Bài viết nghiên cứu mô phỏng thiết kế và tính toán hiệu quả bộ xúc tác ba thành phần trên động cơ ôtô Toyota Vios 1.5. Nghiên cứu mô phỏng được thực hiện trên phần mềm AVL-Boost, các điều kiện biên và điều kiện ban đầu được xác định bằng thực nghiệm trên băng thử APA100.
HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Nghiên cứu mơ thiết kế tính tốn hiệu xúc tác ba thành phần ô tô The study simulates to design and calculate performance of three way catalystforautomobile engine Nguyễn Thế Lương1,*, Nguyễn Duy Tiến1, Bùi Văn Chinh2 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội *Email: luong.nguyenthe@hust.edu.vn Mobile: 0962886464 Tóm tắt Từ khóa: Bộ xúc tác ba thành phần; CO, HC, NOx; tay ga, tốc độ Bài báo nghiên cứu mơ thiết kế tính tốn hiệu xúc tác ba thành phần động ôtô Toyota Vios 1.5 Nghiên cứu mô thực phần mềm AVL-Boost, điều kiện biên điều kiện ban đầu xác định thực nghiệm băng thử APA100 Mơ hình xây dựng đảm bảo độ tin cậy với sai lệch kết mô thực nghiệm nhỏ 5% Bộ xúc tác ba thành phần thiết kế cho động ô tô Toyota Vios 1.5 với thông số thể tích, lượng kim loại quý, mật độ lỗ xúc tác lít, 2,68 gam, 400 lỗ/inch2 Kết nghiên cứu rằng, hiệu suất xúc tác ba thành phần lắp động ô tô nghiên cứu đánh giá, hiệu suất chuyển hóa CO, HC NOx cao 99,9%, 70,2% 95,6%, tăng tốc độ động tăng tay ga, hiệu suất xử lý CO, HC NOx có xu hướng giảm, lamđa động nhỏ một, hiệu suất chuyển hóa CO HC giảm mạnh Abstract Keywords: Three Way Catalysts (TWC), CO, HC, NOx, throttle, speed Ngày nhận bài: 19/7/2018 Ngày nhận sửa: 10/9/2018 Ngày chấp nhận đăng: 15/9/2018 This paper simulated Three Way Catalysts (TWC) performance on Toyota Vios 1.5 engine, the simulation was done on AVL-Boost sorfware; the emperimetns were carried on APA100 bench to determine the initial and boundary conditions The results showed that, the error between simulation and experiment results were less than 5% The TWC desigded for Toyota Vios 1.5 engine, the parameters of TWC as volume, amounts of noble metals, cell density was determined liter, 2.68 gram and 400 cell/inch2 respectively The simulation results on Toyota Vios 1.5 engine also showed that, the highest performance of CO, HC and NOx was 99.9%, 70.2% and 95.6% respectively, when throttle and speed increased from 15% to 100%, CO, HC and NOx conversion perfomance trendly decreased At lamda was smaller one, the CO and HC performance decreased strongly HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 GIỚI THIỆU Ngày nay, số lượng phương tiện giao thông nước ta tăng nhanh Kéo theo nhiễm mơi trường khí thải từ động ô tô xe máy Một yêu cầu cấp thiết lúc giảm lượng khí thải ô nhiễm động phương tiện thải ngồi mơi trường Một giải pháp hiệu để giảm ô nhiễm thắt chặt tiêu chuẩn khí thải phương tiện sử dụng xúc tác Việt Nam áp dụng tiêu chuẩn khí thải EURO III cho xe máy EURO IV cho ô tô vào năm 2018, tiêu chuẩn ngày thắt chặt, giải pháp xử lý sau cửa thải giải pháp mang lại hiệu cao Bộ xúc tác ba thành phần (Three Way Catalysts (TWC)) sử dụng rộng rãi động xăng để xử lý thành phần khí thải CO, HC NOx [1] Trong xúc tác ba thành phần, kim loại quý đóng vai trị chất xúc tác, bên cạnh cịn có thêm vật liệu có khả dự trữ giải phóng ơxy để cải thiện hiệu xúc tác chế độ lamđa thay đổi Rất nhiều báo cáo nghiên cứu hiệu xúc tác truyền thống [2-4] Ví dụ H He cộng báo cáo hiệu xúc tác kim loại quý Pd, Pt, Rh phủ Ce0.6Zr0.35Y0.05O2 Một vài nghiên cứu cải thiện tính bền kim loại quý CeO2-ZrO2 Al2O3 quan tâm nghiên cứu [5-6] Nghiên cứu mô xúc tác ba thành phần đề cập số nghiên cứu[7-8] Christopher Depcik cộng nghiên cứu động học phản ứng ôxy hóa CO hệ xúc tác Pt/Al2O3 Tại Việt Nam, có số cơng trình cơng bố, nghiên cứu Hồng Đình Long cộng [7-8] hiệu xúc tác ba thành phần khởi động lạnh tối ưu hóa xúc tác ôtô Nguyễn Thế Lương nghiên cứu mô hiệu xúc tác ba thành phần xe máy sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn E5-E20 [9], Nguyễn Duy Tiến cộng nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng mật độ lỗ đặc tính hình học xúc tác đến tính kinh tế kỹ thuật xe [10-11] Như đề cập trên, Việt Nam áp dụng tiêu chuẩn EURO IV cho ô tô, điều địi hỏi tất xe ơtơ phải lắp xúc tác ba thành phần, nghiên cứu để chế tạo xúc tác có hiệu xử lý cao yêu cầu quan trọng Bài báo nghiên cứu mơ thiết kế tính tốn hiệu xúc tác ba thành phần ô tơ MƠ HÌNH MƠ PHỎNG 2.1 Đối tượng mơ Động nghiên cứu động ôtô Toyota Vios 1.5, với dung tích xy lanh 1497 cc, cơng suất cực đại 107 mã lực tốc độ 6.000 vg/ph, mô men xoắn cực đại 141 Nm 4200 vg/ph Động trang bị công nghệ tiên tiến với hệ thống van biến thiên thông minh VVT-i, hệ thống phun xăng điện tử Bộ xúc tác hãng Emitec sử dụng để hiệu chỉnh mô hình, xúc tác có kích thước 100x250 mm, số lỗ 400 lỗ/inch2, tỷ lệ kim loại quý Pt:Rh = 5:1, tổng lượng kim loại quý 2,68 gam, lượng ceri sử dụng 13,4 gam, thể tích xúc tác emitec 0,2lít 2.2 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu kết hợp lý thuyết thực nghiệm, nghiên cứu thực nghiệm để xác định thông số đầu vào điều kiện biên mơ hiệu chỉnh mơ hình, từ mơ hình xây dựng, nhóm tác giả tiến hành mơ đánh giá thông số nhiệt độ xúc tác, lamđa, lưu lượng dịng khí, mật độ lỗ lượng kim loại quý đến xúc tác ba thành phần, từ thiết kế xúc tác đánh giá hiệu xúc tác lắp động Toyota Vios 1.5 HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 2.3 Xây dựng mơ hình Mơ hình mơ xây dựng phần mềm Boost AVL, hình mơ hình mơ phỏng, ATB1, ATB2 phần tử điều kiện biên, CAT1 phần tử xúc tác Hình Mơ hình xử lý xúc tác ba thành phần (TWC) Trong phần tử điều kiện biên ATB1 ATB2: Các thông số nồng độ thành phần khí thải, lưu lượng khí thải, lam đa, nhiệt độ xúc tác, áp suất đường thải khai báo, để thuận lợi cho trình mơ phỏng, khí mơ bao gồm thành phần sau: CO, C3H8, NO, CO2, H2O, O2 N2 Phần tử xúc tác CAT1: Khai báo thơng số xúc tác phương trình phản ứng xảy xúc tác Các phản ứng xảy xúc tác ba thành phần phản ứng phức tạp pha khí với pha khí pha khí với pha rắn, phản ứng pha khí với pha khí xảy nhiệt độ 600oC [9] Dưới tác dụng chất xúc tác, phản ứng pha khí với pha rắn xảy nhiệt độ thấp hơn, để thuận tiện cho q trình mơ phỏng, phản ứng pha rắn với pha khí nghiên cứu Bộ xúc tác TWC hãng Emitec, với kim loại quý sử dụng Pt, Rh CeO2 sử dụng để tăng khả dự trữ giải phóng ơxy (OSC) Các phương trình phản ứng xảy xúc tác TWC bao gồm phản ứng ôxy hóa CO, HC với ơxy phản ứng khử NOx CO Các phản ứng xảy xúc tác TWC bao gồm phản ứng sau: Ce2O3 + 1/2 O2 → 2CeO2 2CeO2 + CO → Ce2O3 + CO2 14CeO2 + C3H8 → 7Ce2O3 + 3CO + 4H2O Rh + NO → RhO + 1/2N2 RhO + CO → Rh + CO2 Pt + 1/2O2 → PtO PtO + CO → Pt + CO2 10PtO + C3H8 → 10Pt + 3CO2 + 4H2O (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) Tốc độ phản ứng từ đến phản ứng tính theo cơng thức Langmuir Hinshelwood, cụ thể sau: r1 K1.e E1 T r5 K5 e yO2 Z Ce2O3 ; r2 K e E5 T yCO Z RhO ; r6 K6 e E2 T E6 T yCO Z CeO3 ; r3 K3 e yO2 Z Pt ; r7 K e E7 T E3 T yC3H8 Z CeO3 ; r4 K e yCO Z PtO ; r8 K8 e E8 T E4 T yNO Z Rh yC3 H8 Z PtO Trong đó: K số vận tốc, E lượng hoạt hóa: K1 = 5.000 kmol.m2.s, E1 = 18.400 J/mol ; K2 = 5.200 kmol.m2.s, E2 = 18.300 J/mol; K3=5.300 kmol.m2.s, E3 = 18.200 J/mol; K4 = 40.000 kmol.m2.s, E4 = 15.900 J/mol; K5 = 24.000 kmol.m2.s, E5 = 15.940 J/mol; K6 = 130.000 kmol.m2.s, E6 = 15.970 J/mol; K7 = 150.000 kmol.m2.s, E7 = 15.970 J/mol; K8 = 650.000 kmol.m2.s, E8 = 15.890 J/mol T nhiệt độ phản ứng phần trăm thể tích khí ơxy , phần trăm thể tích chất khí C3H8, CO, NO ℎ, P số mol Rh Pt , diện tích bề mặt lưu trữ xúc tác ℎ , số mol RhO PtO diện tích bề mặt lưu trữ xúc tác HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 2.4 Hiệu chỉnh mơ hình Bình khí Lị phản ứng Bộ gia nhiệt Buồng phản ứng CO HC CO2 NOx Bộ phân tích thành phần khí Bộ điều khiển nhiệt độ Lưu lượng kế Hình Hệ thống thiết bị thí nghiệm dùng để hiệu chuẩn mơ hình mơ Hiệu suất xử lý (%) 100 80 60 40 20 CO-TN CO-MP HC-TN HC-MP NOx-TN NOx-MP 150 200 250 300 350 400 450 Nhiệt độ (°C) 500 550 600 650 Hình So sánh hiệu xúc tác TWC mô thực nghiệm, GHSV = 45000h-1, lamđa =1 Như nghiên cứu xây dựng mơ hình mơ xúc tác, việc hiệu chuẩn mơ hình cần thiết để đảm bảo độ xác mơ hình, xúc tác thương mại hãng Emitec với đầy đủ thơng số kỹ thuật trình bày phần đối tượng nghiên cứu Hình hệ thống thí nghiệm dùng để hiệu chuẩn mơ hình mô phỏng, xúc tác Emitec đặt vào buồng phản ứng, buồng phản ứng gia nhiệt lị phản ứng Khí mơ bình khí có thành phần CO, HC NOx với nồng độ 9863 ppm, 792 ppm 6484 ppm, lamđa điều khiển thông qua thay đổi nồng độ ôxy bình khí Khí mơ từ bình qua lưu lượng kế để HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 điều chỉnh lưu lượng dịng khí, khí sau qua lưu lượng kế đưa đến gia nhiệt để gia nhiệt dịng khí thải đến nhiệt độ mong muốn Khí mơ sau gia nhiệt đưa vào buồng phản ứng, nhiệt độ buồng phản ứng thay đổi từ 200oC đến 650oC Khí mơ vào buồng phản ứng, xuất phản ứng xúc tác, khí mơ sau qua xúc tác đưa đến phân tích khí thải CEBII AVL để phân tích nồng độ thành phần khí CO, HC NOx (hình 2) Thí nghiệm thực nhiệt độ từ 200oC đến 650oC, kết thử nghiệm thu sử dụng để hiệu chỉnh mơ hình Hình kết đánh giá hiệu suất xúc tác trường hợp mô thực nghiệm tại, GHSV = 45000h-1, lamđa = 1, nhiệt độ xúc tác thay đổi từ 200 đến 650oC Kết rằng, hiệu suất xử lý xúc tác với thành phần NOx, HC CO đạt tương ứng khoảng 94,48 56%, sai lệch kết mô (MP) thực nghiệm (TN) < 5%, sai lệch trung thành phần CO khoảng 0,73%, với thành phần HC khoảng 3,34% với thành phần NOx khoảng 3,59% 2.5 Mô đánh giá ảnh hưởng vận tốc không gian, lamđa, mật độ lỗ, lượng kim loại quý đến hiệu suất xúc tác a Hiệu suất xử lý xúc tác theo vận tốc không gian qua xúc tác, Tbxt =350oC, =1, Vxúc tác= 0,2l b Hiệu suất xử lý xúc tác theo hệ số dư lượng khơng khí lamđa, Tbxt = 350oC, GHSV = 45000h-1, Vxúc tác= 0,2l d c Hiệu suất xử lý xúc tác theo mật độ lỗ, Tbxt = 350oC, GHSV = 45000h-1,=1, Vxúc tác= 0,2l Hiệu suất xử lý xúc tác theo lượng kim loại quý, Tbxt = 350oC, GHSV = 45000h-1,=1, Vxúc tác= 0,2l Hình Hiệu suất xử lý xúc tác theo vận tốc không gian, lamđa, mật độ lỗ lượng kim loại quý Tại chế độ mô phỏng, hiệu suất xúc tác phụ thuộc nhiều vào vận tốc không gian, lamđa (lưu lượng dịng khí thải thể tích xúc tác (1/h)), mật độ lỗ, lượng kim loại quý, HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 sau nhóm nghiên cứu đánh giá cụ thể thông số ảnh hưởng đến hiệu xúc tác ba thành phần Hình 4a kết mô hiệu xúc tác theo vận tốc khơng gian dịng khí Tbxt = 350oC = 1, tăng vận tốc không gian từ 0-45000h-1, hiệu suất chuyển hóa CO, HC NOx tăng từ từ đạt cao 66,61%, 46,12% 86,16%, tiếp tục tăng vận tốc không gian hiệu suất chuyển hóa CO, HC NOx giảm dần, hiệu suất giảm mạnh vận tốc dòng khí lớn 90000h-1 Nguyên nhân tượng tăng vận tốc không gian, phần tử khí khuếch tán bề mặt xúc tác, hiệu suất chuyển hóa tăng nhanh, tiếp tục tăng vận tốc, phần tử khí phân tán vào cấu trúc lỗ rỗng lớp vật liệu trung gian, hiệu suất chuyển hóa tiếp tục tăng với tốc độ chậm hơn, tiếp tục tăng lưu lượng, lúc trình khuếch tán thời gian tiếp xúc phần tử khí với vật liệu xúc tác giảm đi, hiệu suất xử lý giảm dần Hình 4b kết mô ảnh hưởng lamđa đến hiệu suất xử lý xúc tác Tbxt = 350oC GHSV = 45000h-1, hiệu suất xúc tác đạt cao vùng lamđa 1, lamđa lớn 1, lượng ơxy khí thải tăng, tạo môi trường thuận lợi để xuất phản ứng ơxy hóa CO HC, hiệu suất xử lý CO HC tăng, môi trường khử giảm làm cho hiệu suất xử lý NOx giảm, lamđa nhỏ một, mơi trường hóa ơxy hóa giảm, làm cho hiệu suất xử lý CO HC giảm nhanh hiệu suất xử lý NOx tăng Đồ thị hình 4c hiệu suất xúc tác phụ thuộc mật độ lỗ Tbxt = 350oC, GHSV = 45000h-1 = 1, kết cho thấy, mật độ lỗ tăng từ 200 đến 400 lỗ/inch2 hiệu suất chuyển hóa tăng mạnh, tiếp tục tăng mật độ lỗ từ 400 lên 800 lỗ/inch2 hiệu suất tăng không nhiều Nguyên nhân mật độ lỗ BXT định đến diện tích phản ứng khí thải với kim loại quý, mật độ lỗ lớn có nghĩa diện tích phản ứng lớn, lượng khí thải tác dụng với chất xúc tác lớn dẫn tới hiệu suất chuyển hóa cao Khi mật độ lỗ lớn 400 lỗ/inch2, lý thuyết tăng diện tích bề mặt phản ứng kích thước lỗ bé, khơng gian phản ứng tăng khơng đáng kể, hiệu suất chuyển hóa khí thải tăng khơng nhiều Hình 4d hiệu suất xử lý khí thải theo lượng kim loại quý Tbxt = 350oC, GHSV = 45000h-1 = 1, kết rằng, tăng lượng kim loại quý Pt Rh từ lên 0,3gam, hiệu suất chuyển hóa CO, HC NOx tăng mạnh, tiếp tục tăng lượng kim loại quý hiệu xử lý CO, NOx HC tăng chậm Nguyên nhân dẫn đến điều lượng kim loại quý phủ phù hợp bề mặt phản ứng, tạo điều kiện đủ không gian thời gian cho khí thải tiếp xúc với chất xúc tác, dẫn đến q trình chuyển hóa tối ưu Khi tiếp tục tăng lượng kim loại quý hiệu suất gần không đổi lượng kim loại quý phân bố bề mặt đạt tới giới hạn, hiệu suất chuyển hóa tăng chậm Hơn tăng lượng kim loại quý lên lớn làm tăng diện tích chiếm chỗ, làm giảm bề mặt tiếp xúc, ảnh hưởng đến hiệu suất xúc tác THIẾT KẾ VÀ ĐÁNH GIÁ BỘ XÚC TÁC BA THÀNH PHẦN CHO Ô TÔ 3.1 Yêu cầu thiết kế Bộ xúc tác có hiệu xử lý 80% thành phần khí thải CO, HC NOx, kích thước xúc tác nhỏ gọn, phù hợp lắp ô tô Toyota Vios 3.2 Mô xác định thông số kỹ thuật xúc tác ba thành phần cho động ôtô Toyota Vios Mục 2.4 đánh giá thông số ảnh hưởng xúc tác đến hiệu suất chuyển đổi, hình 4d cho thấy với xúc tác có mật độ lỗ 400 lỗ/inch2 cho hiệu suất cao, gây cản đường HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 ống dễ chế tạo, nhóm tác giả lựa chọn mật độ lỗ 400 lỗ/inch2 Sau nhóm nghiên cứu xác định thơng số thể tích xúc tác, diện tích phản ứng, lượng kim loại quý xúc tác động Toyota Vios 1.5 Lượng kim loại quý cần thiết lít xúc tácđộng ôtô Toyota Vios xác định dựa vào công thức sau: mklQ ôtô = mklq Emitec SPứng Emitec x SPứng ơtơ (1) Trong đó: mklq Emitec: Lượng kim loại quý cho lít xúc tác Emitec, SPứng Emitec: Diện tích phản ứng có lít BXT Emitec, SPứng ơtơ: Diện tích phản ứng có lít xúc tác Emite, sau tính tốn thơng số Hình 4d, lượng kim loại quý xúc tác Emitec với thể tích 0,2 lít, kết cho thấy hiệu suất xúc tác đạt 80% lượng kim loại quý sử dụng 0,2gam (Pt Rh) Tương ứng với đó, thể tích xúc tác Emitec lít lượng kim loại quý cần thiết 1gam (Pt : Rh = : 1), theo kinh nghiệm lượng ceri sử dụng 5gam Diện tích phản ứng có lít xúc tác thay đổi ta thay đổi mật độ lỗ xúc tác Dựa theo lý thuyết lỗ rỗng xây dựng phần mềm, phần mềm tính tốn SPứng Emitec SPứng ôtô 1975,14 m2 2645,67 m2 Thay thơng số vừa tìm vào công thức (1), ta xác định lượng kim loại quý cần thiết lít thể tích xúc tác ôtô 1,34 g/l Để xác định thể tích xúc tác cho động ơtơ vios 1.5, từ thông số kỹ thuật động kết hợp với điều kiện làm việc thực tế, hiệu suất xúc tác đạt cao động làm việc chế độ tải nhỏ trung bình, lưu lượng khí thải động thử nghiệm làm việc chế độ tải nhỏ trung bình khoảng 20 g/s Hình 5a ảnh hưởng vận tốc khơng gian dịng khí tới hiệu suất chuyển hóa xúc tác, hiệu suất chuyển hóa cao vận tốc khơng gian dịng khí 45000 h-1, vận tốc khơng gian tính vận tốc dịng khí chia cho thể tích xúc tác.Từ giá trị trên, nhóm nghiên cứu xác định thể tích xúc tác động ơtơ Toyota Vios khoảng 1,5 lít đến lít, để tăng khả làm việc chế độ tải lớn, nhóm nghiên cứu chọn thể tích BXT lít Từ đó, lượng kim loại cần thiết cho xúc tácđộng Vios thể 2,68 gam, lượng CeO2 Al2O3 chọn theo kinh nghiệm 13 210 gam Bảng thông số kỹ thuật xúc tác động Vios 1.5 sau thiết kế Bảng Bảng thông số kỹ thuật cho BXT ô tơ VIOS Thơng số Giá trị Đơn vị Thể tích BXT l Mật độ lỗ 400 lỗ/inch2 Khối lượng riêng BXT 1700 kg/m3 Độ dày lớp vỏ 0,001 m Thể tích lỗ rỗng 1,412 l Kim loại quý sử dụng Pt, Rh Khối lượng Pt + Rh sử dụng 2,68 Tỉ lệ số mol Pt : Rh 2:1 Khối lượng Ce sử dụng 13 g Lượng -Al2O3 210 g g HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 3.3 Mô đánh giá hiệu xúc tác ba thành phần động ôtô VIOS Bảng Kết đo nồng độ, lưu lượng khí thải, nhiệt độ khí thải lamđa động Toyota Vios 1.5 15%, 30%, 50% 100% tay ga Vị trí tay ga (%) 15 30 100 n (vg/ph) Gkt (kg/h) 1000 1500 2000 2500 3000 1000 1500 2000 2500 3000 1500 2000 2500 3000 3500 18,94 19,64 19,19 19,40 18,60 29,76 42,20 47,69 51,76 53,28 42,16 53,20 71,34 77,56 94,22 Nhiệt độ khí thải 307 326 371 412 414 588 719 720 750 743 652 709 764 774 794 Lamđa CO (ppm) CO2 (ppm) HC (ppm) NOX (ppm) 1,01 1,02 1,01 1,01 1,01 1,00 1,00 0,86 0,84 0,84 0,86 0,85 0,84 0,83 0,82 6851 5378 6375 7050 8565 4866 4444 60090 64296 66917 64968 57056 62421 68052 73889 137226 143102 140428 140034 124726 145718 146484 124948 123965 119948 120781 126874 123100 118810 114019 3403 3231 2116 1781 532 3086 2530 3815 3802 3953 4083 3836 3887 4221 4421 491 334 177 71 34 1536 1902 640 426 453 343 365 314 251 189 b a c Hình Hiệu suất xử lý xúc tác theo tốc độ 15% (a), 30% (b) 100% (c) tay ga HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 Để mô hiệu xúc tác động Toyota Vios 1.5, thông số đầu vào động cần xác định thực nghiệm, bảng kết đo nồng độ, lưu lượng khí thải, nhiệt độ khí thải lamđa động 15%, 30%, 50% 100% tay ga thử nghiệm băng thử nhiều xy lanh APA100 AVL, thiết bị phân tích khí thải CEB II, lamđa Bosch LSU 4.9, cảm biến nhiệt độ can K Hình hiệu suất xử lý xúc tác theo tốc độ động 15%, 30% 100%tay ga Tại tốc độ động 1000 vg/ph, hiệu suất chuyển hóa CO, HC NOx cao 99,9%, 70,2% 95,6% (hình 5a) Khi tăng tốc độ động (vận tốc không gian tăng), hiệu suất chuyển hóa CO, HC NOx có xu hướng giảm, nguyên nhân tượng tăng tốc độ động cơ, vận tốc không gian tăng làm cho thời gian tiếp xúc vật liệu xúc tác khí thải giảm (hình 4a), hiệu suất chuyển hóa CO, HC NOx có xu hướng giảm Hình 5b 5c hiệu suất xử lý xúc tác 30% 100% tay ga, kết cho thấy hiệu suất xử lý CO, HC NOx có xu hướng tương tự vị trí 15% tay, nhiên vị trí tay ga 30% 100%, tốc độ động lớn 2000 vg/ph, lúc động ưu tiên phát cơng suất lớn nhất, lamđa động có xu hướng đậm (bảng 2), hiệu suất chuyển hóa CO HC có giảm nhanh KẾT LUẬN Bài báo thiết kế tính tốn hiệu xúc tác ba thành phần động ôtô Toyota Vios 1.5 Ảnh hưởng thông số nhiệt độ, lamđa, mật độ lỗ, lượng kim loại quý đến hiệu xúc tác nghiên cứu Bộ xúc tác ba thành phần cho động ô tô Toyota Vios 1.5 có thơng số thể tích, lượng kim loại quý, mật độ lỗ xúc tác lít, 2,68 gam 400 lỗ/inch2 Kết nghiên cứu rằng, hiệu suất chuyển hóa CO, HC NOx cao 99,9%, 70,2% 95,6% Khi tăng tốc độ động tay ga, hiệu suất xử lý CO, HC NOx có xu hướng giảm, lamđa động nhỏ một, hiệu suất chuyển hóa CO HC giảm mạnh LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cám ơn, Giáo dục Đào tạo, đề tài cấp Bộ mã số B2016-BKA-18 hỗ trợ kinh phí để thực nghiên cứu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Jan Kaspar, Paolo Fornasero, 2003 Neal Hickey, Automotive catalytic converters: current status and some perspectives, Catal today 77, 419-449 [2] H He, H.X.Dai, L.H.Ng, K.W.Wong, C T Au, 2002 Pd, Pt and Rh-Loaded Ce0.6Zr0.35Y0.05O2 Three-Way Catalysts, Journal of catalysis 206, 1-13 [3] Xiaodong Wu, Luhua Xu, Duan Weng, 2004.The thermal stability and catalytic performance of Ce-Zr promoted Rh-Pd/γ-Al2O3 automotive catalysts, Applied Surface Science 221, 375–383 [4] Takeru Yoshida, Akemi sato, Hiromasa Suzuki, 2006 Development of High Performance Three-Way-Catalyst, SAE 2006-01-1061 [5] Toshitaka Tanabe, Miho Hatanaka and Yasutaka Nagai, 2009 Development of Double-Layered Three-Way Catalysts, SAE 2009-01-1081 HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ LẦN THỨ V - VCME 2018 [6] Masanori Nakamura, Hironori Wakamatsu, Katsuo Suga, Toru Sekiba, Yoshiaki Hiramoto, Katsuhiro Shibata, 2009 Ultrafine Precious Metal Catalyst for High Conversion Efficiency with Low Precious Metal Loading, SAE 2009-01-1069 [7] Christopher Depcik, Sudarshan Loya, Anand Srinivasan, Travis Wentworth and Susan Stagg-Williams, 2013 Adaptive Global Carbon Monoxide Kinetic Mechanism over Platinum/Alumina Catalysts, Catalysts, 3, 517-542 [8] Karthik Ramanathan and Chander Shekhar Sharma,2011 Kinetic Parameters Estimation for Three Way Catalyst ModelingInd Eng Chem Res, 50 (17), pp 9960–9979 [7] Hồng Đình Long, Nguyễn Kim Kỳ, 2015 Nghiên cứu hiệu xúc tác khí thải xe máy giai đoạn khởi động lạnh chạy ấm máy Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Trường đại học Cơng nghiệp Hà Nội, số 27 [8] Hồng Đình Long, 2011 Tính tốn thiết kế tối ưu xúc tác trung hịa khí thải ba chức cho xe tơ du lịch Tạp chí Giao thơng Vận tải, Số 6, trang 31-34, Hà Nội 2011 [9] Nguyễn Thế Lương, 2018 Nghiên cứu mô đánh giá hiệu xúc tác ba thành phần động phun xăng điện tử sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn E10-E20, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ trường đại học kỹ thuật, số [10] Nguyễn Duy Tiến, Nguyễn Thế Lương, La Vạn Thắng, Đinh Xuân Thành, 2017Nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng kết cấu hình học xúc tác ba thành phần đến tính kinh tế, kỹ thuật phát thải xe máy phun xăng điện tử, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, số 41, [11] Nguyễn Duy Tiến, Nguyễn Hữu Đức, La Vạn Thắng, Trần Quang Vinh, Nguyễn Thế Lương, 2017 Nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng mật độ lỗ xúc tác ba thành phần đến công suất, tiêu thụ nhiên liệu phát thải xe máy, Tạp chí khí Việt Nam, số7 ... tiếp xúc, ảnh hưởng đến hiệu suất xúc tác THIẾT KẾ VÀ ĐÁNH GIÁ BỘ XÚC TÁC BA THÀNH PHẦN CHO Ô TÔ 3.1 Yêu cầu thiết kế Bộ xúc tác có hiệu xử lý 80% thành phần khí thải CO, HC NOx, kích thước xúc tác. .. cơng trình cơng bố, nghiên cứu Hồng Đình Long cộng [7-8] hiệu xúc tác ba thành phần khởi động lạnh tối ưu hóa xúc tác ? ?tô Nguyễn Thế Lương nghiên cứu mô hiệu xúc tác ba thành phần xe máy sử dụng... ? ?tô phải lắp xúc tác ba thành phần, nghiên cứu để chế tạo xúc tác có hiệu xử lý cao yêu cầu quan trọng Bài báo nghiên cứu mơ thiết kế tính tốn hiệu xúc tác ba thành phần tơ MƠ HÌNH MƠ PHỎNG 2.1