Mục đích, đối tượng, phạm vi nghiên cứu của đề tài
Mục đích
Nghiên cứu nhằm cải tiến hệ thống xử lý khí thải của xe Ford Laser hiện tại, tập trung vào việc nâng cao hiệu quả xử lý khí thải trong giai đoạn động cơ chạy ấm và khi xe chạy chậm không tải Mục tiêu là giảm tổng lượng phát thải độc hại từ phương tiện trong các giai đoạn này.
Đối tượng nghiên cứu
Động cơ xe Ford Laser 1.8
Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu tăng hiệu quả xử lý khí thải trong giai đoạn chạy ấm máy và chạy chậm không tải của xe ôtô Ford Laser 1.8
Phương pháp nghiên cứu
Bằng cách áp dụng phương pháp mô hình hóa, chúng tôi tiến hành tính toán để lắp đặt thêm một bộ xúc tác phụ kết nối với cụm ống thải trước bộ xúc tác chính của nhà chế tạo.
Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu quá trình truyền nhiệt của ống thải nhằm xác định sự phân bố nhiệt độ khí thải dọc theo ống, từ đó xác định vị trí lắp đặt bộ xúc tác phụ.
Nghiên cứu quá trình xúc tác và trung hòa khí thải trong bộ chuyển đổi xúc tác (BXT) nhằm xác định ảnh hưởng của nhiệt độ và lưu lượng khí thải đến hiệu quả hoạt động của BXT Qua đó, việc thiết kế và lắp đặt các BXT trên đường ống thải của xe sẽ được tối ưu hóa, đảm bảo hiệu suất xử lý khí thải tốt nhất.
- Thiết kế, cải tiến hệ thống xử lý khí thải nhằm giảm phát thải độc hại ở mọi chế độ làm việc của động cơ
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ KIỂM SOÁT KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ XĂNG
Giới thiệu chung
Các trang thiết bị động lực thường được trang bị động cơ đốt trong, đóng vai trò là trái tim của các phương tiện giao thông cơ giới Động cơ đốt trong, một loại động cơ nhiệt, chuyển đổi nhiệt năng thành cơ năng thông qua phản ứng cháy Năng lượng từ động cơ này chiếm khoảng 80% tổng năng lượng tiêu thụ trên trái đất Tuy nhiên, động cơ đốt trong cũng là một trong những nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường, do phát thải các khí độc hại từ quá trình cháy không hoàn hảo.
Nhiên liệu, chất chủ yếu tham gia phản ứng cháy, là thành phần quan trọng cho động cơ đốt trong Các loại nhiên liệu phổ biến cho động cơ này thường ở dạng lỏng, chủ yếu là nhiên liệu hóa thạch được chưng cất từ dầu mỏ, than đá, dầu thực vật và gỗ Ngoài ra, còn có nhiên liệu dạng khí như khí ga tự nhiên, khí biogas và khí ga từ than đá Tại Việt Nam, nguồn nhiên liệu chính cho ô tô và xe du lịch hiện nay chủ yếu là sản phẩm từ dầu mỏ.
Các thành phần phát thải độc hại của động cơ xăng
Hình 1.1 cho thấy tỷ lệ trung bình các chất độc hại trong khí thải động cơ xăng theo chương trình thử nghiệm Châu Âu, với các chất chính bao gồm CO, CmHn và NOx Nồng độ của các thành phần độc hại này phụ thuộc nhiều vào hệ số dư lượng không khí λ, phản ánh mức độ đậm nhạt của hỗn hợp, như thể hiện trong hình 1.2.
Sau đây sẽ phân tích tỉ mỉ các quan hệ này
Hình 1.1 Tỷ lệ về khối lượng các chất độc hại trong khí thải động cơ xăng
Mô nô xit cacbon được tạo ra từ phản ứng cháy thiếu ôxy: 2C + O2 = 2CO Trong phản ứng này, nồng độ CO tăng lên khi tỷ lệ λ giảm, và ngược lại.
Hình 1.2 Đặc tính các thành phần độc hại của động cơ xăng theo λ
Khi λ < 1, quá trình cháy diễn ra trong điều kiện thiếu ô xy, dẫn đến sự hình thành lượng lớn CO Trong giai đoạn giãn nở, một phần CO sẽ phản ứng với hơi nước có trong sản phẩm cháy, tạo ra CO2.
Khi λ> 1, mặc dù có thừa ô xy, vẫn xuất hiện một lượng nhỏ CO do tồn tại những vùng cục bộ có λ< 1 trong buồng cháy, nơi xảy ra quá trình cháy thiếu ô xy Đồng thời, ở những khu vực gần sát vách, hiệu ứng làm lạnh khiến CO không được oxy hóa thành CO2 Tuy nhiên, phần lớn khí CO sinh ra trong quá trình cháy sẽ kết hợp với ô xy trong điều kiện nhiệt độ từ 1700 đến 1900 K, tạo thành CO2.
Khi nhiệt độ giãn nở dưới 1700 K, nồng độ CO trong khí thải giữ ổn định Sự thay đổi các thành phần trong phản ứng cháy của carbon C được minh họa trong hình 1.3 Đối với việc đốt hỗn hợp nghèo (λ > 1), CO còn được hình thành trong quá trình giãn nở do hiện tượng cháy rớt, đặc biệt là khi phần cacbua hydro chưa được đốt cháy tiếp.
Hình 1.3 Nồng độ các chất sau phản ứng cháy cacbon phụ thuộc λ
1.2.2 Hydro các bon chưa cháy (HC)
CmHn đạt giá trị nhỏ nhất ở λ = 1,1 đến 1,25, trong khi các vùng ngoài giá trị này có tỷ lệ nhiên liệu-không khí quá đậm hoặc quá nhạt, dẫn đến hiện tượng nhiên liệu không cháy được Bên cạnh đó, trong buồng cháy có những vùng đặc biệt không thể cháy, như lớp sát vách chi tiết với nhiệt độ thấp, nơi màng lửa bị dập tắt do bốc hơi mạnh Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng sát vách Các khe hẹp giữa đầu piston và xylanh (0,1 ÷ 2mm) cũng làm yếu màng lửa, dẫn đến việc nó bị tắt tại khoảng cách 0,05 ÷ 0,1mm Trong quá trình nén, màng dầu hình thành trên bề mặt xylanh, và khi giãn nở, áp suất giảm khiến màng dầu bay hơi, làm tăng CmHn Thành phần của CmHn rất đa dạng, chủ yếu bao gồm cacbua hyđrô thơm như benzen (C6H6), toluen (C6H5-CH3), êtin benzen (C5H5-CH2CH3), và các hợp chất olefin như prôpan (C3H8) và êtan (C2H6), cùng với methane (CH4).
1.2.3 Các loại ô xít nitơ (NO X )
NOx được hình thành từ phản ứng ôxy hoá nitơ trong quá trình cháy ở nhiệt độ cao, với thành phần NOx phụ thuộc vào hệ số dư lượng không khí λ và nhiệt độ NOx đạt giá trị cực đại tại λ = 1,05 ÷ 1,1, khi nhiệt độ đủ cao để ôxy và nitơ phân huỷ thành nguyên tử hoạt hoá cao và nồng độ ôxy đủ lớn cho phản ứng Khi λ tăng vượt quá giá trị này, hỗn hợp trở nên nhạt, dẫn đến giảm nhiệt độ cháy và giảm NOx.
Trong thành phần của NOx, NO chiếm từ 90% đến 98% tùy thuộc vào tỷ lệ không khí/nhien liệu (λ), trong khi phần còn lại là NOx Cơ chế hình thành NO bắt đầu bằng việc ô xy bị phân huỷ thành ô xy nguyên tử do nhiệt độ cao.
O2 ↔ 2O Tiếp theo là các phản ứng với sự tham gia của các nguyên tử có tính năng hoạt hoá cao:
O2+ N ↔ NO + O Hai phản ứng này được gọi là chuỗi Zeldovích Ngoài ra, NO còn được hình thành từ phản ứng sau: OH + N ↔ NO + H
Nghiên cứu cho thấy, NO chủ yếu hình thành ở phía sau ngọn lửa trong vùng cháy, với tốc độ phản ứng tạo NO chậm hơn nhiều so với CO Bên cạnh ba thành phần độc hại chính, khí thải động cơ xăng còn chứa các hợp chất khác như anđêhyt và hợp chất chứa chì, cần được chú ý.
Các biện pháp giảm phát thải
1.3.1 Tối ưu hóa kết cấu động cơ a) Tối ưu hóa kết cấu buồng cháy
*Tỷ số F lm /V c nhỏ nhất
Khi thiết kế động cơ, cần tạo ra buồng cháy gọn với tỷ số F lm /Vc nhỏ nhất để giảm tổn thất nhiệt và tăng tính kinh tế Đồng thời, buồng cháy gọn và ít khe kẽ giúp giảm hiệu ứng sát vách, từ đó làm giảm CmHn.
*Diện tích chèn trên đỉnh piston
Diện tích chèn trên đỉnh piston có vai trò quan trọng trong việc tạo ra xoáy lốc trong quá trình nén Xoáy lốc giúp giảm chiều dày lớp biên lạnh, từ đó làm giảm hiệu ứng sát vách và giảm CmHn Tuy nhiên, mức độ xoáy lốc càng mạnh thì tổn thất cơ giới càng tăng Do đó, diện tích chèn tối ưu nên được duy trì trong khoảng 10.
15 % diện tích tiết diện của piston
* Vị trí và số bugi, số xupáp
Một biện pháp hiệu quả để giảm quãng đường lan truyền màng lửa là sử dụng nhiều bu gi, chẳng hạn như hai bu gi cho mỗi xi lanh Trong trường hợp có 4 hoặc 5 xu pap, đường nạp được thiết kế cong để tạo ra xoáy lốc và chia thành hai nhánh Ở chế độ tải nhỏ với lưu lượng ít, chỉ một nhánh hoạt động nhưng cường độ xoáy lốc vẫn đủ lớn để cải thiện quá trình hòa trộn và tạo thành hỗn hợp Khi tải lớn, nhánh thứ hai sẽ được kích hoạt để đảm bảo nạp đầy hỗn hợp.
Tỷ số nén ε là thông số quan trọng của động cơ, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và phát thải CO2 Khi tăng tỷ số nén, hiệu suất tăng nhưng đồng thời cũng làm tăng nhiệt độ cực đại trong quá trình cháy, dẫn đến sự gia tăng NOx Hơn nữa, sự gia tăng tỷ lệ thể tích khe kẽ trong buồng cháy làm tăng CmHn, trong khi CmHn và CO còn lại trong khí thải cũng tăng do bị oxy hóa ít hơn.
Tỷ số nén ảnh hưởng đến khí thải là yếu tố quan trọng trong việc kiểm soát nồng độ các thành phần độc hại trong động cơ xăng Đối với động cơ xăng, nồng độ CO và CmHn đạt mức tối thiểu tại λ = 1,05÷1,1, nhưng nồng độ NOx lại đạt cực đại tại đây Việc điều chỉnh chính xác tỷ lệ λ giúp hạn chế hai thành phần độc hại chính là CO và CmHn, tuy nhiên, để giảm NOx, cần áp dụng phương pháp khác Động cơ xăng có giới hạn cháy hẹp, do đó các thành phần độc hại biến đổi nhiều trong phạm vi λ hẹp Khi λ < 1, CO và CmHn tăng cao, trong khi λ > 1,2 dẫn đến sự gia tăng đáng kể của CmHn Do đó, việc kiểm soát chính xác tỷ lệ λ là cần thiết để điều chỉnh lượng nhiên liệu phù hợp với lượng không khí nạp, nhằm giảm thiểu ô nhiễm khí thải.
Để giảm thiểu sự khác biệt về λ giữa các xi lanh, cần áp dụng một số biện pháp như sử dụng hệ thống phun xăng đa điểm thay vì phun đơn điểm nhằm đảm bảo λ đồng đều Hạn chế sự hình thành màng xăng trong ống nạp có thể thực hiện bằng cách sấy nóng đường nạp và tạo xoáy không khí quanh vòi phun Bên cạnh đó, việc tạo xoáy lốc trong xi lanh từ quá trình nạp kết hợp với phun trong khi mở xu páp nạp cũng rất quan trọng Cuối cùng, thiết kế đường ống nạp - thải với sức cản và đặc tính dao động áp suất đồng nhất sẽ góp phần vào việc tối ưu hóa hiệu suất động cơ.
Bộ điều chỉnh điện tử trong hệ thống nhiên liệu phun xăng giúp tối ưu hóa tỷ lệ λ dựa trên các yếu tố như tải trọng, tốc độ vòng quay, nhiệt độ nước làm mát và góc phun sớm Phương pháp này được áp dụng rộng rãi trong các động cơ xe hiện đại, mang lại hiệu suất hoạt động tốt hơn trong từng chế độ làm việc của động cơ.
Sử dụng cảm biến λ để thu thập tín hiệu λ chính xác, từ đó điều chỉnh λ một cách hiệu quả Để đảm bảo độ chính xác của λ cho từng xy lanh, mỗi xy lanh nên được trang bị một cảm biến λ riêng biệt.
Sử dụng cảm biến hỗn hợp nghèo giúp động cơ hoạt động hiệu quả với λ lớn, từ đó tín hiệu từ cảm biến được áp dụng để duy trì λ chính xác trong vùng hỗn hợp nghèo Đồng thời, quá trình này cũng hỗ trợ trong việc tạo ra hỗn hợp phân lớp.
Phương pháp này sử dụng bugi đánh lửa trong buồng cháy của động cơ để đốt hỗn hợp nhiên liệu có thành phần λ nhỏ (hỗn hợp đậm), tạo ra tia lửa điện Sau khi phần hỗn hợp này bốc cháy, nó sẽ kích thích việc đốt cháy phần hỗn hợp còn lại có thành phần λ lớn (hỗn hợp nhạt) Kết quả là toàn bộ hỗn hợp trong động cơ sẽ được đốt cháy hoàn toàn, giảm thiểu khí thải độc hại, điều này đặc biệt quan trọng vì trong động cơ thông thường, hỗn hợp thường quá nhạt và không thể cháy hiệu quả.
Hiện nay, các nhà sản xuất ô tô hàng đầu thế giới đang tích cực nghiên cứu và phát triển động cơ hình thành khí hỗn hợp phân lớp Họ đã giới thiệu nhiều loại kết cấu khác nhau, bao gồm buồng cháy thống nhất và buồng cháy ngăn cách, nhằm tối ưu hóa hiệu suất động cơ.
Hình 1.5 Phương pháp hình thành hỗn hợp phân lớp Ford Proco
1- Xy lanh 2- Vòi phun 3 - Bugi
4- Nắp xylanh 5- Đường nạp 6- Đường thải 7- Pittông Hình 1.5, nêu một ví dụ về một loại động cơ phân lớp của hãng Ford có tên là Ford Proco với buồng cháy thống nhất
Phương pháp hình thành khí hỗn hợp phân lớp chủ yếu được áp dụng trong động cơ phun xăng trực tiếp (GDI Engine), tương tự như cơ chế của động cơ diesel Động cơ này không chỉ giảm thiểu khí thải độc hại mà còn sở hữu nhiều ưu điểm của động cơ diesel, bao gồm hiệu suất tiêu hao nhiên liệu thấp ở chế độ tải trung bình và nhỏ, rất phù hợp cho các phương tiện di chuyển trong thành phố Mitsubishi là hãng đầu tiên trên thế giới sản xuất động cơ phun xăng trực tiếp cho ô tô vào năm 1995, với thiết kế đỉnh piston lõm cong nhằm tối ưu hóa hướng và hình dạng tia phun.
= 8,9/8,1, tỷ số nén ε , đốt hỗn hợp cực nghèo (Ultra Lean Mixtrure) với tỷ số
Tỷ lệ không khí/nhiên liệu A/F là 14/1, tương đương với λ = 1, giúp động cơ phun xăng thông thường tăng công suất và mô men cực đại lên 10% trong khi giảm tiêu thụ nhiên liệu tới 30% ở tốc độ 40 km/h Để giảm thiểu NOx lên tới 97%, động cơ được trang bị bộ xử lý nghèo cho NOx (Lean NOx catalyst) Kể từ tháng 02/1998, nhiều ô tô trang bị động cơ này đã được bán ra tại Châu Âu Với nhiều ưu điểm, động cơ phun xăng trực tiếp đang được các hãng ô tô trên thế giới nghiên cứu và phát triển, và đã được ứng dụng trên các mẫu xe ô tô đời mới.
ĐẶC ĐIỂM PHÁT THẢI CỦA XE FORD LASER 1.8 VÀ PHƯƠNG ÁN CẢI TIẾN HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI
Giới thiệu chung
Xe ôtô Ford Laser 1.8, nhập khẩu từ Mỹ, nổi bật với công nghệ tiên tiến và đã đạt tiêu chuẩn khí thải EURO II, cho phép lưu hành tại Việt Nam từ năm 2000 Hệ thống thải của xe được thiết kế với bộ trung hòa khí thải 3 đường và 2 bộ tiêu âm, cùng với cấu trúc đường thải đơn giản, giúp dễ dàng trong việc bảo dưỡng và sửa chữa.
Đặc điểm của hệ thống xử lý khí thải của xe Ford Laser
2.2.1 Sơ đồ hệ thống thải và xử lý khí thải của xe Ford Laser
Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống thải xe Ford Laser 1.8
1 Động cơ DOHC1.8; 2.Đường ống thải ; 3.Bộ trung hoà khí thải; 4, 5 Bình tiêu âm ;
Bảng 2.1 Kích thước hệ thống thải xe ôtô Ford Laser 1.8
Chiều dài (mm) Đường kính trong(mm)
Chiều dày(mm) Ghi chú
4 Đoạn ống nối trước bình tiêu âm 1 l3B0 60 3
6 Đoạn ống nối từ bình tiêu âm 1đến bình tiêu âm 2 l4.180 38 3 l4.2 40 40 3 l4.3@0 50 3 l4.4@0 50 3
2.2.2 Đặc điểm phát thải của xe của xe Ford Laser
Hệ thống xử lý khí thải sử dụng bộ xúc tác ba chức năng, được đặt cách cụm ống thải 1,5m để tránh quá nhiệt khi động cơ hoạt động ở tải tối đa Tuy nhiên, trong điều kiện tải nhỏ hoặc khi chạy chậm không tải, nhiệt độ và lưu lượng khí thải thấp không đủ để làm nóng bộ xúc tác, dẫn đến hiệu suất hoạt động không hiệu quả.
Tại Việt Nam, mật độ xe cộ trong các thành phố cao dẫn đến tình trạng giao thông chậm và xe thường xuyên chạy không tải, gây ra lượng phát thải độc hại lớn Do đó, việc cải tiến hệ thống xử lý khí thải của xe là cần thiết để giảm thiểu tối đa các phát thải độc hại này.
2.3 Các phương án cải tiến hệ thống xử lý khí thải xe Ford Laser có lắp BXT
Tăng cường hiệu quả xử lý khí thải trong giai đoạn khởi động và chạy chậm không tải là rất quan trọng Đối với động cơ đốt trong, cần có thời gian để các chi tiết trong hệ thống hoạt động ổn định Trong giai đoạn này, hỗn hợp nhiên liệu đậm có thể làm gia tăng hiệu suất xử lý khí thải.
Đối với động cơ phun xăng đa điểm (Multi-Point), hệ thống điều khiển đảm bảo tỷ lệ không khí/nhiên liệu (λ) luôn phù hợp với chế độ làm việc, dẫn đến sự khác biệt nhỏ về các thành phần độc hại so với trạng thái làm việc ổn định Tuy nhiên, khi động cơ hoạt động ở chế độ không tải, tốc độ vòng quay thay đổi liên tục, gây ra sự biến đổi trong hỗn hợp nhiên liệu, từ đó làm tăng lượng phát thải CO, đặc biệt là trong các điều kiện không ổn định.
CmHn rất lớn, tốn nhiên liệu và ô nhiễm môi trường rất nặng
2.3.2 Các phương án cải tiến a) Tối ưu hóa kết cấu của BXT
- Tăng diện tích truyền nhiệt và giảm khối lượng của BXT:
Mục tiêu chính là tăng cường khả năng hấp thụ nhiệt để giảm thời gian sấy nóng BXT, giúp BXT nhanh chóng đạt nhiệt độ hoạt động tối ưu, từ đó nâng cao hiệu suất làm việc ngay sau khi khởi động động cơ.
Giảm thành lõi BXT (thường 1mm, có thể giảm xuống 300 °C) Ngoài ra, trong chế độ định mức, nhiệt độ của BXT không được quá cao để hệ thống thải của xe Ford Laser 1.8 hoạt động tối ưu trong mọi điều kiện, bao gồm khởi động, chạy ấm máy và không tải.
Ta thiết kế thêm bộ trung hoà khí thải đặt ngay sau cửa đoạn ống góp
3.2.2 Các phương trình truyền nhiệt
Dòng khí trong ống xả không liên tục và chịu nén, được xác định bởi ba thông số độc lập: vận tốc, nhiệt độ và áp suất.
Áp suất trên đường thải biến thiên rất nhỏ, do đó có thể bỏ qua tính chịu nén của dòng khí Hơn nữa, sự khuyếch tán hơi nước giữa khí và mặt trong ống là yếu tố quan trọng hơn so với khí dọc theo chiều dài ống Tại đây, có hiện tượng ngưng tụ và bay hơi của hơi nước, vì vậy sự bay hơi theo chiều dọc ống có thể được xem nhẹ.
Phương trình truyền nhiệt của ống thải được xây dựng dựa trên phương trình cân bằng năng lượng và cân bằng nhiệt của dòng khí trong ống Để đơn giản hóa, ống thải được coi là đồng nhất trên toàn bộ chiều dài của nó, như mô tả trong hình vẽ kèm theo.
Hình 3.2 Sơ đồ tuyền nhiệt phân tố Trong đó : Tốc độ dòng khí : U
Diện tích ngang của ống : A
Dựa trên phương trình cân bằng năng lượng của dòng khí trong ống thải, ta có thể thiết lập phương trình cân bằng nhiệt cho khí thải trong phần tử đường ống dx.
Trong đó : + Lưu lượng khối lượng của dòng khí : m khi =u.A.ρ
+ Khối lượng khí trong phân tố đường ống dx : M khi = A dx ρ
Thay vào phương trình ta có : p khi P khi khi khi ong khi p uA C T uA C T dt q t
Chia cả hai vế cho : AdxρC p ta có khi p ong khi khi khi
Khi nhiệt độ của khí thải trong phân tố dx tăng lên, sẽ có sự trao đổi nhiệt độ giữa phân tố khí và vách đường ống Điều này ảnh hưởng đến mật độ khí thải trong dòng phân tố, với ρ là đại diện cho mật độ này.
CP nhiệt dung riêng đẳng áp của khí thải
V khi = Adx thể tích khí trong phân tố dx
Phương trình cân bằng nhiệt của phân tố vách ống thải dx là :
Sự tăng năng lượng của phân tố vách ống dx = năng lượng truyền vào phân tố
- năng lượng ra khỏi phân tố. v ong ong v q khi ong q doi mt q bx mt x dt kA T t
Trong đó : M v = A v dx ρ ong khối lượng phân tố của vách đường ống dx k hệ số dẫn nhiệt của vật liệu ống
Tong nhiệt độ của vách ống
Chia cả 2 cho V ong ρ ong C pong trong đó V ong = A v : dx
(Av diện tích thiết diện thân ống)
34 pong ong ong mt bx mt doiluuong ong khi T pong ong ong
+ ρ ong khối lượng riêng của vật liệu ống
+ C pong nhiệt dung riêng đẳng áp của vật liệu ống
+ q doiluuong → mt trao đổi nhiệt đối lưu của ống với môi trường
+ q bx → mt trao đổi nhiệt bức xạ của ống với môi trường
+ pong ong C k α = ρ hệ số truyền nhiệt
Phương trình được viết lại như sau : pong ong ong mt bx mt doiluuong ong khi
+ q doiluuong → mt và q bx → mt tương ứng với sự trao đổi nhiệt đối lưu và bức xạ của đoạn ống thải tới môi trường xung quanh được kiểm soát.
+ V ong thể tích đoạn ống thải
+ α hệ số truyền nhiệt của đoạn ống thải với môi trường
Xác định điều kiện biên là quá trình tính toán diễn ra từ khi khởi động đến khi đạt trạng thái nhiệt độ ổn định Ở thời điểm khởi động lạnh, nhiệt độ ban đầu của ống thải bằng nhiệt độ môi trường xung quanh Khi động cơ hoạt động, nhiệt độ ống thải được coi như bằng nhiệt độ của khí thải, và tại bất kỳ thời điểm nào, các thông số của khí thải đã được xác định.
* Sự trao đổi nhiệt từ khí thải tới vách trong của ống thải
Sự trao đổi nhiệt giữa khí thải và vách trong của ống thải chủ yếu diễn ra qua quá trình truyền nhiệt Quá trình này phụ thuộc vào các đặc tính của dòng khí, bao gồm sự khác biệt giữa các yếu tố của dòng khí và các yếu tố của ống Hệ số trao đổi nhiệt giữa khí thải và vách cũng đóng vai trò quan trọng trong việc xác định hiệu quả của quá trình này.
Khả năng truyền nhiệt của khí thải qua ống thải được mô tả bởi phương trình q khí → ống = h khí → ống πd1 ∆x (T khí − T ống) Điều này cho thấy sự ảnh hưởng của nhiệt độ và tính liên tục trong quá trình truyền nhiệt.
+ hkhi hệ số trao đổi nhiệt giữa khí thải với vách ống thải được xác định từ hệ số Nusselt (Nu)
+ d 1 h khi → ong = Nuk khi trong đó kkhi là khả năng truyền nhiệt của khí
Dòng khí trong ống thải được coi là liên tục trong trường hợp này hệ số Nu phụ thuộc vào tỷ số trung bình dòng khí thải
Hệ số này được xác định như sau :
Nu Với hằng số Re ≤ 1000
Nu Với hằng số Re ≥ 1000
Nhân tố ma sát được xác định bởi phương trình :
Độ nhám bề mặt của ống thải, nằm trong khoảng từ 2,9.10^-4 đến 1,52.10^-6 cho loại ống thép và sắt, ảnh hưởng đến chất lượng nhiệt của khí, được đánh giá bởi Tkhi Sự gia tăng sự hỗn loạn của dòng khí trong ống, thường do các yếu tố như chỗ cong của ống và va đập dòng, sẽ làm tăng hệ số truyền nhiệt Để tính toán ảnh hưởng của chỗ cong đến hệ số trao đổi nhiệt, người ta sử dụng hệ số FB.
Ta dùng hệ số va đập của khí trong vách ống F pul = 1 , 6 ÷ 3 do đó Nu được viết lai như sau :
* Sự truyền nhiệt đến khí xung quanh
Sự truyền nhiệt từ đoạn ống được kiểm soát đến xung quanh được viết lại như sau :
2 x ( ong a mt doiluuong mt doiluuong h d T T q → = → π ∆ −
Trong đó : d 2 h doiluuong → mt = Nuk a (ka khả năng dẫn nhiệt của không khí)
Sự truyền nhiệt từ mặt ngoài của ống thải tới xung quanh là sự đối lưu tự nhiên trong trường hợp này hệ số Nu là :
Trong đó : a a ong r aa a ong amb v
Với + l 3 =d2 chiều dài bị ướt
+ β hệ số giãn nở nhiệt thể tích
+ v độ nhớt động học của khí
+ d2 đường kính ngoài của ống
* Sự trao đổi nhiệt bởi bức xạ tới xung quanh
Năng lượng trao đổi nhiệt do bức xạ từ bề mặt ống ngoài tới những vùng xung quanh được mưu tả bởi phương trình sau : q bx =εσπd 2 ∆x(T ong 4 −T a 4 )
Trong đó : + qbx năng lượng trao đổi nhiệt bức xạ
+ ε khả năng phát xạ nhiệt từ bên ngoài
+ T ong nhiệt độ phân tố ống thải
+ Ta nhiệt độ môi trường
* Giải phương trình truyền nhiệt
Giải hệ phương trình trong mô hình truyền nhiệt cho phép xác định nhiệt độ khí thải và nhiệt độ thành ống thải tại bất kỳ mặt cắt nào và thời điểm nào Trong số các phương pháp giải phương trình truyền nhiệt, phương pháp sai phân hữu hạn hiện đang được ưa chuộng Phương pháp này coi quá trình dẫn nhiệt là không liên tục, tức là nhiệt độ chỉ thay đổi theo từng bước không gian ∆x và từng khoảng thời gian ∆t; khi hai yếu tố này đủ nhỏ, chúng được xem như dx và dt.
Theo phương pháp này, không gian truyền nhiệt được chia thành các khoảng hoặc phân tố bằng nhau, và nhiệt độ được khảo sát từ phân tố này sang phân tố khác sau những khoảng thời gian đều đặn Kích thước của các khoảng này phụ thuộc vào yêu cầu về độ chính xác.
Trong công thức trên thì :
+ x 0 ;τ 0 những giá trị ban đầu + n; i những số nguyên dương
Ta có hệ phương trình vi phân dẫn nhiệt của đường thải :
38 khi p ong khi khi khi
∂ pong ong ong mt bx mt doiluuong ong khi ong pong ong ong
2 2 Được chuyển thành phương trình sai phân hữu hạn như sau : n khi i n i n i khi n khi i n i khi T T Q x u t T
1 1 1 n ong n i ong n i ong i n i ong n ong i n i khi T T T Q x u T T
Trong công thức trên : + n là thời gian ; i là bước chiều dài
Biến thời gian và biến chiều dài được chọn đủ nhỏ để đảm bảo tính chính xác, điều kiện ổn định giá trị các biến được chọn như sau :
Với biến thời gian nhỏ và tốc độ thay đổi nhiệt độ của khí thường thấp hơn nhiều so với sự thay đổi nhiệt độ của thành ống, ta có thể coi rằng sự thay đổi nhiệt độ của khí là bằng 0.
T khi do vậy hệ phương trình vi phân hữu hạn được viết lại như sau : khi i n n khi i n i khi Q x u t T
= (3.1) n ong n i ong n i ong i n i ong n ong i n i ong T T T Q x u t T
Giải hệ phương trình trên theo các bước sau :
Bước 1 : n:= 0 tại thời điểm khởi động của động cơ
Ta tính phương trình (3.1) ; (3.2)cho toàn bộ ống
Bước 2 : n:= 1 và tính T ong i 0 = T a ; T khi i 0 = T a theo phương trình (3.1) ; (3.2) cho toàn bộ ống với i = k (trong đó k phần tử cụm ống và lặp lại cho đến hết chiều dài của ống)
Quá trình giải phương trình được lặp đi lặp lại bằng ngôn ngữ lập trình Pascal hoặc Portran với thuật giải như sơ đồ khối sau :
Kết quả ta thu được :
Tính toán hiệu quả trung hòa khí thải của hệ thống xử lý khí thải dùng
bộ xúc tác ba thành phần
3.3.1 Giới thiệu chung a) Đặc điểmbố trí bộ trung hoà khí thải Để đảm bảo điều kiện xử lý khí thải ở cả các chế độ khởi động, chạy nóng máy, chạy không tải tại mô hình tính toán ta bố trí thêm 1 bộ trung hoà khí thải ngay sau đoạn ống góp với khoảng cách là 300 mm cách cửa thải cùng với bộ trung hoà thứ 2 như theo thiết kế ban đầu với các kích thước bình xúc tác là :
+ Đường kính bộ trung hoà thứ nhất : d1 = 120 mm
Hình 3.3 Sự phân bố nhiệt độ khí thải ở chế độ không không tải và toàn tải
Khoảng cách từ cửa thải (m)
N hi ệt độ khí thải (oC )
+ Chiều dài bộ trung hoà thứ nhất : lxt1 = 90 mm
+ Đường kính bộ trung hoà thứ hai : d2 = 120 mm
+ Chiều dài bộ trung hoà thứ hai : lxt2 = 350 mm
+ Mật độ lỗ = 62 lỗ / cm 2
+ Tỷ lệ mạ phủ chất xúc tác lên lõi = 2119 g/ m 3
+ Diện tích xúc tác/ chất xúc tác = 15 mm 2 / g
+ Diện tích truyền nhiệt hình học = 2772 m 2 / m 3
Bình thứ nhất có khối lượng và nhiệt dung riêng nhỏ, cho phép hoạt động ngay sau khi khởi động, chạy ấm máy và chạy không tải, giúp trung hòa gần 100% khí thải độc hại Trong khi đó, bình thứ hai, do được bố trí xa hơn, chưa đạt đủ nhiệt độ để hoạt động hiệu quả Bình thứ hai được thiết kế để hoạt động ở chế độ toàn tải, kết hợp với bộ trung hòa thứ nhất nhằm tối đa hóa việc loại bỏ các thành phần độc hại trong khí thải.
Trường dòng và các thông số khí thải như nhiệt độ, áp suất khí thải trong bộ trung hoà ảnh hưởng lớn đến hiệu suất hoạt động của bộ này Sự phân bố dòng
Trường dòng khí thải trong bộ trung hòa khí thải thường có dạng parabol, giúp tăng không gian và góc khuếch tán của bộ xúc tác, đồng thời làm cho dòng khí thải trở nên đồng nhất hơn so với việc gia tăng đường kính ống nạp Các nhà nghiên cứu cho rằng trường dòng tại mặt vào bộ xúc tác có thể xem là đồng nhất, với tổn thất áp suất qua bộ trung hòa rất nhỏ và có thể bỏ qua Do đó, trường dòng trong bộ trung hòa khí thải có thể coi là một chiều Trong quá trình động cơ hoạt động liên tục, ba quá trình chính diễn ra trong bộ trung hòa là trao đổi nhiệt, trao đổi chất và các phản ứng hóa học.
Khi nhiệt độ của bộ trung hòa ở mức thấp, nó được làm nóng bởi dòng khí thải Sau một thời gian, khi nhiệt độ đạt từ 250°C đến 340°C, các phản ứng hóa học diễn ra mạnh mẽ, kích hoạt hoạt động của bộ xúc tác Nhiệt sinh ra từ các phản ứng này tiếp tục làm tăng nhiệt độ của bộ xúc tác, dẫn đến các phản ứng hóa học diễn ra càng mạnh mẽ hơn Chênh lệch nhiệt độ giữa bộ xúc tác khi hoạt động và khí thải vào bộ xúc tác có thể lên đến 150°C.
Với khả năng cách nhiệt hiệu quả giữa lõi bình xúc tác và vỏ, nhiệt truyền ra ngoài là rất nhỏ và có thể bỏ qua Do đó, quá trình truyền nhiệt trong bình, bao gồm sự truyền nhiệt giữa khí thải và bề mặt xúc tác, dẫn nhiệt dọc theo bình, cũng như bức xạ nhiệt, đều không đáng kể và có thể được xem là không quan trọng.
3.3.2 Các phản ứng xúc tác trung hòa các thành phần độc hại trong BXT
Những phản ứng chính bao gồm : phản ứng ôxy hoá CO, Cm Hn và phản ứng khử NOx Các phản ứng hoá học như sau :
3.3.3 Các phương trình trao đổi nhiệt và trao đổi chất trong BXT a) Sơ đồ phản ứng hoá học cụ thể
Những thành phần độc hại chính trong khí thải động cơ xăng là : CO, CmHn ,
Các phản ứng hóa học chính liên quan đến NOx bao gồm phản ứng oxi hóa CO và CmHn, cũng như phản ứng khử NOx Thành phần CmHn là sản phẩm còn lại từ quá trình cháy không hoàn toàn của nhiên liệu.
Khí thải chủ yếu trong quá trình này bao gồm C3H6 (chiếm 86%) và CH4 (chiếm 14%) Ngoài ra, quá trình oxy hóa hydro cũng được xem xét do khả năng giải phóng năng lượng cao Các phản ứng hóa học liên quan sẽ được phân tích trong quá trình tính toán.
1N2 +∆H 5 b) Biểu thức tốc độ phản ứng hoá học
Biểu thức tốc độ phản ứng hoá học được viết như sau :
Trong công thức trên thì :
Và R1 đến R5 lần lượt là tốc độ phản ứng của CO, C3 H6, CH4, H2, NO
Cs,i hàm lượng thể tích của thành phần khí thứ i trên bề mặt xúc tác i: = ( CO, C3 H6, CH4, H2, NO )
Biểu thức tốc độ phản ứng của ôxy tính bởi cân bằng ôxy trong phản ứng :
Hằng số nhiệt động k j ; j = 1 ÷ 5 thể hiện cho CO, C3 H6, CH4, H2, NO
Hằng số k j được tính như sau : exp( )
= Trong công thức trên A j là hằng số; E j là năng lượng hoạt tính được xác định như sau :
K Trong công thức trên thì TS là nhiệt độ của bề mặt xúc tác bộ xử lý khí thải
45 c) Phương trình biểu diễn quá trình phản ứng hoá học và trao đổi nhiệt trong bộ xử lý
Bộ xử lý được cách nhiệt với vỏ, vì vậy không có sự dẫn nhiệt theo phương hướng kính trong cụm thống nhất của ống Điều này dẫn đến việc nhiệt độ khí và dòng chảy trong tất cả các kênh của ống là đồng nhất.
Hình 3.4 Hiện tượng trao đổi nhiệt trong một kênh tác
Bình mẫu xử lý xúc tác một chiều đã được phát triển để hoạt động như một kênh đơn cho sự trao đổi nhiệt và mô hình chuyển đổi hóa học Việc giải phương
Các ký hiệu trong hình trên:
+ Qcv là lượng nhiệt lượng trao đổi giữakhí thải và vách bình xúc tác
+ Qreaclà lượng nhiệt giải phóng do phản ứng hoá học sinh ra trao đổi đến vách bình xúc tác
+ Qg-in là lượng nhiệt mang tới thể tích khí thải
+ Qg-out là lượng nhiệt mang đi khỏi thể tích khí thải
+ Qcond là lượng nhiệt toả ra do ngưng tụ hơi nước theo thân bình xúc tác
Phương trình cân bằng năng lượng và khối lượng của khối khí trong bộ xúc tác
Phương trình cân bằng năng lượng và khối lượng cho thân bộ xúc tác được viết như sau :
+ Cp nhiệt dung riêng đẳng áp
+ T nhiệt độ của ống xúc tác
+ g chỉ số biểu thị cho khí
+ s chỉ số biểu thị cho ống xúc tác
+ ks hệ số dãn nở nhiệt của ống xúc tác
+ Scat diện tích xúc tác trên mỗi đơn vị thể tích xúc tác
+ S diện tích bề mặt hình học trên mỗi đơn vị thể tích của ống
+ H hệ số trao đổi nhiệt
+ Cj hàm lượng của khí thứ j
+ -∆H Entanpi của chất khí thứ j , cụ thể như sau:
− =-3,73.10 5 (kJ/ mol) Các chỉ số j biểu thị cho cấu tạo của khí j = 1÷6 tương ứng với CO, C3H6, CH4, H2,
Do sự biến thiên của các thông số của khí theo thời gian nhỏ hơn rất nhiều so với thông số của thân bộ xử lý nên ta có :
Do vậy phương trình còn lại như sau : j j cat s g s S s ps s sj gj Dj g j cat gj sj Dj gi g S g pg g
Điều kiện biên được thiết lập từ tính chất vật lý trong bình xúc tác, với j từ 1 đến 6 Nhiệt độ và thành phần khí thải tại cửa vào của bình xúc tác đã được xác định Trước khi khởi động động cơ, nhiệt độ của vách ống tương đương với nhiệt độ môi trường xung quanh.
Trong đó g và s biểu thị cho khí và ống
Hệ số trao đổi nhiệt và khối lượng giữa khối khí và vách xúc tác được xác định dựa trên hằng số Nesselt và Sherwood theo đề xuất của Voturbaetal.
Hệ số dẫn nhiệt của khí thải có thể được xem như tương đương với không khí hoặc N2 Để tính toán hệ số khuếch tán của thành phần j, ta sử dụng công thức Slatteevy-Bird Theo công thức này, hệ số khuếch tán (Dab) giữa khí A và B được tính toán một cách chính xác.
Trong đó : + DAB là hệ số khuếch tán khối lượng giữa khí A và khí B
+ p là áp suất của khí + a, b là hằng số + MA , MB khối lượng khí A, B
Hình 3.5 Khả năng khuếch tán giữa dòng khí và bề mặt kênh bộ xử lý
Công thức Slatteevy-Bird có thể được áp dụng cho hai loại khí hoặc một loại khí Đối với việc xác định tính khuyếch tán của khí j trong bình xúc tác giữa dòng khí chính và bề mặt vách, ta có phương trình xác định như sau: b a j.
Thiết kế hệ thống thải và các bộ xúc tác
3.4.1 Sơ đồ mô hình tính toán :
Hình 3.10 Sơ đồ mô hình tính toán hệ thống thải xe Ford Laser 1.8
TT Tên bộ phận TT Tên bộ phận
1 Động cơ DOHC 1.8 5 Bình tiêu âm 1
2 Bộ xúc tác 1 6 Bình tiêu âm 2
3 Đoạn ống thải 7 Đường ống thải
4 Bộ xúc tác 2 Thứ tự làm việc của các xylanh
Máy1 Hút Nén Nổ Xả
Máy2 Nén Nổ Xả Hút
Máy3 Xả Hút Nén Nổ
Máy4 Nổ Xả Hút Nén
3.4.2 Tính toán bộ trung hoà khí thải Để đảm bảo điều kiện xử lý khí thải ở cả các chế độ khởi động, chạy nóng máy, chạy không tải tại mô hình tính toán ta bố trí thêm 1 bộ trung hoà khí thải ngay sau đoạn ống góp với khoảng cách là 300 mm cách cửa thải cùng với bộ trung hoà thứ 2 như theo thiết kế ban đầu với các kích thước bình xúc tác là :
+ Đường kính bộ trung hoà thứ nhất : d1 = 120 mm
+ Chiều dài bộ trung hoà thứ nhất : lxt1 = 90 mm
+ Đường kính bộ trung hoà thứ hai : d2 = 120 mm
+ Chiều dài bộ trung hoà thứ hai : lxt2 = 350 mm
+ Mật độ lỗ = 62 lỗ / cm 2
+ Tỷ lệ mạ phủ chất xúc tác lên lõi = 2119 g/ m 3
+ Diện tích xúc tác/ chất xúc tác = 15 mm 2 / g
+ Diện tích truyền nhiệt hình học = 2772 m 2 / m 3
0 độ 180 độ 360 độ 540 độ 720 độ
Bình thứ nhất có khối lượng và nhiệt dung riêng nhỏ, cho phép hoạt động ngay sau khi khởi động, có khả năng chạy nóng máy và chạy không tải Trong các chế độ này, bình thứ nhất có thể trung hòa gần 100% thành phần khí thải độc hại Ngược lại, bình thứ hai, do được bố trí xa hơn, chưa đạt đủ nhiệt độ để hoạt động hiệu quả Bình thứ hai được thiết kế để làm việc ở chế độ toàn tải, phối hợp với bộ trung hòa thứ nhất nhằm tối đa hóa việc loại bỏ các thành phần độc hại.
3.4.3 Bình tiêu âm Đối với động cơ thì hệ thống thải gây tiếng ồn lớn nhất, động cơ có số vòng quay càng cao, công suất càng lớn thì có tiếng ồn càng lớn Mức độ gây ồn của động cơ là rất lớn vượt quá mức độ cho phép gây ảnh hưởng lớn tới môi trường làm việc, đến sức khoẻ của con người Để hạn chế mức độ gây ồn của động cơ do hệ thống thải gây lên trên, đường thải người ta thường bố trí bình tiêu âm
Nhiệm vụ của bình tiêu âm : dập tắt và làm giảm âm thanh và nhiệt độ của khí thải trước khi thải ra môi trường
Nguyên tắc của bình tiêu âm hoạt tính là hấp thụ năng lượng và chuyển đổi nhiệt năng nhờ thiết bị gây cản bức xạ trên đường thải
Thiết kế và tính toán lý thuyết cho bình tiêu âm là một quá trình phức tạp Do đó, người ta thường chọn các mẫu và chủng loại đã được kiểm nghiệm thực tế, sau đó điều chỉnh cho phù hợp với từng loại xe Bình tiêu âm có vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu dao động, giảm tiếng ồn và hạ nhiệt độ của khí thải.
Theo nguyên lý làm việc của bình tiêu âm người ta chia bình tiêu âm được sử dụng rộng rãi như sau : a) Bình tiêu âm kiểu hoạt tính
Nguyên tắc hoạt động của bình tiêu âm kiểu hoạt tính là hấp thụ năng lượng và chuyển đổi nhiệt năng thông qua các thiết bị gây cản bức xạ trên đường thải Các thiết bị này bao gồm lưới, các thiết bị tạo lỗ, và vật liệu xốp chịu nhiệt như thủy tinh và phoi kim loại Chúng có thể được kết nối theo kiểu nối tiếp hoặc song song; trong trường hợp nối tiếp, cản của bình tiêu âm sẽ tăng cường cản trên đường thải, dẫn đến việc giảm công suất của động cơ.
Vì vậy các nhà thiết kế cần quy định tổn thất lớn nhất cho phép trên đường thải
59 Ưu, nhược điểm của bình tiêu âm kiểu hoạt tính
- Hấp thụ lớn ở tần số cao (từ 250 đến 350 mm H20)
- Tính chất tiêu thụ âm phụ thuộc vào tính chất hấp thu của vật liệu cản và cách bố trí cản trong bình tiêu âm
Hình 3.11 Bình tiêu âm dạng hoạt tính
- Tiêu âm kém ở tần số thấp
- Gây cản lớn trên đường thải b) Bình tiêu âm kiểu phản lực
Bình tiêu âm kiểu phản lực hoạt động dựa trên nguyên lý lọc âm qua van rộng hoặc ngăn cộng hưởng, giúp giảm thiểu âm thanh phát sinh từ khí thải Ưu điểm của loại bình này là khả năng giảm tiếng ồn hiệu quả, trong khi nhược điểm có thể bao gồm kích thước lớn và yêu cầu bảo trì thường xuyên.
- Hấp thụ tần số thấp cho khí thải ( dao động sang âm)
- Không khử được âm tần số cao
Động cơ DOHC 1.8 lắp cho xe Ford Laser có những ưu nhược điểm đáng chú ý, yêu cầu cần khử cả âm tần thấp và âm tần cao Để đạt được hiệu quả tối ưu, cần sử dụng bình tiêu âm tổng hợp với cả hoạt tính và kiểu phản lực.
Hình 3.12 Bình tiêu âm dạng phản lực với ngăn cộng hưởng c) Bình tiêu âm tổng hợp
Nguyên tắc hoạt động của bình tiêu âm tổng hợp là kết hợp giữa hai loại bình tiêu âm: bình tiêu âm dạng hoạt tính và bình tiêu âm dạng phản lực Nhờ vào sự kết hợp này, khí thải khi đi qua bình tiêu âm tổng hợp sẽ được giảm thiểu cả âm tần thấp và âm tần cao, mang lại hiệu quả tiêu âm tối ưu.
Tần số giới hạn được xác định như sau :
+ C là tốc độ âm thanh ( m/ s )
+ S1là diện tích thiết diện bộ lọc ( mm 2 )
+L1là chiều dài ống lọc ( m )
+V là thể tích của bình tiêu âm ( mm 3 ) Ưu, nhược điểm của bình tiêu âm tổng hợp
- Tiêu âm tốt cả ở tần số thấp và tần số cao
- Hệ số cản nhỏ nên ít ảnh hưởng đến vận tốc dòng chảy
- Kết cấu đơn giản chắc chắn
- Kích thước lớn do phải làm tổ hợp bình tiêu âm
- Việc thiết kế tính toán sẽ phức tạp hơn
Sau khi phân tích, chúng tôi chọn bình tiêu âm dạng tổng hợp để nâng cao hiệu quả của bộ lọc âm Kiểu tổ hợp bao gồm hai phần nối tiếp: bình tiêu âm kiểu hoạt tính và bình tiêu âm kiểu phản lực Định mức dung tích của bình tiêu âm Vb thường dao động từ 10 đến 30 lần thể tích công tác của xi lanh động cơ Vh Hiệu quả của bình tiêu âm tỷ lệ thuận với Vb và tỷ số giữa chiều dài và đường kính của bình tiêu âm.
Bình tiêu âm có hiệu quả tốt trong miền tần số hẹp khi a nhỏ, với công thức D a = L Việc tăng chiều dài Lb giúp mở rộng miền tần số giảm âm; thường thì a nằm trong khoảng từ 2 đến 4, nhưng một số loại bình tiêu âm có thể có a từ 6 đến 8 Tính toán bình tiêu âm là cần thiết để đạt được hiệu quả tối ưu.
Theo thiết kế tính toán trên xe ôtô Ford Laser 1.8 trang bị 2 bình tiêu âm tổng hợp với các kích thước như sau :Ltâ1 60 (mm) Ltâ2 90 (mm)
Ta cần phải kiểm tra xem các kích thước trên có đáp ứng yêu cầu đặt ra đối với bình tiêu âm hay không
Ta tính thể tích của bình tiêu âm cần phải có cho xe là : i n
Trong đó : S là hành trình piston (dm) n là số vòng quay của động cơ (v/ p) i là số xi lanh của động cơ
Kb hệ số bình tiêu âm Kb= 50.10 3 Thay số ta có :
50 3 b V ( lít ) Đường kính bình tiêu âm theo lý thuyết là :
Chiều dài bình tiêu âm theo lý thuyết là: Lb=a.D b = 3.212,5 = 637,5 (mm)
Chiều dài và đường kính của bình tiêu âm trên xe cần được tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu quả Số lượng và diện tích ống tạo cản trong bình tiêu âm dạng hoạt tính phụ thuộc vào mức độ tiêu âm và cản trên đường thải Một bình tiêu âm có độ cản lớn sẽ mang lại hiệu quả tiêu âm tốt hơn, nhưng cũng có thể làm giảm công suất động cơ, điều này không được người sử dụng mong muốn Mức độ cản cho phép trên đường thải thường được nhà thiết kế xác định dựa trên thực nghiệm, do tính toán có thể rất phức tạp Theo tài liệu tham khảo, chúng ta chọn 7 lỗ x 20 mm cho bình tiêu âm dạng hoạt tính Đối với bình tiêu âm dạng phản lực, số lượng lỗ được xác định dựa vào mức độ tiêu âm tần số thấp, và chúng ta chọn 24 lỗ x 11 mm.
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI KẾT LUẬN ĐỀ TÀI
Giảm thiểu ô nhiễm môi trường từ các phương tiện giao thông cơ giới là một vấn đề cấp bách trong bối cảnh phát triển bền vững Điều này đặc biệt quan trọng trong các giai đoạn mà động cơ hoạt động không ổn định, như khi khởi động, chạy nóng máy và chạy không tải.
Sự gia tăng nhanh chóng của các phương tiện giao thông đã tạo ra áp lực lớn lên môi trường, dẫn đến việc các nhà khoa học nghiên cứu nhiều phương pháp
Các biện pháp kỹ thuật động cơ và xử lý khí thải đã được kiểm nghiệm thực tế, mang lại nhiều giải pháp hiệu quả và đổi mới.
Nghiên cứu đã đề xuất một phương pháp đơn giản nhưng tiềm năng để tăng cường hiệu quả xử lý khí thải, đặc biệt trong giai đoạn khởi động, chạy nóng máy và chạy không tải Phương pháp này bao gồm việc lắp thêm một bộ xử lý ngay sau cửa thải, nhằm tối ưu hóa quá trình xử lý khi bộ xúc tác chính chưa đạt nhiệt độ làm việc Kết quả mô hình tính toán cho thấy rằng hiệu quả xử lý các thành phần độc hại của khí thải trong các giai đoạn này đạt tiêu chuẩn quy định.