45
Với nguồn cao áp đƣợc đặt lên các điện cực đủ lớn (9 ÷ 12 kVrms) sẽ xảy ra q trình phóng tia lửa điện trong khơng khí. Đây là phƣơng pháp đơn giản và tin cậy nhất để tạo ra đƣợc plasma. Plasma đƣợc tạo thành khi chỉ có vài phần trăm chất khí bị ion hóa. Do đó, chỉ có các điện tử là mang nhiệt độ rất cao trong khi các phân tử cịn lại có nhiệt độ xấp xỉ nhiệt độ môi trƣờng. Nhƣ trong chƣơng hai đã phân tích rõ ở trên, trong vùng plasma xảy ra đồng thời các q trình ion hóa, phân ly và kích thích phân tử, tạo ra các phân tử có thời gian tồn tại ngắn ngủi, dễ dàng tham gia các phản ứng hóa học. Nhƣ vậy hoạt hóa các chuyển biến hóa học trong vùng ion hóa gắn liền với các va chạm không đàn hồi các phân tử khơng khí. Sau các phản ứng hóa học tạo ra nhiều thành phần mới. Các dạng va chạm chủ yếu giữa các điện tử với phân tử và nguyên tử bao gồm:
Va đập khơng đàn hồi thiết lập trạng thái điện tử kích thích.
*
e A e A
Phân ly phân tử bởi va đập điện tử.
eAB e A B
Thiết lập trạng thái kích thích dao động.
1 2
( ) ( )
eAB v e AB v
Trong đó: v1,v2 - là hằng số lƣợng tử dao động của phân tử.
Phân ly phân tử mạng điện tử.
eAB AB
Tái hợp phân ly.
*
eAB A B
Ion hóa phân tử và nguyên tử bởi va đập điện tử.
*
2
e A e A
Nhờ các q trình thành phần này vùng ion hóa do phóng điện trong khơng khí đóng vai trị nhƣ là chất xúc tác cho các chuyển hóa, hóa học khác nhau.
(2.15) (2.16) (2.18) (2.17) (2.19) (2.20)
46
Chƣơng 3
THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHO BỘ XỬ LÝ KHÍ THẢI TRÊN Ô TÔ BẰNG CÔNG NGHỆ
PLASMA PHI NHIỆT
3.1 Mơ hình xử lý khí thải bằng cơng nghệ Plasma phi nhiệt
3.1.1 Mơ hình chung
Hình 3.1 Sơ đồ khối mơ hình điều khiển hệ thống xử lý khí thải bằng cơng nghệ
Plasma phi nhiệt
(a)Mơ hình cơ bản của động cơ, (b)Hệ thống điều khiển xử lý khí thải bằng cơng
nghệ Plasma.
(1 Buồng Plasma, (2)Mạch điều khiển, (3)Cảm biến Oxy, (4)Bộ chuyển đổi xúc tác, (5)Đường ống nạp, (6) Đường ống thải, (7)Buồng đốt động cơ, (8) Khí thải ra
ngồi mơi trường.
Sơ đồ hình 3.1 mơ tả ngun lý hoạt động của mơ hình điều khiển hệ thống xử lý khí thải bằng cơng nghệ plasma. Khí thải trên đƣờng ống thải (6) sẽ đi qua cảm biến oxy (3), dựa vào nồng độ oxy của khí thải, cảm biến oxy sẽ nhận biết đƣợc thành
47
phần tỷ lệ hịa khí đƣa vào đƣờng ống nạp (5) là bao nhiêu ( nghèo nhiên liệu hay giàu nhiên liệu), và xác trạng thái hoạt động của động cơ. Tín hiệu từ cảm biến oxy sẽ đƣợc gửi về mạch điều khiển (2) ở dạng điện áp.
Do vi xử lý trên mạch điều khiển (2) không nhận biết đƣợc trực tiếp nồng độ các chất độc hại (HC, CO, NOX,…) nên ta chỉ dựa vào tín hiệu điện áp của cảm biến oxy gửi về để xác định trạng thái hoạt động của động cơ.
Dựa vào chế độ hoạt động của động cơ, ta xác định đƣợc nồng độ các chất độc hại có trong khí thải bằng q trình đo đạc thực nghiệm khí thải. Và từ đây ta có thể làm cho vi xử lý trong mạch điều khiển (2) nhận biết đƣợc nồng độ khí thải thơng qua tín hiệu của cảm biến oxy.
Từ tín hiệu đầu vào ở dạng điện áp, mạch điều khiển (2) sẽ phát tín hiệu đầu ra để điều khiển cƣờng độ xử lý của buồn plasma đối với từng chế độ hoạt động của động cơ.
Buồng plasma sẽ hoạt động kết hợp với bộ chuyển đổi xúc tác trên ô tô. Và tùy theo trạng thái hoạt động của ô tô, cũng nhƣ cách thức làm việc của bộ chuyển đổi xúc mà buồng plasma sẽ hoạt động ở cƣờng độ xử lý cao hoặc thấp hoặc có thể ngừng hoạt động.
3.1.2 Cấu tạo thiết bị xử lý khí thải bằng cơng nghệ plasma
Các bộ phận chính của thiết bị bao gồm: Buồng plasma, bộ nguồn cao áp một chiều, van điều khiển lƣu lƣợng, các công tắc điều khiển, ampe kế và quạt làm mát.