Nghiên cứu đặc tính của động cơ diesel 1 xylanh AVL 5402 khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu sinh học biodiesel nhiên liệu truyền thống

Nghiên cứu đặc tính của động cơ diesel 1 xylanh AVL 5402 khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu sinh học biodiesel nhiên liệu truyền thống Nghiên cứu đặc tính của động cơ diesel 1 xylanh AVL 5402 khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu sinh học biodiesel nhiên liệu truyền thống luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VŨ KHẮC THIỆN NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL XYLANH AVL 5402 KHI SỬ DỤNG HỖN HỢP NHIÊN LIỆU SINH HỌC BIODIESEL – NHIÊN LIỆU TRUYỀN THỐNG Chuyên ngành: Kỹ thuật động nhiệt LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ NHIỆT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS LÊ ANH TUẤN Hà Nội – 2012 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu riêng Các kết quả, số liệu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Hà Nội, tháng năm 2012 Tác giả Nguyễn Minh Châu -i- LỜI CẢM ƠN Lời em xin chân thành cảm ơn GS.TS Phạm Minh Tuấn tận tình hướng dẫn để em hồn thành luận văn Em xin bày tỏ lịng biết ơn thầy cô giáo Bộ môn Động Cơ Đốt Trong, Phịng thí nghiệm Động đốt - Viện Cơ khí Động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội tận tình giúp đỡ em thời gian qua Em xin gửi lời cảm ơn tới Ban giám hiệu trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên, Ban chủ nhiệm Khoa Cơ khí thầy cô khoa động viên em suốt trình học tập làm luận văn Em xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy phản biện, thầy cô hội đồng chấm luận văn, đồng ý đọc duyệt góp ý kiến q báu, để em hồn chỉnh luận văn định hướng nghiên cứu tương lai Cuối em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình bạn bè, người ln bên, động viên khuyến khích em suốt thời gian học tập thực luận văn Học viên Nguyễn Minh Châu -ii- MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC BẢNG vii DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ viii LỜI NÓI ĐẦU CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ PHÁT THẢI TỪ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.1 Các thành phần độc hại khí thải động đốt 1.2 Đặc điểm làm việc phát thải động xe buýt 1.2.1 Khái quát chung 1.2.2 Thực trạng phát thải phương tiện xe buýt Việt Nam 1.3 Nghiên cứu ứng dụng giải pháp giảm phát thải cho động diesel 1.4 Các biện pháp giảm phát thải 10 1.4.1 Các biện pháp liên quan đến động 11 1.4.2 Các biện pháp xử lí khí thải 12 1.5 Tình hình áp dụng tiêu chuẩn khí thải giới Việt Nam 21 1.5.1 Tiêu chuẩn kiểm soát phát thải giới 21 1.5.2 Tiêu chuẩn kiểm soát phát thải Việt Nam 23 1.5.3 Lộ trình kiểm sốt phát thải Việt Nam 23 1.6 Kết luận chƣơng 24 CHƢƠNG II CƠ CHẾ HÌNH THÀNH PM VÀ CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ 25 2.1 Bản chất PM 25 2.1.1 Các thành phần PM 25 2.1.2 Sự hình thành muội than (soot) 28 2.1.3 Kích thước số lượng hạt 29 2.1.4 Mối liên quan kích thước hạt sức khoẻ người 35 -iii- 2.2 Cơ sở lý thuyết tính tốn hình thành muội than 35 2.2.1 Mơ hình bước 35 2.2.2 Mơ hình bước Fusco 38 2.3 Sử dụng lọc chất thải dạng hạt để giảm phát thải PM 40 2.3.1 Lọc kín (lọc tồn phần) lọc hở (lọc phần) 40 2.3.2 Vật liệu chế tạo lọc 41 2.3.3 Các phương pháp tái sinh lọc 44 2.4 Kết luận chƣơng 49 CHƢƠNG III TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ BỘ LỌC PM CHO ĐỘNG CƠ DIESEL TĂNG ÁP 50 3.1 Giới thiệu chung 50 3.2 Mô lọc chất thải hạt DPF 51 3.2.1 Giới thiệu chung DPF 51 3.2.2 Các thông số DPF 53 3.2.3 Sự phân bố bồ hóng 54 3.3 Xây dựng mơ hình mơ động D1146TI 56 3.3.1 Đánh giá độ xác mơ hình 58 3.3.2 Kết mơ lắp lọc khói DPF chuyển đổi xúc tác DOC đến phát thải động D1146TI 59 3.4 Thiết kế lắp lọc phát thải hạt DPF xúc tác DOC đƣờng thải động 61 3.4.1 Thế kế lọc DPF 61 3.4.2 Thiết kế xúc tác oxy hóa DOC 62 3.4.3 Vị trí lắp đặt xử lý DOC lọc DPF 63 3.5 Kết luận chƣơng 64 CHƢƠNG IV THỬ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA BỘ LỌC PM LẮP TRÊN ĐỘNG CƠ XE BUÝT 66 4.1 Mục tiêu phạm vi thử nghiệm 66 4.1.1 Mục tiêu thử nghiệm 66 -iv- 4.1.2 Phạm vi thử nghiệm 66 4.2 Trang thiết bị thử nghiệm 66 4.2.1 Băng thử động lực cao ETB dùng cho động xe tải hạng nặng 66 4.2.2 Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu AVL Fuel Balance 733S 71 4.2.3 Hệ thống đo phát thải khí 72 4.2.4 Thiết bị đo phát thải dạng hạt (Smart Sampler) 75 4.2.5 Thiết bị đo độ khói Smoke Meter AVL 415S 76 4.2.6 Động thử nghiệm 77 4.3 Điều kiện thử nghiệm 77 4.4 Bố trí, phƣơng pháp chƣơng trình thử nghiệm 77 4.4.1 Bố trí lắp đặt hiệu chỉnh động băng thử 77 4.4.2 Chương trình thử nghiệm 78 4.4.3 Tính tốn khối lượng chất phát thải theo chu trình ECE R49 79 4.5 Phân tích kết thử nghiệm 80 4.5.1 Ảnh hưởng lọc phát thải hạt DPF DOC tới công suất suất tiêu thụ nhiên liệu 80 4.5.2 Ảnh hưởng lọc phát thải hạt DPF DOC đến phát thải động 81 4.5.3 Ảnh hưởng lọc phát thải hạt DPF DOC đến phát thải động D1146TI theo chu trình ECE R49 84 4.6 Đánh giá kết mô thực nghiệm 84 4.6.1 So sánh kết mô thực nghiệm động nguyên theo chu trình ECE R49 84 4.6.2 So sánh kết mô thực nghiệm động có lắp lọc xúc tác oxy hóa DOC lọc hạt DPF theo chu trình thử ECE R49 86 4.7 Kết luận chƣơng 87 KẾT LUẬN CHUNG VÀ PHƢƠNG HƢỚNG PHÁT TRIỂN 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 -v- DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Diễn giải Đơn vị CO Khí thải monoxit cacbon - HC Khí thải hydro cacbon - PM Phát thải dạng hạt - NOx Khí thải oxit nitơ - SOx Khí thải oxit lưu huỳnh - P Công suất động ge Suất tiêu thụ nhiên liệu kW g/kWh DOC Diesel Oxidation Catalyst (bộ xúc tác ơxy hóa) - EGR Exhaust Gas Recirculation (hệ thống luân hồi khí thải) - DPF Diesel Particulate Filter (bộ lọc hạt) - CRT Continuously Regenerat Trap (bộ lọc phục hồi liên tục) - -vi- DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Số lượng hạt rắn phát thải từ động 34 Bảng 3.1 Các thông số kết cấu động D1146TI 57 Bảng 3.2 Các phần tử mơ hình mơ 58 Bảng 3.3 Các chế độ mơ theo chu trình ECE R49 60 Bảng 3.4 Kích thước lọc DPF cho động diesel D1146TI 62 Bảng 3.5 Kích thước lọc DOC cho động diesel D1146TI 63 Bảng 3.6 Nhiệt độ khí xả động D1146TI đo vị trí cách tuabin 40mm 64 Bảng 4.1 Diễn giải mode chu trình thử ECE R49 79 Bảng 4.2 Trọng số 80 Bảng 4.3 Kết đo công suất suất tiêu thụ nhiên liệu có khơng có DPF DOC theo 13 mode chu trình ECE R49 81 Bảng 4.4 Kết đo thành phần phát thải có không lắp lọc chất thải dạng hạt theo13 mode chu trình thử ECE R49 84 Bảng 4.5 Kết so sánh công suất suất tiêu thụ nhiên liệu mô thực nghiệm động nguyên theo chu trình ECE R49 85 Bảng 4.6 Kết so sánh phát thải bồ hóng mơ thực nghiệm theo chu trình thử ECE R49 động nguyên 85 Bảng 4.7 Kết so sánh công suất suất tiêu thụ nhiên liệu mô thực nghiệm theo chu trình ECE R49 đơng có lắp DOC DPF 86 Bảng 4.8 Kết mô thực nghiệm động D1146TI có lắp xúc tác oxy hóa DOC lọc hạt DPF theo chu trình ECE R49 87 -vii- DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sơ đồ luân hồi khí thải 11 Hình 1.2 Hiệu giảm phát thải động diesel xúc tác DOC 13 Hình 1.3 Cấu tạo xúc tác DOC 14 Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống SCR 16 Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống LNT 19 Hình 1.6 Quá trình hấp thụ NOx hỗn hợp nghèo 19 Hình 1.7 Các phản ứng buồng xử lý 19 Hình 1.8 Chu trình hấp thụ tái tạo hệ thống LNT 21 Hình 1.9 Tiêu chuẩn khí thải xe ơtơ hạng nhẹ EU nước châu Á (nguồn: VCAP, PCD, 2009) 22 Hình 2.1 Giản đồ hạt PM 25 Hình 2.2 Thành phần cấu tạo PM 27 Hình 2.3 Cấu trúc hạt carbon sơ cấp 28 Hình 2.4 Các hạt cacbon tích tụ 29 Hình 2.5 Phân bố kích thước chất thải dạng hạt 30 Hình 2.6 Các hạt rắn khí thải động diesel pha loãng 31 Hình 2.7 Phát thải hạt nano sử dụng nhiên liệu có phụ gia 32 Hình 2.8 Sự phân bố kích thước PM động khác 33 Hình 2.9 So sánh số lượng PM phát thải từ động khác 34 Hình 2.10 Cấu tạo lọc kín 40 Hình 2.11 Lọc hở 41 -viii- Hình 2.12 Lọc gốm monolith 42 Hình 2.13 Lõi lọc lưới sợi gốm 42 Hình 2.14 Lọc celmet 43 Hình 2.15 Lõi lọc sợi thép mạ crôm 43 Hình 2.16 Sơ đồ nguyên lý hệ thống CRT 45 Hình 2.17 Đưa thêm glycol vào khí thải 45 Hình 2.18 Tái sinh lọc đốt muội than 47 Hình 2.19 Đốt PM dây điện trở 47 Hình 2.20 Tái sinh lọc cách phun ngược khơng khí 48 Hình 3.1 Một phần tử DPF 51 Hình 3.2 Cấu trúc monolith 52 Hình 3.3 Sự lắng đọng bồ hóng lớp 55 Hình 3.4 Mơ hình động D1146TI AVL – BOOST 57 Hình 3.5 So sánh cơng suất suất tiêu thụ nhiên liệu động D1146TI mô thực nghiệm 58 Hình 3.6 Mơ hình mơ động D1146TI kết hợp DOC DPF 59 Hình 3.7 Phát thải bồ hóng chế độ mơ theo chu trình ECE R49 60 Hình 3.8 Kích thước lọc DPF 61 Hình 3.9 Kích thước xúc tác oxy hóa DOC 62 Hình 3.10 Kết cấu lắp đặt DOC DPF 63 Hình 4.1 Sơ đồ phòng thử 66 Hình 4.2 Sơ đồ phòng thử động lực cao động 67 Hình 4.3 Sơ đồ phanh điện APA 100 68 -ix- FSN (Filter Smoke Number) từ đến 3199 mg/m3 với độ xác 0,1% [1] 4.2.6 Động thử nghiệm Việc lựa chọn động D1146TI vận hành để làm đối tượng nghiên cứu thích hợp nhất, coi động D1146TI đối tượng tổng quan phản ánh sát trung thực trạng động diesel lắp xe buýt lưu hành thành phố lớn Các thông số động giới thiệu Hình 4.14 Động D1146TI chạy khảo nghiệm bảng 3.1 Hình ảnh bên ngồi động thể hình 4.14 4.3 Điều kiện thử nghiệm Động phải bảo dưỡng trước thử nghiệm nhằm đảm bảo độ ổn định động suốt q trình thử nghiệm như: thay dầu bơi trơn, kiểm tra hệ thống nhiên liệu, thay lọc dầu bôi trơn lọc nhiên liệu … Đối với băng thử phải tiến hành hiệu chuẩn thiết bị trước thử nghiệm nhằm đảm bảo kết đo xác Đối với nhiên liệu thử nghiệm cần mua thời điểm nhằm đảm bảo tính chất nhiên liệu khơng thay đổi thử nghiệm Thử nghiệm tiến hành theo phương pháp đối chứng với điều kiện nhiệt độ phòng thử trạng thái động 4.4 Bố trí, phƣơng pháp chƣơng trình thử nghiệm 4.4.1 Bố trí lắp đặt hiệu chỉnh động băng thử -77- Hình 4.15 Động D1146TI băng thử Động D1146TI lắp đặt băng thử đồng thời hệ thống nhiên liệu động hiệu chỉnh theo thơng số kỹ thuật nhà sản xuất Trong bơm nhiên liệu vòi phun kiểm tra cân chỉnh theo thông số làm việc bình thường động [11] Khe hở nhiệt hiệu chỉnh kiểm tra lại để đảm bảo động làm việc bình thường [11] Hệ thống làm mát bôi trơn được kết nối với thiết bị điều khiển băng thử để đảm bảo động làm việc điều kiện nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ áp suất dầu bôi trơn phạm vi cho phép nhà sản xuất [11] Hình 4.15 thể động D1146TI băng thử Sau hồn thành cơng việc lắp đặt hiệu chỉnh, động chạy rà nguội tốc độ 1200 v/ph; chạy rà nóng chế độ khơng tải, 50% tải/1400 v/ph, 75% tải/1800 v/ph Thời gian chạy chế độ 30 phút [11] Sau kết thúc thời gian chạy rà, thực đo đặc tính tốc độ mức phát thải động 4.4.2 Chƣơng trình thử nghiệm Chu trình thử ECE R49 (đây chu trình thử khí thải Châu Âu) có khơng lắp đặt thiết bị giảm phát thải Đây chu trình thử nghiệm khí thải 13 mode dành cho xe tải, tương đương TCVN 6567-2006 Các chế độ thử nghiệm theo chu trình thử ECE R49 trình bày bảng 4.1 hình 4.16 -78- Bảng 4.1 Diễn giải mode chu trình ECE R49 Mode Tốc độ % Tải Hệ số tải % 10 11 12 13 Không tải 10 25 50 75 100 100 75 50 25 10 - 25/3 8 8 25 25/3 10 2 2 25/3 Mômen lớn Không tải Công suất lớn Không tải Thời gian (ph) 6 6 6 6 6 6 Hình 4.16 Sơ đồ thể mode chu trình thử ECE R49 4.4.3 Tính tốn khối lƣợng chất phát thải theo chu trình ECE R49 Lưu lượng Khối lượng khí xả: GEXH  GAIR  GFUEL (4.1) Trong đó: GEXH: Lưu lượng khối lượng khí xả [kg/h] GAIR: Lưu lượng khối lượng khí nạp, [kg/h] GFUEL: Lưu lượng khối lượng nhiên liệu, [kg/h] Hệ số hiệu chỉnh xét đến độ ẩm tính tốn lượng NOx KNOx 1  A.7.H  75  B.1,8.T  302 A 0,044 GFUEL  0,0038 GAIR B 0,116 GFUEL  0,0053 GAIR T: Nhiệt độ mơi trường, [K] H: Độ ẩm khơng khí tính theo g H2O/kg khơng khí -79- (4.2) (4.3) (4.4) 6,211.Ra Pd PB  Pd Ra.10 2 H (4.5) Ra: Độ ẩm tương đối, [%] Pd: Áp suất bão hịa khơng khí, [kPa] PB: Áp suất mơi trường, [kPa] Khối lượng chất thải (g/h) NOxMasse  0,001587.NOxconc.GEXH (4.6) COMasse 0,000966.COconc.GEXH (4.7) HCMasse 0,000478.HCconc.GEXH (4.8) NOxconc, COconc, HCconc: nồng độ chất phát thải tính theo ppm Khối lượng phát thải trung bình (g/kWh):  CO WF  P .WF  HC WF HC  P .WF  NOx WF NOx  P .WF Masse, i CO i i (4.9) i Masse, i i i (4.10) i Masse, i i i (4.11) i Trong đó: Pi cơng suất mode thứ i, WFi: trọng số mode thứ i thể bảng 4.2 Bảng 4.2 Trọng số Chế độ 10 11 12 13 (Mode) Trọng số 0,25/3 0,08 0,08 0,08 0,08 0,25 0,25/3 0,10 0,02 0,02 0,02 0,2 0,25/3 4.5 Phân tích kết thử nghiệm 4.5.1 Ảnh hƣởng lọc phát thải hạt DPF DOC tới công suất suất tiêu thụ nhiên liệu -80- Bảng 4.3 Kết đo cơng suất suất tiêu thụ nhiên liệu có khơng có DPF DOC theo 13 mode chu trình ECE R49 Ne (kW) Mode Ngun Có lọc 0,24 0,22 11,35 ge (g/kW.h) So sánh So sánh Nguyên Có lọc -8,33 3750 4000 6,67 10,85 -4,41 354.19 380,08 7,31 23,28 23 -1,20 255.15 257,97 1,11 52,58 51,86 -1,93 205.94 208,22 1,11 76,23 74,53 -2.23 197.56 202,84 2,67 102,82 100,06 -2.69 197.34 205,94 4,36 0,24 0,22 -8.33 3750 4000 6,67 139,09 133,41 -4.09 205.41 215,49 4,91 105,14 102,36 -2.64 206.39 215,29 4,31 10 68,75 66,93 -2.65 216.58 223,10 3,01 11 33,42 33,39 -0.09 268.7 270,63 0,72 12 14,99 13,89 -7.34 411.61 450,93 9,55 13 0,24 0,22 -8.33 3750 4000 6,67 Trung bình (%) -4,17 (%) 4,54 Qua bảng kết thực nghiệm ta thấy, động lắp hệ thống giảm phát thải DOC DPF cơng suất động giảm trung bình 4,17%, suất tiêu thụ nhiên liệu tăng thêm trung bình 4,54% Lý lắp thêm hệ thống giảm phát thải làm tăng cản đường thải, ảnh hưởng đến trình thải bình thường, lượng khí sót tăng lên làm ảnh hưởng đến trình cháy động 4.5.2 Ảnh hƣởng lọc phát thải hạt DPF DOC đến phát thải động -81- Kết hình 4.17 4.18 thể độ khói NOx thử nghiệm động D1146TI nguyên có lắp xúc tác oxy hóa DOC lọc phát thải hạt DPF theo chu trình ECE R49 Khi động có lắp DOC DPF độ khói trung bình giảm 50,69% Nồng độ NOx giảm trung bình 11,89% Sự giảm NOx tác dụng xúc tác oxy hóa DOC oxy hóa phần NOx khí thải, nhiên giảm khơng nhiều Hình 4.17 Ảnh hưởng giảm phát thải độ khói theo chu trình ECE R49 Hình 4.18 Ảnh hưởng giảm phát thải NOx theo chu trình ECE R49 Kết hình 4.19 4.20 thể kết phát thải CO, HC động nguyên có lắp DOC DPF Khi động có lắp xúc tác oxy hóa -82- DOC ln cho kết phát thải CO HC thấp nhiều so với động ngun tồn chu trình thử nghiệm Giá trị CO HC trung bình theo chu trình thử ECE R49 59,1% 63,68% Hình 4.19 Ảnh hưởng giảm phát thải CO theo chu trình ECE R49 Hình 4.20 Ảnh hưởng giảm phát thải HC theo chu trình ECE R49 -83- 4.5.3 Ảnh hƣởng lọc phát thải hạt DPF DOC đến phát thải động D1146TI theo chu trình ECE R49 Kết đo thành phần phát thải trường hợp có khơng có lắp xử lý DOC lọc DPF theo chu trình thử ECE R49 thể Bảng 4.4 Các kết cho thấy thành phần phát thải HC CO giảm lớn tương ứng 66,11% 69,52%, cịn phát thải NOx giảm 5,19% Trong thành phần phát thải PM giảm 66,48% Kết cho thấy hiệu xử lý DOC DPF việc xử lý phát thải HC CO lọc thành phần phát thải PM Tuy nhiên qua bảng 4.4 ta thấy thành phần NOx giảm khơng nhiều Vì để giảm NOx cách hiệu ta cần phối hợp xử lý DOC DPF với biện pháp xử lý NOx [11] Bảng 4.4 Kết đo thành phần phát thải có khơng lắp lọc chất thải dạng hạt theo13 mode chu trình thử ECE R49 So sánh Thành phần Đơn vị Khơng có lọc hạt Có lọc hạt HC g/kW.h 0,844 0,286 -66,11 NOx g/kW.h 14,823 14,054 -5,19 CO g/kW.h 1,214 0,370 -69,52 PM g/kW.h 0,227 0,0761 -66,48 (%) 4.6 Đánh giá kết mô thực nghiệm 4.6.1 So sánh kết mô thực nghiệm động nguyên theo chu trình ECE R49 Kết bảng 4.5 thể công suất suất tiêu thụ nhiên liệu động D1146TI mô thực nghiệm sai lệch không nhiều Sai lệch trung bình theo chu trình thử ECE R49 với cơng suất 2,95%, với suất tiêu thụ nhiên liệu 2,85% -84- Bảng 4.5 Kết so sánh công suất suất tiêu thụ nhiên liệu mô thực nghiệm động nguyên theo chu trình ECE R49 Ne (kW) Thực Mode Mô nghiệm ge (g/kW.h) So sánh Thực (%) nghiệm Mô So sánh (%) 0,24 0,25 4,17 3750 3600 -4,00 11,35 11,81 4,05 354.19 340,39 -3,90 23,28 24,19 3,91 255.15 245,56 -3,76 52,58 54,86 3,74 205.94 198,51 -3,61 76,23 77,04 1,06 197.56 195,48 -1,05 102,82 104,32 1,46 197.34 194,50 -1,44 0,24 0,25 4,17 3750 3600 -4,00 139,09 141,54 1,76 205.41 201,85 -1,73 105,14 107,66 2,40 206.39 201,56 -2,34 10 68,75 69,95 1,75 216.58 212,87 -1,72 11 33,42 34,15 2,18 268.7 262,96 -2,14 12 14,99 15,52 3,54 411.61 397,55 -3,14 13 0,24 0,25 4,17 3750 3600 -4,00 Trung bình 2,95 -2,85 Bảng 4.6 Kết so sánh phát thải bồ hóng mơ thực nghiệm theo chu trình thử ECE R49 động nguyên Thành phần Đơn vị Thực nghiệm Mơ So sánh (%) Bồ hóng g/kW.h 0,214 0,227 -5,73 Bảng 4.6 thể kết phát thải động D1146TI tính theo chu trình thử ECE R49 mô thực nghiệm Từ bảng ta thấy kết sai lệch mô thưc nghiệm bồ hóng lên đến 5,73% Điều giải thích mơ ta xác định bồ hóng thơng qua phản ứng hình thành nhiên liệu cháy phần trăm dầu bôi trơn bị phân hủy mà không -85- đánh giá ảnh hưởng nhiên liệu, tượng bơm dầu … Khi thực nghiệm ta xác định tất thành phần tạo thành phát thải hạt thông qua phương pháp cân lọc PM 4.6.2 So sánh kết mô thực nghiệm động có lắp lọc xúc tác oxy hóa DOC lọc hạt DPF theo chu trình thử ECE R49 Khi lắp xúc tác DOC lọc DPF động D1146TI mô phần mềm AVL-BOOST thực nghiệm cho kết sai lệch không nhiều công suất suất tiêu thụ nhiên liệu Theo kết bảng 4.7 thể công suất sai lệch trung bình 3,06%, cịn suất tiêu thụ nhiên liệu 2,41% Bảng 4.7 Kết so sánh công suất suất tiêu thụ nhiên liệu mơ thực nghiệm theo chu trình ECE R49 động có lắp DOC DPF Ne (kW) Mode Thực nghiệm Mô ge (g/kW.h) So sánh Thực (%) nghiệm Mô So sánh (%) 0,22 0,23 4.55 4000 3826 -4.35 10,85 11,16 2.89 380,08 364,23 -4.17 22,97 23,69 3.01 256,05 250,80 -2.05 51,86 53,35 2.88 208,22 204,12 -1.97 74,53 75,36 1.11 202,84 200,63 -1.09 100,06 101,28 1.22 205,94 202,95 -1.45 0,22 0,23 4.55 4000 3826 -4.35 133,41 137,88 3.35 210,49 208,28 -1.05 101,86 105,07 3.15 215,29 208,77 -3.03 10 66,53 67,84 1.97 222,10 219,68 -1.09 11 33,39 34,08 2.08 270,63 265,65 -1.84 12 13,41 14,01 4.45 430,93 428,78 -0.5 13 0,22 0,23 4.55 4000 3826 -4.35 Trung bình 3,06 -86- -2,41 Bảng 4.8 Kết mơ thực nghiệm động D1146TI có lắp xúc tác oxy hóa DOC lọc hạt DPF theo chu trình ECE R49 Thành phần Đơn vị Thực nghiệm Mơ So sánh (%) Bồ hóng g/kW.h 0,0761 0,065 -8,45 Từ bảng 4.8 ta thấy sai lệch bồ hóng lên đến 8,45%, nhiên giá trị sai lệch chấp nhận mơ ta không xét đến ảnh hưởng nhiên liệu dầu bôi trơn điều kiện động sử dụng Do khơng đánh giá hết khả làm việc lọc DPF xúc tác oxy hóa DOC Tuy kết sai lệch mơ khơng nhỏ qua cho phép ta đánh giá hiệu DOC DPF Đồng thời xác định sơ thông số DOC DPF làm sở để thiết kế chế tạo 4.7 Kết luận chƣơng Với yêu cầu giảm phát thải độc hại động diesel lưu hành, tác giả sử dụng lọc chất thải dạng hạt DPF để giảm phát thải PM với xử lý DOC để tái sinh lọc, xử lý có tác dụng giảm HC CO Kết so sánh mô thực nghiệm sai khác không nhiều, điều cho thấy sử dụng thơng số q trình mơ để tính tốn kích thước sơ bộc xúc tác oxy hóa DOC lọc DPF hợp lý Kết cho thấy, phát thải PM giảm tới 66,48% Phát thải HC CO giảm 66,11% 69,52% Thông qua kết đạt đề tài cho thấy việc sử dụng lọc hở chất thải dạng hạt thử nghiệm cho kết tương đối cao, có tính khả thi đem áp dụng vào thực tế -87- KẾT LUẬN CHUNG VÀ PHƢƠNG HƢỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận chung Qua trình tìm hiểu nghiêm túc lý thuyết thử nghiệm đánh giá động xe buýt, rút nhận định sau: - Khí thải từ lượng lớn phương tiện giao thông sử dụng động đốt có ảnh hưởng tiêu cực tới sức khỏe người mơi trường sống Vì cần có biện pháp hiệu để giảm phát thải chất độc hại môi trường Ở Việt Nam, xe buýt lưu hành phát thải PM lớn gây ô nhiễm mơi trường sức khỏe người dân, cần phải tìm biện phát để giảm thiều thành phần - Mô phần mềm AVL – BOOST phương pháp hữu hiệu để tính tốn, thiết kế xử lý khí thải Kết ta lựa chọn phương án dùng DOC DPF - Kết so sánh thực nghiệm mô sai khác không nhiều, điều cho thấy sử dụng thơng số q trình mơ để tính tốn kích thước sơ DOC DPF hợp lý - Kết thực nghiệm cho thấy, phát thải PM giảm 66,48%, HC CO giảm 66,11% 69,52% Với cắt giảm thành phần phát thải đạt tiêu chuẩn nhà nước - Kết thực cho thấy NOx giảm 5,19%, giảm khơng đáng kể, cần phối phợp DOC DPF với hệ thống khác để giảm NOx coi nghặt nghèo cần giảm thiểu - Có nhiều phương pháp để giảm thành phần độc hại khí thải động nói chung PM động diesel nói riêng Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng cần lựa chọn cách hợp lý tùy vào điều kiện cụ thể - Phương án sử dụng DOC DPF để giảm PM động diesel có tính khả thi cao cho xe buýt lưu hành Việt Nam -88- Phƣơng hƣớng phát triển Trong trình nghiên cứu đề tài tác giả đưa giải pháp giảm phát thải PM cho động diesel tăng áp lắp xe buýt Thử nghiệm đánh giá hiệu biện pháp giảm phát thải PM tiến hành phịng thí nghiệm Để đề tài phát triển cách có hiệu tác giả đưa số phương hướng phát triển sau: - Nghiên cứu phương án giảm khối lượng vỏ lọc hạt - Tiến hành thử nghiệm đánh giá độ bền độ ổn định hệ thống lắp lọc chất thải dạng hạt - Bố trí lắp đặt hệ thống lên xe tiến hành thử nghiệm trường đánh giá ảnh hưởng độ hiệu hệ thống xe lưu hành -89- TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] AVL GmbH (2001), AVL 451S Smoke meter Austria [2] AVL GmbH (2001), AVL Fuel Balance 733S Austria [3] AVL GmbH (2001), Emission systems Austria [4] AVL GmbH (2001), Smart sampler manual Austria [5] AVL GmbH (2001), Test bed systems Austria [6] AVL-List GmbH (2009), BOOST v.2009 Users Guide & Theory Hans- List-Platz 1, A-8020 Graz, Austria [7] Bùi Văn Ga, Văn Thị Bông, Phạm Xuân Mai, Trần Văn Nam, Trần Thanh Hải Tùng (1997), Ơtơ nhiễm mơi trường NXB Giáo dục [8] Colin R Ferguson and Allan T Kirkpatrick (2001), Internal Combustion Engine Applied Thermoscience Second edition, John Wiley & Sons, Inc., [9] David Kittelson and Imad Abdul-Khalek Formation of Nanoparticles during Exhaust Dilution University of Minnesota, Department of Mechanical Engineering EFI Members Conference:“Fuels, Lubricants Engines, &Emissions” January 18-20, 1999 [10] Đỗ Hải Âu (2012), Nghiên cứu giải pháp xử lý nhằm giảm thiểu phát thải dạng hạt từ động diesel Luận văn cao học ngành Động đốt trong, Đại học Bách khoa Hà Nội [11] Đinh Xuân Thành (2011), Nghiên cứu khả giảm khí thải độc hại cho động diesel tăng áp lắp xe buýt Luận án tiến sĩ kỹ thuật ngành Động đốt trong, Đại học Bách khoa Hà Nội [12] Hil John Heywood (1989), Internal Combustion Engine Fundamentals Mc Graw [13] Greenwood, S., 1996 "Particulate Size Analysis", MIRA Automobile Abstracts, February 1996 -90- [14] Guido Lenaers and Martine Van Poppel (2007), On-board Emission and Odour Measurements on Euro Buses Retrofitted with Different Combinations of PM Traps and SCR, 07NAPLES-14, SAE International [15] Hall, D.E., C.J Dickens, 1999 "Measurement of the Number and Size Distribution of Particles Emitted From a Gasoline Direct-Injection Vehicle", SAE Technical Paper 1999-01-3530 [16] http://www.dieselnet.com/tech/engine_control.html/ Diesel Emission Control [17] Khương Thị Hà (2009), Các biện pháp giảm phát thải độc hại động diesel Luận văn thạc sỹ ngành Động Đốt trong, khóa 2007 - 2009, Đại học Bách khoa Hà Nội [18] Magdi K Khair Advanced Technologies: Fuel Injection & Combustion www.dieselnet.com [19] Mr R Brück Overview of Emissions Treatment Technologies for Heavy- duty Engines AECC Technical Seminar Heavy-duty Engine Emissions, Brussels, 25 October 2007 [20] Ministry of Natural Resources and Environment (2007), National State of Environment 2007 (SOE, 2007), Vietnam urban air environment [21] Phạm Minh Tuấn (2009), Khí thải động ô nhiễm môi trường NXB Khoa học & Kỹ thuật, Hà Nội [22] Phạm Minh Tuấn (2008), Lý thuyết động đốt NXB Khoa học & Kỹ thuật, Hà Nội [23] Pham Huu Tuyen Investigation of particle emissions from heavy duty vehicles on a chassis dynamometer [24] Thierry Seguelong, Nicolas Weinstein (2004), Review of SCR Technologies for Diesel Emission Control, European Experience and Worldwide Perspectives, Aaqius & Aaqius -91- ... lớn vào loại nhiên liệu, loại động động xăng, động diesel, động khí có phương pháp giảm độc hại riêng -10 - 1. 4 .1 Các biện pháp liên quan đến động  Tối ưu hệ thống nhiên liệu, hệ thống nạp, kết... nghiên cứu sức khỏe Mỹ HEI (Health Effects Institute) tiến hành nghiên cứu so sánh hai động dung tích 10 lít sử dụng bơm Cummin, động LTA10-300 sản xuất năm 19 88 động LTA10- 310 sản xuất năm 19 91. .. Hình 3.4 Mơ hình động D 114 6TI AVL – BOOST 57 Hình 3.5 So sánh cơng suất suất tiêu thụ nhiên liệu động D 114 6TI mô thực nghiệm 58 Hình 3.6 Mơ hình mơ động D 114 6TI kết hợp DOC DPF 59