Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của xe máy bằng phương pháp sấy nóng bộ xử lý khí thải (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN KIM KỲ NGHIÊN CỨU GIẢM PHÁT THẢI ĐỘC HẠI CỦA XE MÁY BẰNG PHƯƠNG PHÁP SẤY NĨNG BỘ XỬ LÝ KHÍ THẢI Ngành: Kỹ thuật khí động lực Mã số: 9520116 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hà Nội – 2021 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Hồng Đình Long Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …… giờ, ngày … tháng … năm ……… Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Hiện nay, giới áp dụng nhiều biện pháp giảm thành phần độc hại phương tiện giao thông Tuy nhiên, biện pháp chưa áp dụng nhiều xe máy sản xuất Việt Nam hiệu giảm phát thải chưa cao Hiệu xử lý BXT bị ảnh hưởng lớn nhiệt độ làm việc BXT Bộ xúc tác không làm việc làm việc với hiệu thấp nhiệt độ thấp khoảng nhiệt độ 250÷300oC Do đó, giai đoạn khởi động lạnh chạy ấm máy, nhiệt độ khí thải cịn thấp, BXT chưa sấy nóng đáng kể nên hiệu xử lý khí thải giai đoạn khơng đáng kể Vì việc giảm phát thải giai đoạn khởi động lạnh chạy ấm máy giúp giảm phát thải chung trình vận hành xe Sấy nóng nhanh BXT biện pháp hữu hiệu để rút ngắn thời gian chậm hoạt động BXT giai đoạn khởi động lạnh chạy ấm máy từ giảm phát thải nhiễm giai đoạn Chính vậy, việc chọn thực đề tài “Nghiên cứu giảm phát thải độc hại xe máy phương pháp sấy nóng xử lý khí thải” cần thiết có ý nghĩa thực tiễn cao i Mục đích nghiên cứu đề tài Đưa giải pháp sấy nóng nhanh BXT xe máy chế độ khởi động lạnh chạy ấm máy để tăng hiệu xử lý khí thải BXT để giảm phát thải độc hại xe máy ii Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Động lắp xe máy Honda Lead 110 - Việc nghiên cứu thực nghiệm thực Trung tâm nghiên cứu đốt trong, Viện Cơ khí động lực, Trường đại học Bách khoa Hà Nội iii Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu đặc điểm hình thành phát thải độc hại động xe máy giai đoạn khởi động lạnh chạy ấm máy - Nghiên cứu đặc điểm phân bố nhiệt độ khí thải đường ống thải - Nghiên cứu đặc điểm q trình phản ứng xúc tác trung hịa khí thải BXT - Nghiên cứu đặc điểm làm việc mạch nung cao tần - Đánh giá hiệu xử lý thành phần độc hại xe máy có trang bị BXT sấy nóng dòng điện cao tần chế độ khởi động lạnh chạy ấm máy với chiến lược sấy nóng khác iv Phương pháp nghiên cứu Kết hợp lý thuyết mơ hình hóa với thực nghiệm - Nghiên cứu lý thuyết: Xây dựng mơ hình tính tốn phát thải xử lý khí thải từ tìm giải pháp nâng cao hiệu xử lý khí thải - Nghiên cứu thực nghiệm: Thử nghiệm phịng thí nghiệm nhằm đánh giá độ tin cậy mơ hình mơ hiệu giải pháp đưa v Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn Đưa giải pháp cơng nghệ thích hợp để sấy nóng nhanh BXT khí thải xe máy chế độ khởi động lạnh chạy ấm máy để tăng hiệu xử lý BXT, giảm phát thải xe máy Góp phần giảm nhiễm mơi trường thành phố lớn có mật độ xe máy cao vi Các nội dung đề tài - Mở đầu - Chương Nghiên cứu tổng quan - Chương Tính tốn mơ nhiệt động học phát thải động xe máy - Chương Tính tốn mơ hệ thống thải có trang bị BXT sấy nóng dịng cao tần - Chương Nghiên cứu thực nghiệm Kết luận hướng phát triển CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1.1 Vấn đề phát thải độc hại xe máy 1.1.1 Các thành phần phát thải độc hại xe máy Khí thải động đốt ln có chứa hàm lượng đáng kể chất độc hại oxit nitơ (NO, NO2, N2O, gọi chung NOx), carbon monoxit (CO), hydrocarbon chưa cháy (HC) 1.1.2 Đặc điểm phát thải giai đoạn khởi động lạnh chạy ấm máy Hàm lượng phát thải CO HC giai đoạn khởi động lạnh chạy ấm máy, lớn nhiều so với khởi động nóng chạy ổn định 1.1.3 Hàm lượng phát thải xe máy theo chu trình thử Nghiên cứu Yung-Chen Yao cộng [3] nghiên cứu phát thải theo chu trình thử với trường hợp khải động lạnh khởi động nóng Nghiên cứu cho thấy phát thải CO HC động theo chu trình thử khởi động lạnh lớn nhiều khởi động nóng 1.2 Các phương pháp kiểm soát phát thải xe máy 1.2.1 Kiểm soát phát thải từ bên động 1.2.2 Xử lý khí thải 1.2.2.1 Đốt cháy CO HC đường thải Một số mẫu xe hãng Yamaha có trang bị hệ thống cấp khí vào cửa xả để lợi dụng nhiệt độ cao cửa thải xy hóa phần CO HC chưa cháy hết khí thải 1.2.2.2 Trang bị BXT xử lý khí thải Ahmed Hassaneen Ibrahim Lotfy [11] với điều kiện nhiệt độ BXT đạt 300oC tỉ lệ khơng khí nhiên liệu từ 14, 6-14, BXT thành phần có hiệu cao việc xử lý CO HC nhiên thành phần NOx chưa xử lý BXT thành phần chuyển hóa 95% lượng khí thải CO, HC NOx chúng làm ấm hoàn toàn (nhiệt độ 350oC) BXT thường sử dụng platin rhodi (Pt-Rh) làm vật liệu xúc tác hoạt tính ceria (CeO2) để cung cấp khả lưu trữ oxy Việc loại bỏ CO HC địi hỏi mơi trường oxy hóa, loại bỏ NOx cần mơi trường khử [12] 1.3 Công nghệ tăng hiệu BXT trình khởi động lạnh 1.3.1 Đốt cháy CO, HC ống thải Việc đốt cháy khí thải CO HC hệ thống xả để vừa giảm trực tiếp lượng khí thải khởi động lạnh đồng thời trình đốt cháy CO HC sinh nhiệt năng, đẩy nhanh trình gia nhiệt BXT để BXT nhanh đạt tới nhiệt độ làm việc 1.3.1.1 Phun khí thứ cấp Tận dụng lợi nhiệt độ cao cửa xả, người ta thúc đẩy q trình oxy hóa HC cách cung cấp lượng không khí thứ cấp vào ống xả Nhiệt lượng tỏa từ trình đốt cháy CO HC giúp thúc đẩy nhanh chóng sấy nóng BXT đạt tới nhiệt độ làm việc [17] [18] 1.3.1.2 Đánh lửa khí thải (EGI) Trong giây kể từ bắt đầu khởi động, việc phun nhiên liệu vào động hiệu chỉnh để tạo hỗn hợp đậm với tỉ lệ khơng khí nhiên liệu vào khoảng 9:1 Khơng khí thứ cấp thêm vào thơng qua máy bơm khơng khí thứ cấp Đây hỗn hợp dễ cháy đánh lửa bugi buồng đốt Sự tỏa nhiệt từ trình đốt cháy làm tăng nhiệt độ vài mm phía trước BXT sấy nóng mạnh mẽ phía sau BXT 1.3.2 Cải tiến thiết kế BXT Giảm độ dày lớp đệm sử dụng gốm nhẹ làm lớp đệm [22] [23], không rút ngắn q trình làm ấm mà cịn tăng diện tích mặt trước diện tích bề mặt hình học đơn vị thể tích Việc sử dụng Pd với vật liệu xúc tác truyền thống Pt, Rh mang lại hiệu việc giảm nhiệt độ làm việc BXT từ rút ngắn thời gian BXT khơng hoạt động 1.3.3 Tăng cường sấy nóng BXT lượng khí thải 1.3.3.1 Quản lý nhiệt đường ống thải Sử dụng ống thải với vật liệu có hệ số truyền nhiệt thấp [31], sử dụng ống thải với cấu tạo hai lớp, lớp có khe hở khơng khí lớp cách nhiệt [32- 36] Lắp đặt BXT gần với cửa thải phương án tốt để tận dụng lượng khí thải cao sấy nóng BXT nhanh đạt tới nhiệt độ làm việc [32,37÷40] 1.3.3.2 Điều khiển đánh lửa muộn Theo Nghiên cứu Chan cộng [42], với chiến lược điều khiển đánh lửa muộn thích hợp, thời gian khơng hoạt động BXT rút ngắn xuống 30 giây từ 280 giây 1.3.4 Sấy nóng BXT nguồn nhiệt bên ngồi 1.3.4.1 Sử dụng buồng đốt bên ngồi 1.3.4.2 Sấy nóng BXT lượng điện (EHC) Sấy nóng BXT lượng điện sử dụng nhiệt điện trở Khi động khởi động lạnh có dịng điện từ ắc quy chạy qua trở nhiệt Tại đây, lượng điện chuyển thành lượng nhiệt đốt nóng trở nhiệt, sấy nóng dịng khí thải chảy qua BXT sấy nóng nhờ khí thả có nhiệt độ cao Hình 1.1 Sơ đồ ngun lý sấy nóng xúc lượng điện sử dụng nhiệt điện trở 1.4 Sấy nóng BXT dịng điện cao tần 1.4.1 Cơ sở lý thuyết lò nung kim loại điện (lò điện) Lò điện dựa vào tượng cảm ứng điện từ Khi đặt khối kim loại có từ tính vào từ trường biến thiên khối kim loại xuất (cảm ứng) dịng điện xốy (dịng Foucault) Nhiệt dịng điện xốy đốt nóng khối kim loại 1.4.2 Sấy nóng BXT dịng điện cao tần Hình 1.2 Sơ đồ ống thải lắp BXT 1- Acquy 12V; 2- Mạch biến tần; 3- Các vòng dây cảm ứng; 4BXT; 5- Ống thải Hình 1.9 thể sơ đồ bố trí BXT ống thải xe máy hệ thống sấy nóng lượng điện cao tần Dịng điện chiều từ acquy biến đổi thành dòng điện xoay chiều tần số cao nhờ mạch biến tần qua vòng dây quấn quanh lõi BXT có kết cấu kiểu thép phủ chất xúc tác Từ trường cao tần tạo thép dịng điện cảm ứng nhờ tác dụng từ thơng biến thiên Dịng điện đốt nóng trực tiếp thép nên q trình đốt nóng nhanh nhiệt sinh trực tiếp thép 1.5 Kết luận chương Hiệu xử lý BXT bị ảnh hưởng lớn nhiệt độ làm việc Trong giai đoạn khởi động lạnh chạy ấm máy động cơ, BXT chưa sấy đến nhiệt độ làm việc hiệu nên hàm lượng phát thải giai đoạn lớn Sấy nóng nhanh BXT giai đoạn khởi động lạnh chạy ấm máy biện pháp hữu hiệu để tăng hiệu BXT để giảm phát thải giai đoạn Phương pháp đốt nóng trực tiếp BXT xe máy dịng điện cao tần có tiềm lớn việc giảm phát thải giai đoạn khởi động lạnh, góp phần giảm phát thải chung xe Do đó, luận án nghiên cứu ảnh hưởng phương pháp sấy nóng đến hiệu chuyển đổi BXT giai đoạn khởi động lạnh chạy ấm máy để đưa chiến lược sấy nóng phù hợp CHƯƠNG TÍNH TỐN MƠ PHỎNG NHIỆT ĐỘNG HỌC VÀ PHÁT THẢI ĐỘNG CƠ XE MÁY 2.1 Giới thiệu Hình 2.1: Sơ đồ bố trí động - ống xả - hệ thống xúc tác Động mô động eSP 110 lắp xe Honda Lead Q trình mơ thực với chế độ hoạt động động bao gồm: - Chế độ không tải chuẩn 1730 v/p - Chế độ không tải nhanh 2500 v/p - Chế độ 10% tải 2500 v/p - Chế độ tồn tải 2.2 Mơ tả mơ hình Mơ hình phát triển dựa mơ hình hai vùng Ferguson [52] mở rộng để tính đến nhiều vùng khí đốt Qout Nắp máy Van nhiệt Qex Qhead h Qout Qliner Qfriction Qout Qpiston xylanh Pisto n Qrings Qskirt Két làm mát Qoil Qco Bơm dầu Bình chứa dầu, trục khuỷu truyền Qout Bơm nước Hình 2.2 Sơ đồ truyền nhiệt động 2.2.2 Mơ hình hóa phát thải ôxit nitơ từ động Tốc độ hình thành [NO] tính từ cơng thức:  [ NO]2 ( K [O2 ][ N ]) d [ NO ]  2k1 [O][ N ] dt  k1 [ NO ] (k2 [O2 ]  k3 [OH ]) 2.2.3 Mơ hình tính tốn phát thải HC động 2.2.3.1 Nguồn HC ban đầu a Nguồn HC từ hỗn hợp khơng khí - nhiên liệu: Lượng HC khơng cháy tính theo cơng thức sau: PcreVcre M gas PVcre M gas Vcre (2.74) m    gas crevice RTcre QTw vgas ( P, Tw ) b Nguồn HC từ nhiên liệu: 2.2.3.2 Sự ơxy hố HC phía sau màng lửa Tốc độ ơxy hố HC thực theo phương trình sau: d  HC  a b  E  (2.85)  C A  HC  O  exp  R dt    RT  2.2.4 Mơ hình tính tốn phát thải CO động Tốc độ phản ứng oxy tính theo cơng thức: d [CO]   k [CO][OH] dt (2.87) 2.3 Kết mô 2.3.1 Áp suất nhiệt độ khí thể xylanh 2.3.2 Nhiệt độ, lưu lượng lượng dịng khí thải b a c Hình 2.2 Nhiệt độ, lưu lượng lượng khí thải cửa thải động a Chế độ không tải chuẩn b Chế độ không tải nhanh c Chế độ 10% tải 2500v/p CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN MƠ PHỎNG HỆ THỐNG THẢI CĨ TRANG BỊ BXT ĐƯỢC SẤY NĨNG BẰNG DỊNG CAO TẦN 3.1 Giới thiệu Hình 3.1 Sơ đồ bố trí BXT đường thải xe máy 3.2 Mơ hình truyền nhiệt hệ thống thải 3.2.1 Truyền nhiệt ống thải Hình 3.2 Sơ đồ truyền nhiệt đường ống thải Phương trình lượng cho dịng khí thải có dạng sau: Tg Tg qgp (3.1) u  t x  g cgpV1 3.2.2 Truyền nhiệt từ bề mặt ống thải tới môi trường 3.2.2.1 Truyền nhiệt từ bề mặt ống thải tới mơi trường q trình đối lưu (3.15) qcva  hcva  d x.(Tp  Ta ) 3.2.2.2 Truyền nhiệt từ bề mặt ống thải tới môi trường trình xạ qrda   r  d2 (Tp4  Ta4 ).x (3.20) 3.3 Tính tốn sấy nóng BXT dịng điện cao tần Cơng suất tối thiểu mạch sấy nóng cao tần là: 11 𝑝𝑠ấ𝑦 = 𝑄𝑠ấ𝑦 𝑡.ɳ 9243 = 30.0,8 = 385 𝑤 Qua trình thực nghiệm thấy rằng, sử dụng mạch sấy nóng với cơng suất 400 w đảm bảo khả làm việc ắc quy 3.4 Mơ hình trung hịa khí thải BXT có sấy nóng dịng điện cao tần 3.4.1 Giới thiệu 3.4.2 Mô tả mô hình 3.4.2.1 Các phản ứng hóa học 3.4.2.2 Biểu thức động học phản ứng Các biểu thức động học phản ứng lấy từ nghiên cứu Voltz [76] Sabramanlam [79] 3.4.2.3 Cơ sở chuyển đổi xúc tác Qs Qcond Qg-in Dịng khí Q’cond Qg-out Qcv Qreac Qcond x en x Hình 3.3 Mơ hình truyền nhiệt lỗ tổ ong Q-dòng nhiệt, x- phân tố chiều dài lõi BXT 3.4.2.4 Tương quan trao đổi nhiệt trao đổi chất 3.4.2.5 Phương pháp giải mơ hình Hệ phương trình mơ tả bao gồm phương trình điều kiện biên để giải cho ẩn số c gv , C w , Tg, T s, Cgj Csj (j=1, 6) Phương pháp sai phân hữu hạn áp dụng để giải phương trình 3.5 Kết mơ Việc tính tốn thơng số nhiệt độ khí thải, xúc tác hàm lượng chất phát thải hiệu xử lý BXT theo mô hình tốn mơ tả thực phương pháp phần tử hữu hạn giải ngơn ngữ lập trình FORTRAN 12 3.5.1 Nhiệt độ khí thải BXT Hình 3.4 Phân bố nhiệt độ khí thải đường thải chế độ làm việc ổn định Từ hình 3.4 ta thấy, lựa chọn vị trí lắp BXT cách cửa thải 400 mm Vị trí vừa đảm bảo lượng khí thải chế độ không tải tải nhỏ không nhỏ sấy nóng BXT, vừa đảm bảo nhiệt độ khí thải chế độ tồn tải khơng q lớn (923K) a b d c Hình 3.5 Nhiệt độ khí thải đầu vào nhiệt độ BXT giai đoạn khởi động lạnh Qua đồ thị hình 3.5 ta nhận thấy phút sau khởi động lạnh, chế độ 10% tải nhiệt độ BXT đạt tới nhiệt độ làm việc 13 hiệu (3500C) chế độ không tải BXT không đạt đươc nhiệt độ làm việc hiệu a b Hình 3.6 Nhiệt độ lõi BXT chế độ không tải chuẩn với chiến lược sấy nóng khác a b Hình 3.7 Nhiệt độ lõi BXT chế độ không tải nhanh với chiến lược sấy nóng khác a b Hình 3.8 Nhiệt độ lõi BXT chế độ 10% tải với chiến lược sấy nóng khác Với chiến lược sấy 400W sấy 30 giây nhiệt độ lõi BXT chưa đạt nhiệt độ làm việc hiệu chế độ không tải, nhiên chế độ 10% tải nhiệt độ lõi BXT đạt nhiệt độ làm việc hiệu sau 25 giây khởi động lạnh 3.5.2 Hàm lượng chất độc hại phía trước sau BXT 14 Hình 3.12 Hàm lượng chất độc hại khí thải phía trước sau BXT chế độ khơng tải chuẩn Hình 3.14 Hàm lượng chất độc hại khí thải phía trước sau BXT chế độ khơng tải chuẩn b a Hình 3.9 So sánh hàm lượng phát thải CO, HC NOx chế độ làm việc ổn định a Phát thải CO chế độ ổn định b Phát thải HC chế độ ổn định c Phát thải NO chế độ ổn định c Hàm lượng phát thải độc hại giai đoạn khởi động lạnh chạy khơng tải lớn Hình 3.10 Hàm lượng chất độc hại khí thải phía trước sau BXT chế độ khơng tải chuẩn sấy 400W, 30 giây 15 Hình 3.11 Hàm lượng chất độc hại khí thải phía trước sau BXT chế độ 10% tải sấy 400W, 30 giây 3.5.2 Hiệu xử lý BXT a b Hình 3.12 Hiệu xử lý BXT chưa sấy nóng bổ sung a Chế độ khơng tải chuẩn b Chế độ không tải nhanh c Chế độ 10% tải c Hình 3.13 Hiệu trung hịa khí thải chế độ ổn định Hiệu xử lý BXT cao chế độ ổn định Tuy nhiên, 50 giây trình khởi động lạnh nhiệt độ BXT thấp, xúc tác khơng làm việc Do đó, cần có biện pháp sấy nóng BXT giai đoạn nhằm tăng hiệu xử lý giai đoạn khởi động lạnh chạy ấm máy 16 a b Hình 3.14 Hiệu trung hịa HC chế độ khơng tải chuẩn với chiến lược sấy nóng khác a b Hình 3.15 Hiệu trung hịa HC chế độ không tải nhanh với chiến lược sấy nóng khác a b Hình 3.16 Hiệu trung hòa HC chế độ 10% tải với chiến lược sấy nóng khác Hiệu trung hịa khí thải với chiến lược sấy 400W, 30 giây cao Ở chế độ khơng tải chuẩn, việc sấy nóng khơng mang lại hiệu q trình khởi động lạnh Ở chế độ khơng tải nhanh, sấy nóng BXT giúp hoạt động sau 115 giây kể từ khởi động lạnh Ở chế độ 10% tải, sấy nóng BXT giúp hoạt động sau 25 giây kể từ khởi động lạnh 17 3.6 Kết luận chương Đã xây dựng phát triển thành cơng mơ hình mô hệ thống thải xe máy Honda Lead trang bị BXT sấy nóng dịng điện cao tần để nghiên cứu hiệu BXT chế độ làm việc với kết luận sau: - Đã xác định vị trí hợp lý lắp BXT cách cửa thải 400 mm, đảm bảo tận dụng lượng dịng khí thải chế độ khơng tải tải nhỏ, đồng thời không bị tải nhiệt chế độ toàn tải; - Nhiệt độ BXT giai đoạn khởi động lạnh thấp, đặc biệt chế độ không tải chuẩn Ở tất chế độ, sau 50 giây từ khởi động lạnh, nhiệt độ BXT thấp, chưa đạt tới nhiệt độ làm việc; - Khi chưa sấy, chế độ không tải chuẩn sau 300 giây BXT chưa làm việc, chế độ không tải nhanh BXT làm việc sau 270 giây, chế độ 10% tải BXT làm việc sau 165 giây - Khi sấy nóng với cơng suất 400W, 30 giây chế độ không tải chuẩn sau 300 giây BXT chưa làm việc hiệu quả, chế độ không tải nhanh BXT làm việc hiệu sau 115 giây, chế độ 10% tải BXT làm việc hiệu sau 25 giây 18 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 4.1 Mục đích thí nghiệm - Đo tốc độ động chế độ khởi động lạnh chạy ấm máy để làm số liệu xây dựng hàm tốc độ chế độ chuyển tiếp cung cấp cho mơ hình động - Đo nhiệt độ hàm lượng chất độc hại cửa thải, trước sau BXT chế độ khác với chiến lược khác làm sở để đánh giá mức độ xác mơ hình mơ Đồng thời thông số sử dụng để hiệu chỉnh mơ hình mơ - Đo hàm làm lượng phát thải chất độc hại theo chu trình nhằm đánh giá hiệu phương án sấy nóng BXT dịng điện cao tần đến phát thải động 4.2 Trang thiết bị phục vụ thí nghiệm 4.3 Đối tượng, nhiên liệu chế độ thử 4.3.1 Đối tượng thử nghiệm Đối tượng thử nghiệm động lắp xe máy Honda Lead 110 hãng Honda Hình 4.1 Động 110 lắp xe Honda Lead 4.3.2 Nhiên liệu thử nghiệm Nhiên liệu xăng sử dụng cho thí nghiệm xăng A95 4.3.3 Chế độ thử nghiệm  Thử nghiệm với chế độ khởi động lạnh chạy ấm máy với trường hợp có sấy nóng khơng sấy nóng  Chạy theo chu trình thử ECE R40 với trường hợp có sấy khơng sấy 19 4.4 Sơ đồ bố trí thí nghiệm Hình 4.2 Sơ đồ khối bố trí xúc hệ thống sấy nóng đường thải động thử nghiệm Hình 4.3 Sơ đồ cấu tạo BXT có sấy nóng dịng điện cao tần lõi BXT, cảm biến nhiệt độ, cuộn dây, 4: lớp cách điện, cách nhiệt amiang, 5: lớp cách nhiệt sợi thủy tinh, 6: vỏ BXT 4.5 Kết thực nghiệm Hình 4.4 Tốc độ vòng quay động chế độ khởi động lạnh chạy ấm máy Tốc độ vòng quay động sử dụng làm thông số vào cho mơ hình nhiệt động học phát thải động Để thuận lợi 20 cho việc nhập liệu mơ hình tính tốn, số liệu tốc độ lập thành hàm số theo thời gian bảng 4.1 Miền định xác 0-20 giây 21-200 giây >200 giây Chế độ chạy ấm máy Không tải chuẩn 1730v/p n = 0.3853t - 15.247t + 193.75t + 842.77 Không tải nhanh 2500 v/p n = 0.6172t - 24.307t + 304.41t + 1080.7 10% tải, 2500 v/p 3 n = 0.5159t - 20.333t + 256.73t + 1064.2 n = -0.0032t + 0.9216t + 1660.1 n = -0.0037t + 1.6686t + 2338.1 n = -0.009t + 3.8034t + 2080.7 1730 2500 2500 Hình 4.5 Lưu lượng khí thải Hình 4.6 Phát thải chất độc hại thực nghiệm mô thực nghiệm mô chế độ không tải chuẩn chế độ không tải Các kết so sánh mô thực nghiệm nhiệt độ hàm lượng chất phát thải với sai lệch khơng q 7%, khẳng định mơ hình nhiệt động phát thải động chế độ khởi động lạnh đủ tin cậy Hình 4.7 Nhiệt độ khí thải mơ thực nghiệm cửa thải cửa vào BXT chế độ không tải nhanh 21 Các kết so sánh mơ thực nghiệm nhiệt độ khí thải cửa thải cửa vào BXT với sai lệch khơng q 6%, khẳng định mơ hình truyền nhiệt đủ tin cậy để sử dụng Hình 4.8 Nhiệt độ lõi BXT mô thực nghiệm khơng sấy chế độ khơng tải nhanh Hình 4.9 Hàm lượng HC trước sau BXT, mô thực nghiệm không sấy chế độ không tải nhanh Kết so sánh mô thực nghiệm nhiệt độ hàm lượng HC trước sau BXT với sai lệch khơng q 7%, khẳng định mơ hình mơ xúc tác BXT chế độ khởi động lạnh đủ tin cậy để sử dụng Hình 4.10 Nhiệt độ lõi BXT mơ Hình 4.4 Hàm lượng HC trước thực nghiệm sấy sau BXT, mô thực 400W, 30s chế độ không tải nghiệm khi sấy 400W, 30s nhanh chế độ không tải nhanh Các kết so sánh mô thực nghiệm nhiệt độ hàm lượng HC trước sau BXT có sấy 400W, 30 giây với sai lệch khơng q 7%, khẳng định mơ hình mơ xúc tác BXT sấy nóng chế độ khởi động lạnh đủ tin cậy 22 Hình 4.5 Hàm lượng phát thải độc hại động thử theo chu trình thử ECE R40, khởi động lạnh có sấy khơng sấy BXT Thử nghiệm theo chu trình ECE R40 có sấy khơng sấy, hàm lượng CO giảm 22.7%; hàm lượng HC giảm 26.1%; hàm lượng NOx giảm 4.2% 4.6 Kết luận chương - Đã chế tạo đánh giá hệ thống sấy nóng xúc tác ba thành phần dịng cao tần lắp động xe máy giúp rút ngắn thời gian làm nóng lõi xúc tác, nâng cao hiệu suất chuyển đổi, giảm phát thải xe máy giai đoạn khởi động lạnh chạy ấm máy - Sấy nóng BXT với cơng suất sấy 400W 30 giây biện pháp hiệu để tăng hiệu BXT chế độ không tải nhanh trở đi; - Hiệu giảm CO HC đáng kể cho chu trình thử, hàm lượng CO giảm 22.7%; hàm lượng HC giảm 26.1% - Sấy nóng BXT có hiệu giảm phát thải không đáng kể chế độ không tải chuẩn KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận - Đề tài xây dựng phát triển thành cơng mơ hình nhiệt động hình thành phát thải động cơ, mơ hình truyền nhiệt đường thải mơ hình xúc tác ba thành phần động xe máy sấy nóng nhanh chế độ khởi động lạnh chạy ấm máy Các mơ hình hiệu chỉnh với số liệu thực nghiệm đảm bảo độ tin cậy để tính tốn - Đã tính tốn mơ lượng nhiệt khí thải hàm lượng phát thải chất độc hại giai đoạn khởi động lạnh chạy ấm máy Hàm lượng chất độc hại giai đoạn 23 lớn, đặc biệt 50 giây đầu kể từ lúc khởi động lạnh nhiệt độ lưu lượng khí thải cửa thải thấp, khơng đủ để sấy nóng nhanh BXT tới nhiệt độ làm việc - Đã tính tốn phân bố nhiệt độ khí thải dọc theo đường thải trình trao đổi nhiệt phản ứng xúc tác BXT trường hợp khơng sấy có sấy nóng BXT Theo đó, tính tốn hàm lượng chất độc hại phía sau BXT hiệu xử lý BXT Trong 50 giây trình khởi động lạnh chạy ấm máy, hiệu xử lý BXT không sấy nóng gần khơng, hàm lượng chất độc hại gần không thay đổi thời gian - Đã đưa phương pháp chiến lược sấy nóng BXT hợp lý dịng điện cao tần để nâng cao hiệu xử lý BXT Theo đó, BXT sấy nóng dịng cao tần với cơng suất sấy nóng 400W thời gian sấy nóng 30 giây sau khởi động động Hiệu phương án lớn với chế độ không tải nhanh 10% tải Ở chế độ 10% tải, tốc độ 2500 v/p có sấy nóng, BXT làm việc hiệu từ giây thứ 25 trình chạy ấm máy so với giây thứ 160 không sấy nóng, làm hàm lượng CO, HC NOx giảm mạnh - Đã chế tạo đánh giá hệ thống sấy nóng xúc tác ba thành phần dòng cao tần lắp động xe máy giúp rút ngắn thời gian làm nóng lõi xúc tác, nâng cao hiệu suất chuyển đổi, giảm phát thải xe máy giai đoạn khởi động lạnh chạy ấm máy Hiệu giảm CO HC đáng kể cho chu trình thử, hàm lượng CO giảm 22.7%; hàm lượng HC giảm 26.1% - Bản luận án đạt mục tiêu đặt ra; hiệu phương án sấy nóng xúc tác giai đoạn khởi động lạnh chạy ấm máy mở hướng nghiên cứu nhằm giảm phát thải độc hại từ xe máy sản xuất Việt Nam Hướng phát triển: Nghiên cứu ứng dụng sấy nóng BXT dịng điện cao tần trang bị cho xe máy sản xuất Việt Nam, nhằm giảm phát thải độc hại từ xe máy 24 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Hồng Đình Long, Nguyễn Kim Kỳ, (2015), Nghiên cứu hiệu xúc tác xe máy giai đoạn khởi động lạnh chạy ấm máy, Tạp chí khoa học cơng nghệ số 27/2015, Tr 46÷50 Nguyễn Kim Kỳ, Hồng Đình Long, (2015), Nghiên cứu trường nhiệt độ khí thải đường ống thải động xe máy cỡ nhỏ chế độ không tải tồn tải, tạp chí khí việt nam số đặc biệt tháng 9/2016 Tr 108÷111 Nguyễn Kim Kỳ, Hồng Đình Long, (2020), Nghiên cứu việc ảnh hưởng việc sấy nóng xúc tác khí thải xe máy đến hiệu xử lý khí thải giai đoạn khởi động lạnh chạy ấm máy, Tạp chí khí Việt Nam số đặc biệt tháng 10/ 2020, T284÷290 Hồng Đình Long, Nguyễn Kim Kỳ, (2021), Nghiên cứu thực nghiệm sấy nóng xúc tác khí thải xe máy dòng điện cao tần để giảm phát thải độc hại giai đoạn khởi động lạnh chạy ấm máy, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 5/2021, ISSN 2615-9910 Hồng Đình Long, Nguyễn Kim Kỳ, Đinh Xuân Thành, (2021), Ảnh hưởng chiến lược sấy nóng đến nhiệt độ làm việc hiệu xúc tác chuyển đổi khí thải xe máy, Tạp chí KH&CN Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, số 3, Tập 57, tháng 6/2021, ISSN 1859-3585 ... khởi động lạnh chạy ấm máy từ giảm phát thải nhiễm giai đoạn Chính vậy, việc chọn thực đề tài ? ?Nghiên cứu giảm phát thải độc hại xe máy phương pháp sấy nóng xử lý khí thải? ?? cần thiết có ý nghĩa... đích nghiên cứu đề tài Đưa giải pháp sấy nóng nhanh BXT xe máy chế độ khởi động lạnh chạy ấm máy để tăng hiệu xử lý khí thải BXT để giảm phát thải độc hại xe máy ii Đối tượng phạm vi nghiên cứu. .. luận hướng phát triển CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1.1 Vấn đề phát thải độc hại xe máy 1.1.1 Các thành phần phát thải độc hại xe máy Khí thải động đốt ln có chứa hàm lượng đáng kể chất độc hại oxit