1.2.3 Vấn đề còn tồn tại
Đối với cơng nghệ Plasma phi nhiệt đã có nhiều đề tài và cơng trình nghiên cứu và ứng dụng thành công trên thế giới cũng nhƣ trong nƣớc. Nhƣng đối mặt với tình hình khơng khí ngày càng bị ơ nhiễm nghiêm trọng do lƣợng khí xả từ các ngành cơng nghiệp rất lớn. Trong đó lƣợng khí xả từ hoạt động giao thơng vận tải chiếm một phần rất lớn. Không những vậy, số lƣợng phƣơng tiện giao thơng trên tồn cầu cũng nhƣ ở nƣớc ta ngày càng gia tăng mạnh mẽ. Và việc ứng dụng công nghệ
12
Plasma phi nhiệt để giảm nồng độ khí thải độc hại cho các phƣơng tiện giao thơng cịn khá mới mẻ.
Bên cạnh đó, để ứng dụng đƣợc cơng nghệ Plasma phi nhiệt trên những xe ô tơ địi hỏi cần phải có sự tƣơng thích nhất định về mặt kỹ thuật cũng nhƣ thiết kế. Hệ thống xử lý khí xả bằng cơng nghệ Plasma phi nhiệt cần một nguồn điện áp khá cao (vài chục kW ) để hoạt động. Và nếu hệ thống này hoạt động liên tục trên ô tô, việc cung cấp điện năng cho nó trở nên rất khó khăn. Chính vì vậy, việc thiết kế một cơ cấu điều khiển cƣờng độ xử lý cũng nhƣ điều chỉnh đóng ngắt hệ thống cho phù hợp với nồng độ khí xả ở từng thời điểm là hết sức quan trọng. Phƣơng pháp này giúp tiết kiệm điện năng và tƣơng thích với khả năng cung cấp điện năng của ô tô. Và đề
tài “Nghiên cứu thiết kế mạch điều khiển cho hệ thống xử lý khí thải trên ơ tơ
bằng công nghệ Plasma phi nhiệt” sẽ giải quyết bài tốn tƣơng thích hóa hệ thống
này trên một chiếc ô tô.
Đề tài dựa trên nên tảng là mơ hình xử lý khí thải bằng công nghệ Plasma phi nhiệt của tác giả Đinh Văn Nghĩa dƣới sự hƣớng dẫn của PGS TS. Đỗ Văn Dũng và TS. Trần Ngọc Đảm. Với lý thuyết về sự hình thành các chất độc hại có trong khí thải, lý thuyết về cơng nghệ Plasma phi nhiệt mà tác giả Đinh Văn Nghĩa đã nêu ra (mục 2.1, 2.2, 2.4.3) kết hợp với mơ hình thực nghiệm xử lý khí thải bằng công nghệ Plasma phi nhiệt (mục 3.1.2), đề tài sẽ tiếp tục nghiên cứu về lý thuyết điều khiển và thiết kế mạch điều khiển cho bộ xử lý khí thải. Và sau đó, đề tài sẽ trình bài quá trình thực nghiệm để đánh giá kết quả sau khi thiết kế mạch điều khiển cho bộ xử lý khí thải.
1.3 Mục tiêu và đối tƣợng nghiên cứu 1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu 1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu phƣơng pháp xử lý khí thải bằng buồng plasma đƣợc điều khiển dựa trên tín hiệu của cảm biến oxy.
1.3.2 Đối tƣợng nghiên cứu
13
1.4 Phạm vi nghiên cứu
Xử lý khí thải động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu xăng và Diesel nhằm đảm bảo hàm lƣợng các chất độc hại có trong khí thải trƣớc khi thải vào môi trƣờng phải nhỏ hơn giới hạn cho phép đã đƣợc quy định trong các điều luật.
1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết về: công nghệ plasma, thành phần các chất độc hại trong khí thải ơ tơ, các phƣơng pháp xử lý khí thải trƣớc đây và xử lý khí thải bằng cơng nghệ plasma.
Nghiên cứu thực nghiệm: kiểm nghiệm khả năng xử lý khí thải bằng cơng nghệ plasma và qua đó, đánh giá hiệu quả của phƣơng pháp này.
1.6 Kết luận
Nội dung chƣơng 1 đã giới thiệu một số đề tài ứng dụng công nghệ plasma để xử lý khí thải trên tàu thuỷ, ô tô cũng nhƣ xử lý nƣớc thải. Điều đó cho thấy giới nghiên cứu đã khai thác công nghệ này để giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trƣờng ngày càng phổ biến.
Mục tiêu của đề tài là thiết kế buồng tạo plasma xử lý khí thải ơ tơ, và buồng tạo plasma này đƣợc điều khiển bởi vi điều khiển với tín hiệu đầu vào là tín hiệu điện áp từ cảm biến oxy. Để thực hiện mục tiêu này, học viên hƣớng tới việc nghiên cứu phƣơng pháp tạo ra plasma và thiết kế mạch điều khiển cho hệ thống này.
Bên cạnh đó, chúng ta cũng cần nêu ra những tác hại từ thành phần các chất độc hại có trong khí xả nhƣ HC, CO, NOX, SOX… cũng nhƣ giới thiệu về công nghệ
14
Chƣơng 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Khí thải hình thành từ động cơ đốt trong 2.1.1 Động cơ đốt trong 2.1.1 Động cơ đốt trong
Động cơ đốt trong ( Internal Combustion Engine ) đƣợc xem là trái tim của ơ tơ vì nó là nguồn động lực chính đễ dẫn động cho các phƣơng tiện giao thông vận tải. Động cơ đốt trong là một loại động cơ nhiệt với quá trình đốt cháy nhiên liệu đƣợc trộn lẫn với khơng khí và chuyển biến nhiệt năng thành cơ năng đƣợc thực hiện bên trong xy-lanh động cơ.
2.1.2 Thành phần các chất có trong khí thải động cơ và ảnh hƣởng của chúng đối với sức khỏe con ngƣời và môi trƣờng [17] đối với sức khỏe con ngƣời và môi trƣờng [17]
2.1.2.1 Thành phần các chất có trong khí thải từ động cơ
Quá trình cháy trong động cơ đốt trong là q trình oxi-hóa nhiên liệu, giải phóng nhiệt năng diễn ra bên trong xylanh động cơ. Theo những cơ chế hết sức phức tạp và chịu nhiều ảnh hƣởng. Trong quá trình cháy sẽ sinh ra hợp chất trung gian. Sản phẩm cuối cùng của quá trình cháy gọi là sản phẩm cháy. Theo nguyên lý, quá trình cháy lý tƣởng của hỗn hợp hydrocarbure với khơng khí chỉ sinh ra CO2, H2O và N2. Tuy nhiên, do tính chất phức tạp của các hiện tƣợng diễn ra bên trong quá trình cháy nên trong khí xả động cơ đốt trong ln có chứa một hàm lƣợng đáng kể những chất độc hại nhƣ oxyde nito (NO, NO2, N2O, gọi chung là NOx), monoxyde carbon (CO), các hydrocarbure chƣa cháy (HC) và các hạt rắn, đặc biệt là bồ hóng.
15
Bảng 2.1 Bảng thống kê các chất có trong khí thải của động cơ
Chất thải Nguyên nhân sản sinh
CO2 Sản phẩm của quá trình cháy nhiên liệu N2 Sản phẩm của quá trình cháy nhiên liệu
NOx(Oxyde Nito) Hình thành do sự kết hợp giữa oxy và nito ở nhiệt độ cao.
CO (Carbon monoxyde)
Sinh ra do sự cháy thiếu oxy; Q trình cháy khơng hồn tồn.
SO2, SO3, H2SO4
Do trong thiên nhiên tồn tại lƣu huỳnh và bị oxy hóa trong q trình cháy sinh ra hơi nƣớc
CnHm(các hydrocarbure chƣa cháy hết)
Do quá trình cháy khơng hồn tồn, hoặc hiện tƣợng cháy không bình thƣờng, do nguồn gốc nhiên liệu chứa nhiều phân tử nặng
Những hạt chì nhỏ Do trong dầu thơ có nhiễm chì Chất thải dạng hạt (PM)
(Bồ hóng) Là các muội than ngậm các hạt bụi dầu chƣa cháy kịp
2.1.2.2 Cơ chế hình thành các chất độc hại trong khí thải [18]
Do khác nhau về nhiên liệu, quá trình hình thành hỗn hợp và quá trình cháy nên tỉ lệ các chất độc hại có trong khí thải động cơ xăng và động cơ Diesel cũng khác nhau.
a. Đối với động cơ xăng
16
khí thải động cơ xăng theo chu trình thử đặc trƣng của châu Âu.