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 ơ nhiễm mơi trƣờng khơng 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 không 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 cơng 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 không 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 cơng 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 cơng nghệ Plasma phi nhiệt, thành phần và tính chất của các chất độc hại trong khí xả từ động cơ, lý thuyết vi điều khiển cũng nhƣ hƣớng thực nghiệm để xây dựng mơ hình.
Và từ đó, đề tài cũng đã trình bài về q trình thiết kế mạch điều khiển cho bộ xử lý khí thải trên ơ tơ bằng cơng nghệ Plasma phi nhiệt.
Khi tiến hành đo đạc nồng độ khí thải trên ơ tơ, việc xác định giá trị λ mà tại đó nồng độ khí thải là cao nhất và sau đó lƣu giá trị này vào bộ nhớ vi điều khiển là cần thiết. Khi tiến hành đo lại trên động cơ đó, dựa vào tín hiệu đầu vào từ cảm biến Oxy, mạch điều khiển sẽ nhớ giá trị này và điều chỉnh điệp áp đầu ra để điều khiển cƣờng độ xử lý của buồng Plasma để xử lý tốt nhất.
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%.
Đề tài là bƣớc khởi đầu cho các nghiên cứu sau về công nghệ plasma phi nhiệt, chẳng hạn nhƣ ứng dụng công nghệ plasma phi nhiệt để kết hợp hệ thống điều hịa khơng khí để làm sạch khơng khí bên trong ơ tơ cũng nhƣ nhiều ứng dụng khác.
Kiến nghị
Trƣớc sự phát triển không ngừng của ngành công nghệ ô tô, việc thiết kế mạch điều khiển cho hệ thống xử lý khí thải bằng cơng nghệ Plasma phi nhiệt cần đƣợc đƣợc điều khiển kín tƣơng tự nhƣ bộ chuyển đổi xúc tác nhằm đánh giá chính xác mức độ hiệu quả của hệ thống xử lý khí thải.
Khi thiết kế bộ xử lý khí thải trên ơ tơ cần tƣơng thích hóa về mặt thiết kế để phù hợp với khả năng vận hành của ô tơ. Việc tối thiểu các kích thƣớc và nối liền trên đƣờng ống xả sẽ giúp tiết kiệm khơng gian cũng nhƣ phù với tính năng xử lý khí xả
của buồng Plasma. Bên cạnh đó, mạch điều khiển và mạch tạo Plasma cần đƣợc bố trí thích hợp nhất để có thể lấy nguồn từ Accu, lấy tín hiệu từ cảm biến Oxy và điều khiển đƣợc buồng Plasma.
Do việc hạn chế về phƣơng tiện để làm thí nghiệm, máy đo đạc, tài liệu nghiên cứu nên đề tài không tránh khỏi những hạn chế và thiếu xót. Rất mong đƣợc sự đóng góp ý kiến của q thầy cơ và các bạn để đề tài thêm hoàn thiện.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Những con số bất ngờ về ngành công nghiệp ơ tơ tồn cầu. Internet: http://xedoisong.vn/thi-truong, 15/05/2016.
[2] Thế giới sẽ có 1,7 tỷ chiếc ơ tơ lƣu hành vào năm 2035. Internet: http://nhipcaudautu.vn, 15/05/2016.
[3] Hệ thống tiêu chuẩn khí thải châu Âu. Internet: http://hoahocngaynay.com, 16/05/2015.
[4] The record of recent Man-made CO2 emissions: 1965 -2013. Internet: https://edmhdotme.wordpress.com, 16/05/2016.
[5] Ơ tơ, xe máy gây ơ nhiễm khơng khí nghiêm trọng. Internet: http://www.mt.gov.vn
[6] Những giải pháp xử lý khí thải hiện đại. Internet: http://www.thuvienso.edu.vn, 15/06/2016.
[7] R McAdams /Accentus plc “Non-thermal plasma based technologies for the after-treatmnet of automotive exhaust particulates and marine diesel exhaust NOx”, Newport, Rhode Island, August 2003.
[8] Ravi Srivastava, William Maxwell “Using Non-thermal Plasma to Control Air Pollutants” United States Environmental Protection Agency, EPA-456 / R-05-001,
Feb 2005.
[9] Lei Jiang, Yixi Cai, Yong Luo “The Technology of Non-thermal Plasma Assisted NH3-SCR Reduce Marine Diesel Emission and Aldehydes Byproducts Formation”, Research Journal of Applied Sciences, Engineering and Technology
6(22): 4259-4264, 2013.
[10] Marcin Holub, Stanislaw Kalisiak, Tadeusz Borkowski, Jaroslaw Mysków, Ronny Brandenburg “The Influence of Direct Non-Thermal Plasma Treatment on Particulate Matter (PM) and NOx in the Exhaust of Marine Diesel Engines”, Polish J. of Environment, Stud. Vol. 19, No. 6 (2010), 1199 – 1211.
“The role of non-thermal plasma technique in NOx treatment: A review”,
Renewable and Sustainable Energy Reviews 40 (2014) 886 – 901. [12] TS. Trần Ngọc Đảm. Xử lý nƣớc bằng công nghệ Plasma. Internet: http://vea.gov.vn/vn/truyenthong/tapchimt/nctd42009, 10/08/2017.
[13] TS. Bùi Ngun Quốc Trình. Dùng cơng nghệ plasma lạnh để khử trùng, bảo quản hoa quả. Đại học Công Nghệ (Đại học Quốc gia Hà Nội), Internet: http://www.khoahocphothong.com.vn, 27 tháng một 2015.
[14] Nguyễn Văn Dũng. Nghiên cứu ứng dụng Plasma lạnh trong xử lý nƣớc: Tài liệu tổng hợp.Tạp chí khoa học trƣờng đại học Cần Thơ, số 36, 26/05/2015.
[15] TS Nguyễn Trọng Hiếu. Plasma nhiệt độ thấp và một số ứng dụng. Tạp chí Khoa Học và Cơng Nghệ, trang 12 - 14, năm 2004.
[16] Đinh Văn Nghĩa. Nghiên cứu và ứng dụng cơng nghệ plasma lạnh xử lý khí thải trên động cơ ôtô. Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh, 04/2016.
[17] GS. TSKH Bùi Văn Ga. Khí xả động cơ ơ tơ 1;2. NXB Đà Nẵng, 2005.
[18] PGS.TS Nguyễn Thành Lƣơng. Giảm thiểu độc tố trong khí thải động cơ đốt trong Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải, 2010.
[19] GS. TSKH Bùi Văn Ga. Ơtơ và ô nhiễm môi trường. NXB Giáo Dục, 1999. [20] Nguyễn Thanh Lâm . Plasma nhiệt độ thấp và ứng dụng. Đại học khoa học tự nhiên, 2016.
[21] Toshiaki Yamamoto, Masaaki Okubo. Chapter Nonthermal Plasma Technology of Advanced Physicochemical Treatment Technologies, 2007.
[22] Plasma là gì. Internet: http://evania.vn , 15/05/2016.
[23] Tạ Phƣơng Hòa. Plasma và ứng dụng trong kỹ thuật vật liệu polyme. Nhà xuất bản Bách Khoa Hà Nội, 2012.
[24] Tìm hiểu về Arduino. Internet:http://arduino.vn/ [25] Trần Sơn: Động hóa học. Đại Học Cần Thơ, 1982.
[26] Nguyên lý và sử dụng nguồn xung hay bộ biến đổi nguồn DC-DC. http://hoiquandientu.com.
[27] Non-Thermal Plasma Technologyfor Gaseous Pollution Control; Catholic University of Brasilia Press: Brasilia, Brazil, 1998.
[28] M . Rezaei, A.Taeb, N . Habibi: Non-thermal plasma treatment of automotive exhaust gases. Department of Chemical Engineering, Iran University Of Science and Thechnology, Tehran, Iran, 2010.
PHỤ LỤC Phụ lục 1: Các thế hệ vi điều khiển Arduino
Tên gọi Đặc tính Hình ảnh
1. Arduino USB (2005)
Đây cũng là mạch arduino dầu tiên với thƣơng hiệu arduino. Dòng mạch này đƣợc phát triển qua 2 phiên bản: Arduino USB và Arduino USB v2.0. Và cũng khơng có gì khác biệt nhau cho lắm, chỉ khác về địa chỉ wed và lỗi nhỏ ở phần pinout chổ đầu USB. Phần lớn mạch này phát triển chƣa gắn linh kiện. Mạch chƣa gắn linh kiện Mạch arduino đã gắn linh kiện 2. Arduino Extreme (2006)
Ở phiên bản này, chúng ta đã có thêm đèn RX, TX ở 2 chân TX và RX của Arduino. Và các linh kiện trên arduino đã thay bằng linh kiện dán, các chân header male đƣợc thay bằng chân header female.
Với việc thay đổi male header bằng female header đã giúp cho việc gắn dây nối giữa Arduino và breadboard trở nên dễ dàng hơn, bạn có thể sử dụng dây breadboard đực hoặc dùng một sợi dây đồng một lõi cứng nối giữa Arduino và breadboard.
3. Arduino NG (Nuova Generazione) (2006)
Ở phiên bàn này, Arduino đã thay thế USB-to-TTL cũ (FT232BM) bằng chíp FTDI FT232RL USB-to-Serial mới với yêu cầu ít phần cứng ngoài hơn. Trong board này, họ đã gắn thêm con LED màu xanh tại chân số 13. Ngoài ra, vi điều khiển Atmega 168 thay cho con Atmega 8.
4. Arduino Diecimila (2007)
Ở phiên bản này, có thêm chức năng tự động reset bằng máy tính khi upload chƣơng trình. Và ờ phiên bản này chúng ta có thể lập trình nhƣ arduino hiện tại và sử dụng vi điều khiển ATmega168.
5. Arduino Duemilanove (2008 - 2009)
Phiên bản này, Arduino đã sử dụng vi điều