh nghiệp, ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đạt thành tựu định, xuất nhiều nhãn hiệu xe “Made in Việt Nam” Tuy nhiên sản phẩm nội địa hóa mang hàm lượng cơng nghệ thấp, chưa làm chủ các công nghệ cốt lõi công nghệ chế tạo động cơ, hệ thống điều khiển, hệ thống xử lý khí thải… Vì nghiên cứu sinh chọn đề tài “Nghiên cứu nâng cao hiệu xúc tác ba thành phần cho động sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn” nhằm bước làm chủ cơng nghệ vật liệu xúc tác Từ thiết kế chế tạo BXT khơng thích ứng với nhiên liệu xăng pha cồn mà giúp nâng cao hiệu giảm giá thành chế tạo BXT ii Mục tiêu nội dung nghiên cứu luận án • Mục tiêu nghiên cứu luận án: 10 80 21,31 26,08 48,24 25,88 25,2 45,71 32,62 32,44 39,41 PL2.3 Kết mô với BXTm Bảng Pl2.15 Hiệu suất BXTm theo nhiệt độ lõi xúc tác, λ=1, GHSV= 250.000h-1 (50km/h, 50% độ mở bướm ga) Nhiệt độ lõi xúc tác (0C) CO HC NOx 200 23,2 15,3 30,4 250 30,2 22,2 34,1 300 42,3 31,4 41 350 51,2 43,5 55,2 400 55,4 47,2 60,1 450 56,9 48,9 62,3 500 60,5 50,3 64,9 550 63,1 53,1 66,8 600 64 54,9 69 650 64,9 56 70,2 Bảng Pl2.16 Hiệu suất BXTm theo GHSV Tbxt = 500oC, λ =1 GVHS (h-1) CO (%) HC (%) NOx (%) 50.000 43,15 37,06 49,02 100.000 63,11 52,12 69,11 150.000 62,17 51,13 67,13 200.000 59,96 50,31 64,88 250.000 59,02 49,05 64,03 300.000 58,51 48,97 62,94 350.000 57,86 46,01 59,05 400.000 54,02 44,97 56,94 450.000 38,66 38,69 41,03 Bảng Pl2.17 Hiệu suất BXTm theo hệ số dư lượng khơng khí λ, Tbxt = 500oC, GHSV= 250.000h-1 (50% tải, 50% độ mở bướm ga) λ(-) CO HC NOx 0,85 17,5 15,4 67,1 0,9 20,4 22,2 65,9 0,95 33,2 27,7 64,2 55,1 45,3 58,3 1,05 58,3 47,1 56,2 1,1 59,8 48,8 54,1 1,15 62,2 51,1 41,2 1,2 63,9 52,1 28,5 126.PL PL2.3 Kết mô với BXTct Bảng Pl2.18 Hiệu suất BXTct theo lượng kim loại quý sử dụng, (CuO0,3 – (MnO2) 0,7) λ=1, Tbxt = 500oC, GHSV= 250.000h-1 (50km/h, 50% độ mở bướm ga) Lượng kim loại quý (g) CO HC NOx 55,21 45,02 58,32 0,02 63,17 51,14 65,16 0,05 69,42 58,27 74,22 0,07 73,43 63 79,53 0,09 75,51 66,04 82,51 0,11 77,03 68,12 84,14 0,14 79,71 70,21 85,41 Bảng Pl2.19 Hiệu suất chuyển đổi với thành phần phát thải CO BXTct, 50% tải sử dụng nhiên liệu RON95, E10, E20 v (km/h) RON95 E10 E20 30 71 73 74 40 72,6 75,08 76,26 50 73,42 76,04 76,65 60 72 75,66 76,29 70 69,12 68,76 69,9 TB 71,63 73,71 74,62 Bảng Pl2.20 Hiệu suất chuyển đổi với thành phần phát thải HC BXTct, 50% tải sử dụng nhiên liệu RON95, E10, E20 v (km/h) RON95 E10 E20 30 60,02 62,17 63,7 40 62,14 64,5 67,09 50 63,05 65,21 68 60 62 64,06 66,02 70 59,65 60,32 60,97 TB 61,37 63,25 65,16 Bảng Pl2.21 Hiệu suất chuyển đổi với thành phần phát thải NOx BXTct, 50% tải sử dụng nhiên liệu RON95, E10, E20 v (km/h) RON95 E10 E20 30 79,56 76,75 75 40 80,06 77,5 75,5 50 79,53 77,81 74,79 60 78,96 76 73,94 70 77,41 74 71 TB 79,1 76,41 74,04 127.PL PHỤ LỤC TRANG THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG QUÁ TRÌNH THỬ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ BỘ XÚC TÁC PL3.1 Trang thiết bị thử nghiệm Quá trình thử nghiệm tiến hành phòng thử xe máy CD 20” trang bị thiết bị đại, đồng hệ thống lấy mẫu khí thải với thể tích khơng đổi, CVS (Constant Volume Sampler), tủ phân tích khí thải CEB II, cân đo nhiên liệu siêu xác AVL 733S, thiết bị đo nhiệt độ thiết bị đo hệ số dư lượng khơng khí (Bosch LSU 4.9) Thông số kỹ thuật thiết bị thể Bảng Pl3.1 sơ đồ hệ thống thử nghiệm thể Hình Pl3.1 Bảng Pl3.1 Thông số kỹ thuật thiết bị đo Thiết bị Dải đo AVL 733S CO Các CO2 phân tích khí thải HC NOx - 100.000 ppm (4 dải) - 160.000 ppm (4 dải) - 20.000 ppm (4 dải) - 5.000 ppm Băng thử Tốc độ (4 dải) 0-200 km/h lăn Lực kéo 0-1.000 N Độ phân giải Độ xác mg – 0,5s ±1% ppm ±2% ppm ±2% ppm ±2% ppm ±2% 0,1 km/h 0,01% 0.1 N ±1% Hình Pl3.1 Sơ đồ hệ thống thử nghiệm PL3.2 Băng thử xe máy CD20’’ (Chassis Dynamometer 20”) 128.PL Băng thử Chassis Dynamometer 20’’ hãng AVL cung cấp, có chức thử nghiệm kiểm tra xe chế độ mơ Qua giúp cho q trình nghiên cứu cải tiến xe máy động dễ dàng Các chức băng thử: - Xác định tốc độ xe - Xác định lực tác dụng bề mặt lăn - Xác định gia tốc cơng suất xe - Mơ hình hóa tải trọng đường thông qua băng thử Các thông số băng thử: - Mơ hình hóa động lực học xe máy có khối lượng từ 80 kg đến 350 kg - Quán tính sở lăn tương đương với khối lượng xe khoảng 170 kg - Lực kéo lớn chế độ động 1512 N tốc độ 90 km/h Lực kéo lớn chế độ máy phát 1680 N tốc độ 90 km/h - Lực kéo lớn chế độ động sử dụng thời gian dài 945 N tốc độ 90 km/h Ở chế độ máy phát sử dụng thời gian dài 1040 N tốc độ 90 km/h Hình Pl3.2 Băng thử xe máy CD 20” Hiện băng thử sử dụng kết hợp với hệ thống lấy mẫu khí thải CVS, tủ phân tích khí CEBII, thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu thiết bị phụ trợ khác (Hình Pl3.2) trình thử nghiệm theo chu trình thử châu Âu (ECE R40 – tiêu chuẩn EURO II, EURO III, WMTC - tiêu chuẩn EURO III, EURO IV) qua xác định thành phần chất thải độc hại có khí thải lượng nhiên liệu tiêu thụ PL3.3 Hệ thống lấy mẫu khí thải với thể tích khơng đổi CVS 129.PL Hệ thống lấy mẫu với thể tích khơng đổi CVS có nhiệm vụ trộn khí thải với khơng khí lọc từ mơi trường tạo thành khí pha lỗng nhằm mơ q trình hình thành phát thải khí thải mơi trường tránh tượng ngưng tụ nước khí thải động Lưu động dịng khí hệ thống tạo quạt hút, lưu lượng khí pha lỗng giữ khơng đổi nhờ ống Venturi Phía trước ống Venturi có cảm biến nhiệt độ, áp suất khí đầu lấy mẫu khí vào túi khí PL3.4 Tủ phân tích khí thải CEBII Tủ phân tích khí thải CEB II (Hình Pl3.3) phân tích thành phần chất CO, CO 2, NOx, HC có khí thải động Mỗi phân tích chia thành dải đo, tùy thuộc vào hàm lượng thực tế chất có khí thải mà phân tích lựa chọn dải đo phù hợp Để đảm bảo độ xác phép đo, phận phân tích hiệu chuẩn trước đo chất khí hiệu chuẩn tương ứng với giải đo Hình Pl3.3 Tủ phân tích khí thải CEB II Hình Pl3.4 Sơ đồ cấu tạo phân tích CO Một buồng phát tia hồng ngoại, Màn chắn, Đĩa khoét rãnh, Buồng chứa khí mẫu, Buồng chứa khí CO ngăn chắn màng cao su, 6.Thiết bị đo độ võng 130.PL màn, Buồng chứa khí CO ngăn màng cao su, Buồng chứa khí mẫu - Các phân tích CO CO2 hoạt động dựa nguyên lý hấp thụ tia hồng ngoại (Hình Pl3.4) Khi chiếu tia hồng ngoại qua hỗn hợp khí, tia hồng ngoại bị CO (CO 2) hỗn hợp hấp thụ suy yếu Thông qua mức độ suy giảm tia đo xác định hàm lượng CO (CO2) hỗn hợp khí mẫu Khi đo CO khí thải phương pháp cần phải loại bỏ yếu tố gây sai lệch kết đo, đặc biệt hấp thụ hồng ngoại nước Vì khí thải trước đưa vào phân tích cần phải loại bỏ hồn tồn nước thơng qua phương pháp lọc làm lạnh – ngưng tụ - Bộ phân tích HC xác định thành phần HC phương pháp ion hóa lửa Khí mẫu vào hịa trộn với hỗn hợp khí cháy (hỗn hợp H 2/He) Trong buồng phản ứng, hỗn hợp khí Synthetic Air (20% O2, 80% N2) bơm vào làm mơi trường xy hóa Khi khí mẫu khí cháy đưa vào, hệ thống đánh lửa bật tia lửa đốt cháy hỗn hợp H2/He Trong điều kiện áp suất nhiệt độ đặc biệt, khí HC khơng bị cháy mà bị bẻ gãy liên kết hình thành ion Các ion sinh mơi trường có từ trường cặp điện cực, bị hút hai cực tạo thành dòng điện mạch Dòng điện khuyếch đại qua khuyếch đại đưa tới đo điện áp Khí cháy hút nhờ độ chân không đầu Độ chân không sinh luồng khí nén thổi qua miệng hút Dựa vào cường độ dòng điện sinh đánh giá lượng HC có khí mẫu - Bộ phân tích NOx xác định thành phần NOx phương pháp quang hóa Thực chất phương pháp đo cường độ ánh sáng phần tử NO hoạt tính sinh NO2 hoạt tính tạo buồng phản ứng qua phản ứng sau: NO + O3 = NO2* + O2 Không khí đưa vào đường cho qua tạo ơzơn, O khơng khí tạo thành O3 nhờ tia lửa điện đưa đến buồng phản ứng Để đo lượng NO có khí xả, khí xả đưa trực tiếp vào buồng phản ứng Trong buồng phản ứng có O3 phần NO có khí xả mẫu phản ứng với O3 tạo NO2*, NO2 hoạt tính tồn khơng lâu điều kiện bình thường tự động chuyển NO khơng hoạt tính cách phóng phần lượng dạng tia sáng Đo cường độ tia sáng thu dựa vào để xác định lượng NO phản ứng Từ lượng NO phản ứng tính lượng NO có khí xả mẫu Để đo lượng NOx có khí xả mẫu, cho tất khí xả mẫu qua chuyển đổi từ NO2 thành NO Phần lớn NO2 chuyển đổi thành NO, sau tất khí xả qua chuyển đổi đưa tới buồng phản ứng Tương tự với NO, buồng phản ứng lượng NO có khí xả phản ứng với O3 tạo thành NO2 hoạt tính NO2 hoạt tính có lượng cao chuyển mức lượng thấp phát ánh sáng, vào cường độ ánh sáng thu ta tính lượng NOx có khí xả Trong tất phản ứng phân tích NO NO x xảy với hiệu suất định Do để biết xác lượng chất NO NO x có khí xả ta phải xác định hiệu suất phản ứng Muốn ta phải biết lượng chất tham gia 131.PL phản ứng Chính hệ thống CEBII có phận đo hiệu suất phản ứng tạo O3 hiệu suất phản ứng tạo NO Hình Pl3.5 Sơ đồ cấu tạo phân tích NO NOx PL3.5 Dụng cụ đo nhiên liệu 733S Hình Pl3.6 Hệ thống đo tiêu thụ nhiên liệu AVL 733S Đặc điểm hệ thống Nguyên lý đo phân tích trọng lượng cho phép đo trực tiếp khối lượng nhiên liệu tiêu thụ Do khơng có ảnh hưởng nhiệt độ tỷ trọng nhiên liệu tới phép đo Giải pháp thơng gió cho bình đo nhằm đảm bảo khơng xuất bọt khí mạch đồng thời giải pháp đảm bảo tính an tồn độ ổn định cao Nguyên lý đo phân tích trọng lượng cho phép đo trực tiếp khối lượng nhiên liệu tiêu thụ Do khơng có ảnh hưởng nhiệt độ tỉ trọng nhiên liệu tới phép đo Sai số thiết bị 0,1% Giải đo từ đến 150kg/h Có thể cho phép tới 400kg/h 132.PL Tổng khối lượng bình đo 1800g Với khối lượng cho phép đo liên tục áp dụng cho loại xe từ xe máy tới ôtô áp dụng tiêu chuẩn thử nghiệm FTP75, ECE R40 Với thời gian điền đầy ngắn, cho phép sớm tiến hành phép đo Thông qua tiêu chuẩn ISO 9000 Tất thiết bị AVL có chế tự động kiểm chuẩn thiết bị cho phép tự động calib khối lượng đo đồng thời tự động chuẩn đoán lỗi báo lỗi Nguyên lý hoạt động Fuel Balance 733S dùng cảm biến đo lưu lượng nhiên liệu tiêu thụ cung cấp cho động cách cân lượng nhiên liệu bình chứa (đo theo kiểu khối lượng) (hình Pl3.7) Hình Pl3.7 Sơ đồ nguyên lý hoặt động hệ thống AVL 733 Nhiên liệu cấp vào thùng đo, Nhiên liệu tới động cơ, Nhiên liệu hồi từ động cơ, Ống thông hơi, Các ống nối mềm, Thùng đo, Thanh cân, Lị xo lá, Cân bì, 10 Cảm biến lưu lượng, 11 Thiết bị giảm chấn, 12 Van điện từ đường nạp Fuel Balance 733S dùng cảm biến đo lưu lượng nhiên liệu tiêu thụ cung cấp cho động cách cân lượng nhiên liệu bình chứa (đo theo kiểu khối lượng) Yêu cầu cảm biến phản ứng với tốc độ nhanh độ nhạy độ xác cao Bắt đầu trình đo nhiên liệu cấp đầy vào thùng đo thông qua đường cấp nhiên liệu Khi lượng nhiên liệu đầy lúc lực tì lên cảm biến lưu lượng lớn Van điện từ 12 đóng lại ngăn khơng cho dòng nhiên liệu vào thùng đo đường cấp vào động mở, lượng nhiên liệu đường hồi động (khi sử dụng hệ thống phun xăng điện tử) áp suất bình giữ ổn định nhờ ống thông Đồng thời với trình phận đếm thời gian hoạt động Lượng nhiên liệu bình chứa đo liên tục giây dựa vào lượng nhiên liệu cịn bình ECU tính lượng nhiên liệu tiêu thụ động PL3.6 Thiết bị đo nhiệt độ 133.PL Hình Pl3.8 Cảm biến đo nhiệt độ khí thải PT100 Cảm biến đo nhiệt độ kiểu K (Hình Pl3.8), PT100 kèm mạch chuyển tín hiệu AD597A với thơng số: • Di o: ữ 8000C ã Sai s: 0.020C Nguyên lý đo: T (0C) = V/10 với V điện áp (output) từ module AD597A kết nối với cảm biến nhiệt đơn vị tính mV Thiết bị hiển thị nhiệt độ bảng điện tử (Hình Pl3.9), có đầu kết nối, đầu kết nối với cảm biến nhiệt độ, đầu kết nối với máy tính để hiển thị lưu trữ liệu nhiệt độ Hình Pl3.9 Thiết bị hiển thị nhiệt độ PL3.7 Thiết bị đo hệ số dư lượng khơng khí λ Cảm biến lamda sử dụng cảm biến dải rộng Bosch LSU 4.9 (Hình Pl3.10), độ xác tới 0,1 A/F, dải đo lamda từ 0,65 đến 20 (lamda khơng khí) 134.PL Hình Pl3.10 Cảm biến phần mềm đo, hiển thị lưu thông số lamda Cảm biến lambda hoạt động kết nối với LSU-IC, phần mềm cho phép khai báo loại nhiên liệu sử dụng, từ giá trị A/F đo phần mềm quy đổi sang giá trị lamda, giá trị lamda hiển thị lưu trữ dạng file tex với độ phân giải lên tới 0,1 s (Hình Pl3.10) 135.PL PHỤ LỤC CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH CẤU TRÚC VÀ HÌNH THÁI BỀ MẶT BỘ XÚC TÁC Các thiết bị sử dụng nghiên cứu phân tích cấu trúc hình thái bề mặt BXT bao gồm: thiết bị phân tích cấu trúc vật liệu X-ray diffractometry (XRD) RIGAKU RINT-2100CMT, kính hiển vi điện tử SEM (scanning electron microscopy, Hitachi, SU6600 EVACSEQ) thiết bị xác định phân bố thành phần vật liệu EDX (Energy Dispersive X-ray, Hitachi SU8230) Diện tích bề mặt vật liệu xác định phương pháp BET máy ASAP 2010 Tất thí nghiệm thực Phịng thí nghiệm vật liệu, Khoa khoa học vật liệu, Đại học Nagoya, Nhật Bản PL4.1 Thiết bị phân tích cấu trúc vật liệu RIGAKU RINT-2100CMT Hình Pl4.1 Thiết bị phân tích cấu trúc vật liệu RIGAKU RINT-2100CMT Thiết bị X-Ray RIGAKU RINT-2100CMT dùng để phân tích cấu trúc vật liệu (Hình Pl4.1) Thiết bị cho phép thực nghiên cứu dựa phương pháp nhiễu xạ tia X phân tích cấu trúc vật liệu, phân tích màng mỏng, phép đo phổ huỳnh quang tia X, tán xạ tia X góc nhỏ, protein phân tử nhỏ tinh thể học tia X, quang phổ Raman, quang học tia X, đo lường bán dẫn, nguồn tia X, chụp cắt lớp vi tính, kiểm tra khơng phá hủy phân tích nhiệt PL4.2 Kính hiển vi điện tử Hitachi, SU6600 EVACSEQ Hình Pl4.2 Kính hiển vi điện tử Hitachi, SU6600 EVACSEQ 136.PL Hitachi SU6600 dạng kính hiển vi điện tử (SEM) với trường phát xạ linh hoạt sử dụng công nghệ biến áp (VP) tiên tiến (Hình Pl4.2) Nguồn điện tử phát xạ trường Schottky cải tiến giúp cung cấp dòng điện thăm dị có độ ổn định cao SU6600 trang bị hệ thống EDAX để phân tích vật liệu linh hoạt bên cạnh hình ảnh có độ phân giải cao mơ tả chi tiết đặc tính vật liệu Chế độ VP cho phép người vận hành thay đổi điều kiện chân không buồng mẫu từ vận hành chân không cao (≤10–4Pa) sang vận hành chân không thấp (10 ~ 300Pa) Thiết bị cung cấp khả phân tích hình ảnh EDX với mẫu trực tiếp mà không cần chuẩn bị mẫu lớp phủ kim loại kỹ thuật nối đất đặc biệt Các thơng số thiết bị thể Bảng Pll4.1 Bảng Pl4.1 Thông số kỹ thuật thiết bị đo Thông số kỹ thuật Mô tả/Đơn vị Nguồn phát chùm tia điện tử Nguồn điện tử phát xạ ZrO/W Schottky Dòng thăm dò 1pA ~ 200nA Dải điện áp điều chỉnh 0,5 ~ 30kV (bước 0,1kV) Độ phân giải hình ảnh Electron thứ cấp 1,2nm (Vacc: 30kV, WD = 5mm) Độ phân giải hình ảnh Electron tán xạ 3,5nm (Vacc: 30kV, WD = 8mm, 10Pa) ngược Độ phóng đại 10 - 600.000X Áp suất thay đổi 10 ~ 300 Pa PL4.3 Kính hiển vi điện tử quét với quang phổ tia X Hitachi SU8230 Hình Pl4.3 Kính hiển vi điện tử quét với quang phổ tia X Hitachi SU8230 Hình Pl4.3 thể hình ảnh kính hiển vi điện tử quét với quang phổ tia X Hitachi SU8230, Bảng Pl4.2 thể thông số kỹ thuật thiết bị Kính hiển vi điện tử quét với quang phổ tia X phân tán lượng (SEM/EDX) kỹ thuật phân tích bề mặt biết đến nhiều sử dụng rộng rãi Hình ảnh có độ phân giải cao cấu trúc bề mặt, với độ sâu trường ảnh cao, tạo cách sử dụng chùm tia điện tử quét (sơ cấp) có mức tập trung lượng cao 137.PL Chùm hạt electron sơ cấp vào bề mặt có lượng 0,5 - 30 kV tạo nhiều electron thứ cấp lượng thấp Cường độ điện tử thứ cấp phần lớn bị chi phối địa hình bề mặt mẫu Do đó, hình ảnh bề mặt mẫu xây dựng cách đo cường độ điện tử thứ cấp hàm vị trí chùm điện tử sơ cấp quét Phương pháp có độ phân giải khơng gian cao chùm điện tử sơ cấp hội tụ đến điểm nhỏ (