Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ sấy nóng bộ biến đổi xúc tác đến hiệu quả làm việc của hệ thống xử lý khí thải động cơ ô tô tại trung tâm đăng kiểm xe cơ giới khánh hòa

i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, số liệu kết thực nghiệm ảnh hưởng nhiệt độ sấy nóng biến đổi xúc tác CATCO6800 MD90 đến hiệu xử lý khí thải động ơtơ triển khai Trung tâm Đăng kiểm xe giới Khánh Hịa trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả Đỗ Mạnh Hùng ii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG .vi DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ẢNH vii LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP GIẢM LƯỢNG CHẤT ĐỘC HẠI TRONG KHÍ THẢI CỦA ĐỘNG CƠ Ô TÔ .3 1.1 Các chất độc hại có khí thải động tô .4 1.1.1 Hydrocarbon 1.1.2 Oxit cacbon .5 1.1.3 Oxit nitơ 1.1.4 Oxit lưu huỳnh 1.1.5 Hợp chất Chì 1.1.6 Chất thải dạng hạt 1.2 Các giải pháp giảm mức độ độc hại khí thải động tơ 10 1.2.1 Tối ưu hóa kết cấu q trình làm việc động 10 1.2.1.1 Tối ưu tỷ số nén 10 1.2.1.2 Tối ưu hóa buồng đốt 10 1.2.1.3 Tối ưu hệ thống nạp - xả 12 1.2.1.4 Sử dụng nhiên liệu đánh lửu điện tử 14 1.2.1.5 Động làm việc với hỗn hợp nghèo 18 1.2.1.6 Luân hồi khí thải 20 1.2.1.7 Thơng gió te 21 1.2.1.8 Thu hồi nhiên liệu 22 1.2.2 Sử dụng nhiên liệu thay 22 1.2.2.1 Ơtơ chạy khí đốt 23 1.2.2.2 Ơtơ chạy khí hóa lỏng 25 1.2.2.3 Ôtô chạy hydro 26 1.3 Xử lý khí thải 29 1.3.1 Lọc phần tử rắn có khí thải 29 1.3.2 Xử lý khí thải biến đổi xúc tác 33 iii CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ ƠTƠ TẠI TRUNG TÂM ĐĂNG KIỂM XE CƠ GIỚI KHÁNH HÒA 34 2.1 Giới thiệu chung 35 2.2 Đặc điểm cấu tạo KTO 1.0 39 2.2.1 Hệ thống thu hồi khí thải 40 2.2.1.1 Đầu thu hồi đa 41 2.2.1.2 Quạt hút khí thải 42 2.2.1.3 Ống dẫn khí thải 43 2.2.2 Bộ xử lý khí thải 44 2.2.2.1 Bộ biến đổi xúc tác CATCO 6800 MD90 44 2.2.2.2 Hệ thống gia nhiệt điều chỉnh nhiệt độ biến đổi xúc tác 46 2.2.2.3 Bộ lọc bồ hóng 46 2.2.2.4 Bể chứa 46 2.3.1 Xử lý khí thải ơtơ chạy động xăng 48 2.3.2 Xử lý khí thải tơ chạy động diesel 49 CHƯƠNG 3: XỬ LÝ KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ Ơ TƠ BẰNG BỘ BIẾN ĐỔI XÚC TÁC 50 3.1 Cơ chế xử lý khí thải động tơ biến đổi xúc tác 51 3.2 Đặc điểm cấu tạo biến đổi xúc tác 54 3.3 Đặc điểm khai thác biến đổi xúc tác 61 3.3.1 Khởi động biến đổi xúc tác 61 3.3.2 Sự lão hóa biến đổi xúc tác 62 3.3.3 Tái sinh lọc bồ hóng 65 CHƯƠNG 4: THÍ NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ SẤY NĨNG BỘ BIẾN ĐỔI XÚC TÁC ĐẾN HIỆU QUẢ XỬ LÝ KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ ƠTƠ 69 4.1 Mục tiêu nội dung thí nghiệm 70 4.2 Trang thiết bị thí nghiệm 72 4.2.1 Thiết bị phân tích khí thải LAND 72 4.2.2 Thiết bị kiểm định khí thải động xăng MGT5 73 4.2.3 Thiết bị kiểm định độ đục khí thải MDO 74 4.2.4 Nhiệt kế điện tử 75 4.2.5 Ôtô DAEWOO 79A-01421 75 iv 4.2.6 Ơtơ HYUNDAI 79D-4356 76 4.3 Mô tả thí nghiệm 77 4.3.1 Xác định nhiệt độ sấy nóng tối thiểu 77 4.3.2 Xác định ảnh hưởng nhiệt độ sấy nóng đến hiệu xử lý khí thải biến đổi xúc tác CATCO6800 MD90 78 4.3.3 Xác định hiệu xử lý khí thải KTO 1.0 trình kiểm định ơtơ Trung tâm Đăng kiểm xe giới Khánh Hòa 79 4.4 Xử lý số liệu thí nghiệm 79 4.5 Kết thí nghiệm 80 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 PHỤ LỤC v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT BĐXT CH, CnHm Bộ biến đổi xúc tác Hydrocarbon DB Độ ồn dB Đơn vị đo độ ồn ĐKXCGKH HC KTO 1.0 Trung tâm Đăng kiểm xe giới Khánh Hịa Hydrocarbon Hệ thống xử lý khí thải ơtơ trình kiểm định Trung tâm Đăng kiểm xe giới Khánh Hòa NCKH nn Nghiên cứu khoa học Tốc độ quay danh nghĩa động ôtô NOx Oxit nitơ PM Chất rắn dạng hạt khí thải động ôtô ppm Phần triệu (parts per million) SOx Oxit lưu huỳnh Vs Dung tích cơng tác động ôtô % HSU  Đơn vị đo độ đục khí thải Hệ số dư lượng khơng khí hỗn hợp cháy vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Lượng chất thải gây ô nhiễm từ nguồn thải Việt Nam năm 2005 Bảng 1.2 Các nguồn nhiễm khơng khí Bảng 1.3 Nồng độ chất độc hại khí thải động xăng diesel Bảng 1.4 Giới hạn tối đa cho phép thành phần ô nhiễm khí xả phương tiện vận tải (TCVN 6438-2001) Bảng 1.5 So sánh số liên kết hydro-kim loại 28 Bảng 1.6 So sánh số thông số ôtô chạy xăng hydro 29 Bảng 1.7 So sánh ôtô điện ôtô accu hydro 29 Bảng 2.1 Kết kiểm định khí thải xe giới ĐKXCGKH năm 2011 36 Bảng 2.2 Kết kiểm định khí thải xe giới ĐKXCGKH năm 2012 37 Bảng 2.3 Kết kiểm định khí thải nhóm xe giới ĐKXCGKH từ 01/2011 đến 10/ 2012 37 Bảng 2.4 Đặc điểm kỹ thuật biến đổi xúc tác MD90 45 Bảng 3.1 Năng lượng hoạt hoá số phản ứng nhiệt phản ứng xúc tác 52 Bảng 4.1 Kết thí nghiệm ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu xử lý khí thải biến đổi xúc tác CATCO6800 80 Bảng 4.2 Kết thí nghiệm ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu xử lý khí thải biến đổi xúc tác MD90 80 vii DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ẢNH Hình 1.1 Các thành phần cấu thành chất thải dạng hạt khí thải động diesel Hình 1.2 Ảnh hưởng cấu hình buồng đốt vị trí buji đến diễn biến trình cháy 11 Hình 1.3 Ảnh hưởng vị trí đặt buji đến đặc điểm lan truyền lửa buồng đốt 11 Hình 1.4 Cơ cấu phối khí cho phép điều chỉnh pha phối khí 13 Hình 1.5 Ảnh hưởng góc phun sớm đến áp suất nhiệt độ xylanh động diesel 15 Hình 1.6 Ảnh hưởng góc phun sớm tới mức độ phát sinh ô nhiễm động diesel 16 Hình 1.7 Ảnh hưởng góc phun sớm đến mức độ phát sinh CnHm NOx 17 Hình 1.8 Ảnh hưởng  đến hàm lượng chất HC, CO NOx khí thải động xăng 18 Hình 1.9 Đặc điểm cấu tạo buồng đốt trước động xăng 19 Hình 1.10 Sơ đồ hệ thống thơng gió cacte kín 21 Hình 1.11 Hệ thống thu hồi xăng 21 Hình 1.12 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu ôtô PONTIAC " Grand Vill " chạy accu hydro 28 Hình 1.13 Ôtô thử nghiệm chạy accu hydro hãng Daimler-Benz 28 Hình 1.14 Bộ lọc khí xả 31 Hình 1.15 Một số dạng cấu trúc phần tử lọc khí thải 31 Hình 1.16 Phần tử lọc khí thải kim loại xốp 33 Hình 2.1 Số lượng ôtô xe máy tham gia giao thông Việt Nam 38 Hình 2.2 Một số hình ảnh phát thải ơtơ q trình kiểm định ĐKXCGKH 38 Hình 2.3 Hệ thống xử lý khí thải động ôtô trình kiểm định Trung tâm Đăng kiểm xe giới Khánh Hòa 39 Hình 2.4 Sơ đồ cấu tạo hệ thống thu hồi khí thải 40 Hình 2.5 Đầu thu hồi đa 42 Hình 2.6 Quạt hút khí thải 43 Hình 2.7 Ống thu hồi khí thải 43 Hình 2.8 Bộ biến đổi xúc tác CATCO6800 44 Hình 2.9 Bộ biến đổi xúc tác MD90 45 Hình 2.10 Điện trở gia nhiệt 46 Hình 2.11 Bộ lọc bồ hóng 46 viii Hình 2.12 Bể chứa 47 Hình 2.13 Cấu tạo hệ thống xử lý khí thải KTO 1.0 48 Hình 3.1 Vị trí lắp đặt biến đổi xúc tác 51 Hình 3.2 Ảnh hưởng hệ số dư lượng khơng khí () đến hiệu xử lý khí thải động xăng 53 Hình 3.3 Cấu tạo biến đổi xúc tác 55 Hình 3.4 Các dạng cấu tạo bên khối xúc tác 55 Hình 3.5 Cấu tạo chi tiết lõi xúc tác 56 Hình 3.6 Các biến đổi xúc tác dùng cho động xăng 56 Hình 3.7 Hệ thống SMF hãng HJS 58 Hình 3.8 Hệ thống xử lý khí thải đa chức Mitsubishi 59 Hình 3.9 Bộ xương gốm tổ ong gốm Silica 60 Hình 3.10 Ảnh hưởng loại nhiên liệu đến nhiệt độ khởi động biến đổi xúc tác 61 Hình 3.11 Ảnh hưởng chì đến hiệu xử lý khí thải biến đổi xúc tác 63 Hình 3.12 Ảnh hưởng hàm lượng lưu huỳnh nhiên liệu đến phát sinh hạt rắn theo nhiệt độ khí thải 64 Hình 3.13 Ảnh hưởng hàm lượng lưu huỳnh nhiên liệu đến nhiệt độ khởi động xúc tác 64 Hình 3.14 Sơ đồ hệ thống đốt phụ 66 Hình 3.15 Hiệu tái sinh xúc tác bồ hóng số loại oxit 67 Hình 3.16 Sơ đồ hệ thống tái sinh lọc cách phun ngược khơng khí 68 Hình 4.1 Thiết bị phân tích khí thải LAND 72 Hình 4.2 Thiết bị MGT5 đo hàm lượng HC CO 73 Hình 4.3 Thiết bị kiểm định độ đục khí thải MDO 74 Hình 4.4 Nhiệt kế điện tử 75 Hình 4.5 Ơtơ DAEWOO 79A-01421 75 Hình 4.6 Ơtơ HYUNDAI 79D-4365 76 Hình 4.7 Xác định nhiệt độ sấy nóng tối thiểu 77 Hình 4.8 Các chế độ hoạt động động diesel q trình kiểm định khí thải 78 Hình 4.9 Ảnh hưởng nhiệt độ sấy nóng đến hiệu 81 Hình 4.10 Ảnh hưởng nhiệt độ sấy nóng đến hiệu xử lý chất CO CATCO 6800 MD90 81 LỜI NÓI ĐẦU Bên cạnh tác động tích cực phát triển kinh tế-xã hội, số lượng phương tiện giới đường tăng nhanh kéo theo sức ép ngày lớn môi trường Theo Cục Đăng kiểm Việt Nam, tính đến tháng 08/2012, tồn quốc có tổng số 1.496.873 phương tiện giao thông giới Trung tâm Đăng kiểm xe giới Khánh Hòa quản lý 20.500 xe giới loại tham gia giao thông địa bàn tỉnh Khánh Hịa, khoảng 65 % xe trang bị động diesel khoảng 35 % xe trang bị động xăng Thống kê kết kiểm định khí thải động ơtơ Trung tâm Đăng kiểm xe giới Khánh Hòa thời gian từ tháng 01/2011 đến tháng 12/2011 cho thấy gần 20 % số xe kiểm định không đạt yêu cầu nồng độ chất độc hại khí thải; nồng độ CO, HC chất rắn lơ lửng khơng khí q trình kiểm định khí thải xe giới khu vực Trung tâm thường lớn nhiều so với trị số cho phép Theo Quyết định số 249/2005/QĐTTg, ngày 10/10/2005 Thủ tướng phủ, Việt Nam thức áp dụng tiêu chuẩn khí thải EURO II từ ngày 01/07/2007 Một lộ trình áp dụng tiêu chuẩn EURO cao thảo luận áp dụng tương lai không xa Với tiêu chuẩn EURO cao EURO III đặc biệt EURO IV, EURO V, nồng độ chất độc hại khí thải động ôtô hydrocarbon (HC), oxit carbon (CO), oxit nitơ (NOx) chất rắn dạng hạt (PM) phải giảm xuống đáng kể Việc áp dụng tiêu chuẩn EURO cao giải pháp giảm thiểu nhiễm mơi trường khí thải động xe giới cấp thiết giải tương lai gần Do phát triển sở hạ tầng Nha Trang, sở Trung tâm Đăng kiểm xe giới Khánh Hòa nằm khu vực với số lượng mật độ tập trung dân cư cao Mức độ ảnh hưởng khí thải chưa xử lý từ động xe giới trình kiểm định đến sức khỏe nhân viên Trung tâm dân cư khu vực xung quanh khả gây ô nhiễm môi trường ngày lớn Trong bối cảnh vậy, việc nghiên cứu chế tạo đưa vào sử dụng hệ thống xử lý khí thải từ động ơtơ Trung tâm Đăng kiểm xe giới Khánh Hòa giúp cải thiện điều kiện làm việc nhân viên kiểm định hạn chế ô nhiễm môi trường khu vực phía bắc Nha Trang Xa nữa, kết nghiên cứu chuyển giao cho sở bảo trì, sửa chữa kiểm định xe giới khác nước Nhằm mục đích củng cố mở rộng kiến thức chuyên môn, đồng thời bước đầu nghiên cứu giải vấn đề kỹ thuật thực tế, giao thực luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ sấy nóng biến đổi xúc tác đến hiệu làm việc hệ thống xử lý khí thải động ôtô Trung tâm Đăng kiểm xe giới Khánh Hòa ” Luận văn bố cục thành chương: Chương 1: Tổng quan giải pháp giảm lượng chất độc hại khí thải động ơtơ Chương 2: Hệ thống xử lý khí thải động ơtơ Trung tâm Đăng kiểm xe giới Khánh Hòa Chương 3: Xử lý khí thải động ơtơ biến đổi xúc tác Chương 4: Thí nghiệm ảnh hưởng nhiệt độ sấy nóng biến đổi xúc tác đến hiệu làm việc hệ thống xử lý khí thải động ơtơ Trung tâm Đăng kiểm xe giới Khánh Hòa Mặc dù cố gắng tìm hiểu nghiên cứu vấn đề thuộc nội dung công việc giao, nhiên lần đầu thực cơng trình có ý nghĩa khoa học - công nghệ thực tế, với kiến thức thân hạn chế, tài liệu tham khảo chưa đầy đủ nên khó tránh khỏi sai sót Rất mong quý Thầy, Cô giáo đồng nghiệp góp ý để luận văn hồn thiện Nhân dịp này, cho phép em gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy hướng dẫn khoa học - PGS.TS Nguyễn Văn Nhận, quí Thầy khoa Kỹ thuật tàu thủy, Trung tâm Đăng kiểm xe giới Khánh Hòa, bạn gia đình động viên hỗ trợ tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Nha Trang, tháng năm 2013 Học viên Đỗ Mạnh Hùng 79 (3) Quá trình động tăng tốc : Tốc độ động tăng nhanh đến giá trị n = 3000 rpm, độ khói lớn tạo động Nếu tốc độ thời gian tăng tốc không thoả mãn giá trị giới hạn cài đặt trước chu trình đo khơng cơng nhận (4) Giữ ổn định tốc độ 3000 rpm : Tốc độ động giữ ổn định giá trị 3000 rpm khoảng thời gian từ giây đến giây Trong trường hợp thời gian ngắn thiết bị tự động hủy chu trình đo (5) Trở tốc độ nhỏ nhất: Khi khơng cịn tín hiệu u cầu đạp ga có tín hiệu thiết bị u cầu nhả bàn đạp ga, đăng kiểm viên nhả bàn đạp ga động trở lại tốc độ quay không tải nhỏ Chu trình đo kết thúc Giá trị đo trị số độ đục cực đại lấy từ trị số đo 4.3.3 Xác định hiệu xử lý khí thải KTO 1.0 trình kiểm định ơtơ Trung tâm Đăng kiểm xe giới Khánh Hịa Thí nghiệm nhằm mục đích đánh giá hiệu xử lý khí thải KTO 1.0 điều kiện kiểm định thực tế ĐKXCGKH Thí nghiệm nhóm tác giả Đề tài 806/HĐ-KHCN thực theo Hợp đồng nghiên cứu khoa học phát triển công nghệ số 806/HĐ-KHCN (Phụ lục 2) 4.4 Xử lý số liệu thí nghiệm Số lần lấy mẫu thí nghiệm xác định theo phương pháp lấy mẫu ngẫu nhiên đơn giản (Simple Random Sampling) Với thiết bị kiểm tra khí thải nay, số liệu thực nghiệm xử lý phần mềm máy vi tính kèm với thiết bị kiểm tra khí thải Cục Đăng kiểm Việt Nam sử dụng tất Trung tâm Đăng kiểm Ở với số lần lấy mẫu lần/1điểm thỏa mãn điều kiện độ tin cậy 95% thiết lập cho thiết bị kiểm tra khí thải với điều kiện sai lệch lần đo không vượt 5% cho giá trị trung bình 80 4.5 Kết thí nghiệm Bảng 4.1 Kết thí nghiệm ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu xử lý khí thải biến đổi xúc tác CATCO6800 HC CO [ppm] [% Vol] 28 1752 3.64 50 1680 3.25 100 1570 2.76 150 1265 2.25 200 756 1.52 250 96 0.42 300 32 0.05 350 31 0.05 Nhiệt độ [0C] Bảng 4.2 Kết thí nghiệm ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu xử lý khí thải biến đổi xúc tác MD90 HC CO [ppm] [% Vol] 28 250 1,2 50 210 1,05 100 198 0,92 150 115 0,65 200 60 0,10 250 0,05 300 0,05 350 0,05 Nhiệt độ [0C] 81 2000 1500 CATCO 6800 1000 500 MD90 50 100 150 200 250 300 350 Hình 4.9 Ảnh hưởng nhiệt độ sấy nóng đến hiệu xử lý chất HC CATCO 6800 MD90 CATCO 6800 MD90 50 100 150 200 250 300 Hình 4.10 Ảnh hưởng nhiệt độ sấy nóng đến hiệu xử lý chất CO CATCO 6800 MD90 350 82 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1) Hệ thống xử lý khí thải động ơtơ thiết kế, chế tạo, lắp đặt hoạt động đáp ứng yêu cầu theo Hợp đồng NCKH phát triển công nghệ số 806/HĐ-KHCN ngày 26/09/2011 ký kết Sở Khoa học & Cơng nghệ tỉnh Khánh Hịa Trung tâm Đăng kiểm xe giới Khánh Hòa Cụ thể: khí thải động sau xử lý đạt tiêu chuẩn : nồng độ CO  [% Vol]; nồng độ HC  600 [ppm]; độ khói đen  50 [% HSU] 2) Với yêu cầu tiêu chuẩn khí thải động ơtơ nay, hệ thống xử lý khí thải ơtơ KTO 1.0 áp dụng vào thực tiễn sở sửa chữa, kiểm định khai thác động xăng diesel tĩnh nhằm hạn chế tác hại khí thải động người mơi trường 3) Nhiệt độ sấy nóng biến đổi xúc tác thơng số có ảnh hưởng trực tiếp đáng kể đến hiệu xử lý chất HC CO khí thải động ôtô Đối với biến đổi xúc tác CATCO 6800 trang bị cho hệ thống xử lý khí thải KTO 1.0, cần đảm bảo nhiệt độ sấy nóng khoảng 250 0C Đối với biến đổi xúc tác MD90 nên sấy nóng đến nhiệt độ khoảng 200 0C 4) Để giảm giá thành tiết kiệm lượng sấy nóng biến đổi xúc tác, hệ thống xử lý khí thải KTO 1.0 nên hoàn chỉnh số điểm cấu tạo sau : + Sử dụng phần tử sấy nóng riêng rẽ cho CATCO 6800 MD90, phần tử sấy nóng bao quanh biến đổi xúc tác thay đặt phía + Bố trí hệ thống lọc khí thải phần bể sơ cấp 5) Để đáp ứng yêu cầu khắt khe tiêu chuẩn khí thải động xe giới Việt Nam áp dụng tiêu chuẩn EURO cao tương lai, đảm bảo chất lượng làm việc ổn định điều kiện khác chủng loại, đặc điểm cấu tạo, tính tình trạng kỹ thuật, v.v loại xe giới, hệ thống KTO 1.0 cần bổ sung hệ thống điều khiển tự động thông số công tác : nhiệt độ gia nhiệt, lưu lượng quạt hút khí thải, lưu lượng quạt bổ sung khơng khí, v.v sở thông số đầu vào tiêu chất lượng khí thải 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt [1] Bùi Văn Ga (1999), Ơtơ nhiễm mơi trường, NXB Giáo dục [2] Cao Tấn Lợi (2012), Nghiên cứu chế tạo hệ thống thiết bị thu hồi, xử lý khí thải động xăng động diesel trình kiểm định Trung tâm Đăng kiểm xe giới Khánh Hòa, Báo cáo tổng hợp kết khoa học công nghệ [3] Cao Tấn Lợi (2011), Nghiên cứu tác động biến đổi xúc tác đến hàm lượng chất độc hại khí thải động diesel, Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Nha Trang [4] Lê Đát Toa (2011), Nghiên cứu ảnh hưởng biến đổi xúc tác đến hàm lượng chất độc hại khí thải động xăng, Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Nha Trang Tài liệu tiếng Anh - Balan [5] Proceedings of the Fourth International Symposium (CAPoC4), Catalysis and Automotive Polution Control IV, Brussels, Belgium, April - 11, 1997 [6] Jozef Jakubowski (1987), Silniki Samochodowe Zasilane Paliwami Zastepczymi, Wydawnictwo Komunikacji i Lacznosci, Warszawa (tiếng Ba Lan) 84 Phụ lục TÍNH CHỌN CƠNG SUẤT SẤY NĨNG CÁC BỘ BIẾN ĐỔI XÚC TÁC Tính chọn cách nhiệt cho đường ống sấy Việc lựa chọn cách nhiệt nhằm mục đích giảm thiểu mức mát lượng cho dịng khí xả trước vào sấy sấy, từ giảm thiểu lượng cần thiết cấp cho sấy Trong thực tế, có nhiều loại vật liệu cách nhiệt khác phù hợp cho ứng dụng Amiăng Amiăng loại vật liệu phổ biến thị trường sử dụng để cách nhiệt cho ứng dụng có nhiệt lớn Amiăng cịn có ưu điểm bền giá thành thấp, dễ bảo dưỡng thay trình sử dụng Theo đó, trình tự lớp là: Lớp cách nhiệt Amiăng lớp bọc Inox Để đảm bảo cho việc xử lí khí thải cho động xăng khí thải sau vào hệ thống xử lí tiếp tục gia nhiệt lõi catalyts.Quá trình thử nghiệm cho thấy q trình xử lí tốt nhiệt độ lõi 2500C- 3000C Do ta chọn nhiệt độ ính tốn 3000C Nhiệt lượng cần thiết để trì nhiệt độ lõi catalyts bao gồm: - Nhiệt tổn thất truyền qua kết cấu bao che hộp gia nhiệt - Nhiệt lượng cần có để nâng nhiệt độ dịng khí cháy từ nhiệt độ ống xả lên 300 0C Tính toán nhiệt lượng truyền qua kết cấu bao che hộp gia nhiệt Nhiệt lượng tổn thất qua kết cấu bao che xác định sau: Qtt = K0.F.(tT – tN) , [W/h] Trong đó: tT – nhiệt độ mặt hộp gia nhiệt, 0C tN – nhiệt độ mặt hộp gia nhiệt, 0C F – diện tích bề mặt xung quanh hộp gia nhiệt, m2 K0 – hệ số truyền nhiệt kết cấu bao che hộp gia nhiệt, W/m2.h0C K0  1 n n i  t i 1 i  85 Trong : n - nhiệt trở lớp khơng khí bề mặt kết cấu bao che, tra bảng ta ứng với điều kiện nhiệt độ môi trường αn = 11 W/m2.K t - nhiệt trở lớp khơng khí bề mặt kết cấu bao che, tra bảng ta ứng với điều kiện nhiệt độ dịng khí cưỡng nhiệt độ 4000C αt = 120 W/m2.K n i  i 1 - nhiệt trở kết cấu bao che Các lớp bao che bao gồm: lớp inox bên i dày 2,0 mm 1 = 46,5 W/m.K, lớp inox bên dày 1,0 mm 2 = 46,5 W/m.K Như vậy, giá tri K0 tính là: K0  n  1  i   n i 1 i  t =  7,93 (W/m2.h0C) 3 3 3.10 2.10 3.10     11 46.5 0.08 46.5 100 3 Và nhiệt lượng tổn thất là: Qtt = K0.F.(tT – tN) = 6,18.1,58.(300-28) = 3449,4 (W/h) Tính toán mát nhiệt bổ sung Nhiệt lượng cần thiết để nâng nhiệt độ dịng khí cháy lên 300 0C xác định sau: Qbổ sung = CK.Gdịng khí.(tS – tT) , [W/s] Trong đó: tT – nhiệt độ dịng khí đầu vào hộp gia nhiệt, 0C tN – nhiệt độ cần trì hộp gia nhiệt, 0C CK – tỉ nhiệt khí cháy, trường hợp động làm việc không tải nhiệt độ đầu khí cháy cửa xả tương đương 100 0C, tỉ nhiệt tương ứng 1012 J/kg.K Ggió – lưu lượng dịng khí cần xử lí Ggió = 294 l/s = 294.10-3.0,9329 = 0,274 (kg/s) Với  = 0,9329 kg/m3 khối lượng riêng khí cháy nhiệt độ 1000C 86 Từ đó, ta tính nhiệt lượng bổ sung sau: Qbổ sung = CK.Gdịng khí.(tS – tT) = 1012 0,274.(300 – 100) = 5490,16 J = 0,15 Kw Điện trở chọn điện trở khô có cơng suất 4000 W Sơ đồ khối chức hoạt động khối Căn vào yêu cầu đầu vào đầu hệ thống điều khiển lựa chọn, ta xây dựng sơ đồ hệ thống điều khiển sau: Microcontroller Cài đặt nhiệt độ hỗn hợp Giao tiếp bàn phím Cho phép bắt đầu, kết thúc tiến trình; Hiển thị LCD thu thập, xử lí tính tốn số liệu; xuất liệu LCD Đồng tín hiệu Cảm biến khuyếch Điều khiển nhiệt độ hỗn hợp theo giá trị cài đặt đại tín hiệu Mạch cơng suất điều khiển điện cho quạt hút Điều khiển công suất cấp cho điện trở gia nhiệt Hình PL1.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển tự động nhiệt độ gia nhiệt Nguyên lý hoạt động hệ thống điều khiển sau: Sơ đồ hệ thống điều khiển gồm khối khối đầu vào, khối xử lí trung tâm khối đầu Nhiệm vụ khối đầu vào bao gồm việc thu thập tín hiệu tín hiệu đo lường từ cảm biến, tín hiệu điều khiển từ thiết bị điều khiển gửi tới xử lí trung tâm Bộ xử lí trung tâm sau nhận tín hiệu tiến hành chuyển đổi, tính tốn, phân tích xuất tín hiệu điều khiển cho khối đầu Khối đầu bao gồm thiết bị hiển thị mạch điều khiển mức cấp công suất cho điện trở gia nhiệt quạt hút 87 Khối đo thông số đầu vào Cảm biến Nhiệt độ dịng khí: có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ mơi trường nước thành tín hiệu điện đưa tới ECU Các cảm biến nhiệt độ có thị trường thường có độ phân giải thấp Vì để tín hiệu truyền đến ECU đủ lớn ta phải thiết kế thêm mạch khuyếch đại Bộ xử lí trung tâm –ECU Để đảm bảo khả điều khiển mềm dẻo hệ thống ta lựa chọn phương án xây dựng xử lí trung tâm vi điều khiển Các vi điều khiển thích hợp cho thiết kế nhỏ, với thành phần thêm vào tối thiểu nhằm thực hoạt động hướng điều khiển Một vi điều khiển mạch đơn chứa bên CPU mạch khác để tạo nên hệ máy tính đầy đủ Ngồi CPU, vi điều khiển chứa bên chúng RAM, ROM, mạch giao tiếp nối tiếp, mạch giao tiếp song song, định thời mạch điều khiển ngắt Tất diện bên vi mạch Một đặc trưng quan trọng vi điều khiển hệ thống ngắt thiết kế bên chip Vì vậy, thiết kế hướng điều khiển vi điều khiển đáp ứng với tác động bên (các ngắt) theo thời gian thực Với tính điều khiển thiết lập lập trình phần mềm cho phép dễ dàng sửa đổi giải thuật khả thay đổi chương trình nhằm thích ứng với đối tượng đầu vào động có cơng suất chủng loại khác Điều thật thuận tiện cho trình chuyển giao cơng nghệ sau Khối đầu - Điều khiển quạt hút: có nhiệm đóng mở điện cung cấp cho quạt hút - Khối điều khiển điện trở gia nhiệt: có nhiệm vụ sấy trì nhiệt độ dịng khí gia nhiệt theo nhiệt độ cài đặt Trong trình làm việc, ECU liên tục đọc giá trị hồi từ cảm biến báo mức, tính tốn so sánh với giá trị đặt lệnh thay đổi mức công suất cấp cho điện trở gia nhiệt - Hiển thị LCD: cho phép hiển thị giá trị tức thời thông số động làm việc, nhiệt độ dịng khí… vào thơng số này, người sử dụng điều chỉnh chế độ làm việc mong muốn 88 Lựa chọn thiết bị + Cảm biến nhiệt độ: Cảm biến nhiệt độ có nhiều chủng loại như: Cặp nhiệt điện (Thermocouple), nhiệt điện trở (RTD-resitance temperature detector), Thermistor, Bán dẫn (Diode, IC ,….) Ngồi cịn có loại đo nhiệt khơng tiếp xúc (hỏa kế- Pyrometer) dùng hồng ngoại hay lazer Căn vào điều kiện, môi trường làm việc cảm biến, mức độ phổ biến giá thành Trong ứng dụng này, cảm biến đặt động thường có điều kiện làm việc tương đối khắt nghiệt Vì vậy, ta chọn cảm biến kiểu cặp nhiệt điện (Thermocouper) thích hợp Cảm biến cặp nhiệt điện bền, đo nhiệt độ cao, bán phổ biến thị trường với giá thành tương đối rẻ Các cặp nhiệt điện có cấu tạo gồm chất liệu kim loại khác nhau, hàn dính đầu Khi có chênh lệch nhiệt độ đầu nóng đầu lạnh phát sinh sức điện động e đầu lạnh Thông số kỹ thuật cảm biến sau:  Giải đo: – 1370 oC  Độ phân giải: 4μV/ oC Hình PL 1.2 Mạch khuếch đại tín hiệu cho cảm biến 89 + Cảm biến cài đặt giá trị đầu vào: Ta chọn cảm biến kiểu biến trở có sẵn thị trường Giá trị biến trở đưa ADC tích hợp sẵn vi điều khiển, kết đo lường ECU chuyển đổi, tính tốn định mức tải u cầu có điều chỉnh thích hợp cho điều khiển motor gia nhiệt Để đảm bảo dòng đủ nhỏ, ta chọn giá trị biến trở 20 Kohm + Thiết bị hiển thị: Hiện thị trường có nhiều thiết bị hiển thị khác như: led đoạn, LCD, … sử dụng LCD cho phép hiển thị nhiều dòng lúc tiện lợi LCD không chiếm nhiều nguyên vi điều khiển nhiều không gian bảng điều khiển Chọn LCD Hitachi HD44780 20 kí tự x dòng cho phép hiển thị đồng thời thông số đầu vào đầu theo yêu cầu điều khiển Thông số Hitachi HD44780 sau:  Điện áp cung cấp: 2,7 ÷ 5,5 VDC  Dịng tiêu thụ: 2.5 mA  Nhiệt độ làm việc: 50 0C + ECU: Hiện nay, thị trường có nhiều loại vi điều khiển khác nhau, kể loạt vi điều khiển thông dụng như: họ 8051, họ vi điều khiển AVR hãng Atmel, họ PIC hãng Microchip… Căn vào yêu cầu hệ thống điều khiển định chọn vi điều khiển ATMEGA16 để xây dựng mạch xử lí trung tâm cho điều khiển Vi điều khiển ATMEGA16, vi điều khiển thuộc họ AVR Đây vi điều khiển có cấu trúc phức tạp, có đầy đủ chức họ AVR ATMEGA16 vi điều khiển CMOS bit công suất thấp kiến trúc AVR kiểu RISC với nhiều tính xem bật so với nhiều vi điều khiển khác Trên ATMEGA16 tích hợp nhiều phận ngoại vi, với 32 đường dẫn I/O lập trình được, truyền nhận UART, giao diện SPI đồng bộ, giao diện TWI đồng tương thích I2C, Timer/Counter bit, Timer/Counter 16 bit với chức so sánh bắt mẫu, lối điều biến độ rộng xung, đồng hồ thời gian thực (RTC-Timer), biến đổi ADC 10 bit kênh lối vào, phát trạng thái sụt nguồn nuôi, so sánh Analog, định thời Watchdog 90 So với vi điều khiển khác ATMEGA16 có tốc độ xung nhịp tương đối cao, xung nhịp tạo dao động xung nhip hệ thống nên tốc độ xử lí tương đối cao Kết hợp với khả thực lệnh chu kì xung nhịp, ATMEGA16 đạt đến tốc độ xử lí triệu lệnh/giây tần số Mhz Thiết kế mạch điều khiển Hình PL 1.3 Sơ đồ nối dây mạch điều khiển trung tâm 91 Bộ nhớ chương trình liệu tích hợp chip với công nghệ nhớ khác nhau: nhớ EPROM xóa kiểu flash dùng cho mã chương trình, nhớ EEPROM xóa điện, nội dung giữ nguyên sau điện nguồn sử dụng thời gian thực thi hệ thống cuối nhớ RAM dùng cho biến, nội dung nhớ tự tắt điện áp nguồn Hỗ trợ cho việc lập trình ngơn ngữ cấp cao với nhiều phần mềm hỗ trợ Win: AVR, CodeVisionAVR C, ICCAVR C - CMPPILER GNU… tạo nhiều thuận lợi cho người viết chương trình thơng qua việc sử dụng thư viện có sẵn chương trình Mạch điều khiển thiết kế sở yêu cầu đầu vào đầu hệ thống điều khiển mạch điện tử bao gồm khối : khối nguồn, khối khuyếch đại tín hiệu cho cảm biến nhiệt độ, khối hiển thị LCD, khối điều khiển mạch công suất cho motor điện trở gia nhiệt, giao tiếp bàn phím cuối khối xử lí trung tâm Khối xử lí trung tâm gồm vi điều khiển Atmega16, Dưới sơ đồ mạch điều khiển trung tâm bao gồm vi điều khiển khối ngoại vi Viết chương trình cho vi điều khiển Chương trình viết ngôn ngữ C, soạn thảo phần mềm AVRCodevision biên dịch thành file HEX Tập tin chương trình điều khiển nạp vào ROM ATMEGA16 Nhiệm vụ chương trình khởi tạo chức khối phần cứng, khởi tạo ngắt ngoài, ngắt ADC ngắt định thời; khởi tạo biến chương trình điều khiển; kiểm tra phím nhấn; tính tốn hiển thị LCD sau vào vịng lặp vơ tận Việc thu thập liệu điều khiển thực chương trình ngắt nhằm tận dụng khả ưu việt vi điều khiển ứng dụng thời gian thực 92 Phụ lục THÍ NGHIỂM HIỆU QUẢ XỬ LÝ KHÍ THẢI CỦA KTO 1.0 1) Thử nghiệm hiệu xử lý khí thải động xăng Mục tiêu : Thử nghiệm hiệu xử lý khí thải động xăng nhằm mục đích đánh giá cách tổng hợp chất lượng hoạt động phận thuộc KTO 1.0 có chức thu hồi xử lý khí thải động xăng Thiết bị thử nghiệm : ôtô 79A-01421, thiết bị phân tích khí thải LAND, thiết bị kiểm định độ khói đen MDO 2, thiết bị đo độ ồn RION ML-21 Chế độ hoạt động động :  Chế độ IV : động hoạt động bình thường chế độ kiểm định  Chế độ III : ngắt điện đến buji xylanh, điều chỉnh chế hịa khí để nồng độ HC tăng khoảng 50 % so với chế độ IV  Chế độ II : ngắt điện đến buji xylanh, điều chỉnh chế hịa khí để nồng độ HC tăng khoảng 70 % so với chế độ IV  Chế độ I : ngắt điện đến buji xylanh, chế hịa khí điều chỉnh trở lại trạng thái ban đầu Vị trí số lượng mẫu khí thải : mẫu, mẫu đầu ống xả ơtơ (khí thải chưa xử lý) mẫu đầu kệ thống KTO 1.0 (khí thải sau xử lý) 2) Thử nghiệm hiệu xử lý khí thải động diesel Mục tiêu : Thử nghiệm hiệu xử lý khí thải động diesel nhằm mục đích đánh giá cách tổng hợp chất lượng hoạt động phận thuộc KTO 1.0 có chức thu hồi xử lý khí thải động diesel Thiết bị thử nghiệm : ôtô 79D-4356, thiết bị phân tích khí thải LAND, thiết bị kiểm định độ khói đen MDO 2, thiết bị đo độ ồn RION ML-21 Chế độ hoạt động động :  Chế độ IV : động chạy chế độ n = 70 % nmax  Chế độ III : động chạy chế độ n = 80 % nmax  Chế độ II : động chạy chế độ n = 90 % nmax  Chế độ I : động chạy tốc độ quay cực đại n = 100% nmax 93 Vị trí số lượng mẫu khí thải : mẫu, mẫu đầu ống xả ơtơ (khí thải chưa xử lý) mẫu đầu kệ thống KTO 1.0 (khí thải sau xử lý) Bảng PL 2.1 Kết thử nghiệm hiệu xử lý khí thải động xăng Chế độ Chế độ Chế độ Chế độ I II III IV Thơng số Vị trí lấy mẫu HC Đầu ống xả ôtô [ppm] Đầu KTO 1.0 34,58 32,72 30,46 24,75 CO Đầu ống xả ôtô 10,00 9,25 7,02 5,14 [% Vol] Đầu KTO 1.0 0,42 0,37 0,34 0,30 Độ khói đen Đầu ống xả ơtơ 1,04 1,03 1,06 1,07 [% HSU] Đầu KTO 1.0 0,02 0,02 0,04 0,05 Độ ồn Đầu ống xả ôtô 88,41 89,25 87,34 88,27 [dB] Đầu KTO 1.0 80,65 81,20 80,15 80,08 3550,00 3418,12 3264,16 2025,18 Bảng PL 2.2 Kết thử nghiệm hiệu xử lý khí thải động diesel Chế độ Chế độ Chế độ Chế độ I II III IV Đầu ống xả ôtô 58,25 58,46 57,87 57,89 [ppm] Đầu KTO 1.0 4,51 4,76 4,37 4,25 CO Đầu ống xả ôtô 0,06 0,06 0,05 0,05 [% Vol] Đầu KTO 1.0 0,01 0,01 0,01 0,01 Độ khói đen Đầu ống xả ôtô 99,58 78,24 70,35 56,84 [% HSU] Đầu KTO 1.0 25,04 24,75 23,82 22,58 Độ ồn Đầu ống xả ôtô 97,28 96,85 97,02 96,68 [dB] Đầu KTO 1.0 88,45 88,02 88,07 87,89 Thông số Vị trí lấy mẫu HC ... ơtơ Trung tâm Đăng kiểm xe giới Khánh Hòa Chương 3: Xử lý khí thải động ơtơ biến đổi xúc tác Chương 4: Thí nghiệm ảnh hưởng nhiệt độ sấy nóng biến đổi xúc tác đến hiệu làm việc hệ thống xử lý khí. .. khí thải ? ?tô chạy động xăng 48 2.3.2 Xử lý khí thải tô chạy động diesel 49 CHƯƠNG 3: XỬ LÝ KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ Ô TÔ BẰNG BỘ BIẾN ĐỔI XÚC TÁC 50 3.1 Cơ chế xử lý khí thải động. .. CƠ ÔTÔ TẠI TRUNG TÂM ĐĂNG KIỂM XE CƠ GIỚI KHÁNH HÒA 35 2.1 Giới thiệu chung Hệ thống xử lý khí thải động ơtơ Trung tâm Đăng kiểm xe giới Khánh Hòa (ký hiệu KTO 1.0) chế tạo khuôn khổ đề tài nghiên