79 Trang 8 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮTKý hiệuDiễn giảiCO Mônôxít cácbon HC Hyđrô cácbonPM Phát thải hạtNOx Ôxít nitơSOx Ôxít lưu huỳnhDOC Diesel Oxidation Catalyst bộ xúc t
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN ĐÌNH TUẤN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA LUÂN HỒI ÁP SUẤT THẤP VÀ LUÂN HỒI ÁP SUẤT CAO ĐẾN GIẢM PHÁT THẢI NOX CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL TĂNG ÁP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hà Nội - Năm 2014 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131911581000000 i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN ĐÌNH TUẤN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA LUÂN HỒI ÁP SUẤT THẤP VÀ LUÂN HỒI ÁP SUẤT CAO ĐẾN GIẢM PHÁT THẢI NOX CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL TĂNG ÁP Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS KHỔNG VŨ QUẢNG Hà Nội - Năm 2014 ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập Các thông tin, số liệu luận văn trung thực có nguồn gốc rõ ràng, cụ thể Kết nghiên cứu luận văn đắn, trung thực chưa có cơng bố cơng trình nghiên cứu khác Hà Nội, ngày 20 tháng năm 2014 Học viên thực Trần Đình Tuấn i LỜI CẢM ƠN Tơi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện sau đại học, Viện Cơ khí động lực cho phép thực luận văn trường Đại học Bách khoa Hà Nội Tôi xin chân thành cảm ơn thầy, cô giảng viên Viện Cơ khí động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội trang bị kiến thức chuyên môn để thực luận văn Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy phản biện, thầy hội đồng chấm luận văn đồng ý, đọc, duyệt cho ý kiến q báu để tơi hoàn chỉnh luận văn định hướng phát triển tương lai Tôi xin chân thành cảm ơn PGS Khổng Vũ Quảng, người tận tình hướng dẫn tơi suốt q trình thực luận văn Cuối tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đến giáo viên Trường Cao đẳng nghề LICOGI, bạn đồng nghiệp gia đình động viên, khuyến khích tơi suốt thời gian tham gia học tập nghiên cứu hoàn thành luận văn Hà Nội, ngày 20 tháng năm 2014 Học viên thực Trần Đình Tuấn ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC BẢNG vii DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ viii MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ PHÁT THẢI CỦA ĐỘNG CƠ VÀ CÁC TIÊU CHUẨN PHÁT THẢI 1.1 Các thành phần phát thải động diesel 1.1.1 Khí NOX (Nitơ ơxit) 1.1.2 Chất thải dạng hạt - PM 10 1.1.3 Mơnơxít cácbon - Khí CO 10 1.1.4 Hyđrơcácbon - Khí HC 11 1.2 Tiêu chuẩn quy định phát thải phương tiện sử dụng động diesel 12 1.2.1.Tiêu chuẩn khí thải châu âu (Euro) 12 1.2.2 Tiêu chuẩn khí thải Mỹ 13 1.2.3 Tiêu chuẩn khí thải Nhật Bản 15 1.2.4 Một số quy định tiêu chuẩn phát thải Việt Nam phương tiện xe giới 16 1.3 Các phương pháp giảm phát thải độc hại cho động diesel .18 1.3.1 Giới thiệu chung .18 1.3.2 Các giải pháp giảm NOX cho động diesel 20 1.4 Thực trạng phát thải phương tiện sử dụng động diesel tăng áp 18 Kết luận chương 30 Chương NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢM PHÁT THẢI NO X BẰNG PHƯƠNG PHÁP LUÂN HỒI KHÍ THẢI CHO ĐỘNG CƠ DIESEL TĂNG ÁP 31 2.1 Khái quát chung luân hồi khí thải động diesel tăng áp 31 2.1.1 Khái quát chung luân hồi khí thải động diesel 31 iii 2.1.2 Luân hồi khí thải động diesel tăng áp 34 2.2 Hệ thống luân hồi áp suất cao 37 2.3 Hệ thống luân hồi áp suất thấp 39 2.4 Các cụm chi tiết hệ thống luân hồi khí thải 40 2.4.1 Van luân hồi khí thải (van EGR) 40 2.4.2 Két làm mát khí luân hồi 41 2.4.3 Đường ống dẫn khí luân hồi .42 Kết luận chương 42 Chương THIẾT KẾ, TÍNH TỐN HỆ THỐNG LN HỒI KHÍ XẢ CHO ĐỘNG CƠ D1146TI 43 3.1 Thực trạng phát thải động D1146TI 43 3.2 Cơ sở thiết kế 43 3.2.1 Quan điểm thiết kế 43 3.2.2 Phương án thực .44 3.3 Tính tốn, thiết kế hệ thống ln hồi khí thải động D1146TI 44 3.3.1 Thiết kế, tính toán hệ thống luân hồi áp suất cao .44 3.3.2 Thiết kế, tính tốn hệ thống luân hồi áp suất thấp 45 3.3.3 Nhận xét chung hệ thống luân hồi áp suất cao áp suất thấp: 46 3.3.4 Thiết kế tính tốn cụm chi tiết hệ thống 47 3.3.5 Thiết kế ống làm mát khí luân hồi (Bộ trao đổi nhiệt) .55 3.4 Bố trí tổng thể hệ thống luân hồi khí thải động D1146TI 60 Kết luận chương .61 Chương NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM 63 4.1 Mục đích thử nghiệm 63 4.2 Nội dung thử nghiệm 63 4.3 Thiết bị đối tượng thử nghiệm 63 4.3.1 Thiết bị thử nghiệm 63 4.3.2 Đối tượng thí nghiệm .70 4.4 Xác định chế độ chu trình thử 72 4.4.1 Chu trình thử nghiệm .72 iv 4.4.2 Các chế độ thử theo chu trình ECE R49 cho động D1146TI 74 4.4.3 Đặc tính mở van EGR 76 4.5 Thử nghiệm với hệ thống luân hồi áp suất cao luân hồi áp suất thấp .77 4.6 Đánh giá mức độ giảm phát thải NOx thực luân hồi áp suất cao luân hồi áp suất thấp 79 4.6.1 Ảnh hưởng luân hồi áp suất cao đến khả giảm phát thải NOX 79 4.6.2 Ảnh hưởng luân hồi áp suất thấp đến khả giảm phát thải NOX 79 4.7 Ảnh hưởng luân hồi áp suất thấp đến thành phần phát thải đặc tính kinh tế kỹ thuật động .79 4.7.1 Ảnh hưởng luân hồi áp suất thấp đến thành phần phát thải theo chu trình ECE R49 .79 4.7.2 Ảnh hưởng luân hồi áp suất thấp đến đặc tính kinh tế, kỹ thuật động .80 Kết luận chương .83 KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .84 Kết luận chung 84 Hướng phát triển 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Diễn giải CO Mơnơxít cácbon HC Hyđrơ cácbon PM Phát thải hạt NOx Ôxít nitơ SOx Ôxít lưu huỳnh DOC Diesel Oxidation Catalyst (bộ xúc tác ơxy hóa) EGR Exhaust Gas Recirculatio (hệ thống luân hồi khí thải) DPF Diesel Particulate Filter (bộ lọc phát thải hạt, dạng lọc kín) VOCs Volatile Organic Compounds (hàm lượng hỗn hợp chất hữu độc hại bay lên khơng khí) PM10 Phát thải hạt có kích thước nhỏ 10 µm TSP Tổng lượng bụi lơ lửng khơng khí TCCP Tiêu chuẩn cho phép TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam CRT Continuous Regeneration Trap (bộ lọc tái sinh liên tục) SCR Selective Catalyst Reduction (bộ xúc tác khử NO x) LNT Lean NO x Trap (bộ xúc tác hấp thụ NOx) SCRT Hệ thống xử lý khí thải tổng hợp gồm CRT SCR TN Thí nghiệm TA Khí tăng áp MN Máy nén Smoke Độ khói ppm ECE R49 Phần triệu Chu trình thử châu âu chế độ tĩnh động xe tải vi DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Lượng phát thải thành phần động diesel Bảng 1.2 Tiêu chuẩn khí thải với xe diesel hạng nặng, chu trình thử tĩnh 13 Bảng 1.3 Tiêu chuẩn khí thải cho động diesel từ 1.760 kg đến 3.500 kg (g/km) 13 Bảng 1.4 Tiêu chuẩn bang California cho mẫu xe từ 1996 đến 2003 14 Bảng 1.5 Giới hạn độc hại Mỹ động diesel lắp xe tải nặng (áp dụng toàn quốc) 14 Bảng 1.6 Tiêu chuẩn khí thải Nhật Bản cho xe khách sử dụng động diesel (g/km) 15 Bảng 1.7 Tiêu chuẩn khí thải động diesel cho xe hạng nặng thương mại GVW>3500 kg (>2500 kg trước năm 2005) 16 Bảng 1.8 Giới hạn tối đa cho phép chất khí thải gây ô nhiễm (Theo Tiêu chuẩn TCVN 6438:2001 17 Bảng 3.1 Kết đo thành phần phát thải động D1146TI với số quy định tiêu chuẩn phát thải 43 Bảng 4.1 Thông số kỹ thuật động D1146T 70 Bảng 4.2 Diễn giải mode chu trình thử ECE R49 73 Bảng 4.3 Kết đo mô men công suất động D1146TI sau lắp hệ thống luân hồi khí thải EGR 100% tải 74 Bảng 4.4 Phát thải NO x theo chu trình thử ECE R49 lắp hệ thống luân hồi áp suất cao 79 Bảng 4.5 Phát thải NO x theo chu trình thử ECE R49 lắp hệ thống luân hồi áp suất thấp 79 Bảng 4.6 Kết thành phần phát thải có EGR khơng có EGR theo chu trình ECE R49 80 vii DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Số lượng tỷ lệ xe sử dụng động diesel Đức Hình 1.2 Đặc tính thành phần độc hại động diesel theo λ Hình 1.3 Tỷ lệ thành phần khí thải động diesel Hình 1.4 Sự hình thành NO phụ thuộc vào nhiệt độ theo thời gian t(ms) Hình 1.5 Biến thiên tỷ số NO 2/NO theo tải động diesel Hình 1.6 Các giải pháp giảm phát thải NO X PM nhằm hướng tới tiêu chuẩn Châu Âu 19 Hình 1.7 a) Vịi phun thơng thường; b) Vịi phun tích chết nhỏ 20 Hình 1.8 Sơ đồ động sử dụng luân hồi khí thải 22 Hình 1.9 Sơ đồ hệ thống LNT 23 Hình 1.10 Quá trình hấp thụ NO X hỗn hợp nghèo 24 Hình 1.11 Các phản ứng buồng xử lý 24 Hình 1.12 Chu trình hấp thụ tái tạocủa hệ thống LNT 25 Hình 1.13 Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống SCR 26 Hình 2.1 Sơ đồ bố trí chung hệ thống luân hồi khí 31 Hình 2.2 Ảnh hưởng ln hồi khí xả đến lượng phát thải NO X 32 Hình 2.3 Ảnh hưởng loại khí đến hiệu giảm NO X 34 Hình 2.4 Áp suất tuabin, tăng áp tỷ lệ luân hồi tăng áp suất tuabin 35 Hình 2.5 Hệ thống luân hồi dùng tăng áp VGT 36 Hình 2.6 Đặc tính tăng áp VGT 36 Hình 2.7 Quan hệ vị trí cánh hướng gió tỷ lệ luân hồi 36 Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý hệ thống luân hồi khí xả ống venturi đặt đường nạp 37 Hình 2.9 Hệ thống luân hồi áp suất cao 38 Hình 2.10 Hệ thống luân hồi áp suất cao với ống venturi 39 Hình 2.11 Hệ thống luân hồi áp suất thấp 39 Hình 2.12 Van luân hồi khí thải thiết kế với đường nạp 41 Hình 2.13 Két làm mát khí luân hồi 41 Hình 2.14 Bố trí đường ống dẫn khí hệ thống luân hồi 42 viii