Nghiên cứu giảm phát thải bằng bộ xúc tác ôxy hóa DOC và phát thải dạng DPF trên động cơ 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 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 hồn thành luận văn Em xin bày tỏ lòng biết ơn Thầy cô giáo Bộ môn 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 q 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 tốn 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 - NMHC Non-Methan Hydrocacbon - CO Mônôxit cácbon - MiVEC Mitshubishi inovative Valve timing Electronic Control - SCR 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 - NOx Ơxít nitơ - SOx Ôxít lưu huỳnh - PM Particulate Matter - Phát thải hạt - PM10 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 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 không 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 khơng 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- tăng đến 90,310/0, cần phải tiếp tục có thử nghiệm tiếp theo, để giảm lượng phát thải CO, HC PM cách hiệu Chính việc thử nghiệm động D1146TI có lắp thêm lọc DPF đường thải với hệ thống EGR theo chu trình thử ECE R49 cần thực hiện, để đánh giá ảnh hưởng đặc tính kinh tế kỹ thuật mức độ phát thải động D1146TI, đặc biệt mức độ giảm phát thải chất CO, HC PM Các kết đo thành phần phát thải theo chu trình thử ECE R49 trường hợp có khơng lắp DPF thực điều kiện gần tương đương nhau, để đảm bảo tính tin cậy kết thử nghiệm Khi thực thử nghiệm để đánh giá mức độ ảnh hưởng DPF đến trạng thái làm việc động Các giá trị công suất, suất tiêu hao nhiên liệu, mức phát thải động D1146TI đo băng thử trường hợp có lắp lọc DPF đường thải Trên sở thử nghiệm đánh giá mức độ ảnh hưởng lọc DPF đến tính kinh tế kỹ thuật mức độ giảm phát thải chất HC, CO PM động D1146TI Tác giả lựa chọn chế độ tải 25%, 50%, 75% 100% tải với dải tốc độ thay đổi từ 1000 v/ph đến 2200 v/ph 3.4.6 Thử nghiệm đánh giá khả giảm phát thải lắp kết hợp hai DOC DPF Thông qua việc thử nghiệm lắp thêm lọc DPF đường thải động D1146TI có lắp sẵn hệ thống EGR, để giảm lượng phát thải PM cho thấy hiệu giảm phát thải PM lọc DPF Tuy nhiên lượng phát thải CO, HC khơng giảm mà cịn gây tượng tắc lọc DPF muội than bám vào lõi lọc Vì cần phải có giải pháp để giảm CO, HC tái sinh lọc DPF, giúp cho trình lọc phát thải đạt hiệu tối ưu Như trình bày (chương I, II) giải pháp hiệu sử dụng phối kết hợp hai DOC lọc DPF Đề tài nghiên cứu lựa chọn trình thử nghiệm động D1146TI trường hợp có lắp đặt sẵn EGR phối kết hợp hai DOC lọc DPF theo 13 mode chu -66- trình thử ECE R49, diễn chế độ tải 25%, 50%, 75% 100% tải với dải tốc độ thay đổi từ 1000 v/ph đến 2200 v/ph PTN ĐCĐT Các đường đặc tính thể tính kinh tế kỹ thuật động biểu thị qua giá trị công suất, suất tiêu hao nhiên liệu, mức độ giảm phát thải động cơ, đo băng thử trường hợp có lắp thêm DOC DPF Trên sở thử nghiệm đánh giá mức độ ảnh hưởng DOC DPF đến tính kinh tế kỹ thuật mức độ giảm phát thải HC, CO PM động D1146TI, nhằm đánh giá xác, đầy đủ mức độ ảnh hưởng phát thải trạng thái làm việc động D1146TI Từ lựa chọ áp dụng giải pháp giảm phát thải lắp xe bus lưu hành điều kiện TP Hà Nội Kết luận chương Với yêu cầu giảm phát thải độc hại cho động diesel D1146TI lắp xe bus lưu hành Hà Nội thủ phạm gây nhiễm môi trường, phát thải môi trường chất NOx, HC, CO PM Tác giả xây dựng chương trình thử nghiệm động diesel D1146TI có lắp sẵn EGR băng thử, theo 13 mode chu trình thử nghiệm ECE R49, kết hợp sử dụng giải pháp là: Kế thừa kết nghiên cứu luân hồi khí thải để giảm phát thải NOx từ đề tài nghiên cứu trước tác giả Nguyễn Hồng Quyền; Sử dụng lọc DPF để giảm phát thải PM, đồng thời sử dụng xúc tác ô xy hóa DOC để giảm phát thải CO, HC, PM tái sinh lọc DPF Thông qua chương trình thử nghiệm chu trình ECE R49 nhằm tổng hợp, đánh giá ảnh hưởng DPF phối hợp DOC lọc DPF đến mức độ giảm phát thải đặc tính kỹ thuật động D1146TI có lắp EGR đường thải Điều quan trọng cho việc tổng hợp số liệu cách xác để đến kết luận đưa hướng phát triển cho hệ thống giảm phát thải động diesel D1146TI chương đề tài -67- Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Ảnh hưởng DPF đến mức độ giảm phát thải đặc tính kỹ thuật động D1146TI Thơng qua q trình thử nghiệm động D1146TI có lắp đặt sẵn EGR hai trường hợp có khơng lắp lọc DPF, theo chu trình thử nghiệm khí thải ECE R49 thu kết khả quan tương đối xác mức độ phát thải, đồng thời đánh giá mức độ ảnh hưởng đến đặc tính làm việc động Các kết thể cụ thể mục sau luận văn 4.1.1 Ảnh hưởng DPF đến mức độ giảm phát thải động D1146TI Kết tổng hợp đo sau thử nghiệm động D1146TI có lắp đặt sẵn EGR lắp đặt thêm DPF theo chu trình thử ECE R49 thể bảng 4.1 cụ thể sau: 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 thử ECE R49 Ký hiệu Đơn vị Khi lắp EGR Khi Lắp EGR DPF % giảm PM g/kW.h 0,432 0,257 - 40,5 Với Kết thể bảng 4.1 cho thấy, thành phần phát thải PM giảm 59,50% sau lắp lọc DPF đường thải Như mức phát thải PM đạt tiêu chuẩn Euro3, kết khả quan Tuy nhiên lọc DPF lại cần phải tái sinh lỗ bị tắc phần tử rắn làm tăng áp suất khí thải làm ảnh hưởng đến khả vận hành động Tất vật liệu làm lõi lọc có khả giữ lượng PM định Sau thời gian sử dụng lọc trở nên tải, hạt PM giữ lại tạo cản trở dịng khí thải thể thông qua tổn thất áp suất qua lọc, nồng độ chất CO, HC cịn cao mà thơng qua DPF chưa thể xử lý triệt để được, hệ thống lọc cần có chế tái tạo đáng tin cậy để đảm bảo lọc hoạt động thời gian dài, đồng thời xử lý hai thành phần độc hại quan trọng CO HC, để đáp ứng -68- việc vừa lọc khí thải mà phải kéo dài tuổi thọ cho lọc DPF, việc lựa chọn giải pháp vừa hỗ trợ giảm phát thải lại tái sinh lọc DPF kéo dài tuổi thọ nâng cao hiệu suất lọc DPF cần thiết 4.1.2 Ảnh hưởng DPF đến đặc tính làm việc động D1146TI Kết đo đặc tính cơng suất suất tiêu hao nhiên liệu chế độ 100%, 75%, 50% 25% tải hai trường hợp có không lắp lọc DPF đường thải động D1146TI có lắp đặt sẵn EGR, thể hình 4.1 hình 4.2 kết cho thấy chế độ tải khác quy luật thay đổi công suất suất tiêu hao nhiên liệu động hai trường hợp hợp lý Hình 4.1 Đặc tính cơng suất động chế độ 100%, 75%, 50% 25% tải trường hợp khơng có lắp DPF Hình 4.2 Đặc tính suất tiêu hao nhiên liệu động chế độ 100%, 75%, 50% 25% tải trường hợp không có lắp DPF Tuy nhiên khác biệt giá trị hai trường hợp có khơng lắp lọc DPF tăng dần tốc độ tải tăng, giá trị công suất trường hợp có lắp DPF thấp trường hợp khơng lắp DPF, suất tiêu hao nhiên liệu tăng khoảng 5% tùy thuộc theo chế độ làm việc động Hiện tượng -69- giải thích rằng, tổn thất cản đường thải lọc DPF gây chế độ tải khác nhau, mức độ cản tăng lên tốc độ tải tăng Tuy nhiên giảm công suất tăng tiêu hao nhiên liệu nằm giới hạn cho phép, việc lắp đặt DPF đường thải động D1146TI có lắp đặt sẵn EGR Mặc dù việc thiết kế phối hợp lắp đặt vị trí lọc DPF đường thải để đảm bảo cho hiệu suất lọc cao thể qua giảm công suất nhỏ tiêu hao nhiên liệu tăng thấp mà đảm bảo giảm phát thải PM theo u cầu Chính vấn đề thiết kế, lắp đặt thử nghiệm phối hợp DOC lọc DPF với động D1146TI có lắp đặt sẵn EGR đầu tư thực để lựa chọn giải pháp tối ưu cho hệ thống giảm phát thải Từ thấy, muốn sử dụng lọc DPF cách hiệu cho động D1146TI, cần thiết phải có thêm giải pháp hỗ trợ, nhằm mục đích tối ưu hóa q trình giảm phát thải cho động Như trình bày (chương I II) giải pháp tối ưu hết sử dụng phối kết hợp hai DOC DPF Các kết thu thơng qua q trình thử nghiệm động D1146TI, trình bày cụ thể mục sau luận văn 4.2 Ảnh hưởng DOC DPF đến mức độ giảm phát thải đặc tính kỹ thuật động D1146TI Thơng qua q trình thử nghiệm động D1146TI có lắp đặt sẵn EGR hai trường hợp có lắp khơng lắp DOC lọc DPF 13 mode theo chu trình thử nghiệm khí thải ECE R49 thu kết khả quan tương đối xác mức độ phát thải, đồng thời đánh giá mức độ ảnh hưởng đến đặc tính làm việc động Có thể thấy rõ giá trị công suất, suất tiêu hao nhiên liệu lắp đặt phối kết hợp hai DOC lọc DPF ảnh hưởng khơng nhiều, cịn mức phát thải HC, CO PM động D1146TI giảm cao Các kết thu qua trình thử nghiệm động D1146TI theo chu trình ECE R49, trình bày cụ thể mục sau luận văn -70- 4.2.1 Ảnh hưởng DOC DPF đến mức độ giảm phát thải động D1146TI Thơng qua q trình thử nghiệm thu kết đo thành phần phát thải trường hợp có khơng lắp DOC lọc DPF đường thải động D1146TI có lắp đặt sẵn EGR theo 13 mode chu trình thử ECE R49 thể cụ thể bảng 4.2 sau: 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 Chỉ có EGR Mode nđc (v/ph) Khi có EGR + DPF + DOC NOX (ppm) HC (ppm) CO (ppm) λ (-) NOX (ppm) HC (ppm) CO (ppm) λ (-) 700 328 169 65 13,28 238 97 58 13,34 1387 558 428 55 4,82 401 237 201 5,31 1400 765 335 40,7 3,42 598 213 69 3,49 1400 703 326,4 98 1,98 561 115 27 1,97 1400 613 331 262 1,56 467 104 56 1,51 1400 508 333 453,6 1,28 366 115 134 1,2 700 328 169 65 13,28 270 56 10 12,64 2000 687 266,7 375,7 1,35 499 82 186 1,26 2000 824 240 260 1,61 623 61 77 1,51 10 2000 815 216,8 63 2,16 608 57 34 2,1 11 2006 625 275 40 3,31 472 82 12 3,19 12 2000 444 294 49,8 4,66 318 176 75 4,67 13 700 328 169 65 13,28 246 89 42 13,27 Từ kết đo thành phần phát thải trường hợp có khơng lắp thêm DOC lọc DPF động D1146TI theo 13 mode chu trình thử ECE R49 thể bảng 4.2 cho thấy thành phần phát thải đo mode giảm lắp thêm DOC lọc DPF hỗ trợ giảm phát thải với EGR Tổng hợp kết đo sau trình thử nghiệm theo 13 mode chu trình thử ECE R49 kết thúc thành phần phát thải trường hợp có -71- khơng có lắp DOC lọc DPF đường thải động D1146TI có lắp đặt sẵn EGR thể bảng 4.3 cụ thể sau: Bảng 4.3 Tổng hợp kết đo thành phần phát thải khơng có lắp DOC DPF đường thải động D1146TI có lắp đặt sẵn EGR theo chu trình thử ECE R49 Thành Nguyên (%) Tiêu chuẩn Có EGR, DOC Đơn vị Có EGR phần giảm Euro3 DPF HC g/kW.h -59,93 0,66 0,844 1,133 0,454 NOx g/kW.h 14,823 6,146 4,745 -22,80 5,0 CO g/kW.h 1,214 1,972 0,848 -56,99 2,1 PM g/kW.h 0,227 0,432 0,097 -77,55 0,1 Các kết cho thấy thành phần phát thải HC CO giảm lớn tương ứng 59,93% 56,99%, phát thải NOx giảm 22,80% Trong thành phần phát thải PM giảm nhiều tới 77,55% Kết cho thấy hiệu DOC DPF việc xử lý phát thải HC CO lọc thành phần phát thải PM hiệu quả, đem kết so sánh với tiêu chuẩn khí thải Eruo3 thấy giải pháp sử dụng phối hợp hệ thống EGR, DOC DPF giải pháp hiệu Từ kết luận được, để tối ưu hóa q trình giảm phát thải cho động cơ, thực thử nghiệm giải pháp tối ưu hết sử dụng phối kết hợp hệ thống bao gồm có EGR, DOC DPF, để giảm phát thải tất thành phần NOx, HC, CO PM tối ưu 4.2.2 Ảnh hưởng DOC DPF đến đặc tính làm việc động D1146TI Các kết đánh giá ảnh hưởng hệ thống giảm phát thải (EGR, DOC DPF) đến đặc tính làm việc động thể hình 4.3, 4.4 4.5 Kết hình 4.3 thể đặc tính mơ men động chế độ tải 25%, 50%, 75% 100% trường hợp có lắp khơng lắp hệ thống giảm phát thải Kết cho thấy giá trị mô men giảm lắp hệ thống giảm phát thải tăng dần tăng tải -72- Hình 4.3 Đặc tính mô men động chế độ 25%, 50%, 75% 100% tải trường hợp không có lắp hệ thống giảm phát thải EGR, DOC DPF Tương tự, đặc tính cơng suất động chế độ 25%, 50%, 75% 100% trường hợp có lắp khơng lắp hệ thống giảm phát thải thể hình 4.4 diễn biến tương tự đặc tính mơ men Hiện tượng giải thích ảnh hưởng dịng khí ln hồi đến q trình nạp khí mới, ảnh hưởng đến q trình cháy động mức độ cản đường thải DOC DPF, làm ảnh hưởng đến mô men công suất động Hình 4.4 Đặc tính cơng suất động chế độ 25%, 50%, 75% 100% tải trường hợp khơng có lắp hệ thống giảm phát thải EGR, DOC DPF Đặc tính tiêu hao nhiên liệu động chế độ 25%, 50%, 75% 100% trường hợp có khơng có lắp hệ thống giảm phát thải thể hình 4.5 -73- Kết cho thấy tiêu hao nhiên liệu tăng lắp hệ thống luân hồi chế độ tải, tượng ảnh hưởng khí luân hồi đến trình nạp ảnh hưởng trực tiếp đến trình cháy động mức độ cản đường thải DOC DPF, dẫn đến công suất giảm tiêu hao nhiên liệu tăng Hình 4.5 Đặc tính tiêu hao nhiên liệu động chế độ 25%, 50%, 75% 100% tải trường hợp khơng có lắp hệ thống giảm phát thải EGR, DOC DPF Với việc phân tích đánh giá kết trình bày trên, nhận thấy rằng, động lắp hệ thống giảm phát thải bao gồm hệ thống EGR, xử lý DOC lọc DPF ảnh khơng đáng kể đến đặc tính làm việc động D1146TI Kết thử nghiệm cho ta thấy, động lắp hệ thống giảm phát thải EGR, DOC DPF cơng suất động giảm trung bình 6,49%, suất tiêu thụ nhiên liệu tăng thêm trung bình 6,14% Lý lắp thêm hệ thống giảm phát thải làm tăng cản đường thải, ảnh hưởng đến q trình thải bình thường, lượng khí sót tăng lên làm ảnh hưởng đến q trình cháy động cơ, nhiên thấy ảnh hưởng không nhiều Kết luận chương Qua kết nghiên cứu, đến vài kết luận sau: Quá trình nghiên cứu thử nghiệm cho kết tương đối phù hợp với kết nghiên cứu lý thuyết Việc lựa chọn kích cỡ, vị trí lắp đặt sử dụng DPF độc -74- lập kết hợp hai DOC DPF đường thải động D1146TI hợp lý, khơng làm ảnh hưởng nhiều đến đặc tính cơng suất suất tiêu hao nhiên liệu động D1146TI chế độ tải khác (vẫn nằm giới hạn cho phép) Trong mức phát thải CO, HC PM đạt tiêu chuẩn Euro3 Như việc lựa chọn phối hợp cụm thiết bị giảm phát thải cho động D1146TI khả thi, xét khía cạnh tính kinh tế kỹ thuật động Việc phối hợp sử dụng DOC lọc DPF cho thấy tính hiệu thiết bị này, với DOC DPF lắp cho động D1146TI có lắp sẵn EGR thành phần phát thải giảm nhiều Các kết chuyên đề sở quan trọng việc thiết kế hoàn thiện hệ thống giảm phát thải EGR, DOC DPF cho động diesel D1146TI lắp xe bus lưu hành Hà Nội Có thể cho hàm lượng phát thải tiến tới tiêu chuẩn Euro3 Thông qua kết đạt đề tài cho thấy việc sử dụng giải pháp hỗ trợ bổ sung cho động diesel có lắp EGR, phối kết hợp lắp đặt thêm lọc DPF DOC thử nghiệm cho kết tốt, có tính khả thi cao đem áp dụng vào thực tế, nhằm đóng góp phần cho việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường khí thải từ loại xe bus thải môi trường, phù hợp với điều kiện thực tế Việt Nam -75- KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận chung: Đề tài đưa giải pháp khả thi việc cắt giảm phát thải cho động diesel D1146TI có lắp sẵn EGR Các giải pháp bao gồm: - Lắp lọc DPF nhằm giảm phát thải hạt PM - Lắp đặt DOC trước DPF nhằm mục đích cắt giảm phát thải HC, CO đồng thời chuyển đổi thành phần phát thải NO thành NO2 làm môi chất giảm nhiệt độ đốt cháy muội than lọc DPF Trong q trình phản ứng ơxy hóa để giảm phát thải CO, HC DOC giải phóng lượng nhiệt đủ để đốt cháy lượng PM bám lọc DPF, qua nâng cao hiệu trình tái sinh liên tục lọc hạt DPF, giúp cho hoạt động lọc phát thải diễn liên tục tăng tuổi thọ lọc DPF Hệ thống cắt giảm phát thải EGR, DOC DPF lắp đặt cho động diesel D1146TI xe bus, phù hợp với điều kiện thực tế Việt Nam thiết kế chế tạo thành cơng, qua nâng chất lượng giảm phát thải đối tượng động thử nghiệm D1146TI Các thành phần phát thải độc hại NOx, HC, CO PM cắt giảm là: 22,80%, 59,30%, 56,99%, 77,55% tới giá trị thấp so với giới hạn tiêu chuẩn phát thải Euro 3, cơng suất trung bình động giảm 6,49% suất tiêu hao nhiên liệu trung bình tăng 6,14% so với giá trị trước áp dụng biện pháp cắt giảm phát thải Đề tài nghiên cứu chưa đánh giá ảnh hưởng chất lượng nhiên liệu đến chất lượng giảm phát thải đưa khuyến cáo vai trò quan trọng chất lượng nhiên liệu đến khả cắt giảm phát thải tuổi thọ hệ thống xử lý khí thải -76- Hướng phát triển: Đề tài đưa giải pháp giảm phát thải cho động diesel D1146TI lắp xe bus khả thi điều kiện thực tế Việt Nam Tuy nhiên, thử nghiệm đánh giá hiệu biện pháp giảm phát thải dừng lại phịng thí nghiệm Muốn đưa nghiên cứu ứng dụng vào thực tiễn, cần thiết phải bổ sung nghiên cứu sau: + Tối ưu kết cấu, bố trí lắp đặt hệ thống lên xe tiến hành thử nghiệm đánh giá ảnh hưởng hiệu cắt giảm phát thải hệ thống phương tiện lưu hành + Thử nghiệm bền động thử nghiệm trường ôtô để đánh giá khả làm việc hệ thống thời gian dài môi trường thực tế + Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng chất lượng nhiên liệu đến khả làm việc, độ bền tuổi thọ hệ thống xử lý khí thải -77- TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] 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 ĐCĐT, ĐHBKHN [2] Cục Đăng kiểm Việt Nam Vụ KHCN&MT, Bộ GTVT,2009 [3] GS.TSKH Phạm Ngọc Đăng, Viện khoa học công nghệ GTVT, Bộ GTVT, Bàn giải pháp phát triển giao thông đô thị bền vững - giao thông xanh đô thị nước ta, GTVT phát triển bền vững hội nhập, Hà Nội - 2010 [4] Khương Thị Hà (2009), Các biện pháp giảm phát thải độc hại động diesel Luận văn thạc sỹ ngành ĐCĐT, khóa 2007 - 2009, ĐHBKHN [5] Nguyễn Hồng Quyền (2012), Nghiên cứu luân hồi khí thải cho động diesel tăng áp Luận văn cao học ngành ĐCĐT, ĐHBKHN [6] PGS.TS Dỗn Minh Tâm, tình hình giải pháp ATGT đường ATGT đô thị Việt Nam, GTVT, phát triển bền vững hội nhập, Hà Nội - 2010 [7] PGS.TS Phạm Minh Tuấn, Khí thải động nhiễm mơi trường, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội, 8/2008 [8] Phạm Minh Tuấn (2008), Lý thuyết động đốt NXB Khoa học & Kỹ thuật, Hà Nội [9] Phạm Minh Tuấn, et.al (2008), Báo cáo hợp phần xe tải sạch, thực Công ty cổ phần môi trường đô thị Hà Nội thuộc Chương trình khơng khí Việt Nam - Thụy Sỹ [10] Đinh Xuân Thành (2011), Nghiên cứu khả giảm khí thải độc hại cho động diesel tăng áp lắp xe buýt Luận án tiến sĩ KT ngành ĐCĐT, ĐHBKHN [11] Bùi Văn Ga, Văn Thị Bông, Phạm Xuân Mai, Trần Văn Nam, Trần Thanh Hải -78- Tùng (1997), Ơtơ nhiễm mơi trường, NXB Giáo dục [12] Khổng Vũ Quảng, Nguyễn Duy Tiến, Phạm Hữu Tuyến, Phạm Minh Tuấn, Lê Anh Tuấn, Vũ Khắc Thiện, Đinh Xuân Thành, Phạm Minh Hiếu, Đỗ Hữu Đức, Nguyễn Minh Đồng, “Nghiên cứu công nghệ giảm phát thải cho động cơdiesel lắp xe buýt Hà Nội” Đề tài nghiên cứu Khoa học Phát triển công nghệ cấp Thành Phố Hà Nội, Mã số 01C-09/02-2010-2, Thời gian thực 01/2010 đến 06/2011 theo số định 116/2009/QĐ-UBND [13] Al Bedwell Diesel and Hybrid Cars in Europe, Automotive World Briefing,1/2008 [14] Avinash Kumar Agrawal (2004), Effect of EGR on the exhaust gas temperature and opacity in compression ignition engines Department of Mechanical Engineering and Environmental Egineering and Management, Indian Institute of Technology, paper 275-284 vol 29, part 3, June 2004 [15] Hitoshi Yokomura, Susumu Kohketsu and Koji Mori (2005), EGR System in a Turbocharged and Intercooled Heavy - Duty Diesel Engine - Expansion of EGR, Area with Venturi EGR System Mitsubishi Technical Review 2005 [16] www.donaldsonexhaust.com , Donaldson Company, Inc [17] http://www.tienphong.vnxa-hoi524035Ha-Noi-30-xe-buyt-khong-dat-chuankhi-thai-tpp.html [18] http://www.dieselnet.com/papers/9804mayer/index.html [19] http://www.vietbao.vn/O-to-xe-may/Hethongtieuchuankhithaichauau 10875510/351 [20] http://luanvan.net.vn/luan-van/cong-nghe-xu-ly-khi-thai-o-to-23668 -79- ... Nội nên em lựa chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu giảm phát thải xúc tác ôxy hóa DOC lọc phát thải dạng hạt DPF động diesel? ?? với mong muốn góp phần đưa giải pháp hạn chế phát thải độc hại, khói muội than... Giải pháp giảm phát -2- thải áp dụng nghiên cứu tập trung vào giảm phát thải PM phương pháp kết hợp xúc tác ơxy hóa DOC lọc dạng hạt DPF Toàn nội dung nghiên cứu, thử nghiệm đề tài thực động D1146TI... thấy hiệu giảm phát thải động sử dụng xúc tác DOC cao, giảm tới 90% hàm lượng CO, 80% hàm lượng HC 20% hàm lượng PM thể hình 1.17 Hình 1.17 Hiệu giảm phát thải động diesel xúc tác ôxy hóa DOC [5]