TỔNG QUAN
Lý do chọn đề tài
Ngành công nghiệp ô tô đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển xã hội, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về tính tiện nghi của con người Các nhà sản xuất ô tô không ngừng cải tiến công nghệ để phục vụ nhu cầu này, dẫn đến sự mở rộng của hoạt động giao thông vận tải Kết quả là, số lượng ô tô trên toàn cầu ngày càng tăng.
Hình 1.1 Hoạt động giao thông tải đường bộ [1]
Theo Hiệp hội Các nhà sản xuất ô tô thế giới (OICA), năm 2012, tổng số xe ô tô đang lưu hành trên toàn cầu khoảng 1,143 tỷ xe, trong đó Mỹ có gần 251 triệu xe Châu Âu hiện có 368 triệu xe, với 291 triệu xe thuộc về 27 quốc gia của Liên minh châu Âu và các nước trong Hiệp hội mậu dịch tự do châu Âu.
Hình 1.2 Hình minh họa về số lƣợng ô tô ƣớc tính trên toàn cầu [1]
Với 1,143 tỷ xe đang lưu thông, nếu xếp thành hàng, chiều dài sẽ lên tới 5,7 triệu km, tương đương hơn 140 lần chu vi trái đất Dự báo của Tổ chức Năng lượng Quốc tế (IEA) cho thấy số lượng ô tô toàn cầu có thể đạt 1,7 tỷ chiếc vào năm 2035 Sự gia tăng này dẫn đến ô nhiễm môi trường do khí thải từ ô tô, vì vậy việc thiết lập các tiêu chuẩn giới hạn nồng độ khí xả là vô cùng cần thiết Hơn nữa, các quy định về chất thải độc hại từ ô tô cần ngày càng khắt khe hơn để giảm thiểu ô nhiễm không khí toàn cầu.
Tại châu Âu, vào năm 1987, dự luật quy định giá trị nồng độ giới hạn của khí thải được thông qua, gọi là Euro 0 Kể từ đó, đã có thêm 4 tiêu chuẩn được ban hành: Euro I (1992), Euro II (1996), Euro III (2000) và Euro IV (2005) Hệ thống Euro áp dụng cho tất cả các loại xe trên 4 bánh sử dụng động cơ đốt trong với nhiên liệu xăng, dầu và LPG Các tiêu chuẩn này phân loại xe theo tính năng như xe du lịch, xe công suất nhỏ, xe công suất lớn và xe bus Mỗi tiêu chuẩn mới đều quy định nồng độ giới hạn khí thải thấp hơn tiêu chuẩn trước đó, cho đến nay đã đạt tiêu chuẩn Euro.
Ô nhiễm không khí gia tăng do nhiều nguồn phát thải, trong đó hoạt động giao thông vận tải đóng vai trò quan trọng Từ năm 1965 đến 2015, lượng khí xả CO2 trên toàn cầu đã tăng đáng kể, đặc biệt ở các quốc gia có nền kinh tế phát triển mạnh như Trung Quốc và Hoa Kỳ.
Mặc dù các tiêu chuẩn giới hạn nồng độ khí thải ngày càng nghiêm ngặt, ô nhiễm từ ngành giao thông vận tải vẫn gia tăng do số lượng xe cộ toàn cầu không ngừng tăng Nhiều quốc gia chưa áp dụng đồng bộ tiêu chuẩn khí thải, trong khi các phương tiện cũ thải ra lượng khí độc hại lớn vẫn hoạt động, góp phần vào tình trạng ô nhiễm toàn cầu Tại Việt Nam, giao thông vận tải là nguồn ô nhiễm không khí chính, đặc biệt với các khí CO, VOCs và NOx, chiếm khoảng 70% ô nhiễm không khí đô thị theo số liệu năm 2010 Do đó, việc tìm kiếm giải pháp bảo vệ môi trường trở nên cấp thiết, với các hãng ô tô đang phát triển công nghệ giảm thiểu nồng độ chất độc hại từ khói thải.
Vào năm 1976, Bosch đã phát triển cảm biến Lambda cho động cơ xăng, và sau đó giới thiệu cảm biến Lambda cho động cơ diesel Tiếp theo, hãng chế tạo hệ thống điện tử điều khiển động cơ diesel EDS, giúp động cơ diesel đáp ứng tiêu chuẩn bảo vệ môi trường Euro IV.
Scuderi Group đã giới thiệu động cơ mới mang tên Split-cycle, trong đó các xy-lanh được sắp xếp theo từng cặp Động cơ này hứa hẹn mang lại hiệu suất tối ưu và tiết kiệm năng lượng hơn so với các loại động cơ truyền thống.
Động cơ 5 đóng vai trò quan trọng trong quá trình cháy sinh công và xả khí thải ra ngoài, với hai xylanh được kết nối qua một ống dẫn ngang (crossover passage) Theo nghiên cứu của Scuderi Group, động cơ này có khả năng cải thiện tính kinh tế nhiên liệu từ 15 đến 30% và giảm đáng kể lượng khí thải.
50 đến 80% hàm lƣợng NO x trong khí thải [6]
Ôtô Hybrid sở hữu nhiều tính năng vượt trội, bao gồm khả năng tái sinh năng lượng để sạc Accu Động cơ điện hoạt động hiệu quả trong các tình huống gia tốc hoặc tải lớn, cho phép động cơ đốt trong chỉ cần cung cấp công suất vừa đủ, giúp thiết kế động cơ nhỏ gọn hơn Việc lựa chọn dãy tốc độ phù hợp tối ưu hóa công suất và moment của động cơ đốt trong Sự phối hợp giữa hai động cơ tạo ra nguồn công suất và moment lý tưởng, cải thiện đáng kể đặc tính kéo của bánh xe chủ động Do đó, ôtô hybrid được xem là xu hướng phát triển công nghệ ôtô trong tương lai.
Hệ thống CRT của hãng Volvo Trucks cho phép giảm 80 đến 90% tỷ lệ CO,
HC và NOx, cùng với các hạt cứng trong khí thải, là những thành phần quan trọng cần được kiểm soát Bộ phin này được thiết kế đặc biệt cho động cơ xe tải, trở thành một phần không thể thiếu cho hầu hết các xe buýt hoạt động trong thành phố.
Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống CRT của Volvo Trucks [6]
Việc phát triển các giải pháp công nghệ mới nhằm giảm ô nhiễm khí thải đang thu hút sự quan tâm lớn, đặc biệt là những công nghệ có hiệu quả cao hoặc kết hợp với các công nghệ hiện có để nâng cao hiệu suất Một trong những giải pháp đáng chú ý là sử dụng tia Plasma để ion hóa các thành phần khí thải độc hại, đã được nghiên cứu và thử nghiệm trên nhiều mô hình, chủ yếu trong xử lý khí thải tàu thủy Nếu công nghệ này được áp dụng cho ô tô, nó có thể mang lại hiệu quả nhất định, với điều kiện thiết kế và nguồn năng lượng phù hợp cho hệ thống Plasma Do đó, các học viên đang tập trung nghiên cứu xử lý khí thải bằng công nghệ Plasma và tìm kiếm giải pháp tương thích cho hệ thống này trong điều kiện làm việc của ô tô hiện nay.
Các công trình nghiên cứu ngoài nước, trong nước, vấn đề còn tồn tại
1.2.1 Các công trình nước ngoài
Xử lý khí xả để giảm ô nhiễm môi trường là một vấn đề toàn cầu quan trọng Các nhà khoa học đang tích cực nghiên cứu và phát triển giải pháp cho vấn đề này Trong số đó, công nghệ xử lý khí xả bằng Plasma phi nhiệt đang thu hút sự chú ý của nhiều nhà nghiên cứu với tiềm năng ứng dụng cao trong thực tiễn.
R McAdams /Accentus plc đã nhấn mạnh tầm quan trọng của các quy định bảo vệ môi trường mà các nhà sản xuất động cơ cần tuân thủ để đáp ứng yêu cầu khí xả trong tương lai Nhóm tác giả đã giới thiệu hệ thống lọc bụi từ khí xả động cơ diesel (DPF) và bộ lọc xúc tác để giảm thiểu NOx Họ cũng đã trình bày mô hình thử nghiệm hệ thống xử lý khí xả sử dụng công nghệ Plasma phi nhiệt với tỷ lệ 1/10 cho động cơ diesel có công suất 1.4.
Mô hình MW của tàu thủy xử lý 1/10 lưu lượng khí xả từ động cơ, sau đó đánh giá hiệu quả xử lý thông qua các phép đo thực nghiệm.
Hình 1.6 (a) Mô hình xử lý khí xả bằng công nghệ plasma lạnh với tỷ lệ 1/10, (b) Đường ống dẫn khí xả từ động cơ diesel
Ravi Srivastava đã giới thiệu công nghệ plasma, đặc biệt là công nghệ plasma lạnh, trong báo cáo gửi tới cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ Báo cáo nêu rõ quá trình nghiên cứu và triển vọng ứng dụng của công nghệ plasma lạnh trong tương lai Trung tâm công nghệ không khí sạch (CATC) đang đầu tư nghiên cứu nhằm áp dụng công nghệ plasma lạnh để xử lý không khí ô nhiễm.
Lei Jiang, Yixi Cai, and Yong Luo proposed a solution to reduce NOx concentrations using an ammonia (NH3) selective catalytic reduction (SCR) catalyst, which operates based on a specific chemical reaction.
Hình 1.7 Sơ đồ hệ thống xử lý khí xả động cơ Diesel bằng NH 3 - Selective Catalytic
Bộ chuyển đổi xúc tác được mô tả trong phương trình 1.1, 1.2 và hình 1.7 hoạt động hiệu quả nhờ vào phản ứng hóa học giữa NH3 và NOx, góp phần đáng kể vào việc giảm ô nhiễm môi trường do phương tiện giao thông đường thủy.
Công nghệ Plasma phi nhiệt có khả năng nâng cao hiệu suất xử lý khí xả của hệ thống NH3 – SCR trong động cơ Diesel Nhóm tác giả nhấn mạnh rằng công nghệ này có tiềm năng phát triển lớn và sẽ trở thành một trong những lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong tương lai.
Marcin Holub, Stanislaw Kalisiak, Tadeusz Borkowski, Jaroslaw Myskow, và Ronny Brandenburg đã chứng minh rằng plasma lạnh có tác dụng tích cực trong việc xử lý các hạt vật chất ô nhiễm PM và NOx trong khí xả của động cơ Diesel tàu thủy Nhóm tác giả đã thiết kế và ứng dụng lò phản ứng plasma cho động cơ tàu thủy, đồng thời xác định mối quan hệ giữa công suất động cơ và tốc độ, ảnh hưởng đến nồng độ khí thải.
P Talebizadeh, M Babaie, R Brown, H Rahimzadeh, Z Ristovski, M Arai
Bài báo đã chỉ ra vai trò quan trọng của plasma lạnh trong việc xử lý NO x, đồng thời nêu rõ ảnh hưởng của NO x đối với sức khỏe con người và môi trường từ khí thải động cơ Diesel Ngoài ra, bài viết tổng hợp các kết quả thí nghiệm của nhiều nhà khoa học trên thế giới về xử lý NO x Tác giả nhấn mạnh rằng công nghệ plasma vẫn còn mới mẻ và cần nhiều nghiên cứu hơn để có thể áp dụng rộng rãi trong thực tiễn.
1.2.2 Các công trình trong nước
Việt Nam đã có những nghiên cứu và ứng dụng thành công công nghệ Plasma phi nhiệt trong nhiều lĩnh vực, nhờ vào sự nỗ lực của các nhóm nghiên cứu tại các trường đại học và viện nghiên cứu trên toàn quốc, đồng hành cùng các công trình nghiên cứu và ứng dụng công nghệ này trên thế giới.
TS Trần Ngọc Đảm, từ Phòng Nghiên cứu Năng lượng và Môi trường tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh, đã thành công trong việc chế tạo và thử nghiệm các thiết bị tạo plasma xử lý bề mặt, plasma Jet và xử lý không khí ở quy mô phòng thí nghiệm Ông ứng dụng công nghệ plasma phi nhiệt hiệu quả trong việc xử lý nước thải y tế tự động, bề mặt sản phẩm cơ khí sau gia công, dụng cụ y tế, cũng như trong xử lý khí thải và nước.
TS Bùi Nguyên Quốc Trình đã nghiên cứu và ứng dụng công nghệ plasma lạnh để khử trùng và bảo quản hoa quả, nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm nông sản Nhóm nghiên cứu tại Đại học Công Nghệ (Đại học Quốc gia Hà Nội) đã làm chủ công nghệ chế tạo nguồn phát plasma, khống chế nhiệt độ đầu phát plasma và phát triển quy trình đóng gói sản phẩm thế hệ mới Nghiên cứu này không chỉ giúp kéo dài thời gian bảo quản hoa quả mà còn đảm bảo an toàn thực phẩm cho người tiêu dùng.
1, tên là DUHATA-G1) Môi trường plasma sử dụng khí Nitơ, thay vì các khí trơ truyền thống nhƣ Argon hay Heli
Thiết bị bảo quản thực phẩm sử dụng cơ chế vật lý để ức chế hoặc tiêu diệt vi khuẩn có hại, cung cấp giải pháp thay thế cho việc bảo quản lạnh truyền thống Khác với các phương pháp bảo quản hóa học, thiết bị này không để lại dư lượng hóa chất không mong muốn trong thực phẩm sau khi xử lý.
Nguyễn Văn Dũng “Nghiên Cứu Ứng Dụng Công Nghệ Plasma Lạnh Trong Xử Lý Nước: Tổng Hợp Tài Liệu” , Tạp chí khoa học trường ĐH Cần
Trong bài báo năm 2015, tác giả đã giới thiệu các công nghệ xử lý nước phù hợp với điều kiện Việt Nam, đặc biệt là công nghệ Plasma lạnh Nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả của công nghệ này trong việc xử lý vi khuẩn E.coli, phân hủy đến 98% thuốc kháng sinh sulfadiazine từ chăn nuôi gia súc, cũng như giảm đáng kể hàm lượng các kim loại nặng như chì (Pb) và các chất ô nhiễm khác như dầu mỏ và chất hoạt động bề mặt.
Hình 1.8 Mô hình xử lý nước bằng công nghệ Plasma
TS Nguyễn Trọng Hiếu “ plasma nhiệt độ thấp và một số ứng dụng”, Tạp chí Khoa Học và Công Nghệ, trang 12 - 14, năm 2004 [15] Bài báo xác định và phân
Bài báo trình bày 11 loại plasma cùng với một số tính chất nổi bật của chúng Tác giả đã ứng dụng plasma để thiết kế hệ thống đánh lửa plasma cho xe của hãng Ford, mở ra những tiềm năng mới trong công nghệ ô tô.
Mục tiêu và đối tƣợng nghiên cứu
Nghiên cứu phương pháp xử lý khí thải bằng buồng plasma được điều khiển dựa trên tín hiệu của cảm biến oxy
Phạm vi nghiên cứu
Xử lý khí thải động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu xăng và Diesel là cần thiết để đảm bảo hàm lượng chất độc hại trong khí thải thấp hơn giới hạn cho phép theo quy định của pháp luật.
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết về công nghệ plasma cho thấy đây là phương pháp hiệu quả trong việc xử lý khí thải ô tô, đặc biệt là các thành phần độc hại Các chất độc hại trong khí thải ô tô bao gồm CO, NOx và HC, gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng sức khỏe con người Trước đây, các phương pháp xử lý khí thải chủ yếu dựa vào công nghệ xúc tác và lọc cơ học, tuy nhiên, công nghệ plasma mang lại nhiều ưu điểm vượt trội, như khả năng phân hủy các chất ô nhiễm phức tạp và giảm thiểu khí thải độc hại một cách hiệu quả.
Nghiên cứu thực nghiệm: kiểm nghiệm khả năng xử lý khí thải bằng công nghệ plasma và qua đó, đánh giá hiệu quả của phương pháp này.
Kết luận
Chương 1 đã trình bày các ứng dụng của công nghệ plasma trong việc xử lý khí thải từ tàu thủy và ô tô, cũng như trong xử lý nước thải Điều này chứng tỏ rằng các nhà nghiên cứu đang tận dụng công nghệ này để đối phó với vấn đề ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng.
Mục tiêu của đề tài là thiết kế buồng tạo plasma để xử lý khí thải ô tô, với việc điều khiển buồng này bằng vi điều khiển nhận tín hiệu điện áp từ cảm biến oxy Để đạt được mục tiêu này, học viên sẽ nghiên cứu phương pháp tạo plasma và thiết kế mạch điều khiển cho hệ thống.
Chương 2 sẽ trình bày tổng quan về tác hại của các chất độc hại có trong khí xả như HC, CO, NOx, SOx và giới thiệu về công nghệ plasma.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Khí thải hình thành từ động cơ đốt trong
Động cơ đốt trong (Internal Combustion Engine) được coi là trái tim của ô tô, đóng vai trò là nguồn động lực chính cho các phương tiện giao thông Đây là loại động cơ nhiệt, trong đó quá trình đốt cháy nhiên liệu trộn với không khí diễn ra bên trong xy-lanh, chuyển đổi nhiệt năng thành cơ năng.
2.1.2 Thành phần các chất có trong khí thải động cơ và ảnh hưởng của chúng đối với sức khỏe con người và môi trường [17]
2.1.2.1 Thành phần các chất có trong khí thải từ động cơ
Quá trình cháy trong động cơ đốt trong là quá trình oxi-hóa nhiên liệu, giải phóng nhiệt năng trong xylanh Quá trình này diễn ra theo những cơ chế phức tạp và chịu nhiều ảnh hưởng Trong quá trình cháy, hợp chất trung gian sẽ được sinh ra, và sản phẩm cuối cùng của quá trình này được gọi là sản phẩm cháy Theo nguyên lý, trong quá trình cháy lý tưởng của hỗn hợp hydrocarbon với không khí, chỉ có CO2 được sinh ra.
Quá trình cháy trong động cơ đốt trong tạo ra khí xả chứa nhiều chất độc hại như oxit nitơ (NO, NO2, N2O), monoxit carbon (CO), hydrocarbon chưa cháy (HC) và các hạt rắn, đặc biệt là bồ hóng Những chất này xuất hiện do tính chất phức tạp của các hiện tượng diễn ra trong quá trình cháy.
Bảng 2.1 Bảng thống kê các chất có trong khí thải của động cơ
Chất thải Nguyên nhân sản sinh
CO 2 Sản phẩm của quá trình cháy nhiên liệu
N 2 Sản phẩm của quá trình cháy nhiên liệu
NO x (Oxyde Nito) Hình thành do sự kết hợp giữa oxy và nito ở nhiệt độ cao
Sinh ra do sự cháy thiếu oxy; Quá trình cháy không hoàn toàn
Do trong thiên nhiên tồn tại lưu huỳnh và bị oxy hóa trong quá trình cháy sinh ra hơi nước
C n H m (các hydrocarbure chƣa cháy hết)
Do quá trình cháy không hoàn toàn, hoặc hiện tƣợng cháy không bình thường, do nguồn gốc nhiên liệu chứa nhiều phân tử nặng
Những hạt chì nhỏ Do trong dầu thô có nhiễm chì
Chất thải dạng hạt (PM)
(Bồ hóng) Là các muội than ngậm các hạt bụi dầu chƣa cháy kịp
2.1.2.2 Cơ chế hình thành các chất độc hại trong khí thải [18]
Do sự khác biệt về nhiên liệu, quá trình hình thành hỗn hợp và quá trình cháy, tỷ lệ các chất độc hại trong khí thải của động cơ xăng và động cơ Diesel không giống nhau Đối với động cơ xăng, khí thải thường chứa nhiều hợp chất hữu cơ bay hơi và carbon monoxide, gây ảnh hưởng đến chất lượng không khí.
Hình 2.1 thể hiện tỷ lệ trung bình các chất độc hại trong khí thải động cơ xăng dựa trên khối lượng, theo chu trình thử nghiệm đặc trưng của châu Âu.
Hình 2.1 Tỉ lệ (khối lƣợng) các chất độc hại trong khí xả động cơ xăng [17]
Hình 2.2 Đặc tính các thành phần độc hại của động cơ xăng theo hệ số dƣ lƣợng không khí λ [17]
Các chất thải chính trong khí thải động cơ xăng bao gồm NOx, CnHm và CO Nồng độ của các chất này phụ thuộc vào hệ số dư lượng không khí λ, phản ánh mức độ đậm nhạt của hỗn hợp khí.
Ta có Carbon monoxyde đƣợc hình thành từ phản ứng sau:
2C + O 2 = 2CO Đây là phản ứng cháy thiếu oxy Rõ ràng hệ số dƣ lƣợng không khí λ càng nhỏ thì
CO càng tăng và ngƣợc lại
Khi λ < 1, quá trình cháy diễn ra trong điều kiện thiếu oxy, dẫn đến việc tạo ra một lượng lớn CO Trong giai đoạn giãn nở, một phần CO sẽ phản ứng với hơi nước có trong sản phẩm cháy để tạo thành CO2.
Khi λ > 1, lý thuyết cho thấy có sự thừa oxy, nhưng vẫn tồn tại một lượng nhỏ CO do sự hiện diện của các vùng cục bộ trong buồng cháy có λ < 1, nơi quá trình cháy diễn ra trong điều kiện thiếu oxy Ngoài ra, tại các khu vực gần vách, hiện tượng làm lạnh hay còn gọi là hiệu ứng sát vách cũng ảnh hưởng đến quá trình này.
CO không oxy - hóa tiếp thành CO 2
C n H m (các hydrocarbure chƣa cháy hết):
Hình 2.2 cho thấy giá trị C n H m đạt mức tối thiểu trong khoảng λ = 1,1 ÷ 1,25 Ngoài khoảng này, tỉ lệ nhiên liệu – không khí trở nên quá đậm hoặc quá nhạt, có thể vượt quá giới hạn cháy, dẫn đến tình trạng nhiên liệu không thể cháy Bên cạnh đó, trong buồng cháy, tồn tại những vùng đặc biệt mà hỗn hợp nhiên liệu không thể cháy dù ở bất kỳ giá trị λ nào.
Hiệu ứng sát vách là hiện tượng xảy ra khi lớp sát vách các chi tiết có nhiệt độ thấp, khiến cho màng lửa không thể lan rộng và bị dập tắt Do đó, nhiên liệu trong khu vực này không bị đốt cháy.
Vùng giữa các kẽ hẹp: Khe giữa đầu Piston và xy lanh…
Trong quá trình nén, màng dầu thường hình thành trên bề mặt gương xy lanh Khi diễn ra quá trình giãn nở, áp suất giảm và màng dầu bay hơi, dẫn đến sự tăng lên của C m H n.
Thành phần của C n H m rất đa dạng: Thành phần chủ yếu là hydrocarbure thơm (benzene, toluen, etyl benzene…) Olephin (propan, etan…) hay Paraphin (metan…)…
NOx được hình thành từ phản ứng oxy hóa nitơ trong điều kiện nhiệt độ cao của quá trình cháy Thành phần của NOx phụ thuộc nhiều vào hệ số dư không khí λ, tức là nồng độ không khí trong quá trình đốt cháy.
Nhiệt độ quá trình cháy và nồng độ Oxy đạt giá trị cực đại tại λ = 1,05 ÷ 1,1, nơi mà Oxy và Nitơ phân huỷ thành nguyên tử có tính năng hoạt hoá cao Tại điểm này, nồng độ Oxy đủ lớn để đảm bảo phản ứng diễn ra, dẫn đến NO x đạt cực đại Trước giá trị này, khi λ tăng, nồng độ Oxy tăng theo, khiến NO x cũng tăng Tuy nhiên, sau khi đạt cực đại, khi λ tiếp tục tăng, hỗn hợp nhạt và nhiệt độ quá trình cháy giảm, dẫn đến sự giảm của NO x.
Thành phần của NO x : NO chiếm tới 90 ÷ 98% tuỳ thuộc vào λ, phần còn lại là NO 2
Cơ chế hình thành NO được mô tả dưới đây, trước hết dưới nhiệt độ cao Oxy bị phân huỷ thành Oxy nguyên tử
O 2 ↔ 2O Tiếp theo là các phản ứng với sự tham gia của các nguyên tử có tính năng hoạt hoá cao:
O 2 + N ↔ NO +O Hai phản ứng này đƣợc gọi là chuỗi Zeldovich Ngoài ra NO còn đƣợc hình thành từ phản ứng sau:
Phản ứng giữa OH và N tạo ra NO và H, với NO chủ yếu hình thành ở phía sau ngọn lửa trong vùng cháy Quá trình hình thành NO diễn ra chậm hơn nhiều so với sự hình thành CO.
Ngoài 3 thành phần độc hại chính trên trong khí thải động cơ đốt trong còn có các hợp chất chứa chì
Các hợp chất chứa chì, như Tetraetin chì (Pb(C2H5)4), thường được pha vào xăng để chống kích nổ trong động cơ xăng Sản phẩm cháy từ động cơ sử dụng xăng pha chì chứa các hợp chất chì dạng hạt rắn rất nhỏ, có tác dụng làm khít xupap với đế xupap nhưng cũng gây mài mòn các chi tiết động cơ Hơn nữa, việc sử dụng chì trong xăng gây hại cho môi trường và sức khỏe con người.
Giới thiệu về vi điều khiển Arduino
Arduino [24] ra đời tại thị trấn Ivrea, nước Ý và được đặt theo tên một vị vua vào thế kỷ thứ 9 là King Arduin
Arduino được giới thiệu lần đầu vào năm 2005 bởi giáo sư Massimo Banzi tại trường Interaction Design Institute Ivrea (IDII) như một công cụ học tập cho sinh viên Mặc dù không có chiến dịch tiếp thị nào, Arduino nhanh chóng lan tỏa nhờ sự truyền miệng tích cực từ người dùng đầu tiên Hiện nay, Arduino đã phát triển mạnh mẽ trên toàn cầu, bao gồm cả Việt Nam, và đã trải qua nhiều thế hệ khác nhau.
2.3.2 Giới thiệu về Arduino nano
Arduino Nano là một vi điều khiển nhỏ gọn, kích thước chỉ 1,85cm × 4,3cm, rất phù hợp cho những người mới bắt đầu Nó có thể lập trình dễ dàng qua máy tính và sử dụng các thư viện tương tự như Arduino Uno, nhưng với chi phí thấp hơn, mang lại sự tiện lợi cho người dùng.
Các thông số kỹ thuật
Vi điều khiển ATmega328 (họ 8bit) Điện áp hoạt động 5V – DC
Tần số hoạt động 16 MHz
Dòng tiêu thụ 30mA Điện áp vào khuyên dùng 7-12V – DC Điện áp vào giới hạn 6-20V – DC
Số chân Digital I/O 14 (6 chân PWM)
Số chân Analog 8 (độ phân giải 10bit)
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 40 mA
Dòng ra tối đa (5V) 500 mA
Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA
Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 2KB dùng bởi bootloader
Arduino Nano có thông số kỹ thuật tương tự như Arduino Uno R3, cho phép các thư viện trên Uno hoạt động tốt trên Nano Tuy nhiên, Arduino Nano có kích thước nhỏ gọn, là lợi thế lớn cho các dự án DIY Nó cũng sở hữu nhiều chân Analog hơn với hai chân A6 và A7 chỉ dùng để đọc, và dòng ra tối đa của mỗi chân IO lên tới 40mA Mặc dù mạch Nano cần 2KB bộ nhớ cho bootloader, trong khi Uno chỉ cần 0.5KB, nhưng Nano lại có 30KB bộ nhớ flash để lập trình.
Arduino Nano sử dụng cổng Mini USB, giúp giảm kích thước của bảng mạch, đặc biệt là về chiều cao, và cho phép lập trình trực tiếp qua máy tính.
Tìm hiểu vể cảm biến Oxy, bộ chuyển đổi xúc tác, buồng Plasma
Cảm biến oxy được lắp đặt trên đường ống thải và có hai loại chính, khác nhau chủ yếu về vật liệu chế tạo: Dioxide Zirconium (ZrO2) và Dioxide Titanium (TiO2).
2.4.1.1 Cảm biến oxy với thành phần Zircronium
Hình 2.21 Cấu tạo cảm biến Oxy với thành phần Zircronium
(1)Thân cảm biến, (2) Đệm, (3)Dây dẫn, (4)Màng bảo vệ, (5)Chất điện phân,
(6)Thanh tiếp xúc, (7)Vỏ bọc
Hình 2.22 Cảm biến Oxy với thành phần dioxide zirconium
(1)Chất điện phân khô, (2)Điện cực ngoài và trong, (3)Thân cảm biến
Cảm biến oxy được chế tạo từ Zirconium dioxide (ZrO2), có khả năng hấp thụ ion oxy âm tính Thiết bị này hoạt động như một pin điện, với suất điện động phụ thuộc vào nồng độ oxy trong khí thải, trong đó ZrO2 đóng vai trò là chất điện phân Mặt trong của ZrO2 tiếp xúc với không khí, trong khi mặt ngoài tiếp xúc với oxy trong khí thải Mỗi mặt của ZrO2 được phủ một lớp điện cực bằng platin mỏng và xốp, giúp oxy dễ dàng khuếch tán Khi khí thải có lượng oxy thấp do hỗn hợp giàu nhiên liệu, số ion oxy ở điện cực tiếp xúc khí thải giảm, tạo ra sự chênh lệch ion và tín hiệu điện áp khoảng 0,2 đến 0,9V Ngược lại, trong trường hợp nghèo xăng, sự chênh lệch ion nhỏ hơn sẽ dẫn đến tín hiệu điện áp thấp khoảng 0,1 đến 0,4V.
Thân cảm biến đƣợc giữ trong chân có ren, bao ngoài một ống bảo vệ và đƣợc nối với các đầu dây điện
Bề mặt ZrO2 được phủ lớp platin mỏng bên trong và bên ngoài, bảo vệ bởi lớp gốm xốp và kết dính để tránh hư hỏng do va chạm với các phần tử rắn trong khí thải Cảm biến được bao bọc bởi ống kim loại bảo vệ, có lỗ bù áp suất và đỡ lò xo đĩa Để ngăn muội than bám vào lớp gốm, đầu tiếp xúc khí thải có ống rãnh đặc biệt giữ lại khí thải và phần tử khí cháy, tránh tiếp xúc trực tiếp với thân gốm Pin oxy với ZrO2 hoạt động ở nhiệt độ trên 300°C, do đó cảm biến sử dụng điện trở tự nung bên trong, được cấp điện từ ác quy để giảm thời gian chờ.
2.4.1.2 Cảm biến oxy với thành phần Titannium
Hình 2.23 Cấu tạo cảm biến oxy với thành phần Titannium
(1)Ống bảo vệ, (2) Thân cảm biến, (3) Đệm, (4) Vỏ bọc, (5) Dây dẫn
Hình 2.24 Mạch điện cảm biến oxy với thành phần Titannium
Cảm biến này được cấu tạo tương tự như loại Zicronium, nhưng sử dụng Titanium dioxide (TiO2) làm thành phần nhận biết oxy trong khí thải Đặc điểm nổi bật của cảm biến này là sự thay đổi điện trở theo nồng độ oxy còn lại trong khí thải.
Khi khí thải chứa lƣợng oxy ít do hỗn hợp giàu nhiên liệu, phản ứng tách oxy khỏi
Điện áp tại cổng so của OP AMP đạt từ 0,2 đến 0,9V nhờ vào sự tăng lên của 41 Khi khí thải có nhiều oxy do hỗn hợp nghèo, phản ứng tách oxy khỏi TiO2 gặp khó khăn, dẫn đến điện trở của TiO2 cao Điều này làm giảm dòng qua điện trở và điện thế tại cổng giảm xuống khoảng 0,1 đến 0,4V.
2.4.2 Bộ chuyển đổi xúc tác
Hình 2.25 Bộ chuyển đổi xúc tác trên ô tô
Từ năm 1997, các tiêu chuẩn môi trường ngày càng nghiêm ngặt đã buộc các hãng xe phải chú trọng hơn đến khí xả Để đáp ứng yêu cầu này, bộ xúc tác khí xả ba thành phần (three way catalyst) đã được phát triển nhằm loại bỏ các chất ô nhiễm như NOx, HC và CO Bộ ba chất xúc tác này bao gồm Platinum, Palladium và Rhodium, giúp xử lý các chất độc hại trong khí xả thông qua các phản ứng hóa học cụ thể.
NO X + CO -> CO 2 + N 2 (dưới xúc tác Rhodium) (2.9)
NO X + HC -> CO 2 + NH 3 (dưới xúc tác Rhodium) (2.10)
CO + O 2 -> CO 2 (dưới xúc tác Platinium) (2.11)
Phương trình phản ứng HC + O2 → CO2 + H2O dưới sự xúc tác của Paladium cho thấy rằng bộ xúc tác cần NOx trong khí xả để phản ứng với HC và CO, hai chất độc hại từ quá trình cháy Để đảm bảo hiệu quả của bộ xúc tác, cần duy trì tỉ lệ không khí và nhiên liệu ở mức λ = 1, tức là 14,7 g không khí cho mỗi 1 g nhiên liệu, nhằm cung cấp đủ NOx cho quá trình phản ứng Do đó, hệ thống điều khiển phải được thiết lập để kiểm soát và duy trì điều kiện cháy tối ưu.
NO X cần thiết, tức là kiểm soát hệ số λ =1 Để kiểm soát λ =1, cần phải dùng cảm biến để kiểm tra nồng độ oxy có trong khí xả Khi hệ thống hoạt động với chế độ điều khiển kín (Closed loop) thì ECU sẽ đối chiếu nồng độ oxy trong khí xả để luôn duy trì trạng thái cháy đủ không khí/xăng (tức λ =1) Điều khiển ở chế độ Closed loop chỉ xảy ra khi: nhiệt độ động cơ đủ nóng đến nhiệt độ vận hành, ga ổn định và ở mức trung bình Thì lúc này ECU mới xử lý tín hiệu từ cảm biến oxy để điều khiển lƣợng phun nhiên liệu
Các chế độ hoạt động khác sử dụng điều khiển hở (open loop control) mà không xử lý tín hiệu từ cảm biến oxy Tuy nhiên, trong chế độ công suất tối ưu (best power), cần tạo ra hỗn hợp nhiên liệu giàu (λ < 1) để đạt công suất động cơ tối đa Ở chế độ này, lượng NOx sản sinh ra không đủ để kích hoạt bộ xúc tác, dẫn đến việc hệ thống vẫn ở chế độ điều khiển hở Kết quả là, khí thải sẽ chứa các hợp chất HC và CO.
Sự phóng điện trong chất khí, hay còn gọi là plasma khí, xảy ra khi các phân tử khí trong môi trường không còn ở trạng thái cân bằng nhiệt động học, dẫn đến các chuyển hóa hóa học Để quá trình này diễn ra hiệu quả và nhanh chóng, cần tạo ra các điều kiện thuận lợi Quá trình phóng điện phụ thuộc vào hằng số tốc độ chuyển biến hóa học Kt, nhiệt độ môi trường T và năng lượng hoạt hóa phân tử Ea.
K 0 : Tổng số các va chạm của các phần tử tham gia phản ứng trong một đơn vị thời gian
: Đặc trƣng số phần tử tham gia phản ứng
Để tăng tốc độ phản ứng hóa học, cần nâng cao nhiệt độ môi trường hoặc giảm năng lượng hoạt động hóa phân tử Trong thực tế, việc tăng nhiệt độ là một phương pháp hiệu quả để đạt được điều này.
Tốc độ phản ứng hóa học tỉ lệ thuận với năng lượng dự trữ và mức dao động của các phần tử tự do, giúp kích hoạt phân tử khí thành phân tử không cân bằng trong điện trường cao áp không đồng nhất Phương pháp này có nhiều ưu điểm và được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị như màn hình plasma, đèn huỳnh quang và laser khí Luận văn tập trung nghiên cứu về mạch nguồn xung cách ly flyback, một loại nguồn xung phổ biến hiện nay, có khả năng truyền công suất gián tiếp thông qua biến áp, cho phép điều chỉnh điện áp đầu ra lớn hơn hoặc nhỏ hơn điện áp đầu vào tùy theo mục đích thiết kế.
Sơ đồ nguyên lý nhƣ sau:
Hình 2.26 Sơ đồ nguyên lý hoạt động mạch nguồn xung flyback [21]
Mạch được cấu tạo từ một van đóng cắt và một biến áp xung, với biến áp có nhiệm vụ truyền công suất từ đầu vào đến đầu ra Điện áp đầu ra của mạch phụ thuộc vào tín hiệu băm xung PWM và tỷ số truyền của lõi biến áp.
Dòng điện biến thiên là yếu tố chính tạo ra từ thông và sức điện động cảm ứng trên cuộn dây biến áp Trong trường hợp sử dụng điện áp một chiều, dòng điện không thay đổi theo thời gian, vì vậy cần sử dụng van đóng cắt liên tục để tạo ra từ thông biến thiên.
Khi công tắc "Switch On" được bật, dòng điện trong cuộn dây sơ cấp tăng dần, tạo ra điện áp dương ở cuộn dây thứ cấp, phụ thuộc vào tỉ số giữa hai cuộn dây Trong quá trình này, Diode chặn dòng điện, khiến tải được cung cấp bởi tụ điện C Khi công tắc "Switch Off" mở ra, cuộn dây sơ cấp mất điện đột ngột, dẫn đến đảo chiều điện áp ở cuộn dây thứ cấp qua Diode, cung cấp điện cho tải và nạp điện cho tụ.
Công thức tính toán cho nguồn dùng flyback:
n 2 : số cuộn dây thứ cấp của biến áp
n 1 : số cuộn dây sơ cấp của biến áp
T on : Thời gian mở của Q 1 trong một chu kỳ
f: Là tần số băm xung T 1/ f T on T off
Nguồn xung kiểu flyback hoạt động ở hai chế độ : Chế độ liên tục (dòng qua thứ cấp luôn > 0) và chế độ gián đoạn (dòng qua thứ cấp luôn bằng 0)
Từ nguồn xung tạo ra điện trường cao áp ta cấp cho hệ thống có dạng mô hình như sau:
THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHO BỘ XỬ LÝ KHÍ THẢI TRÊN Ô TÔ BẰNG CÔNG NGHỆ PLASMA PHI NHIỆT
Mô hình xử lý khí thải bằng công nghệ Plasma phi nhiệt
Hình 3.1 Sơ đồ khối mô hình điều khiển hệ thống xử lý khí thải bằng công nghệ
(a)Mô hình cơ bản của động cơ, (b)Hệ thống điều khiển xử lý khí thải bằng công nghệ Plasma
(1 Buồng Plasma, (2)Mạch điều khiển, (3)Cảm biến Oxy, (4)Bộ chuyển đổi xúc tác, (5)Đường ống nạp, (6) Đường ống thải, (7)Buồng đốt động cơ, (8) Khí thải ra ngoài môi trường
Sơ đồ hình 3.1 minh họa nguyên lý hoạt động của mô hình điều khiển hệ thống xử lý tỷ lệ hòa khí đưa vào đường ống nạp, xác định mức độ nghèo hay giàu nhiên liệu và trạng thái hoạt động của động cơ Tín hiệu từ cảm biến oxy được truyền về mạch điều khiển dưới dạng điện áp.
Vi xử lý trên mạch điều khiển không thể trực tiếp nhận biết nồng độ các chất độc hại như HC, CO, NO X Do đó, chúng ta chỉ có thể dựa vào tín hiệu điện áp từ cảm biến oxy để xác định trạng thái hoạt động của động cơ.
Dựa vào chế độ hoạt động của động cơ, chúng ta có thể xác định nồng độ các chất độc hại trong khí thải thông qua việc đo đạc thực nghiệm Quá trình này cho phép vi xử lý trong mạch điều khiển nhận biết nồng độ khí thải thông qua tín hiệu từ cảm biến oxy.
Mạch điều khiển (2) nhận tín hiệu đầu vào dưới dạng điện áp và phát tín hiệu đầu ra để điều chỉnh cường độ xử lý của buồng plasma, phù hợp với từng chế độ hoạt động của động cơ.
Buồng plasma sẽ hoạt động kết hợp với bộ chuyển đổi xúc tác trên ô tô, điều chỉnh cường độ xử lý tùy theo trạng thái hoạt động của xe và cách thức làm việc của bộ chuyển đổi Nó có thể hoạt động với cường độ cao, thấp hoặc thậm chí ngừng hoạt động.
3.1.2 Cấu tạo thiết bị xử lý khí thải bằng công nghệ plasma
Các thành phần chính của thiết bị bao gồm buồng plasma, bộ nguồn cao áp một chiều, van điều khiển lưu lượng, các công tắc điều khiển, ampe kế và quạt làm mát.
Hình 3.2 Cấu tạo thiết bị xử lý khí thải bằng công nghệ plasma [16]
Hình 3.3 Thiết bị thực tế [16]
Hình 3.4 Sơ đồ cấp điện cho hệ thống xử lí khí thải [16]
1 – Biến áp tự ngẫu; 2 – Biến áp chuyển đổi điện áp 220/110V;
Để tạo ra môi trường plasma ổn định, nguồn cao áp được thiết kế theo kiểu xung tần số cao từ 15 đến 16 kHz, đưa vào cuộn sơ cấp của biến thế Đầu ra thứ cấp được nắn thành một chiều bằng diode và được san độ mấp mô bằng cuộn kháng Thiết bị này có công suất 150W và điện áp đầu ra một chiều tối đa lên đến 30 kV, với khả năng điều chỉnh mịn Thiết bị này hiện có sẵn trên thị trường và hoạt động rất ổn định.
Hình 3.5 Vùng plasma đƣợc tạo ra từ ống thạch anh
3.1.3 Nguyên lý làm việc của thiết bị xử lý khí thải bằng công nghệ plasma
Trong môi trường plasma, các chất trên dưới tác động của các hạt electron chuyển động tự do sẽ xảy ra các phản ứng nhƣ sau [27]:
Trong môi trường plasma, các phân tử chuyển sang trạng thái nguyên tử kích thích, dẫn đến các phản ứng hóa học phức tạp giữa các nguyên tử và giữa nguyên tử với phân tử Các diễn biến chính trong lò phản ứng plasma có thể được tóm tắt như sau.
- Plasma + NO + HC + O 2 → NO 2 + HC-products
M * : H 2 O * hoặc OH * là thiết bị dễ sử dụng và vận hành đơn giản Để xử lý khí hiệu quả, người dùng có thể điều chỉnh cường độ dòng điện, từ đó tạo ra vùng plasma với mức độ mạnh hoặc yếu phù hợp với loại khí cần xử lý.
Mạch điều khiển cho hệ thống xử lý khí thải bằng công nghệ plasma
Hình 3.6 Đặc tính các thành phần độc hại của động cơ xăng theo hệ số dƣ lƣợng không khí λ [17]
Dựa vào bảng 3.1, chúng ta có thể xác định tín hiệu đầu vào cho mạch điều khiển và lập trình cho vi điều khiển Cách thức điều khiển trạng thái hoạt động của bộ xử lý khí thải trong mạch được trình bày như sau:
Khi hỗn hợp lý tưởng đạt tỷ lệ λ = 1, mạch điều khiển sẽ tắt buồng plasma, vì lúc này, các chất ô nhiễm như NOx, HC và CO được xử lý hiệu quả bởi bộ chuyển đổi xúc tác.
Khi hỗn hợp hòa khí giàu (λ < 1), khí thải sẽ chứa nhiều hydrocarbon (HC) và carbon monoxide (CO), trong khi lượng nitrogen oxides (NOx) rất ít Để xử lý tình trạng này, mạch điều khiển buồng plasma sẽ hoạt động với cường độ tối đa.
Khi hỗn hợp hòa khí nghèo (λ > 1), lượng hydrocarbon (HC) tăng lên trong khi carbon monoxide (CO) và nitrogen oxides (NOx) giảm Điều này dẫn đến việc mạch điều khiển buồng plasma hoạt động với cường độ thấp hơn để xử lý hiệu quả hơn.
Bảng 3.1 Bảng mối liên hệ giữa trạng thái hỗn hợp hòa khí và tín hiệu điện áp từ cảm biến Oxy
Trạng thái hỗn hợp hòa khí Điện áp từ cảm biến Oxy ( trong khoảng 0.1 đến 0.9V )
Các chất độc hại hình thành từ động cơ đốt trong
Hỗn hợp lý tưởng ( λ 0.5 V Sinh ra nhiều NOx
Hỗn hợp giàu ( λ < > 0.5 V Lƣợng NOx rất ít, nhiều
Hỗn hợp nghèo ( λ > < 0.5 V Lƣợng HC tăng, CO và
3.2.2 Sơ đồ khối mạch điều khiển
Hình 3.11 Sơ đồ khối mạch điều khiển hệ thống xử lý khí thải bằng công nghệ plasma
Mạch điều khiển hệ thống xử lý khí thải bằng công nghệ plasma hoạt động dựa trên tín hiệu điện áp từ cảm biến oxy, với giá trị điện áp nhỏ (từ 0,1 đến 0,9 V) Để vi xử lý nhận biết, tín hiệu này cần được khuếch đại lên mức từ 0 đến 5V Sau đó, tín hiệu tương tự sẽ được chuyển đổi sang dạng số thông qua bộ ADC Vi xử lý Arduino sử dụng tín hiệu điện áp đầu vào để xử lý và xuất tín hiệu đầu ra, từ đó điều khiển cường độ xử lý của buồng plasma.
Mạch điều khiển cung cấp tín hiệu đầu ra với điện áp 5V, cho phép điều chỉnh điện áp để cung cấp năng lượng cho hệ thống tạo plasma Điều này giúp mạch kiểm soát cường độ xử lý khí thải trong buồng plasma một cách hiệu quả
Nút nhấn và nút xoay trên thiết bị cho phép điều chỉnh điện áp đầu ra của vi điều khiển, từ đó kiểm soát cường độ xử lý của buồng plasma Khi nồng độ khí thải hiển thị cao trên màn hình, người dùng có thể điều chỉnh cường độ xử lý của buồng plasma để phù hợp Trong các lần xử lý khí thải tiếp theo, khi cảm biến Oxy gửi tín hiệu tương tự, vi điều khiển sẽ tự động điều chỉnh điện áp để bộ xử lý khí thải hoạt động ở cường độ cao mà không cần can thiệp từ người dùng Nhờ vậy, vi điều khiển có thể tự động điều chỉnh và tối ưu hóa hiệu quả xử lý khí thải ô tô.
3.2.3 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển
Hình 3.7 Sơ đồ mạch tổng quát
Hình 3.8 Mạch chỉnh dạng xung tính hiệu đầu vào
Tín hiệu từ cảm biến oxy được truyền qua điện trở R29 và sau đó được đưa vào OP-AMP để so sánh với điện áp cố định từ cảm biến oxy Quá trình này tạo ra xung vuông, được gửi đến chân INT của Arduino.
Hình 3.9 Sơ đồ mạch điều khiển trung tâm và hiển thị LCD
Vi điều khiển trung tâm sử dụng Arduino để nhận tín hiệu từ cảm biến oxy, đo tỷ lệ và điều chỉnh điện áp cho bộ Plasma Arduino cũng tiếp nhận tín hiệu điều chỉnh từ nút xoay và hiển thị thông tin trên màn hình LCD qua giao tiếp TWI 2 dây.
Hình 3.10 Sơ đồ mạch điều khiển điệp áp thay đổi
Arduino qua opto cách ly điều khiển driver kích FET để thay đổi điện áp ngõ ra từ 0V đến 110V
Hình 3.11 Sơ đồ mạch mạch nguồn ổn áp xung
Mạch sử dụng modul ổn áp 5V có sẵn Điện áp từ 12V qua mạch tạo ra 5V kể cung cấp nguồn nuôi cho Arduino và các IC trên mạch
Hình 3.12 Lưu đồ thuật toán 3.2.5 Thiết kế phần cứng
Hình 3.14 Mạch điều khiển hệ thống xử lý khí thải bằng công nghệ plasma phi nhiệt
Hình 3.15 Màn hình hiển thị của mạch điều khiển
Trên màn hình hiển thị ta qui ƣớc X là chỉ số hiển thị tín hiệu từ cảm biến Oxy
Trong bài viết này, chúng ta quy ước rằng 50% tương ứng với λ = 1 Khi X > 50% (tức là có nhiều oxy), hỗn hợp được coi là nghèo với chỉ số λ > 1 Ngược lại, khi X < 50% (tức là có ít oxy), hỗn hợp sẽ được xem là giàu với chỉ số λ < 1.
Chỉ số DK là tín hiệu điện áp đầu ra của mạch điều khiển, dựa vào chỉ số X DK được phân chia thành 11 nấc giá trị từ 0 đến 10, tương ứng với điện áp từ 0 đến giá trị tối đa.
Hình 3.16 Các chỉ số X, DK, Xs, DKs trên màn hình
Chỉ số Xs và ĐKs đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh hệ thống xử lý khí thải Khi phát hiện nồng độ khí thải cao mà cường độ xử lý không đủ, người dùng có thể tăng cường độ xử lý bằng cách điều chỉnh chỉ số DKs tương ứng với Xs Sau khi nhấn giữ nút xoay, mạch sẽ ghi nhớ giá trị này Khi thực hiện đo lại, nếu chỉ số X (tín hiệu cảm biến Oxy) khớp với Xs, mạch sẽ tự động điều chỉnh tín hiệu điện đầu ra (chỉ số DK) cho buồng Plasma theo chỉ số ĐKs đã thiết lập trước đó.
3.3 Lắp ráp vận hành thiết bị
Hình 3.17 Sơ đồ lắp mạch điều khiển vào buồng Plasma
Sau khi hoàn thiện thiết kế mạch, chúng ta lắp đặt mạch vào bộ xử lý khí thải Plasma Mạch điều khiển sẽ hoạt động khi được cung cấp nguồn 12V - DC, do đó cần đảm bảo nguồn điện phù hợp.
Plasma, và khi không xử dụng mạch nữa, ta sẽ nối trực tiếp nguồn 110 V đến buồng Plasma
Hình 3.18 Mạch khi đã lắp vào hộp chứa buồng Plasma
Khi hỗn hợp lý tưởng đạt λ = 1, mạch điều khiển sẽ ngừng hoạt động buồng plasma, giúp bộ chuyển đổi xúc tác xử lý hiệu quả các khí NOx, HC và CO Tại thời điểm này, chỉ số X hiển thị khoảng 50% (tương đương λ = 1) và chỉ số DK là 0, cho thấy điện áp cung cấp cho mạch điều khiển là 0V.
Hình 3.19 Màn hình hiển thị khi λ = 1
Hình 3.20 Buồng Plasma lúc không hoạt động
Khi hỗn hợp hòa khí giàu (λ < 1), khí thải sẽ chứa nhiều hydrocarbon (HC) và carbon monoxide (CO), trong khi lượng NOx rất ít Để xử lý hiệu quả, mạch điều khiển buồng plasma sẽ hoạt động với cường độ cao nhất.
Và trên màn hình hiển thị chỉ số X khoảng 80% (tương đương λ