TIỂU LUẬN ZLEV – ZERO AND LOW EMISSION VEHICLE

Nói đến đây, ví dụ điển hình trong một chiếc ô tô thìcần rất nhiều bộ phận cùng với nhiều hệ thống hoạt động đồng thời để có thể vận hànhmột chiếc xe, trong xe có rất rất nhiều hệ thống

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

TIỂU LUẬNZLEV – ZERO AND LOW EMISSION VEHICLE

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

TIỂU LUẬNZLEV – ZERO AND LOW EMISSION VEHICLE

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT

NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2021

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô Lớp: 19145CL1A

Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Dỗ Văn Dũng ĐT:

Ngay nhận đề tài: / /2021 Ngày nộp đề tài: / /2021

1 Tên đề tài: ZLEV – ZERO AND LOW EMISSION VEHICLE

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

3 Nội dung thực hiện đề tài:

4 Sản phẩm

i

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

*******

PHIẾUNHÂṆ XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Họ va tên Sinh viên: MSSV:

Ngành:…

Tên đề tai:…

Họ va tên Giáo viên hướng dẫn:

NHÂṆ XÉT 1 Về nội dung đề tai & khối lượng thưc hiện:

2 Ưu điểm:

3 Khuyêt điểm:

4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?

5 Đánh giá loại:

6 Điểm: (Bằng chữ: )

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20…

Giáo viên hướng dẫn

(Ký & ghi rõ họ tên)

ii

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

*******

PHIẾUNHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Họ va tên Sinh viên: MSSV:………

MSSV:………

MSSV:………

Ngành:…

Tên đề tai:…

Họ va tên Giáo viên hướng dẫn:

NHÂṆ XÉT 1 Về nội dung đề tai & khối lượng thưc hiện:

2 Ưu điểm:

3 Khuyêt điểm:

4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?

5 Đánh giá loại:

6 Điểm: (Bằng chữ: )

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2021

Giáo viên phản biện

(Ký & ghi rõ họ tê

iii

áp dụng vào cuộc sống Cùng với đó là toàn thể thành viên nhóm đã cùng nhau độngviên vượt qua những khó khăn để có thể nghiên cứu được tốt bài tiểu luận này.

Song với đó, kiến thức là cả kho tàng được ví như sa mạc cát rộng lớn trongkhi tầm hiểu biết của con người chỉ là hạt cát nhỏ giữa sa mạc ấy nên bài tiểu luận cònnhiều sai sót, hạn chế, nhóm chúng em xin trân trọng và cảm ơn những đóng góp quýbáu của thầy và các bạn để bài tiểu luận này trở nên hoàn thiện hơn

Kính chúc thầy Đỗ Văn Dũng thật nhiều sức khỏe, hạnh phúc và đạt đượcnhiều thành tựu tiếp theo trên con đường giảng dạy

Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn!

iv

TÓM TẮT BẰNG TIẾNG VIỆT

Bài tiểu luận: ZLEV – ZERO AND LOW EMISSION

VEHICLE gồm 4 chương:

Chương 1: Tổng quan nghiên cứu

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 3: Sơ lược về kiểm soát khí thải của ZLEV

Chương 4: Đị ̣nh hướng về một môi trường trong lành ở tương lai

Bài tiểu luận nghiên cứu: ZLEV – ZERO AND LOW EMISSION VEHICLE tập trung

ba phần chính ở các chương 3,4 Ở Chương 3, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu cơ bản vềKhái quát về kiểm soát khí thải của ZLEV Tiếp theo ta sẽ tìm hiểu đị ̣nh hương trongtương lai sẽ được đề cập ở Chuơng 4

v

TÓM TẮT BẰNG TIẾNG ANH

Essay: ZLEV – ZERO AND LOW EMISSION

VEHICLE Includes 4 chapters:

Chapter 1: Research overview

Chapter 2: Theoretical Basis

Chapter 3: ZLEV Checkbox Overview

Chapter 4: Orientation towards a healthy environment in the future

Research essay: ZLEV – ZERO AND LOW EMISSION VEHICLE focuses on three

main parts in chapters 3, 4 In Chapter 3, we will learn the basics of the ZLEVEmission Control Overview Next we will learn about future orientation, which will becovered in Chapter 4

vi

MỤC LỤC

Trang phụ bìa

Nhiệm vụ đồ án tốt nghiêp

Trang phiếu nhận xét của giáo viên hướng dẫn

Trang phiếu nhận xét của giáo viên phản biện

Lời cảm ơn

Tóm tắt bằng tiếng việt

Tóm tắt bằng tiếng anh

Mục lục

Danh mục các từ viết tắt

Danh mục các biểu đồ và hình ảnh

Chương 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu

1.2 Lí do chọn đề tài

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Mục tiêu nghiên cứu

2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

2.2.1 Đối tượng nghiên cứu

2.2.2 Phạm vi nghiên cứu

2.3 Phương pháp nghiên cứu

vii

2.4 Kết cấu của tiểu luận

Chương 3 Sơ lược về kiểm soát khí thải của ZLEV

3.1 Tổng quát: ZLEV là gì?

3.2 Phun khí thứ cấp

3.3 Tuần hoàn khí thải (EGR)

3.4 Chuyển đổi xúc tác

3.5 Bộ lọc hạt diesel

3.6 Giảm xúc tác có chọn lọc (SCR)

Chương 4 Đị ̣nh hướng về một môi trường trong lành ở tương lai

4.1 Nguyên nhân dẫn đến sự ra đời của ZLEV

4.2 Những mục tiêu tiếp theo của EU phát triển về ZLEV

4.2.1 Mục tiêu (2020-2024)

4.2.2 Mục tiêu (2025-2030)

4.3 Động lực phát triển

4.4 Tầm nhìn về tương lai

4.5 Những lợi ích

4.5.1 Minh chứng cụ thể về sự tiết kiệm cho người dùng

4.5.2 Những con số biết nói

4.6 Các sai sót

4.7 Cải tiến sinh thái

viii

TÀI LIỆU THAM KHẢO

ix

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

ZLEV : ZLEV – ZERO AND LOW EMISSION VEHICLE

x

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH

Hình 3.1: Tổng quát về ZLEV

Hình3.2 Sơ đồ phun khí thứ cấp

Hình 3.3 Sơ đồ tuần hoàn khí thải

Hình 3.4 Sơ đồ chuyển đổi xúc tác

Hình 3.5 Sơ đồ bộ lọc hạt Diesel

Hình 3.6 Giảm xúc tác có chọn lọc

xi

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU1.1 Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu

Ta nhận thấy rằn, thời đại của những hoạt động về lĩnh vực công nghiệp bắt đầulên ngôi và chiếm những ảnh hưởng trong trong nền kinh tế của mỗi quốc gia Khi nóiđến những ngành thuộc lĩnh vực công nghiệp không thể không nhắc đến ngành côngnghiệp sản xuất, sửa chữa ô tô Nói đến đây, ví dụ điển hình trong một chiếc ô tô thìcần rất nhiều bộ phận cùng với nhiều hệ thống hoạt động đồng thời để có thể vận hànhmột chiếc xe, trong xe có rất rất nhiều hệ thống , chẳng hệ thống nào mà không quantrọng, nhưng ở đây ta sẽ quan tâm về vấn đề khí thải Ta có thể đi sâu vào để nghiêncứu về cách thức hoạt động một chiếc xe không hoặc ít thải ra các khí thải hạng nặng(Zero and Low Emissions Vehicle)

xii

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT2.1 Mục tiêu nghiên cứu

Bài tiểu luận tập trung nghiên cứu và tìm hiểu: xe có mức thải ra khí hạng nặng

ở mức ‘zero’ hoặc ‘low’ Nghiên cứu rõ hơn về các mức khí thải ấy

2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

2.2.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của tiểu luận tập trung vào kiểm soát lượng khí thải trên xe

2.2.2 Phạm vi nghiên cứu

Tiểu luận được thực hiện trong thời gian theo học môn Hệ thống điện – điện tử ô tô

2.3 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp điều tra khảo sát

Phương pháp phân tích tổng hợp

Phương pháp tiếp cận liên nghành

Phương pháp so sánh đối chiếu

2.4 Kết cấu của tiểu luận

Bài tiểu luận: ZLEV – ZERO AND LOW EMISSION VEHICLE

Chương 1: Tổng quan nghiên cứu

xiii

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 3: Sơ lược về kiểm soát khí thải của ZLEV

Chương 4: Đị ̣nh hướng về một môi trường trong lành ở tương lai

Chương 3

xiv

Sơ lược về kiểm soát khí thải của ZLEV3.1 Tổng quát: ZLEV là gì ?

Các phương tiện cơ giới thải ra bằng không hoặc ít phát thải bằng hệ thống động lựcchạy bằng điện (BEV), hydro hoặc plug-in hybrid (PHEV) (hoặc các hệ thống khôngphát thải khác) được phân loại là ZLEV

Các loại xe hybrid thông thường – những loại xe không được sạc lại bằng phích cắmđiện – không được phân loại là ZLEV

Hình 3.1: Tổng quát về ZLEV

3.2 Phun khí thứ cấp

xv

Hình3.2 Sơ đồ phun khí thứ cấpMột trong những hệ thống kiểm soát khí thải được phát triển đầu tiên là hệ thống phunkhí thứ cấp Phun khí thứ cấp (thường được gọi là phun khí) là một chiến lược kiểmsoát khí thải của xe được giới thiệu vào năm 1966, trong đó không khí sạch được bơmvào dòng khí thải để cho phép đốt cháy khí thải thứ cấp đầy đủ hơn Ban đầu, hệ thốngnày được sử dụng để bơm không khí vào các cửa xả của động cơ để cung cấp oxy đểcác hydrocacbon chưa cháy và đốt cháy một phần trong khí thải sẽ kết thúc quá trìnhcháy Phun khí hiện được sử dụng để hỗ trợ phản ứng oxy hóa của bộ chuyển đổi xúctác và giảm lượng khí thải khi động cơ khởi động từ chế độ lạnh Sau khi khởi độngnguội, động cơ cần hỗn hợp nhiên liệu không khí giàu hơn những gì nó cần ở nhiệt độvận hành và bộ chuyển đổi xúc tác không hoạt động hiệu quả cho đến khi nó đạt đếnnhiệt độ hoạt động của chính nó Không khí được bơm vào ngược dòng của bộ chuyểnđổi hỗ trợ quá trình đốt cháy trong ống xả, giúp tăng tốc độ làm ấm chất xúc tác vàgiảm lượng hydrocacbon chưa cháy được thải ra từ ống xả.

3.3 Tuần hoàn khí thải ( EGR)

xvi

Tuần hoàn khí thải là một công nghệ khác để giảm phát thải NOx Trên thực tế, nó đãđược sử dụng rộng rãi trong động cơ diesel trước khi các bộ chuyển đổi xúc tác phổbiến.

Hình 3.3 Sơ đồ tuần hoàn khí thải

Hệ thống EGR điển hình bổ sung một ống tuần hoàn để làm cầu nối giữa các ống nạp

và ống xả, hút một lượng khí thải trở lại buồng đốt Một van trong đường ống kiểmsoát lượng EGR Đường ống có thể được lắp thêm bộ làm mát chất lỏng để làm mát khíthải, mang lại hiệu quả cao hơn

Một cơ chế khác có thể đơn giản hơn Nó sử dụng VVT (đị ̣nh thời van biến thiên) đểtrì hoãn việc đóng van xả, do đó một số khí xả được hút trở lại từ ống xả trong hànhtrình nạp Đây được gọi là “internal EGR” hay “EGR nội bộ”

Làm thế nào EGR có thể giảm phát thải NOx? Do buồng đốt lúc này chứa ít không khítrong lành hơn và một số khí thải, bao gồm chủ yếu là nitơ, CO2 nhưng ít ôxy, nêntổng hàm lượng ôxy giảm Điều này có nghĩa là cần ít phun nhiên liệu hơn Với ítnhiên liệu và oxy hơn, quá trình đốt cháy tạo ra ít năng lượng và nhiệt hơn Nhiệt độthấp hơn tương ứng dẫn đến lượng NOx tạo ra ít hơn

xvii

Một lý do khác dẫn đến nhiệt độ cháy thấp hơn là do hỗn hợp nhiều nitơ và ít ôxy hơndẫn đến nhiệt dung riêng cao hơn (năng lượng cần thiết để làm nóng vật liệu thêm 1K),

có nghĩa là hỗn hợp có thể hấp thụ nhiều năng lượng hơn

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng một số động cơ xăng hiện đại cũng sử dụng EGR, khôngphải để cắt giảm phát thải NOx (vốn dĩ đã thấp hơn động cơ diesel), mà để cải thiệnhiệu suất nhiên liệu Một ví dụ là động cơ Toyota 1NR-FKE 1.3 lít Sử dụng EGR cóthể tiết kiệm nhiên liệu vì:

Nhiệt độ đốt cháy thấp hơn dẫn đến tổn thất nhiệt ít hơn qua đầu/khối xi lanh, hệ thống

xả và làm mát

Khi EGR làm giảm công suất, thì bướm ga phải được mở rộng hơn để đạt được côngsuất tương tự Điều này làm giảm tổn thất bơm, đặc biệt là khi động cơ chạy ở tải nhẹhơn

Sự hiện diện của khí thải trong buồng đốt làm chậm tốc độ phản ứng và ngăn chặn kích

nổ Điều này cho phép động cơ nâng cao thời điểm đánh lửa mà không gây ra kích nổ

Do đó, quá trình đốt cháy có thể được kéo dài và quá trình đốt cháy hoàn toàn hơn

3.4 Chuyển đổi xúc tác

Bộ chuyển đổi xúc tác là một thiết bị ̣ kiểm soát khí thải để giảm khí độc và chất ônhiễm trong khí thải từ động cơ đốt trong thành các chất ô nhiễm ít độc hơn bằng cáchxúc tác phản ứng oxy hóa khử (phản ứng oxy hóa và khử)

Tiêu chuẩn khí thải của Liên bang Hoa Kỳ được thực thi vào năm 1975 nghiêm ngặtđến mức các nhà sản xuất ô tô phải lắp đặt bộ chuyển đổi xúc tác cho mỗi chiếc xe bán

ra ở đó (ngoại lệ duy nhất là Honda Civic, có công nghệ CVCC tuân thủ mà không sửdụng bộ chuyển đổi xúc tác)

Bộ chuyển đổi xúc tác được lắp đặt ở hạ lưu của hệ thống xả Nó sử dụng các chất xúctác như bạch kim, rhodium và paladi để chuyển NOx thành nitơ và oxy Sau đó, oxyphản ứng với CO để trở thành CO2, hoặc phản ứng với HC để trở thành CO2 và H2O.Những phản ứng hóa học này có thể xảy ra trong môi trường tự nhiên, nhưng chất xúctác thúc đẩy quá trình một cách ồ ạt và nhanh chóng do đó có khả năng xử lý hầu hếtcác chất ô nhiễm thải ra

Tuy nhiên, sự hiện diện của bộ chuyển đổi xúc tác làm chậm dòng khí thải và tạo ra ápsuất ngược, làm giảm công suất động cơ Đó là lý do tại sao khi tiêu chuẩn Euro 1 đượcthực thi vào năm 1993, chúng ta đã thấy hầu hết các xe châu Âu bị ̣ mất ít nhất vài mãlực

xviii

Bộ chuyển đổi xúc tác có những hạn chế của chúng Một trong số đó là ô nhiễm lưuhuỳnh Lưu huỳnh vốn có trong nhiên liệu có thể gây ô nhiễm một số chất xúc tác kimloại quý và khiến chất xúc tác sau này trở nên vô dụng Vấn đề này cuối cùng đã đượcgiải quyết khi các chính phủ bắt buộc các công ty dầu mỏ cung cấp nhiên liệu có hàmlượng lưu huỳnh thấp.

Một vấn đề khác là thời gian khởi động Chất xúc tác cần ít nhất 400 °C để hoạt độnghiệu quả Khi xe khởi động lạnh, cần thời gian để khí thải làm nóng hệ thống xả và đưachất xúc tác lên nhiệt độ này Trong giai đoạn này, ô tô thải ra mức độ ô nhiễm cao.Khi các tiêu chuẩn khí thải mới hơn cũng đo lượng khí thải khởi động nguội, các nhàsản xuất xe hơi phải tìm kiếm các giải pháp Các giải pháp phổ biến bao gồm chất xúc

tác kết hợp chặt chẽ, bẫy giữ HC và chất xúc tác được gia nhiệt bằng điện.

Hình 3.4 Sơ đồ chuyển đổi xúc tácĐộng cơ ZLEV của Honda được công bố vào năm 1997 được thiết kế để đáp ứng tiêuchuẩn ZLEV (zero level emission vehicle – xe phát thải ở mức không) ở California Nó

sử dụng cả 3 công nghệ để cắt giảm phát thải khởi động lạnh:

Một chất xúc tác kết hợp chặt chẽ được thêm vào gần cổng xả để nó có thể được làmnóng nhanh hơn Đường dẫn càng ngắn, càng ít hao phí nhiệt trên đường ống xả

Chất xúc tác hấp thụ HC giữ các hydrocacbon tạm thời cho đến khi chất xúc tác chínhđạt đến nhiệt độ hoạt động, sau đó nó giải phóng hydrocacbon

Chất xúc tác chính được làm nóng trước bằng điện để có thể đạt đến nhiệt độ làm việc

nhanh hơn.

xix

3.5 Bộ lọc hạt diesel (DPF)

Khí thải dạng hạt luôn là vấn đề đau đầu nhất của động cơ diesel Các hạt này bao gồmchủ yếu là cacbon và hydrocacbon Chúng dẫn đến khói đen và sương mù tác động rấtlớn đối với chất lượng không khí của các khu vực đô thị ̣ Các chất dạng hạt nhỏ(PM2.5 trở xuống) có thể xâm nhập vào phổi và gây ra các vấn đề sức khỏe nghiêmtrọng Do đó, giới hạn PM ngày càng thấp đã được áp dụng trong 2 thập kỷ qua đối vớikhí thải ô tô chạy bằng động cơ diesel Để đối phó với các yêu cầu khắt khe hơn, tậpđoàn PSA đã phát triển bộ lọc hạt động cơ diesel sản xuất hàng loạt đầu tiên vào năm

2000 Nó lần đầu tiên được sử dụng trên động cơ 2.2 HDi của công ty trên Peugeot

607 Đến năm 2009, tất cả các xe động cơ diesel của hãng đều đã được trang bị ̣ DPF

Hình 3.5 Sơ đồ bộ lọc hạt Diesel

Về cơ bản, DPF của PSA là một đơn vị ̣ cacbua silicon xốp, bao gồm các đường dẫn cóđặc tính dễ dàng bẫy và giữ lại các hạt từ dòng khí thải Trước khi bề mặt bộ lọc đượclấp đầy hoàn toàn, các hạt này sẽ bị ̣ đốt cháy, trở thành CO2 và nước và rời khỏi bộ lọckèm theo dòng khí thải Có thể gọi quá trình này là quá trình tái tạo

xx

Thông thường, quá trình tái tạo diễn ra ở nhiệt độ khoảng 550 °C Vấn đề là, nhiệt độcao như vậy là không thể đạt được trong thực tế Khí thải của động cơ diesel luôn máthơn động cơ xăng Khi ô tô bị ̣ kẹt xe hoặc lái chậm trong thị ̣ trấn, nhiệt độ khí thải của

ô tô có thể giảm xuống từ 150 đến 200 °C

May mắn thay, công nghệ phun common-rail mới được sử dụng trong động cơ dieselcủa PSA đã giúp ích Được tạo ra bởi khả năng phun áp suất cao, chính xác trong thờigian rất ngắn, hệ thống common-rail có thể “đốt sau” bằng cách bơm một lượng nhỏnhiên liệu trong giai đoạn giãn nở Điều này làm tăng nhiệt độ dòng khí thải lên khoảng

350 °C

Sau đó, một chất xúc tác oxy hóa được thiết kế đặc biệt nằm gần lối vào của bộ lọc hạt

sẽ đốt cháy phần nhiên liệu chưa cháy còn lại từ quá trình đốt cháy Điều này làm tăngnhiệt độ lên 450 °C

Yêu cầu 100 °C cuối cùng được đáp ứng bằng cách thêm một chất phụ gia có tên làEolys vào nhiên liệu Eolys làm giảm nhiệt độ hoạt động của quá trình đốt hạt xuống

450 °C, do đó sự tái tạo xảy ra Phụ gia trạng thái lỏng được lưu trữ trong một bể nhỏ

và được bơm thêm vào nhiên liệu Bộ phận DPF cần được làm sạch sau mỗi 80.000 kmbằng nước áp suất cao để loại bỏ cặn bẩn do phụ gia tạo ra

Một điều cần giải quyết nữa là ảnh hưởng của “đốt sau” Nó làm tăng mô- men xoắncủa động cơ khi người lái không mong đợi Do đó hệ thống quản lý động cơ phải điềuchỉnh mô-men xoắn bằng cách điều chỉnh lượng phun nhiên liệu bình thường, phun

trước, v.v và áp suất tăng áp của bộ tăng áp để bù đắp.

xxi