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 Các nhà sản xuất ô tô không ngừng cải tiến công nghệ để phục vụ nhu cầu của người tiêu dùng, dẫn đến sự mở rộng của hoạt động giao thông vận tải Sự gia tăng này cũng đồng nghĩa với số lượng ô tô trên toàn cầu ngày càng lớn.
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, toàn cầu có khoảng 1,143 tỷ xe ô tô đang lưu hành, trong đó Mỹ chiếm gần 251 triệu xe Châu Âu hiện có tổng cộng 368 triệu xe, với 291 triệu xe thuộc 27 quốc gia của Liên minh châu Âu và các nước thuộc 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 và chiều dài trung bình mỗi xe là 5m, nếu xếp tất cả xe trên thế giới thành hàng, tổng 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 vấn đề ô nhiễm môi trường do khí thải ô tô, khiến việc thiết lập các tiêu chuẩn giới hạn nồng độ khí xả trở nên cần thiết Để giảm thiểu ô nhiễm không khí toàn cầu, các quy định về nồng độ chất thải độc hại từ ô tô cần phải được nâng cao hơn nữa.
Tại châu Âu, từ năm 1987, dự luật quy định nồng độ giới hạn khí thải được thông qua, gọi là Euro 0 Sau đó, các tiêu chuẩn Euro I (1992), Euro II (1996), Euro III (2000) và Euro IV (2005) được ban hành, áp dụng cho tất cả xe 4 bánh sử dụng động cơ đốt trong với các loại nhiên liệu như xăng, dầu và LPG Mỗi tiêu chuẩn mới có nồng độ khí thải thấp hơn tiêu chuẩn trước, tạo ra một hệ thống kiểm soát chất lượng không khí ngày càng nghiêm ngặt.
Ô nhiễm không khí là vấn đề nghiêm trọng do nhiều nguồn phát thải, bao gồm sản xuất, xây dựng, sinh hoạt và giao thông vận tải Trong đó, giao thông vận tải là một trong những nguyên nhân chính gây ra ô nhiễm Đặc biệt, lượng khí xả CO2 trên toàn cầu ngày càng gia tăng, đặc biệt ở các quốc gia có nền kinh tế phát triển mạnh như Trung Quốc và Hoa Kỳ, từ năm 1965 đến 2015.
Mặc dù các tiêu chuẩn giới hạn nồng độ khí thải ngày càng được cải thiện, ô nhiễm từ ngành giao thông vận tải vẫn gia tăng do lượng xe trên toàn cầu không ngừng tăng Một số quốc gia chưa áp dụng đồng bộ các tiêu chuẩn khí thải, trong khi xe cũ thải ra lượng khí độc lớn vẫn còn hoạt động tại các nước kém phát triển, góp phần vào tình trạng ô nhiễm toàn cầu Tại Việt Nam, giao thông vận tải là nguồn gây ô nhiễm không khí lớn nhất, đặc biệt với sự phát thải của 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 môi trường là cấp thiết, và các hãng ô tô đang phát triển công nghệ để giảm thiểu nồng độ chất độc hại từ khói thải.
Vào năm 1976, Bosch đã giới thiệu cảm biến Lambda cho động cơ xăng, đánh dấu bước tiến quan trọng trong công nghệ Sau đó, hãng phát triển cảm biến Lambda cho động cơ diesel và thành công trong việc chế tạo hệ thống điều khiển điện tử động cơ diesel EDS Thiết bị này đã 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 xylanh được sắp xếp theo từng cặp, với một xylanh đảm nhận vai trò cháy sinh công và xylanh còn lại thực hiện việc xả khí thải Giữa hai xylanh này có một ống dẫn ngang (crossover passage) để tối ưu hóa hiệu suất Theo Scuderi Group, động cơ Split-cycle có khả năng tăng cường tính kinh tế nhiên liệu từ 15 đến 30% và giảm thiểu 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 nạp điện cho ắc quy Động cơ điện hoạt động hiệu quả trong các chế độ gia tốc và tải lớn, cho phép động cơ đốt trong chỉ cần cung cấp công suất vừa đủ, dẫn đến thiết kế động cơ nhỏ gọn Việc lựa chọn dãy tốc độ phù hợp giúp 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 gần như lý tưởng, cải thiện đáng kể đặc tính kéo của bánh xe chủ động Vì vậy, ôtô hybrid được xem là xu thế 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 rắn trong khí thải, là những yếu tố quan trọng cần kiểm soát Bộ phin này được thiết kế đặc biệt cho động cơ xe tải, trở thành một phần thiết yếu cho hầu hết các xe buýt hoạt động trong thành phố.
Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống CRT của Volvo Trucks [6]
Việc tìm kiếm giải pháp công nghệ mới nhằm giảm ô nhiễm khí thải ngày càng thu hút sự quan tâm, đặc biệt là những công nghệ hiệu quả cao hoặc kết hợp với các công nghệ đã áp dụng trước đó Sử dụng tia Plasma để ion hóa khí thải độc hại đã được nghiên cứu và thử nghiệm trên nhiều mô hình, chủ yếu trong xử lý khí thải trên tàu thủy và các lĩnh vực khác Nếu công nghệ này được áp dụng cho ô tô, có thể mang lại hiệu quả nhất định khi được tối ưu hóa về thiết kế và nguồn năng lượng cho hệ thống Plasma Do đó, học viên đang tập trung nghiên cứu xử lý khí thải bằng công nghệ Plasma và tìm kiếm giải pháp tương thích với 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 vấn đề toàn cầu được quan tâm Các nhà khoa học đang nghiên cứu và phát triển giải pháp cho vấn đề này 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 thực tiễn cao.
R McAdams và 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 loại bỏ NOx Họ cũng trình bày mô hình thử nghiệm hệ thống xử lý khí xả bằng 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 của 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 plasma lạnh, trong báo cáo trước cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ Bản báo cáo trình bày quá trình nghiên cứu và các ứng dụng tiềm năng của công nghệ này trong tương lai Trung tâm công nghệ không khí sạch CATC đang đầu tư nghiên cứu ứng 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 qua các phương trình 1.1, 1.2 và hình 1.7, hoạt động hiệu quả nhờ vào phản ứng hóa học giữa NH3 và NOx Công nghệ này đã đóng góp đáng kể vào việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường do phương tiện giao thông đường thủy gây ra.
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 nhận định rằng công nghệ này sẽ có nhiều tiềm năng phát triển và 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 hiệu quả của plasma lạnh trong việc xử lý các hạt ô nhiễm PM và NOx trong khí xả của động cơ Diesel tàu thủy Nhóm nghiên cứu 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 những ảnh hưởng tiêu cực của NO x đến sức khỏe con người và môi trường từ khí thải động cơ Diesel Ngoài ra, tác giả đã tổng hợp các kết quả thí nghiệm của nhiều nhà khoa học trên toàn thế giới liên quan đến việc xử lý NO x Tuy nhiên, công nghệ plasma vẫn còn mới mẻ, do đó 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, tương tự như các công trình nghiên cứu trên thế giới, nhờ vào nỗ lực của các nhóm nghiên cứu tại các trường đại học và viện nghiên cứu trên toàn quốc.
TS Trần Ngọc Đảm từ Phòng Nghiên cứu Năng lượng và Môi trường, 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 đã ứng dụng công nghệ plasma phi nhiệt một cách hiệu quả để xử lý nước thải y tế tự động, bề mặt sản phẩm cơ khí sau gia công, dụng cụ y tế, cũng như trong các quy trình xử lý khí thải và nước.
TS Bùi Nguyên Quốc Trình tại Đại học Công Nghệ (Đại học Quốc gia Hà Nội) đã nghiên cứu việc sử dụng công nghệ plasma lạnh để khử trùng và bảo quản hoa quả Nhóm nghiên cứu đã làm chủ công nghệ chế tạo nguồn phát plasma, kiểm soát nhiệt độ đầu phát plasma, và phát triển quy trình đóng gói sản phẩm thế hệ mới.
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 hoạt động dựa trên cơ chế vật lý, giúp ức chế hoặc tiêu diệt vi khuẩn có hại, là giải pháp thay thế hiệu quả cho việc bảo quản lạnh bằng tủ lạnh thông thường So 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 chứng minh hiệu quả của công nghệ này trong việc xử lý vi khuẩn E.coli, phân hủy 98% các phân tử dầu mỏ và chất hoạt động bề mặt, cũng như giảm đáng kể hàm lượng kim loại nặng như Pb và phân rã dư lượng thuốc kháng sinh sulfadiazine trong chăn nuôi gia súc.
Hình 1.8 Mô hình xử lý nước bằng công nghệ Plasma
Bài báo của TS Nguyễn Trọng Hiếu với tiêu đề “Plasma nhiệt độ thấp và một số ứng dụng” được đăng trên Tạp chí Khoa Học và Công Nghệ năm 2004, trang 12 - 14, đã xác định và phân loại plasma, đồng thời trình bày một số tính chất đặc trưng của plasma Đặc biệt, tác giả đã áp dụng plasma trong việc thiết kế hệ thống đánh lửa plasma cho xe của hãng Ford.
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 từ động cơ đốt trong sử dụng 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 pháp luật.
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết về công nghệ plasma đã chỉ ra khả năng xử lý hiệu quả các chất độc hại trong khí thải ô tô Thành phần các chất độc hại này thường bao gồm CO, NOx và hydrocarbon, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường và sức khỏe con người Các phương pháp xử lý khí thải trước đây chủ yếu tập trung vào lọc và hấp thụ, nhưng công nghệ plasma mang lại giải pháp tiên tiến hơn Bằng cách sử dụng plasma, có thể phân hủy các chất ô nhiễm thành các hợp chất vô hại, góp phần giảm thiểu ô nhiễm không khí và bảo vệ môi trường.
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 công nghệ plasma trong việc xử lý khí thải trên tàu thủy và ô tô, cũng như trong xử lý nước thải Điều này cho thấy rằng công nghệ plasma đang được nghiên cứu và áp dụng để giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng.
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 thông qua 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 tập trung vào việc phân tích tác hại của các chất độc hại trong khí xả như HC, CO, NOx, SOx, đồng thời giới thiệu công nghệ plasma Những thông tin này sẽ giúp nâng cao nhận thức về ô nhiễm không khí và các giải pháp công nghệ tiên tiến trong việc xử lý khí thải.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Khí thải hình thành từ động cơ đốt trong
Động cơ đốt trong, được coi là trái tim của ô tô, 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, chuyển đổi nhiệt năng thành cơ năng bên trong xy-lanh động cơ.
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 bên trong xylanh Quá trình này diễn ra theo những cơ chế phức tạp và chịu nhiều ảnh hưởng, dẫn đến sự hình thành các hợp chất trung gian Sản phẩm cuối cùng của quá trình cháy được gọi là sản phẩm cháy, và theo nguyên lý, quá trình cháy lý tưởng của hỗn hợp hydrocarbon với không khí chỉ tạo ra CO2.
Trong quá trình cháy của động cơ đốt trong, khí xả luôn chứa một lượng đáng kể các chất độc hại như oxit nitơ (NO, NO2, N2O - gọi chung là NOx), monoxit carbon (CO), hydrocarbon chưa cháy (HC) và các hạt rắn, đặc biệt là bồ hóng, do tính chất phức tạp của các hiện tượng diễn ra bên trong.
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, quy 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 cũng có sự khác biệt Đối với động cơ xăng, khí thải thường chứa các hợp chất như CO, HC và NOx, với mức độ phát thải phụ thuộc vào hiệu suất và điều kiện vận hành của động cơ.
Hình 2.1 thể hiện tỷ lệ trung bình khối lượng các chất độc hại trong khí thải của động cơ xăng, dựa trên chu trình thử nghiệm tiêu chuẩn 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 nhiều 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 sự hình thành nhiều CO Trong quá trình giãn nở, một phần CO sẽ kết hợp với hơi nước có trong sản phẩm cháy để tạo ra CO2.
Khi λ > 1, lý thuyết cho thấy có thừa oxy, nhưng vẫn tồn tại một lượng nhỏ CO do sự hiện diện của các vùng cục bộ có λ < 1 trong buồng cháy, nơi quá trình cháy diễn ra trong điều kiện thiếu oxy Bên cạnh đó, hiệu ứng làm lạnh ở các vùng sát vách cũng góp phần vào hiện tượng này.
CO không oxy - hóa tiếp thành CO 2
C n H m (các hydrocarbure chƣa cháy hết):
Trên hình 2.2, C n H m đạt giá trị tối thiểu trong khoảng λ = 1,1 ÷ 1,25 Những khu vực ngoài khoảng này cho thấy tỉ lệ nhiên liệu – không khí quá đậm hoặc quá nhạt, có thể vượt quá giới hạn cháy, dẫn đến nhiên liệu không cháy được Ngoài ra, trong buồng cháy, tồn tại những vùng đặc biệt mà hỗn hợp không thể cháy, bất kể giá trị λ.
Lớp sát vách các chi tiết là hiện tượng xảy ra khi màng lửa lan tràn đến khu vực này và bị dập tắt do nhiệt độ thấp, dẫn đến nhiên liệu không được đốt cháy Đây được gọi là hiệu ứng sát vách, một quá trình quan trọng ảnh hưởng đến sự cháy của nhiên liệu.
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 áp suất giảm trong quá trình giãn nở, màng dầu sẽ bay hơi, dẫn đến sự gia tăng 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 trong quá trình cháy Thành phần của NOx phụ thuộc nhiều vào hệ số dư không khí λ, tức là nồng độ oxy trong hỗn hợp khí.
Nhiệt độ quá trình cháy và nồng độ Oxy trong hỗn hợp đạt giá trị cực đại tại λ = 1,05 ÷ 1,1, nơi mà nhiệt độ đủ cao để Oxy và Nitơ phân hủy thành các nguyên tử có tính năng hoạt hóa cao Tại điểm này, nồng độ Oxy cũng 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 và NO x cũng tăng theo Tuy nhiên, sau khi đạt cực đại, khi λ tiếp tục tăng, hỗn hợp nhạt đi 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 Tuy nhiên, sản phẩm cháy từ động cơ sử dụng xăng pha chì chứa các hạt chì nhỏ, gây mài mòn các chi tiết động cơ và ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường và sức khỏe con người Bên cạnh đó, các hợp chất vô cơ thuộc nhóm halogen như clo và brom có khả năng giảm nhiệt độ sôi của oxit chì, và sau phản ứng cháy, chúng sẽ được thải ra khỏi buồng cháy dưới dạng khí.
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 vào năm 2005 bởi giáo sư Massimo Banzi tại trường Interaction Design Institute Ivrea, đã trở thành công cụ học tập phổ biến cho sinh viên Mặc dù không có chiến dịch tiếp thị mạnh mẽ, thông tin về Arduino đã nhanh chóng lan tỏa nhờ sự giới thiệu tích cực từ những người dùng đầu tiên Hiện nay, Arduino đang phát triển mạnh mẽ trên toàn cầu, bao gồm cả Việt Nam, và đã trải qua nhiều thế hệ.
2.3.2 Giới thiệu về Arduino nano
Arduino Nano là một vi điều khiển nhỏ gọn và tiện lợi, có khả năng lập trình dễ dàng qua máy tính Với kích thước chỉ 1,85cm x 4,3cm, nó rất phù hợp cho những người mới bắt đầu Giá thành của Arduino Nano rẻ hơn so với Arduino Uno, nhưng vẫn có thể sử dụng các thư viện của mạch này.
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 của Uno hoạt động tốt trên Nano Tuy nhiên, kích thước nhỏ gọn của Arduino Nano là một lợi thế lớn trong các dự án DIY Bên cạnh đó, Nano có nhiều chân Analog hơn Uno, với hai chân A6 và A7 chỉ dùng để đọc, và dòng ra tối đa của mỗi chân IO lên đến 40mA Mặc dù mạch Nano cần 2KB bộ nhớ cho bootloader (so với 0.5KB của Uno), nhưng nó vẫn sở hữu 30KB bộ nhớ flash để lập trình.
Arduino Nano sử dụng cổng Mini USB, giúp giảm kích thước chiều cao của các board mạch đáng kể 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 gắn trên đường ống thải có hai loại chính, khác nhau chủ yếu ở vật liệu chế tạo, bao gồm 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 loại này được chế tạo từ zirconium dioxide (ZrO2), có khả năng hấp thụ ion oxy âm tính Đây là 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 chứa ít oxy do hỗn hợp giàu nhiên liệu, số ion oxy tại điện cực tiếp xúc khí thải ít hơn so với điện cực tiếp xúc không khí, tạo ra tín hiệu điện áp khoảng 0,2 đến 0,9V Ngược lại, khi độ chênh lệch số ion ở hai điện cực nhỏ (trong trường hợp nghèo xăng), pin oxy phát ra 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 để tránh hư hại do va chạm với khí thải Cảm biến được bảo vệ bởi ống kim loại, với lỗ bù áp suất và đỡ lò xo ở đầu mối điện Để ngăn muội than bám vào lớp gốm, đầu tiếp xúc khí thải có ống rãnh giữ khí và phần tử khí cháy không tiếp xúc trực tiếp với thân gốm Pin oxy với ZrO2 yêu cầu nhiệt độ làm việc trên 300°C, vì vậy 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 thiết kế 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 khả năng thay đổi điện trở dựa trên nồng độ oxy còn lại trong khí thải.
Khi khí thải chứa ít oxy do hỗn hợp giàu nhiên liệu, phản ứng tách oxy tăng lên, dẫn đến điện áp tại cổng so của OP AMP đạt từ 0,2 đến 0,9V Ngược lại, khi khí thải có nhiều oxy từ hỗn hợp nghèo, phản ứng tách oxy khỏi TiO2 khó xảy ra, làm cho điện trở của TiO2 cao, 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
Kể từ năm 1997, với sự gia tăng các tiêu chuẩn môi trường, các hãng xe phải chú trọng hơn đến vấn đề khí thải 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 độc hại như NOx, HC và CO Bộ ba thành phần này bao gồm Platinium, Paladium và Rhodium, và khi hoạt động, chúng sẽ phản ứng để giảm thiểu ô nhiễm trong khí thải.
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)
Trong quá trình phản ứng HC + O2 dưới xúc tác Palladium, NOx trong khí xả được sử dụng làm chất phản ứng để giảm thiểu hai chất độc hại là HC và CO Để đảm bảo sản phẩm cháy có đủ NOx cho bộ xúc tác hoạt động, quá trình cháy cần duy trì ở chế độ λ = 1, tức là tỉ lệ 14,7 g không khí cho mỗi 1 g nhiên liệu Do đó, hệ thống điều khiển phải kiểm soát liên tục để đảm bảo quá trình cháy diễn ra hiệu quả.
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 khác hoạt động theo cơ chế điều khiển hở (open loop control) mà không xử lý tín hiệu từ cảm biến oxy Trong chế độ công suất tối ưu (best power), cần tạo ra hỗn hợp giàu (λ < 1) để đạt công suất tối đa cho động cơ Tuy nhiên, ở chế độ này, lượng NOx sản sinh rất ít, không đủ cho bộ xúc tác hoạt động, dẫn đến việc hệ thống vẫn duy trì chế độ điều khiển hở Kết quả là trong khí thải xuất hiện các hợp chất HC và CO.
Sự phóng điện trong chất khí, hay còn gọi là plasma khí, xảy ra khi các phân tử trong môi trường khí không còn ở trạng thái cân bằng nhiệt động học, dẫn đến các chuyển hóa hóa học Để quá trình phóng điện tạo ra plasma diễn ra hiệu quả, cần tạo điều kiện thuận lợi để tăng tốc độ phản ứng Quá trình này 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 tăng nhiệt độ môi trường hoặc giảm năng lượng hoạt động hóa của phân tử Trong thực tế, việc tăng nhiệt độ là một phương pháp hiệu quả.
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 được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị hàng ngày như màn hình plasma, đèn huỳnh quang, và laser khí Luận văn tập trung nghiên cứu về mạch nguồn xung cách ly flyback, một kiểu nguồn xung phổ biến hiện nay, 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 vào 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 bao gồm một van đóng cắt và một biến áp xung, trong đó biến áp có chức năng truyền công suất từ đầu vào đến đầu ra Điện áp đầu ra của mạch phụ thuộc vào tỷ lệ băm xung PWM và tỷ số truyền của lõi.
Dòng điện biến thiên là yếu tố cần thiết để tạo ra từ thông và sức điện động cảm ứng trong cuộn dây của biến áp Trong trường hợp sử dụng điện áp một chiều, dòng điện không có sự biến thiên theo thời gian, do đó cần sử dụng van đóng cắt liên tục để tạo ra từ thông biến thiên.
Khi công tắc "Switch On" được đóng, dòng điện trong cuộn dây sơ cấp sẽ tăng dần, tạo ra một điện áp dương ở cuộn dây thứ cấp Điện áp ở cuộn dây thứ cấp phụ thuộc vào tỉ số giữa cuộn dây sơ cấp và thứ cấp Trong quá trình này, diode chặn dòng điện, do đó tải được cung cấp bởi tụ điện C Khi công tắc "Switch Off" được mở, cuộn dây sơ cấp mất điện đột ngột, dẫn đến việc đảo chiều điện áp ở cuộn dây thứ cấp qua diode, cung cấp năng lượng cho tải và đồng thời 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
Buồng Plasma (1) và mạch điều khiển (2) đóng vai trò quan trọng trong việc xác định tỷ lệ hòa khí đưa vào đường ống nạp (5), có thể là nghèo nhiên liệu hoặc giàu nhiên liệu Cảm biến oxy (3) sẽ gửi tín hiệu về mạch điều khiển (2) dưới dạng điện áp, giúp đánh giá trạng thái hoạt động của động cơ Bộ chuyển đổi xúc tác (4), đường ống thải (6) và buồng đốt động cơ (7) cũng góp phần vào quá trình xử lý khí thải ra môi trường (8).
Vi xử lý trên mạch điều khiển không thể nhận biết trực tiếp nồng độ các chất độc hại như HC, CO, NO X, mà chỉ 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 Từ kết quả này, vi xử lý trong mạch điều khiển có khả năng 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 hoạt động kết hợp với bộ chuyển đổi xúc tác trên ô tô, điều chỉnh cường độ xử lý theo trạng thái hoạt động của xe và cách thức làm việc của bộ chuyển đổi xúc tác Tùy thuộc vào các yếu tố này, buồng plasma có thể hoạt động ở 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 bộ phận 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 3.3 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, cung cấp cho cuộn sơ cấp của biến thế Đầu ra thứ cấp được nắn thành một chiều bằng diode và san độ mấp mô bằng cuộn kháng Hệ thống này có công suất 150W và điện áp đầu ra một chiều tối đa lên đến 30 kV.
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]:
Các phân tử trong môi trường plasma sẽ chuyển sang trạng thái nguyên tử kích thích, dẫn đến các phản ứng hóa học phức tạp giữa các nguyên tử và phân tử Những diễn biến quan trọng trong lò phản ứng plasma có thể được tóm tắt như sau.
- Plasma + NO + HC + O 2 → NO 2 + HC-products
Với M * : H 2 O * hoặc OH *, thiết bị này dễ dàng vận hành và sử dụng Tùy thuộc vào loại khí cần xử lý, người dùng có thể điều chỉnh cường độ dòng điện để tạo ra plasma với mức độ mạnh hoặc yếu, từ đó nâng cao hiệu quả 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 thực hiện như sau:
Khi hỗn hợp lý tưởng (λ = 1), mạch điều khiển sẽ tắt buồng plasma, vì lúc này, các chất 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 hiệu quả, mạch điều khiển buồng plasma sẽ hoạt động với cường độ cao nhất.
Khi hỗn hợp hòa khí nghèo (λ > 1), lượng hydrocarbon (HC) tăng lên, trong khi đó, nồng độ carbon monoxide (CO) và nitrogen oxides (NOx) giảm Mạch điều khiển buồng plasma hoạt động với cường độ thấp hơn nhằm 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 mức điện áp nhỏ từ 0,1 đến 0,9 V Để tăng giá trị điện áp lên 0 đến 5V cho vi xử lý nhận biết, tín hiệu này cần được khuếch đại 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, nhằm điều khiển cường độ xử lý của buồng plasma.
Mạch điều khiển cung cấp tín hiệu đầu ra ở điện áp 5V, cho phép điều chỉnh điện áp cung cấp cho hệ thống tạo plasma Nhờ đó, mạch có khả năng điều chỉnh cường độ xử lý khí thải trong buồng plasma hiệu quả.
Nút nhấn và xoay trên thiết bị cho phép điều chỉnh điện áp của vi điều khiển, từ đó kiểm soát cường độ xử lý của buồng plasma Khi nồng độ khí xả được hiển thị trên màn hình máy đo, vi điều khiển nhận tín hiệu từ cảm biến Oxy và tự động điều chỉnh điện áp để bộ xử lý khí thải hoạt động hiệu quả hơn Điều này giúp loại bỏ nhu cầu can thiệp thủ công vào việc điều chỉnh nút xoay, cho phép vi điều khiển tự động điều chỉnh dựa trên tín hiệu đầu vào, tối ưu hóa quá trình 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 tới 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, nhận tín hiệu từ cảm biến oxy để đo tỷ lệ và điều khiển điện áp cho bộ Plasma Ngoài ra, Arduino còn nhận tín hiệu điều chỉnh từ nút xoay và hiển thị thông tin trên màn hình LCD thông qua giao tiếp TWI 2 dây.
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
Theo qui ước, 50% tương ứng với λ = 1 Khi X > 50% (nhiều oxy), hỗn hợp được coi là nghèo với chỉ số λ > 1 Ngược lại, khi X < 50% (ít oxy), hỗn hợp sẽ giàu, với chỉ số λ < 1.
Chỉ số DK là tín hiệu điện áp đầu ra của mạch điều khiển dựa trên chỉ số X, với 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
Đối với chỉ số Xs và ĐKs, chúng đóng vai trò là tín hiệu để thiết lập trước Khi thực hiện đo đạc thực tế và phát hiện nồng độ khí thải cao nhưng cường độ xử lý chưa đủ, ta có thể điều chỉnh bằng cách xoay nút để tăng cường độ xử lý (tăng chỉ số DKs) theo chỉ số Xs đã định 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 (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 Lúc 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 nitrogen oxides (NOx) rất ít Để xử lý hiệu quả, mạch sẽ điều khiển buồng plasma hoạt động với cường độ tối đa.
Và trên màn hình hiển thị chỉ số X khoảng 80% (tương đương λ