Nghiên ứu giảm phát thải bằng bộ xú tá ôxy hóa doc và phát thải dạng dpf trên động ơ diesel

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LÊ KHẢ LAN NGHIÊN CỨU GIẢM PHÁT THẢI BẰNG BỘ XÚC TÁC ƠXY HĨA DOC VÀ LỌC PHÁT THẢI DẠNG HẠT DPF TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL 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 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131942061000000 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu riêng Các kết quả, số liệu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Hà Nội, tháng 03 năm 2014 Học viên Lê Khả Lan - i- LỜI CẢM ƠN Lời em xin chân thành cảm ơn Thầy Khổng Vũ Quảng tận tình hướng dẫn khoa học để em hoàn thành luận văn Em xin bày tỏ lòng biết ơn Thầy giáo Bộ mơn Động đốt trong, Phịng thí nghiệm Động đốt - Viện Cơ khí động lực - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Đào tạo sau đại học tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ em thời gian làm luận văn Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến Thầy cô giáo phản biện Hội đồng chấm luận văn đọc, có ý kiến quý báu để em hồn chỉnh luận văn cách tốt có định hướng nghiên cứu trương lai Cuối lời cảm ơn tới gia đình bạn bè, người ln động viên khuyến khích tơi suốt thời gian học tập thực luận văn Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 03 năm 2014 Học viên Lê Khả Lan - ii- MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤCLỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC BẢNG viii DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ix MỞ ĐẦU Chương1 TỔNG QUAN VỀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU 1.1 Xu hướng phát triển động 1.1.1 Sự phát triển vai trò quan trọng động đốt .5 1.1.2 Tác động phát thải phương tiện giao thông sử dụng động đốt đến môi trường 1.2 Thực trạng phát thải từ phương tiện tham gia giao thông sử dụng động diesel 1.2.1 Sự gia tăng phương tiện sử dụng động diesel 1.2.2 Thực trạng phát thải phương tiện sử dụng động diesel 1.3 Các giải pháp giảm phát thải độc hại cho động diesel 17 1.3.1 Giải pháp liên quan đến cải tiến kết cấu động 18 1.3.2 Giải pháp liên quan đến xử lý đường thải 20 Kết luận chương 31 Chương NGHIÊN CỨU GIẢM PHÁT THẢI PM CHO ĐỘNG CƠ D1146TI 33 2.1 Đối tượng nghiên cứu 33 2.2 Thực trạng phát thải động D1146TI 33 2.3 Nghiên cứu lựa chọn giải pháp giảm phát thải PM cho động D1146TI 33 2.3.1 Các giải pháp giảm phát thải PM sử dụng .35 2.3.2 Lựa chọn giải pháp giảm PM cho động D1146TI 43 2.4 Tính toán lựa chọn DOC DPF 45 - iii- 2.4.1 Giới thiệu chung DOC lọc DPF 45 2.4.2 Tính tốn lựa chọn DPF .46 2.4.3 Tính tốn lựa chọn DOC .48 2.5 Thiết kế lắp đặt DOC DPF đường thải cho động D1146TI 50 2.5.1 Quan điểm thiết kế lắp đặt hệ thống DOC DPF 50 2.5.2 Thiết kế lắp đặt hệ thống DOC DPF động D1146TI 51 Kết luận chương 53 Chương 3: NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM 54 3.1 Mục đích phạm vi thử nghiệm .54 3.1.1 Mục đích thử nghiệm .54 3.1.2 Phạm vi thử nghiệm 54 3.2 Các nội dung thử nghiệm 54 3.3 Đối tượng thiết bị thử nghiệm 54 3.3.1 Động thử nghiệm 54 3.3.2 Thiết bị thử nghiệm 55 3.4 Các bước thử nghiệm 61 3.4.1 Điều kiện thử nghiệm 61 3.4.2 Bố trí lắp đặt hiệu chỉnh động băng thử 62 3.4.3 Phương pháp chương trình thử nghiệm .63 3.4.4 Tính tốn khối lượng chất phát thải theo chu trình ECE R49 64 3.4.5 Thử nghiệm đánh giá khả giảm phát thải lắp DPF 65 3.4.6 Thử nghiệm đánh giá khả giảm phát thải lắp kết hợp hai DOC DPF 66 Kết luận chương 67 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .68 4.1 Ảnh hưởng DPF đến mức độ giảm phát thải đặc tính kỹ thuật động D1146TI 68 4.1.1 Ảnh hưởng DPF đến mức độ phát thải động D1146TI 68 4.1.2 Ảnh hưởng DPF đến đặc tính làm việc động D1146TI 69 - iv- 4.2 Ảnh hưởng DOC DPF đến mức độ giảm phát thải đặc tính kỹ thuật động D1146TI 70 4.2.1 Ảnh hưởng DOC DPF đến mức độ giảm phát thải động D1146TI 71 4.2.2 Ảnh hưởng DOC DPF đến đặc tính làm việc động D1146TI 72 Kết luận chương 75 KẾT LUẬN CHUNG VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 - v- DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Diễn giải Đơn vị ECU Bộ điều khiển Electriccontrolmodul - CRT Continuous Regeneration Trap - Bộ lọc tái sinh liên tục - USB Cổng giao tiếp máy tính - COM Cổng giao tiếp máy tính dạng nối tiếp - ECE R49 DOC DPF Chu trình thử châu Âu chế độ tĩnh động xe tải hạng nặng xe khách Diesel Oxidation Catalyst - Bộ xúc tác ơxy hóa Diesel Particulate Filter - Bộ lọc phát thải hạt, dạng lọc kín - Smoke Độ khói - HSU Độ mờ khói - EGR Exhaust Gas Recirculation - Luân hồi khí thải - GTCC Giao thơng cơng HC Hyđrơ cácbon - SCRT Hệ thống xử lý khí thải tổng hợp gồm CRT SCR - CR Hệ thống cung cấp nhiên liệu common rail - LNT Lean NOx Trap - Bộ xúc tác hấp thụ NOx - UNDP Liên hợp quốc - LEV Low Emission Vehicles - Phương tiện lại phát thải thấp b - NMHC CO N M thcácbon H d Mônôxit MiVEC SCR Mitshubishi inovative Valve timing Electronic Control Selective Catalyst Reduction - Bộ xúc tác khử NOx - TCCP Tiêu chuẩn cho phép - TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam - - vi- - TN Thực nghiệm - WHO Tổ chức y tế giới - GVW Tổng trọng lượng xe - TLEV Transitional Low Emission Vehicles - Phương tiện lại chuyển tiếp - NO x Ơxít nitơ - SOx Ôxít lưu huỳnh - PM Particulate Matter - Phát thải hạt - PM 10 Phát thải hạt có kích thước nhỏ 10 µm - ppm Phần triệu - PTN ĐCĐT Phịng thí nghiệm động đốt - VGT Varaibale Geometry Turbochanger - Bộ tăng áp hình học - VVT-i Varaibale Valve Timing Whith Intelligence - VOCs Bus Volatile Organic Compounds - hàm lượng hỗn hợp chất hữu độc hại bay lên khơng khí Xe bt - - vii- DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Sự gia tăng phương tiện giới Việt Nam Bảng 1.2 Bùng nổ giao thông giới (ước tính) Bảng 1.3 Số liệu dự báo mức độ tăng trưởng kinh tế phương tiện tham gia giao thông đô thị lớn Việt Nam số nước khu vực Bảng 1.4 Lượng phát thải thành phần động diesel 14 Bảng 1.5 Các biện pháp giảm phát thải động 30 Bảng 2.1 Kết thành phần phát thải có EGR khơng có EGR theo chu trình ECE R49 34 Bảng 2.2 Kích thước lọc DPF cho động diesel D1146TI 48 Bảng 2.3 Kích thước ô xy hóa DOC cho động diesel D1146TI 50 Bảng 2.4 Nhiệt độ khí xả động D1146TI đo vị trí cách tuabin 40mm 52 Bảng 3.1 Các thông số kết cấu động D1146TI 55 Bảng 3.2 Diễn giải mode chu trình thử ECE R49 64 Bảng 3.3 Trọng số 65 Bảng 4.1 Kết đo mức phát thải PM có khơng lắp lọc DPF đường thải động D1146TI có lắp đặt sẵn EGR theo chu trình ECE R49 68 Bảng 4.2 Kết đo thành phần phát thải có khơng lắp xử lý khí thải DOC DPF đường thải động D1146TI có lắp đặt sẵn EGR theo13 mode chu trình thử ECE R49 71 Bảng 4.3 Tổng hợp kết đo thành phần phát thải không có lắp DOC DPF đường thải động D1146TI có lắp đặt sẵn EGR theo chu trình thử ECE R49 72 - viii- DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Số lượng ơtơ xe máy hoạt động hàng năm Việt Nam Hình 1.2 Số lượng tỷ lệ xe sử dụng động diesel Đức Hình 1.3 Thực tế nhiễm phương tiện giao thơng 10 Hình 1.4 Đặc tính thành phần độc hại động diesel theo λ 11 Hình 1.5 Tỷ lệ thành phần khí thải động diesel 11 Hình 1.6 Tóm tắt q trình hình thành bồ hóng Fusco 13 Hình 1.7 Sự hình thành NO phụ 15 Hình 1.8 Biến thiên tỷ số NO2 /NO theo tải động diesel 16 Hình 1.9 Các giải pháp giảm phát thải NOX PM nhằm hướng tới tiêu chuẩn Châu Âu 18 Hình 1.10 Kết cấu vịi phun nhiên liệu 19 Hình 1.11 Sơ đồ hệ thống EGR 21 Hình 1.12 Sơ đồ nguyên lý hệ thống EGR áp suất dùng ống Venturi 23 Hình 1.13 Lọc khí thải động diesel 24 Hình 1.14 Các dạng lọc PM 24 Hình 1.15 Bộ lọc DPF đồng thời tiêu âm 25 Hình 1.16 Cấu tạo DOC 26 Hình 1.17 Hiệu giảm phát thải động diesel DOC 27 Hình 2.1 Khí thải độc hại từ xe bus 33 Hình 2.2 Cấu tạo lọc kín (lọc khối) 35 Hình 2.3 Cấu tạo lọc hở (lọc bề mặt) 36 Hình 2.4 Lọc gốm monolith 37 Hình 2.5 Lõi lọc lưới sợi gốm 37 Hình 2.6 Lõi lọc Celmet 38 Hình 2.7 Lõi lọc sợi thép mạ crom 38 Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý hệ thống CRT 40 Hình 2.9 Đưa thêm Glycol vào khí thải trước cho qua xúc tác 40 Hình 2.10 Đốt PM dây điện trở 42 - ix-