3.2.1 Động cơ TOYOTA
Bảng 3-1. Một số đặc điểm kỹ thuật của động cơ TOYOTA
TT Đặc điểm kỹ thuật Thông số
1 1 Hãng chế tạo TOYOTA
2 2 Loại động cơ Xăng, 4 kỳ, 4 xylanh
3 3 Thể tích làm việc của động cơ (lít) 1.6
4 4 Công suất cực đại, [HP] 106
5 5 Tốc độ quay cực đại, [v/ph] 6000
H. 3-5. Động cơ xăng Toyota
3.2.2 Động cơ KIA
Bảng 3-2. Một số đặc điểm kỹ thuật của động cơ KIA
TT Đặc điểm kỹ thuật Thông số
1 1 Hãng chế tạo KIA
2 2 Loại động cơ Xăng, 4 kỳ, 4 xylanh
3 3 Thể tích làm việc của động cơ(cm3) 1,139
4 4 Công suất cực đại, [kW] 46.3
5 5 Tốc độ quay cực đại, [v/ph] 6600
H. 3-6. Ôtô du lịch Kia
3.2.3 Bộ xử lý khí thải xúc tác S10
Bảng 3-3. Một số đặc điểm kỹ thuật của BXLKTXT S10
Thành phần Hợp kim Fe/Cr/Al (15-
20% Cr; 4-5% Al; 0-2% Si; 0,1-0,3% Y)
Mật độ lỗ/in2 100
Độ dày của thành (mm) 0,05
Phần trăm tiết diện (%) 92,2
Bề mặt hình học (m2/l) 3,2
Chất mang
Nhiệt độ sử dụng giới hạn (oC) Khoảng 1100
Pt:Pd:Rh 6:0:1
Thành phần chất xúc tác
Độ phủ (g/l) 0.7
Thành phần chất nền Thành phần chính Al2O3
H.3-7. Bộ xử lý khí thải xúc tác S10
4) Thiết bị đo khí thải HG-520
Bảng 3-4. Một số đặc điểm kỹ thuật của thiết bị đo khí thải HG-520
TT Đặc điểm kỹ thuật Thông số
1 Xuất xứ Hàn Quốc 2 Hãng sản xuất HESHBON 3 Nguồn điện AC 220V ± 10% 60HZ 4 Hoạt động nhiệt độ 00C – 400C 5 Thông số khác Đo nồng độ khí xả: CO: 0,00 – 9,99% HC: 0 – 9999 ppm NOx: 0 – 9999 ppm CO2: 0,00 – 20,0% O2: 0,0 – 25,0% λ: 0 – 2,000
3.3. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
Bảng 3-5. Thành phần khí thải của động cơ Toyota không trang bị BXLKTXT.
KẾT QUẢ ĐO KHÔNG TRANG BỊ BXLKTXT
Chế độ thử nghiệm 1 2 3 4 5 6 7 Tốc độ (rpm) 600 800 1700 2000 3200 4000 5000 CO (%vol) 3,1 1,08 4,91 3,34 5,56 3,8 3,37 CO2 (%vol) 7,0 8,8 7,53 9,63 7,6 9,03 8,6 O2 (%vol) 16,26 10,95 11,95 10,29 9,96 9,62 10,95 HC (ppm) 2085 1601 2085 1757 2023 1913 1489 NOX (ppm vol) 160 274 201 323 227 427 371
Bảng 3-6 . Thành phần khí thải cơ động cơ Toyota với BXLKTXT S10 .
KẾT QUẢ ĐO CÓ TRANG BỊ BXLKTXT S10
Chế độ thử nghiệm 1 2 3 4 5 6 7 Tốc độ (rpm) 600 800 1700 2000 3200 4000 5000 CO (%vol) 0,16 0 0,14 0 0 0 1,62 CO2 (%vol) 12 0 0,46 0 0,13 0,13 8,63 O2 (%vol) 15,24 12,63 12,6 12,63 12,19 13,07 14,37 HC (ppm) 340 60 145 87,33 102 75,66 571 NOX (ppm vol) 93 0 4,66 0 2,33 0,33 240
H. 3-9. Đồ thị nồng độ CO (% vol) trong khí thải khi động cơ Toyota có sử dụng BXLKTXT và không sử dụng BXLKTXT. có sử dụng BXLKTXT và không sử dụng BXLKTXT.
H.3-10. Đồ thị nồng độ CO2 (%) trong khí thải khi động cơ Toyota có sử dụng BXLKTXT và không sử dụng BXLKTXT.
H. 3-11. Đồ thị nồng độ O2 (%) trong khí thải khi động cơ Toyota có sử dụng BXLKTXT và không sử dụng BXLKTXT. có sử dụng BXLKTXT và không sử dụng BXLKTXT.
H. 3-12. Đồ thị nồng độ HC (ppm) trong khí thải khi động cơ Toyota có sử dụng BXLKTXT và không sử dụng BXLKTXT. có sử dụng BXLKTXT và không sử dụng BXLKTXT.
H. 3-13. Đồ thị nồng độ NOx (ppm vol) trong khí thải khi động cơ Toyota có sử dụng BXLKTXT và không sử dụng BXLKTXT. có sử dụng BXLKTXT và không sử dụng BXLKTXT.
Bảng 3-7. So sánh nồng độ các chất trong khí thải khi động cơ Toyota có sử dụng BXLKTXT và không có sử dụng BXLKTXT KẾT QUẢ SO SÁNH Chế độ thử nghiệm 1 2 3 4 5 6 7 CO % 94,8 100,0 97,1 100,0 100,0 100,0 51,9 CO2 % -71,4 100,0 93,9 100,0 98,3 98,6 -0,3 O2 % 6,3 -15,3 -5,4 -22,7 -22,4 -35,9 -31,2 HC % 83,7 96,3 93,0 95,0 95,0 96,0 61,7 NOX % 41,9 100,0 97,7 100,0 99,0 99,9 35,3
Ghi chú:
kết quả không bộ xúc tác – kết quả có bộ xúc tác
Kết quả so sánh =
kết quả không bộ xúc tác x 100%
Giá trị dương ứng với nồng độ chất khí khi xe có sử dụng BXLKTXT, nhỏ hơn
khi xe không sử dụng BXLKTXT.
Bảng 3-8 . Thành phần khí thải của động cơ Kia không trang bị BXLKTXT.
KẾT QUẢ ĐO KHÔNG TRANG BỊ BXLKTXT
Chế độ thử nghiệm 1 2 3 4 5 Tốc độ (rpm) 700 1200 2000 3000 4000 CO (%vol) 9,85 9,3 9,26 8,1 7,69 CO2 (%vol) 6,4 6,56 6,73 7,5 8,2 O2 (%vol) 15,14 10,60 8,18 9,39 12,42 HC (ppm) 288 435 313 458 470 NOX (ppm vol) 57 106 190 272 290
Bảng 3-9 . Thành phần khí thải của động cơ Kia với BXLKTXT
KẾT QUẢ ĐO CÓ TRANG BỊ BXLKTXT S10
Chế độ thử nghiệm 1 2 3 4 5 Tốc độ (rpm) 700 1200 2000 3000 4000 CO (%vol) 1,85 1,68 2,03 2,65 1,52 CO2 (%vol) 0,6 0,83 0,9 2,13 0,46 O2 (%vol) 24,40 25,00 25,00 25,00 25,00 HC (ppm) 268 197 147 226 226 NOX (ppm vol) 5,33 0,33 4,3 9,66 0
H. 3-14. Đồ thị nồng độ CO (%) trong khí thải khi động cơ Kia có sử dụng BXLKTXT và không sử dụng BXLKTXT. có sử dụng BXLKTXT và không sử dụng BXLKTXT.
H. 3-15. Đồ thị nồng độ CO2 (%) trong khí thải khi động cơ Kia có sử dụng BXLKTXT và không sử dụng BXLKTXT.
H. 3-16. Đồ thị nồng độ O2 (%) trong khí thải khi động cơ Kia có sử dụng BXLKTXT và không sử dụng BXLKTXT.
H. 3-17. Đồ thị nồng độ HC (ppm) trong khí thải khi động cơ Kia có sử dụng BXLKTXT và không sử dụng BXLKTXT.
H. 3-18. Đồ thị nồng độ NOx (ppm vol) trong khí thải khi động cơ Kia có sử dụng BXLKTXT S10 và không sử dụng BXLKTXT.
Bảng 3-10. So sánh nồng độ các chất trong khí thải khi động cơ Kia có sử dụng BXLKTXT và không sử dụng BXLKTXT. KẾT QUẢ SO SÁNH Số thứ tự 1 2 3 4 5 CO (%vol) 81,2 81,9 78,1 67,3 80,2 CO2 (%vol) 90,6 87,3 86,6 71,6 94,4 O2 (%vol) -61,2 -135,8 -205,6 -166,2 -101,3 HC (ppm) 6,9 54,7 53,0 50,7 51,9 NOX (ppm vol) 90,6 99,7 97,7 96,4 100,0
Ghi chú:
kết quả không catalyst – kết quả có catalyst
Kết quả so sánh =
kết quả không catalyst x 100%
Giá trị dương ứng với nồng độ chất khí khi xe có sử dụng BXLKTXT, nhỏ hơn
khi xe không sử dụng BXLKTXT.
3.4. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
- Do thực hiện đo đạc thử nghiệm trên động cơ thực nên các thông số đo được chưa hoàn toàn chuẩn xác do vẫn còn có các dao động nhất định ở các chế độ hoạt động thực của động cơ. Tuy nhiên, ở mức độ tương đối, các kết quả thu được có thể dùng để so sánh đánh giá hiệu quả hoạt động của hệ thống xử lý khí thải động cơ xăng được thí nghiệm.
- Trên động cơ thí nghiệm Toyota và Kia qua sử dụng đã cũ nên chưa đạt được đến số vòng quay cao nhất để đánh giá chính xác hơn, nhưng việc ảnh hưởng khí thải đến môi trường mang tính cấp thiết hiện nay là nơi các đô thị thành phố lớn, do vậy tốc độ động cơ chủ yếu chế độ thấp.
- Việc sử dụng BXLKTXT giúp xử lý tốt hơn các thành phần CO, HC, NOx trong khí thải động cơ xăng (bảng 3-7, bảng 3-10).
- Cần có thiết bị để thực hiện đo đạc tải động cơ nhằm đánh giá chính xác, đầy đủ hơn hiệu quả xử lý ô nhiễm. Đối với động cơ Kia gia tải bằng cách mở hết công suất hệ thống điều hòa trên xe cũng đem lại việc đánh giá hiệu quả.
Chương 4
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 4.1 KẾT LUẬN:
- Xử lý các thành phần ô nhiễm độc hại trong khí thải động cơ xăng bằng kỹ thuật xúc tác cho thấy là giải pháp có hiệu quả khá cao, có tính khả thi về mặt kỹ thuật công nghệ lẫn kinh tế, phù hợp với điều kiện của Việt Nam hiện nay.
- Đối với các động cơ xăng cũ, thời gian sử dụng lâu, biện pháp đại tu bảo dưỡng thích hợp với biện pháp trang bị hệ thống xử lý khí thải dùng bộ xúc tác sẽ giúp các động cơ thỏa được các tiêu chuẩn về ô nhiễm, tăng thời gian sử dụng, tiết kiệm chi phí, tăng tính kinh tế.
- Luận văn đã cố gắng tổng hợp, hệ thống các nội dung, vấn đề cơ bản về lý thuyết liên quan đến giải pháp xử lý khí thải bằng kỹ thuật xúc tác, cũng như thực hiện một số thử nghiệm để làm cơ sở đánh giá, đề xuất giải pháp ứng dụng vào thực tế, Luận văn có thể được sử dụng như một tài liệu tham khảo, định hướng bước đầu trong việc nghiên cứu, giải quyết vấn đề xử lý ô nhiễm khí thải động cơ xăng bằng kỹ thuật xúc tác ở nước ta, đặc biệt là đối với các loại động cơ xăng gắn trên phương tiện giao thông đường bộ và đường biển đang lưu hành ngày càng phổ biến hiện nay.
- Do còn nhiều hạn chế về trình độ kiến thức, kinh nghiệm cũng như hạn chế về kinh phí, điều kiện trang thiết bị cho quá trình thực hiện nên nội dung và chất lượng của đề tài còn nhiều hạn chế, để có thể ứng dụng đề tài vào thực tế với hiệu quả cao cần tiếp tục đầu tư nghiên cứu sâu hơn, chẳng hạn như xây dựng lắp đặt hệ thống băng thử chuyên dụng để nghiên cứu thực nghiệm, xây dựng các đặc tính hoạt động đầy đủ hơn của các hệ thống xử lý ô nhiễm khí thải động cơ xăng bằng kỹ thuật xúc tác. Bên cạnh đó, đề tài cũng cần tiếp tục có sự góp ý, sửa chữa bổ sung của các nhà chuyên môn, các chuyên gia có kinh nghiệm trong lĩnh vực xử lý ô nhiễm khí thải động cơ đốt trong và các lĩnh vực có liên quan khác.
- Nghiên cứu tính toán tổn thất nhiệt, hệ thống tiêu âm khi lắp bộ xúc tác trên đường ống xả.
- Nghiên cứu xác định tuổi thọ làm việc bộ xúc tác theo tiêu chuẩn nhiên liệu của Việt Nam và tiêu chuẩn nhiên liệu của các nước tiên tiến trên thế giới.
4.2 ĐỀ XUẤT Ý KIẾN:
- Đối với các động cơ xăng gắn trên các phương tiện giao thông, đặc biệt là các động cơ cũ, thời gian sử dụng lâu cần trang bị hệ thống xử lý ô nhiễm khí thải bằng kỹ thuật xúc tác kết hợp với biện pháp duy tu bảo dưỡng thích hợp để đảm bảo các loại động cơ này đáp ứng được các tiêu chuẩn bắt buộc về ô nhiễm ngày càng được áp dụng khắt khe hơn trong thời gian tới ở nước ta.
- Nghiên cứu thiết kế, đưa vào chế tạo rộng rãi các thiết bị xử lý ô nhiễm khí thải động cơ xăng bằng kỹ thuật xúc tác như bộ xúc tác, vị trí lắp đặt bộ xúc tác trên ống thải phù hợp cho từng loại động cơ, từng dung tích động cơ để cung cấp cho người sử dụng với giá thành hợp lý, có khả năng đáp ứng nhu cầu trang bị cho một số lượng động cơ xăng ở nước ta.
- Cũng cần thiết có cơ chế chính sách, lộ trình loại bỏ dần các động cơ quá cũ nát. Từng bước nghiên cứu phát triển ứng dụng các công nghệ tiên tiến trong xử lý khí thải động cơ xăng, chẳng hạn như nghiên cứu hoàn thiện để đưa vào thực tế đề tài chuyển đổi hệ thống nhiên liệu dùng bộ chế hòa khí sang hệ thống phun xăng và đánh lửa điều khiển điện tử, kết hợp với sử dụng bộ xúc tác ba chức năng cho các loại động cơ xăng để xử lý triệt để hơn các thành phần ô nhiễm trong khí thải. Có chính sách khuyến khích các nhà sản xuất ứng dụng các công nghệ mới về xử lý ô nhiễm khí thải cho các động cơ xăng mới sản xuất đưa vào sử dụng trên thị trường.
- Nhà nước cần có các quy định bắt buộc, chế tài cụ thể về vấn đề hạn chế ô nhiễm khí thải như: ban hành các tiêu chuẩn giới hạn ô nhiễm khí thải phù hợp với từng loại động cơ, theo hướng ngày càng xiết chặt nhưng với lộ trình hợp lý; quy định về thu phí môi trường đối với động cơ đang sử dụng; có chính sách hỗ trợ về tài chính để trang bị các hệ thống xử lý ô nhiễm khí thải cho động cơ xăng…
Trong quá trình phát triển và hội nhập quốc tế, một trong các xu thế cần thiết trước mắt cũng như trong tương lai xa hơn ở nước ta ngày càng thắt chặt hơn các yêu cầu, tiêu chuẩn về bảo vệ môi trường, trong đó có các tiêu chuẩn về hạn chế ô nhiễm khí thải từ các phương tiện giao thông vận tải, đảm bảo tương đương với tiêu chuẩn của các quốc gia phát triển trên thế giới. Đối với động cơ xăng, cần thiết phải bắt buộc nhà sản xuất trang bị các hệ thống xử lý ô nhiễm khí thải cho các động cơ mới sản xuất. Tuy nhiên, do điều kiện kinh tế và thu nhập của người dân ở nước ta còn hạn chế, việc thay thế hoàn toàn các động cơ mới đáp ứng các tiêu chuẩn về ô nhiễm trong thời
gian ngắn là ít có tính khả thi. Vì vậy cũng cần thiết phải có các biện pháp phù hợp để đáp ứng được tiêu chuẩn về ô nhiễm.
Trang bị thêm hệ thống xử lý ô nhiễm khí thải bằng kỹ thuật xúc tác là biện pháp có khả năng đáp ứng được yêu cầu nêu trên. Đề tài nghiên cứu nếu tiếp tục được quan tâm đầu tư nghiên cứu hoàn thiện, triển khai ứng dụng vào thực tế sẽ tạo cơ sở và tiền đề để xây dựng các giải pháp, chính sách phối hợp khác ( như giải pháp chế tạo cung cấp rộng rãi các trang bị, phụ kiện cho hệ thống xử lý ô nhiễm, chính sách bắt buộc phải trang bị hệ thống xử lý ô nhiễm trên động cơ đốt trong …,) nhằm hạn chế có hiệu quả sự phát sinh ô nhiễm môi trường do động cơ đốt trong gây ra ở nước ta.
Ứng dụng lắp đặt bộ xử lý khí thải vào các động cơ xăng của máy tàu thủy cỡ nhỏ loại cao tốc để phục vụ ngành du lịch, đảm bảo sự ô nhiễm môi trường.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Lê Huy Bá (2000), Môi trường, NXB Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh.
2. Bộ tài nguyên và môi trường (2007), “Báo cáo môi trường quốc gia 2007 môi trường không khí đô thị Việt Nam”.
3. Phạm Ngọc Đăng (2010), Các giải pháp phát triển giao thông đô thị bền vững – giao thông đô thị xanh ở nước ta, Tạp chí xây dựng và Quy hoạch, số 10/2010.
4. Bùi Văn Ga (1999), Ôtô và ô nhiễm môi trường, NXB Giáo dục.
5. Lê Văn Khoa (1995), Môi trường và ô nhiễm, NXB Giáo dục.
6. TS.Nguyễn Thành Lương (2002), Động cơ đốt trong-phương tiện giao thông, NXB
Xây dựng.
7. PGS.TS Nguyễn Văn Nhận (2004), Nâng cao tính năng động cơ đốt trong, Trường
Đại học Nha Trang.
8. Vũ Trung Tạng (2000), Cơ sở sinh thái học, NXB Giáo dục.
9. Nguyễn Tất Tiến (2000), Nguyên lý động cơ đốt trong, NXB Giáo dục.
10. Lê Thanh Vân (2007), Con người và môi trường, NXB Đại học Sư phạm.
11. Angove DE & Cant NW (2000) Position dependent phenomena during deactivation of three-way catalytic converters on vehicles. Catalysis Today, 2000. 12. D. Linder, L. MuBmann, J.A.A. van den Tillaart, E.S.Lox, A.Roshan, G.Garr and R. Beason. Comparison of pd-only, pd/rh and pt/rh catalysts in tlve, lev vehiche applications – real vehicle data versus computer modeling results. SAE paper 2000-01- 0501, 2000.
13. Manufacturers of Emission Controls Association: EMISSION CONTROL OF TWO AND THREE - WHEEL VEHICLES, May 7 1999, Washington DC.
14. Mitsuyoshi Hattori et al. – Mitsubishi Motors Corp and Minoru Machida – NGK Insulators, Ltd: OPTIMIZATION OF CATALYTIC CONVERTER LOCATION ACHIEVED WITH A CURVE CATALYTIC HONEYCOMB SUBSTRATE, International Congress & ExpositionDetroit, Michigan, February 28-March 3, 1994, SAE Paper 940743.
15. Jan Kaspar, Paolo Fornasiero, and Heal Hickey. Automotive catalytic convert-ers: current status and some perspectives. Catalysis Today, 2003.
16. G.C.Koltsakis and A.M.Stamatelos. Catalytic automotive exhaust aftertreat-ment.
17. R.J. Farrauto and R.M.Heck. Catalytic converters: State of the art and perspectives.