Hình 3.20 Buồng Plasma lúc khơng hoạt động
Khi hỗn hợp hịa khí giàu ( λ < 1), lúc này khí thải sinh ra nhiều HC, CO và rất ít NOx. Mạch sẽ điều khiển buồng plasma hoạt động với cƣờng độ cao nhất để xử lý. Và trên màn hình hiển thị chỉ số X khoảng 80% (tƣơng đƣơng λ <1) và chỉ số DK tƣơng ứng là 8 (điện áp cung cấp cho mạch điều khiển là từ 80 đến 100V).
Hình 3.21 Màn hình hiển thị khi λ < 1
Hình 3.22 Buồng Plasma lúc hoạt động ở cƣờng độ cao
Khi hỗn hợp hịa khí nghèo (λ > 1), lúc này, lƣợng HC tăng, CO và NOx giảm. Mạch sẽ điều khiển buồng plasma hoạt động với cƣờng độ thấp hơn để xử lý HC. Và trên màn hình hiển thị chỉ số X khoảng 30% (tƣơng đƣơng λ >1) và chỉ số DK tƣơng ứng là 3 (điện áp cung cấp cho mạch điều khiển là từ 30 đến 50V ).
Hình 3.23 Màn hình hiển thị khi λ > 1
3.3 Thiết bị đo khí xả động cơ xăng Airrex HG540
Thiết bị đo khí xả động cơ xăng đề tài tiến hành thực nghiệm là thiết bị đo khí thải Airrex HG540 của hãng Hephzibah sản xuất tại Hàn Quốc.
Hình 3.25 Máy đo khí xả động cơ xăng HG 540 [29]
Nguyên lý đo:
Nguyên lý hoạt động của thiết bị dựa trên hiện tƣợng hấp thụ tia hồng ngoại của các thành phần có trong khí xả của động cơ xăng.
Hình 3.26 Ngun lý đo của máy đo khí xả động cơ xăng HG 540
Do đặc tính các phân tử tạo bởi những nguyên tử giống nhau (nhƣ H2, O2, hay N2) không gây ra sự hấp thụ đối với các tia hồng ngoại. Ngƣợc lại với những phân tử cấu tạo bởi nhiều loại nguyên tử là khác nhau (nhƣ HC, CO, NOx) sẽ hấp thụ tia hồng ngoại và cho màu sắc khác nhau, thể hiện trên quang phổ.
Mẫu khí xả cần kiểm tra đƣợc lấy từ ống xả ô tơ thơng qua đầu lấy mẫu. Khí xả sẽ đƣợc tách hơi nƣớc và đƣa vào buồng đo. Buồng đo là một ống tròn dài, hai đầu đƣợc lắp bộ phát và bộ thu tia hồng ngoại. Phụ thuộc vào khả năng hấp thụ tia hồng ngoại của từng loại khí, khi đi qua buồng đo các tia này sẽ bị thay đổi về bƣớc sóng thể hiện qua quang phổ nhận đƣợc trên đầu thu. Thơng qua quang phổ, thiết bị phân tích sẽ tính tốn đƣợc tỉ lệ các chất có trong lƣợng khí xả đó và hiển thị số liệu lên màn hình.
Chƣơng 4
THỰC NGHIỆM XỬ LÝ KHÍ THẢI TRÊN ĐỘNG CƠ Ơ TƠ
4.1 Địa điểm, đối tƣợng thí nghiệm, dụng cụ và các bƣớc tiến hành
Q trình kiểm tra khí xả đƣợc tiến hành tại Trƣờng Cao đẳng nghề Giao thông vận tải Trung ƣơng III. Địa chỉ 73 Văn Cao, Phú Thọ Hoà, Tân Phú, thành phố Hồ
Chí Minh.
Khi tiến hành đo đạc ta sẽ thực hiện trên hai dòng xe: Toyota Vios 2012 và Honda Civic 2006. Ở hai dịng xe này, ta sẽ có đƣợc hai chỉ số λ khác nhau, từ đó ta
sẽ có đƣợc các chỉ số nồng độ khí thải khác nhau. Và sau đó, dựa vào mức độ của nồng độ khí thải, ta sẽ cho bộ sử lý khí thải hoạt động dựa theo tín hiệu điều khiển của mạch điều khiển.
Quá trình đo đạc đƣợc thực hiện ba bƣớc. Bƣớc thứ nhất đƣợc đo nồng độ khí thải theo phƣơng pháp thơng thƣờng. Tại bƣớc này, ta thực hiện đo khí thải khi động cơ có số vịng quay khơng tải nhỏ nhất theo qui định TCVN 2604:1996 (ISO 3929 – 1995).
Bƣớc thứ hai khí thải đƣợc xử lý bằng bộ xử lý khí thải bằng cơng nghệ Plasma phi nhiệt, bƣớc thứ ba ta lấy tín hiệu từ cảm biến Oxy để cấp tín hiệu đầu vào cho mạch điều khiển và mạch điều khiển sẻ điều chỉnh điện áp. Và tại bƣớc thứ hai, ta thực hiện ba lần thử nghiệm để tìm ra kết quả trung bình để đánh giá đƣợc mức độ ổn định của hệ thống xử lý khí thải. Bộ xử lý khí thải đƣợc hoạt động dựa theo tín hiệu đầu vào từ cảm biến Oxy và xử dụng nguồn cấp 110V.
Hình 4.2 Đo nồng độ khí thải khi đã đƣợc xử lý bằng cơng nghệ plasma phi nhiệt
Hình 4.3 Đo nồng độ khí thải khi đã đƣợc xử lý bằng cơng nghệ plasma phi nhiệt
có mạch điều khiển lấy tính hiệu từ cảm biến Oxy
4.2 Trên xe Toyota Vios 2012
Khi tiến hành đo khí xả, nhƣ đã giới thiệu ở mục 3.3.1, ta thực hiện qua ba bƣớc: đo theo phƣơng pháp thông thƣờng và đo khi đã đƣợc xử lý khí thải. Ở bƣớc thứ nhất (tạm gọi trƣớc xử lý) là đo khí thải bằng thiết bị đo AiRREX HG 540 và ghi lại kết quả đo. Bƣớc thứ hai (tạm gọi đã xử lý), ta tiến hành đo nhƣng khơng lấy tín hiệu từ cảm biến Oxy, đồng thời lấy thẳng nguồn 110 V để cấp cho buồng Plasma. Và bây giờ, bộ Plasma sẽ hoạt động ở trạng thái tĩnh, cƣờng độ xử lý khí thải sẽ luôn cao cho dù nồng độ các chất HC và CO khơng cao. Sau đó, chúng ta cũng ghi lại kết quả đo.
Hình 4.4 Tiến hành đo khí thải trên xe Toyota Vios
Hình 4.6 Kết quả đo đƣợc trƣớc khi xử lý trên xe Vios
Hình 4.7 Kết quả đo sau khi xử lý trên xe Vios
Bƣớc thứ ba (tạm gọi xử lý có lấy tín hiệu từ cảm biến Oxy), ta tiến hành đo tƣơng tự nhƣng gắn thêm bộ xử lý khí thải Plasma vào. Đồng thời, ta tiến hành lấy tín hiệu từ cảm biến Oxy ra để làm tín hiệu đầu vào cho mạch điều khiển hệ thống xử lý khí thải. Đối với thiệt bị đo khí thải AiRREX HG 540 này có hiển thị chỉ số λ nên ta có thể dễ dàng điều chỉnh điện áp ra cho buồng Plasma bằng cách chỉnh núm xoay ( theo mục 3.3.2) và lƣu lại giá trị λ mà tại đó các chất trong khí xả cần đƣợc xử lý ở cƣờng độ cao. Và khi thực hiện đo những lần tiếp theo của bƣớc đo này, vi điều khiển sẽ tự nhớ giá trị λ đã đƣợc học ở lần thứ nhất, sau đó nó sẽ tự động tăng điện áp ra để tăng cƣờng độ xử lý khí thải ở tại giá trị λ đó.
Hình 4.8 Kết quả đo đƣợc sau khi xử lý bằng bộ xử lý khí thải Plasma có mạch điều
khiển trên xe Vios
Bảng 4.1 Kết quả đo khí thải trƣớc và sau khi xử lý trên xe Toyota Vios
Trƣớc xử lý Đã xử lý Xử lý có lấy tín hiệu từ cảm biến Oxy CO % (vol.) 0.46 0.039 0.034 CO2 % (vol.) 2.4 0.21 0.19 HC (PPM) 148 40 35 NOX (PPM) 1.0 0.7 0.7
4.3 Trên xe Honda Civic 2006
Tƣơng tự nhƣ cách thực nghiệm trên xe Vios, ta tiếp tục tiến hành trên dòng xe Honda Civic 2006. Khác với kết quả trên, ở lần thực nghiệm này, kết quả hiện thị trên máy đo khí xả giá trị λ lần này bé hơn 1. Đây cũng là một trong hai trƣờng hợp cần đƣợc xử lý khí thải bằng hệ thống xử lý Plasma phi nhiệt ( theo mục 3.3.1 ).
Hình 4.9 Tiến hành đo khí thải trên xe Honda Civic
Hình 4.10 Lấy tín hiệu từ cảm biến Oxy trên xe Honda Civic
Hình 4.11 Kết quả đo đƣợc trƣớc khi xử lý trên xe Civic
Hình 4.12 Kết quả đo đƣợc sau khi xử lý trên xe Civic
Hình 4.13 Kết quả đo đƣợc sau khi xử lý bằng bộ xử lý khí thải Plasma có mạch
Bảng 4.2 Kết quả đo khí thải trƣớc và sau khi xử lý trên xe Honda Civic Trƣớc xử lý Đã xử lý Xử lý có lấy tín hiệu Trƣớc xử lý Đã xử lý Xử lý có lấy tín hiệu từ cảm biến Oxy CO % (vol.) 0.49 0.094 0.084 CO2 % (vol.) 2.8 0.59 0.56 HC (PPM) 154 95 64 NOX (PPM) 1.7 1.0 1.1
4.4 So sánh đối chiếu kết quả
4.4.1 Đối với thí nghiệm trên xe Toyota Vios 2012
Từ các số liệu ghi nhận của việc đo đạc nồng đồ khí thải của xe Toyota Vios trƣớc và sau khi xử lý bằng công nghệ Plasma phi nhiệt ta thấy đƣợc việc xử lý này khá hiệu quả. Từ kết quả đo đã qua xử lý, ta thấy đƣợc việc lấy tín hiệu cảm biến Oxy để làm tín hiệu đầu vào cho mạch điều khiển bộ xử lý khí thải Plasma tối ƣu hơn so với khi chƣa lắp mạch điều khiển bộ xử lý khí thải. Cụ thể là nồng độ CO giảm 12,8%, nồng độ HC giảm 12,5%, nồng độ NOX không thay đổi. Tuy nồng độ các chất trong khí xả của xe Toyota Vios 2012 trƣớc khi xử lý vẫn nằm trong mức độ cho phép, nhƣng nếu nồng độ thành phần các chất này giảm đáng kể khi đã qua xử lý sẽ làm giảm ô nhiễm môi trƣờng không khí rất đáng kể. Cho nên, đây cũng lã giải pháp hiệu quả để góp phần giảm thiểu ơ nhiễm từ khí thải ơ tơ.
Hình 4.14 Đồ thị kết quả xử lý các chất CO, CO2, NOX, trên xe Vios
4.4.2 Đối với thí nghiệm trên xe Honda Civic 2006
Tƣơng tự trên dòng xe Honda Civic, việc lấy tín hiệu cảm biến Oxy để làm tín hiệu đầu vào cho mạch điều khiển bộ xử lý khí thải Plasma tối ƣu hơn so với khi chƣa lắp mạch điều khiển: nồng độ khí CO giảm 10,6%, nồng độ HC giảm 32,6% và nồng độ NOX khơng giảm.
Hình 4.16 Đồ thị kết quả xử lý các chất CO, CO2, NOX, trên xe Civic
4.4.3 Đánh giá chung
Dựa vào kết quả đo đạc trên hai dịng xe, việc lấy tín hiệu cảm biến Oxy để làm tín hiệu đầu vào cho mạch điều khiển bộ xử lý khí thải Plasma tối ƣu hơn so với khi chƣa lắp mạch điều khiển. Và bộ xử lý Plasma xử lý rất tốt khí CO, HC, đây là hai loại khí cần đƣợc xử lý khi chỉ số λ của mỗi động cơ hoạt động ở trạng thái khác 1. Đối với khí NOX thì bộ xử lý khí thải chỉ làm giảm đƣợc nồng độ ở mức tƣơng đối thấp. Tuy nhiên, trên mỗi động cơ đốt trong của các dịng xe ơ tơ hiện nay đều có trang bị bộ chuyển đổi xúc tác. Bộ chuyển đổi xúc tác hầu nhƣ xử lý rất tốt khí NOX khi động cơ hoạt động ở trạng thái với chỉ số λ bằng 1. Và cũng chính vì vậy, việc kết hợp giữa bộ chuyển đổi xúc tác và bộ xử lý khí thải bằng cơng nghệ Plasma hoạt động dựa vào tín hiệu đầu vào là cảm biến Oxy là giải pháp tốt nhất để xử lý khí thải.
4.5 Xây dựng một số bài thực hành xử lý khí thải
Bài 1: ĐO NỒNG ĐỘ KHÍ THẢI
Mục tiêu và yêu cầu:
1. Mục tiêu:
Sau khi thực hành xong, cung cấp cho học viên:
+ Nắm thành phần khí xả động cơ, những qui định về khí thải động cơ. + Nắm qui trình đo khí thải, các thao tác thực hiện đo khí thải.
+ Phân tích đƣợc kết quả đo, đánh giá đƣợc trình trạng hoạt động của động cơ. 2. Yêu cầu:
+ Thực hiện đƣợc thao tác đo khí thải.
+ Sử dụng đƣợc máy đo nồng độ khí thải, hiểu đƣợc các chỉ số nồng độ các chất HC, CO và NOx.
+ Phân tích trạng thái hoạt động của động cơ dựa vào chỉ số nồng độ các chất HC, CO và NOx.
Đồ dùng trang thiết bị:
Thao tác thực hiện:
Bƣớc 1: Bậc công tắc nguồn sang ON, và chờ cho hệ thống bên trong nóng lên.
Bƣớc 2: Gắn ống dẫn khí xả (Drobe) vào ống pô, khởi động động cơ và để động cơ hoạt động ổn định.
Bƣớc 3: Nhấn MEASURE để máy máy bắt đầu đo, đợi kết quả ổn định và đọc giá trị, có thể nhấn nút PRINT để in các giá trị ra giấy.
Bƣớc 4: Tháo ống dẫn khí xả (Drobe) khỏi ống pơ nếu khơng đo nữa, và nhất nút PURGE để reset các giá trị về 0.
Đánh giá tình trạng hoạt động của động cơ dựa vào thông số đo đƣợc.
Bài 2: XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG BỘ XỬ LÝ PLASMA
Mục tiêu và yêu cầu:
1. Mục tiêu:
Sau khi thực hành xong, cung cấp cho học viên: + Nắm đƣợc cách thức xử lý khí thải.
+ Phân tích đƣợc kết quả đo, đánh giá hiệu quả của q trình xử lý khí thải dựa vào kết quả đo đƣợc.
2. Yêu cầu:
+ Thực hiện đƣợc thao tác xử lý và đo khí thải.
+ Sử dụng đƣợc máy đo nồng độ khí thải kết hợp bộ xử lý khí thải bằng công nghệ Plasma, hiểu đƣợc các chỉ số nồng độ các chất HC, CO và NOx.
+ Dựa vào chỉ số nồng độ các chất HC, CO và NOx sau khi xử lý để tính độ hiệu quả bằng số cụ thể.
Đồ dùng trang thiết bị:
Bộ xử lý khí thải Plasma, máy đo nồng độ khí thải, đƣờng ống dẫn khí thải từ ống bơ vào máy đo, xe ô tô.
Thao tác thực hiện:
Bƣớc 1: Bậc cơng tắc nguồn máy đo khí xả sang ON.
Bƣớc 2: Gắn ống dẫn khí xả (Drobe) vào ống pơ, từ ống nối vào bộ xử lý Plasma, và từ bộ Plasma nối với máy đo khí xả.
Bƣớc 3: Khởi động động cơ và để động cơ hoạt động ổn định, bậc nút ON của bộ xử lý khí xả và chỉnh cƣờng độ xử lý cao nhất.
Bƣớc 4: Nhấn MEASURE để máy máy bắt đầu đo, đợi kết quả ổn định và đọc giá trị, có thể nhấn nút PRINT để in các giá trị ra giấy.
Bƣớc 5: Đánh giá kết quả đọc đƣợc so với cách đo khơng dùng bộ xử lý khí thải, tính độ giảm theo tỉ lệ phần trăm để đánh giá cụ thể.
Kết thúc:
Tính độ giảm nồng độ các chất theo tỉ lệ phần trăm để đánh giá cụ thể hiệu quả của bộ xử lý khí thải bằng công nghệ Plasma phi nhiệt.
Bài 3: XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG BỘ XỬ LÝ PLASMA CÓ SỬ DỤNG
TÍN HIỆU CẢM BIẾN OXY Mục tiêu và yêu cầu:
1. Mục tiêu:
Sau khi thực hành xong, cung cấp cho học viên: + Nắm đƣợc cách thức xử lý khí thải.
+ Nắm đƣợc nguyên lý làm việc của mạch điều kiển bộ xử lý khí thải.
+ Phân tích đƣợc kết quả đo, đánh giá hiệu quả của q trình xử lý khí thải dựa vào kết quả đo đƣợc.
2. Yêu cầu:
+ Lấy tín hiệu từ cảm biến Oxy.
+ Sử dụng đƣợc máy đo nồng độ khí thải kết hợp bộ xử lý khí thải bằng công nghệ Plasma, hiểu đƣợc các chỉ số nồng độ các chất HC, CO và NOx.
+ Dựa vào chỉ số nồng độ các chất HC, CO và NOx sau khi xử lý để tính độ hiệu quả bằng số cụ thể.
Đồ dùng trang thiết bị:
Bộ xử lý khí thải Plasma có gắn mạch điều khiển, dây điện lấy tín hiệu cảm biến Oxy về mạch, máy đo nồng độ khí thải, đƣờng ống dẫn khí thải từ ống pơ vào máy đo, xe ô tô.
Thao tác thực hiện:
Bƣớc 1: Bậc cơng tắc nguồn máy đo khí xả sang ON.
Bƣớc 2: Gắn ống dẫn khí xả ( Drobe ) vào ống pô, từ ống nối vào bộ xử lý Plasma, và từ bộ Plasma nối với máy đo khí xả.
Bƣớc 3: Nối hai dây ( tín hiệu và E1 ) về mạch điều khiển.
Bƣớc 4: Khởi động động cơ và để động cơ hoạt động ổn định
Bƣớc 5: Quan sát các chỉ số trên bộ xử lý khí thải, đợi đến khi ổn định thì bậc nút ON của bộ xử lý khí xả.
Bƣớc 6: Sau đó vặn nút xoay ở mạch điều khiển để điều chỉnh áp cho buồng Plasma cao nhất.
Bƣớc 7: Nhấn nút xoay để vi điều khiển nhớ đƣợc giá trị λ từ tín hiệu cảm biến Oxy thơng qua tính tốn.
Bƣớc 8: Đọc các giá trị lúc này và so sánh với lúc chƣa xử lý và sử lý khơng có mạch điều khiển.
Kết thúc:
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
Qua nội dung của đề tài, học viên đã nghiên cứu lý thuyết về công nghệ Plasma