Luận văn nghiên cứu Ảnh hưởng của luân hồi Áp suất thấp và luân hồi Áp suất cao Đến giảm phát thải nox của Động cơ diesel tăng Áp

đều được áp đụng trên ôt Khả năng cải tiến, hoàu thiện và nâng cao để đáp ứng mục tiêu chủ yếu về tăng năng suất, vận tốc, tái trọng hữu ích, giám chỉ phí kinh tế, giám cường độ lao

BỘ GIÁO DUC VA BAO TẠO 'TRƯỜNG DẠI HỌC BÁCH KHOA HẢ NỘI

TRẢN ĐÌNH TUẤN

NGHIÊN CỨU ẨNII IƯỞNG CỦA LUẦN HỎI ÁP SUẤT THẮP

VA LUAN HOI AP SUAT CAO DEN GIAM PHAT THAI NOx

CUA DONG CO DIESEL TANG AP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Hà Nội - Năm 2014

BỘ GIÁO DUC VA BAO TẠO 'TRƯỜNG DẠI HỌC BÁCH KHOA HẢ NỘI

TRẢN ĐÌNH TUẤN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỚNG CỦA LUẬN HOI AP SUAT THAP

VÀ LUẬN HỘI ÁP SUAT CAO DEN GIAM PHAT THAI NOx

CUA DONG CO DIESEL TANG AP

Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KIIÍ ĐỘNG LỰC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS KHONG VtI QUANG

Hà Nội - Năm 2014

LỎI CAM ĐOAN Téi xin cam đoan dây là công trình nghiên cửa khoa học độc lập của tôi Các thông tín, số liệu trong luận văn là trưng thực và có nguồn gốc rõ ràng, cụ thể Kết quả nghiên cứu trong luận văn là đúng đến, trung thực và chưa từng có

ai công bê trong bắt kỳ công trinh nghiên cửa nảo khác

Tà Nội, ngày 20 tháng 3 năm 2014

'Học viên thực hiện

Trần Đình Tuần

LOT CAM ON

'Tôi xin chân thành căm ơn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện sau đại học, Viện Cơ khi động lực đã cho phép tôi thục hiệu luận văn tại trường Đại học Bách khoa Hà Nội

'Tồi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáng viên Viện Cơ khi động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã trang, bị kiến thức chuyên môn để tôi thực hiện luận văn

Tôi xin bày tổ lỏng biết ơn sâu sắc đến các thầy phản biện, các thầy trong hội đảng châm luận văn đã đồng ý, đọc, đuyệt vả cho những ý kiến quý báu dé tôi cò thể hoàn chính luận văn nảy vá định hưởng phát triển trong tương lai

Tôi xin chân thành cảm ơn PGS Không Vũ Quảng, người đã tận tỉnh hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thục hiện luận vẫn

Cuối cling tdi xin bay tổ lỏng biết ơn đến các giáo viên Trường Cao đẳng, nghề LICOGI, các bạn đẳng nghiệp và gia định đã động viên, khuyên khích tôi trong suốt thời gian tôi tham gia học tập và nghiên cứu cho đến khi hoàn thành luận văn này

Chương 1 TÔNG QUAN VỀ PHÁT THÁI CÚA ĐỘNG CƠ VÀ CÁC

1.1 Các thành phần phát thải của động co diesel - 5

LLL Kbi NOx (NitG OXI) cece csseersstsetenseessteesteseiie

1.1.2 Chất thải đạng hạt - PM - 10

1.1.4 Hydrôcácbon - Khi HC

1.2 Tiêu chuẩn quy định phát thai của phường tiện sử dụng đông cơ điesel 12

1.2.1.Tiêu chưản khi thải eda chau du (Huro) - 12 1.2.2 Tiêu chuẩn khi thái CUA MY ee eeeniiereeiie ¬ 1

1.2.3 Tiêu chuẩn khí thải oủa Nhật Dân - - 15

1,2.4 Một số quy định vẻ tiêu chuẩn phát thải của Việt Nam dối với các

phương tiện xe cơ giới —- 5

1.3 Các phương pháp giảm phát thải độc hại cho động cơ điese 18

1.3.2 Các giải pháp giảm NOx cho động cơ đieseL seo

1.4 Thực trạng phát thãi các phương tiện sử đụng đông cơ điesei tăng áp 18

2.1.2 T.nân hỏi khí thai trén dng co diese! Ung ap 34

2.4.1 Van luân hỏi khi thãi (van HGR) ceeeiseoieeoeo.40) 3.4.2 Kết làm mát khí luân hồi co 41

3.3.5 'Thiết kế ống làm mát khi luân hồi (Bộ trao đổi nhiệp) 55

3.4 Bồ trí tổng thế hệ thẳng luân hỏi khi thải trên động cơ DI1⁄46TI 60

Kết luận chương 3 co 261

Chương 4 NGIIÊN CỨU THỨ NGHIỆM — ˆ

4.2, NOL dung the nghi@M eee seeseeesiceeseseeesetstueitsiessieetinsennsen 6S

4.3.2 Dỗi tượng thí nghiệm eesccetsieeee sees steneiestessiesetseineeens 70

4.4.2 Gác chế độ thử theo chủ trình BCE R49 cho động cơ D1146TT 74

4.4.3 Đặc tính mở của van EGR eo 7O,

4.5 'Lhử nghiệm với hệ thống luân hổi áp suất cao và luân hỏi áp suất thấp 77 4.6 Đánh giá mức độ giảm phát thải NO, khi thực hiện luân hồi áp suất cao và luân hồi áp suất thấp

4.6.1 Ảnh hướng của luân hỏi áp suất cao đến khả năng giảm phát thăi NOx ,79 4.6.3 Ánh hướng của luân hồi áp suất tháp đền khả năng giảm phat thai NOx79

4.7.1 Ảnh hưởng của luân hội áp suất thấp đến các thành phần phát thải theo

4.7.2 Ánh hưởng của luân hồi áp suất tháp đên đặc tính kinh tế, kỹ thuật của

2 Hướng phát triển HH HH T110 cr.e ng 1 xxkieg

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIÉT TẮT

DOC | Niesel Oxidation Catalyst (6 xiie tác öxy hóa)

BGR | Exhaust Gas Recrrculaio (hệ thủng luân hỗi khi thải)

ber’ _ | Diesel Particulate Filter (bộ lọc phát thái hạt, dạng lọc kín) VOC, | Volatile Organic Compounds (ham lượng hễn hợp các chất

Ti cử độc lại bay lên trong không khí) PMna | Phát thải hạt có kích thước nhỏ hơn 10 Lựa

TSP | Lổng lượng bựi lơ lững trong không khi

TCCP | Tiếu chuẩn cho phép,

TCVN _ | Tiêu chuẩn Việt Nam

CRT | Continuous Regeneration Trap (b6 loc i sinh liên tục)

8ŒR _ | Sclcctivc Catalyst Reduction (bộ xúc tác khử NO.)

LNT_ |LeanNO, irap (bệ xúc tác hấp thụ NOx)

SCRT | T1Iệ thống xử lý khi thải tổng hop g4m CRT va SCR

ĐANH MỤC BẰNG

Bang 1.1 Luong phát thải của các thành phẩn trong động cơ điesel

đảng 1.2 Tiểu chuẩn khi thải với xe diesel hạng nặng, chu trình thứ tĩnh Bang 1.3 Liêu chuẩn khí thái cho động cơ dissel từ 1.760 kg đến 3.500

kg (g/km)

Bảng 1.4 Tiêu chuẩn bang California cho các mẫu xe từ 1996 đến 2003

Tăng 1.5 Giới hạn độc bại của Mỹ đổi với động cơ diesel lắp trên xe tải nặng (áp

Bảng 3.1 Kết quả đo các thành phần phát thải của động cơ D1146TT với một

quy dịnh về tiêu chuẩn phát thải hiện nay

Bảng 4.1 Thông số kỹ thuật dộng cơ D11461

Bang 4.2 Diễn giải các mode của chu trình thử BCE R49

Bảng 43 Kết quả đo mỗ men và công suất động cơ D1146TT sau khi lấp hệ

thống luân hỏi khí thải IGR ở 100% tải

Háng 4.4 Phát thải NÓ; theo chu trình thử HCH R49 khi lắp hệ thông luân hồi áp

sual cao

Bang 4.5 Phat thai NO, theo chu trình thử ECT R49 khi lắp hệ thống luân hồi áp

suất thấp XE hHH.H hưng giec Bảng 46 Kết quả các thành phan phat thai Ku cé EGR va khéng cd EGR

ANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỎ THỊ

11ỉnh 1.1 Số lượng và tý lệ xe con sử dụng động cơ điesel ở Lúc

Hình 1.2 Đặc tính các thành phân độc hại của đông cơ đissel theo À

Hình 1.3 Tỷ lệ của các thành phẩn khí thải trong dộng cơ diesel

llinh 1.4 Su hình thành NO phụ thuộc vào nhiệt độ theo thời gian tíứns)

Tình I.5 Biển thiên tỷ số NOz/NO theo tai ctta déng ca diesel

Hình 1.6 Các giải pháp giảm phái thải NOx va PM nhằm hướng tới các tiêu

chuẩn Châu Âu

Hình 1.7 z) Với phưn thông thường, b) Vòi phun có thể tích chết nhỏ

Hình 1.8 Sơ đồ động cơ sử dụng luân hỏi khi thải

Hinh 1.9 So dé hé thang LNT

Tĩnh 1.10 Quá trình hấp thụ NOx Irong hỗn hợp nghèo

Hình 1.11 Các phần ứng trong các buồng xử lý

11ỉnh 1.12 Chu trình bắp thụ và tải tạocủa hệ thống LNTT,

Hình 1.13 Sø đỗ nguyên lý hoạt động của hệ thống SCR

Hình 2.1 Sơ dễ bổ trí chung của hệ thông luân hồi khi

Tĩnh 3.2 Ảnh hưởng của luân hồi khí xã đến lượng phát thải NOx

Hình 2.3 Ảnh hưởng của các loại khi dến hiệu quả giảm NO

Hình 2.4 Áp suất tuabin, tăng áp vả tỷ lệ luân hỏi khi tăng áp suất ra tuabin

Tlinh 2.5 118 thang luân hồi ding bé ting 4p VOT

Hình 2.6 Đặc lính cũa bộ tầng áp VGT

11inh 2.7 Quan hệ giữa vị trị cánh hướng gió và tý lệ luân hổi

Hinh 3.8 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống luân hồi khí xả ống venturi đặt trên

Tĩinh 2.9 Tệ thông luân hỗi áp suất cao

Hình 2.10 Hệ thống luân hải áp suất cao với ống venturi

Hình 2.11 Hệ thông luân hỏi áp suất thấp

Hình 3.1 Hệ thông luân hỏi áp suất cao

Hình 3.2 Hệ thống luân hỏi áp suất cao với Ống ventul site c2

4S

11ỉnh 3.3 Liệ thống luân hỏi áp suất thắp

Hình 3.5, Ảnh hướng của hệ số thu hẹp dến tổn thất áp suất và tỷ lệ luân hỏi

Tĩnh 3.6 Ảnh hưởng của hỉnh dạng ống venturi tới tổn thất áp suất và tỷ lệ luân

hồi - - - -

Hình 3.7, Ảnh hưởng của dạng ống khuếch tán tới tổn thất ap suat

TTình 3.8 Phân ruột của ống venturi

1Tình 3.10 Bề trí van ĐGR, điều khiển bằng cơ khi trên động cơ

Hình 3.11 Kết câu van BGR điện từ điển khiến bằng cuộn đây

Hình 3.13 Câu tạo van BGR điện từ điều khiển bằng đông cơ điện một chú:

chối

Hình 3.13 Kết cân van EGR điện từ điều khiến bing động cơ điện một chiều

Hình 3.14 Câu tạo động cơ điện một chiều không chỏi than

Hình 3.15 Các giai đoạn trao đổi nhiệt của khí luận hỏi

Tĩnh 3.16 Kết cầu ống làm mát khi luân hỏi

lĩnh 3.17 Sơ đỗ bế trí van điều khiển lưu lượng nước làm mát ki luân hồi

Hình 3.18 Lắp đặt ống làm mát khí luân hỏi trên dang co ở luân hỏi áp suất thập

Hình 3.19 Lắp đặt hệ thông luân hỏi khi thải trên động cơ 2114611

Tình 4.1 Sơ đề bế trí thiết bị thử nghiệm động co

Hình 4.2 Sơ để bồ trí phòng thử đông lục cao

Hình 4.3 Sơ để nguyên lý lắm việc của phanh điện APA 100 ộ

1Bnh 4.4 Sơ đồ nguyên lý thiết bị làm mát dâu bôi trơn AV1 554

Hình 4.5 Sơ đỗ nguyên lý thiết bị làm mát tước AVT, 553

1lình 4.6 Sơ để nguyên lý hoạt động của hệ thông 7336

Bộ điền khiến tay ga THA 100

Hình 4.8 Tủ phân tích khí thâi CEE-TT

45

AT

AT

2 54

Hình 4.9 Hệ thông đo phát thái dang hal (PM) bang thiét bi SmartSampler

Hình 4.10 Động cơ D1146I dược lắp đặt trên băng thứ trong PTN

Llinh 4.11 Sơ đề thể hiện các mode cúa chu trình thử ECL R49

Hình 4.12 So dé dh

tiện đặc tỉnh ngoài của động cơ D1146TT

Hình 4.13 Đặc tỉnh van EGR tại tốc dộ 1400 vg/ph

Tlinh 4.14 Die tinh van EGR tại tốc độ 2000 vg/ph

Hình 4.15 Hệ thông luân hỏi áp suất cao lắp trên động cơ D1146TI

Hình 4.16 Hệ thống luân hồi áp suất thấp lắp trên động cơ DI 1 4611

Tlinh 4.17, Dac tinh mnô men của động cơ ở chế độ 259, 50%, 75% va 100% tai

trong các trường hợp không có vá có lắp hệ thống BGRE 1Hình 4.18 Dặc tỉnh công suất của động cơ ở chế độ 25%, 50%, 75% va 100% tai

trong các trường hợp không có và có lắp hệ thống BGR

Hình 4.19 Đặc tính tiêu hao nhiên liệu của động cơ ở chế độ 25%, S04, 7596 và

100% tải trong các trường hợp không có vả có lắp hệ thông HGR

81

BY

2 82

MO BAU LLY DO NGLUEN CUU DE TAL

Đi cùng với tốc độ phát triển của nên kinh tế hiện nay ngành công nghiệp ôtô

có vai trỏ rất quan trọng trong nên kinh tế quốc đân, ôtô được sử đựng trong nhiều ngảnh kinh tế như: Thì công xây dựng, vận tải hành khách, du ch Song song với

sự phát triển không ngừng, của nên kinh tế, ngành công nghệ ôtô ngày càng khẳng, định vai trò quan trọng không thể thiếu trong srr phát triển của một quốc gia

Nhờ sự phát triển tốc độ cao của khoa học kỹ thuật và công nghệ, ngành ôtô đã không ngừng tự làm mới minh dé dap ứng được những yêu cầu bức thiết trong vẫn

đẻ sứ dụng Ngành ôtô đã có những bước tiến bộ vượt bậc vẻ thánh tựu kỹ thuật

mới như: Điều khiến điện, điện tử, điều khiển từ xa đều được áp đụng trên ôt

Khả năng cải tiến, hoàu thiện và nâng cao để đáp ứng mục tiêu chủ yếu về tăng năng suất, vận tốc, tái trọng hữu ích, giám chỉ phí kinh tế, giám cường độ lao động cho người lái, tính tiện nghỉ sử dụng cho khách hàng, giảm tối ưu lượng nhiên liệu

và giêm lượng khí thải độc hại

Thực lế hiện nay phương tiện giao thông sử dụng động cơ diesct dang Ta nguồn phát thải ö nhiễm không khi quan trọng nhất Nhiều giải pháp đã được đưa ra

cã về mắt hoàn thiện kết câu động cơ lẫn tìm kiểm các nguồn nhiên liệu điay thê xăng dẫu truyền thông dễ giảm mức dé phat thai ô nhiễm

Mite phat thai chất dộc hại của các phương tiên giao thông trong đỏ có phương, tiện sử dụng động co diesel đang là một vấn để hết sức quan tâm của xã hội Trong,

quả trình vận hành, động cơ thải ra cáo chất ô nhiễm như CƠ, CƠ;, NOx, HC, Pb

Ngoài việc gây ô nhiễm trục tiếp dến môi trưởng sống và ảnh hưởng đến sửc khỏe cơn người, các chất thải này khi phát tán vào không khi sẽ bị phân tích hoặc tổng hop để tạo ra các tác nhân khác gây ảnh hướng xâu đến biển đối khí hậu

Âu đã đi đầu trong việc nghiên cứu và đua ra các biện pháp giảm thiểu lượng phát thái độc hại tù động cơ ra môi trường, Các nước này đã đưa ra các tiêu chuẩn về

nông độ các chất độc hại trong khi thải động cơ và bắt buộc các xe được sẵn xuất

trong nước hoặc các xe khi nhập khẩu đều phải tuân thú các tiêu chuẩn về khí thải

Ở Việt Nam để ngăn chặn tỉnh trạng ö nhiễm mỏi trường do phát thải của các phương tiện xe cơ giới gây ra, Nhà nước đã thành lập các trạm đăng kiếm dé kiếm tra các quy định về nông độ khói của động cơ, đặc biệt Chính phủ đã ra chỉ Ủ áp dụng tiêu chuẩn khí thải Châu Âu (Euro) đối với các phương tiện sán xuất, lắp rap

và nhập khẩu vào Việt Nam, cụ thể là: tiêu chuẩn Buro 2 được áp đựng Lừ ngày

01/7/2007, lộ trình áp dụng tiêu chuẩn Euro 4 từ ngảy 01/01/2017 và tiêu chuẩn

Luro 5 sé duge ap dụng từ ngày 01/01/2022 đối với tắt cả cáo loại phương tiện vận

tải 4 bánh nhập khẩu hoặc sản xuất ở trong, nước Xuất phát từ những thực tiễn về â nhiệm môi trường do phát thái của các loại phương tiện xe cơ giới gây ra nói chung,

và các phương tiện sử đụng đồng cơ điesel nói riêng, đồng thời được sự giúp đỡ hung din khoa học của PGS Không Vũ Quảng - Bộ môn ĐCĐT - Viện CKPL -

Trường ĐHBK Hả Nội nên em đã lựa chọn đẻ tài: “Aghiên cứu ảnh hướng cũa

luân hồi áp suất thập và luân hỗi áp suẤt caa đến giảm phát thải NOx cña động

ce diesel tang dp” voi mong muon gop phan đưa ra giải pháp bạn chế phải thải độc

hai NOx ra mdi trường từ cáo loại phương tiện xe cơ giới sử dụng động cơ đicscl nói chung và động cơ điesel tăng áp nói riêng,

TT MỤC ĐÍCH, BÓI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU BE TAL

2.1 Mục đích

Để tải nghiên cửu ảnh hưởng của luân hỏi áp suất thập và luân hồi áp suất cao đến giảm phát thải NO, của động cơ diesel tăng áp nhằm lựa chọn được giải pháp luân hỗi thích hợp cho động cơ và thiết kế hệ thống luân hồi khí thải cho động cơ

diesel tăng áp

2.2 Dỗi tượng nghiên cứu

Lita chọn động cơ DI146TT lắp phố biên trên các xe buýt đang lưu hành ö

Tp.Hà Nội làm đổi lượng nghiên cứu Toần bộ các nội dung nghiên cửu, các thử

nghiệm của để tài được thực hiện trên động cơ Ð1146TT lắp trên băng thứ tại Phòng,

thí nghiệm DCDT - Viện CKDL - Trưởng DUBK La Ndi

2.3 Phạm vi nghiên cứu đề tài

Nghiên cứu giảm phát thải NOx cho động cơ D1146TI day la ding co diesel

sử dựng phổ biến trên xe buýt

1H PHƯƠNG PHIÁP NGHIÊN CỬỨU

3.1 Dọc vả nghiên cứu tài liệu

Phương pháp này được ding trong suốt quá trình nghiên cứu thực hiện đề tải,

từ việc xây đựng để cương nghiên cứu vẫn để, xác định các cơ sở lý hiện của hệ

thông luân hổi khí thôi v.v Các tài liệu tham khảo là các tải liệu, giáo trình, tạp

chí có liên quan đến đề tài

Dựa vào những tài liệu về phương pháp nghiên cứu khoa học, tải liệu chuyên

xgảnh ôtô để có hướng nghiên cứu thích hợp

3.2 Thực nghiệm

Tổng hợp các kết quả nghiên cứu kết hợp với thực nghiệm vẻ ảnh hưởng cửa

kiên hội áp suất thấp và luân hồi áp suất cao đến giảm phát thái NO, của động cơ

diesel ting ap

Tiến hành thực nghiệm trên dng co D1146TI tai Phòng thỉ nghiệm Déng co

đốt trang - Viện Cơ khí đông lục - Trường Đại học Bách khoa Hà nội

TV Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỀN CUA DE TAL

- Phát thái độc bại đáng quan tâm nhất của động cơ đi»sel là khí thải dang hat (PM) và nite ôxít (NO.), Phương pháp luân bồi khí thải để giảm phat thai NOx được coi là giải pháp hiệu quá

- Phân tích đảnh giả ảnh hướng của luân hồi ấp suất thấp và luân hồi áp suất

cao đến khả năng giảm phát thải NO, của động co diesel ting áp.

- Kết quả nghiên cứu là cơ sở để lựa chọn giải pháp giảm phải thải NOx cho động cơ diesel tăng áp

Y, CÁC NỘI DUNG CHÍNH TRONG LUẬN VĂN

Để thực hiện các nội đụng của dễ tải tác giả sẽ trình bay qua các chương mục

- Mồ dâu

- Chương, 1: Lổng quan vẻ phát thái của động cơ vả các tiêu chuẩn phat thai

- Chương 2: Nghiên cứu lựa chọn giảm phát thải NOx bằng phương pháp luân

hỏi khí thải cho dông cơ đicscl tăng áp

- Chương 3: Thiết kể, tính toán hệ thông luân hỏi khí xã cho động cơ 2114611

- Chương 4 : Nghiên cứu thử nghiệm trên động eơ DI 146TT

- Kết luận chung va hướng phát triển

- Tải liệu tham kháo.

Chương 1 TÔNG QUAN VẺ PHÁT THAI CUA DONG CO

VA CAC TIEU CHUAN PHAT THẢI

1.1 Các thành phần phát thải của động cơ diesel

Đông co diesel tir lau da duge ding

làm nguồn động lực chủ yếu cho các

phương tiện xe hạng nặng, các động cơ

nông nghiệp, máy công cụ vả gân đây được

sử dụng nhiều cho các xe hạng nhẹ bởi vì

dong co diesel cỏ suất tiêu hao nhiên liệu

thấp vả phát thải rất ít thành phân CO, HC

[I] Ở một số nước Châu Âu số lượng xe 586Se6eSseeẽs5= TNRÑNÑÑÑ&Ñ&&

con dùng động co diesel chiếm tới 50% vào Hinh 11 Số lượng và t1 se von năm 2009 và dự báo sẽ tiếp tục tăng trong sử đụng động cơ diesel ở Đức [2]

những năm tiếp theo như thẻ hiện trên Z7i»h

1.1 Tuy nhiên lượng phát thải NOx và PM từ động cơ diesel cỏn rất cao như thẻ

hiện trên #fình 1.2 và 1.3, đây chính là nguồn phat thai dang kể gây õ nhiễm môi

trường và ảnh hưởng tới sửc khỏe con người, nhất là ở các đô thị và vùng đông dân

cư Các thành phần trong phát thải (ong đó thành phân NOy sẽ được phân tích rõ

hơn) có cơ chế hình thánh và tác hại được tóm tắt như sau

Hình 1.2 Đặc tính các thành phần độc hại Hình 1.3 Tỷ lệ của các thành phân khí thải

của động cơ diesel theo À [3] trong động cơ diesel [4]

1.1.1 Khí NÓx (Nữ ôxi)

NOx là tên gọi chung của ôxit nitơ gồm cae chat NO, NO2 va N20 được hình

thành do sự kết hợp giữa õxy và nitơ ở điều kiện nhiệt độ cao Trong khí thải của

động cơ đốt trong NOx tôn tại ở hai dạng chủ yêu là NO (chiêm 90+98%) va NO2

Trong đỏ NO là khi không mâu không mùi còn NO: lả khi có màu đỏ vả mùi gắt, cả

hai loại khí rất độc nhưng NO; độc gap 5 lần NO

Vi vay NOx ngay cảng được Bang 1.1 Luong phat thải của các

quan tâm và trong một số trường thành phân trong déng co diesel [5]

hop né la chat 6 nhiém chinh lam ì Lượng phát thải

- - ee 2 Chất ô nhiễm

ảnh hưởng đên tỉnh năng kỹ thuật (g/kg nhiên liệu)

tượng chỉnh của việc xử ly 6

nhiễm vả cũng lả mục tiêu dé dua

phát thải của động cơ diesel Bề hóng 2+5

Các giải pháp kỹ thuật khác nhằm hạn chế NOx ngay trong quá trình chảy

cũng đã được áp dụng trên động cơ hiện đại như luân hỏi khi xả, thay đổi thời kỳ trùng điệp của góc độ phổi khí

Cho nên việc hiểu biết đây đủ tác hại và cơ chế hình thành của NOx đề tìm ra

biện pháp hạn chế nông độ của nó ngay trong quả trinh chảy lả rất cân thiết Mức độ

phát sinh ô nhiễm trung bình của quả trình chảy nhiên liệu hyđrôcácbua được thé

hiện trong Bảng 1.1, đây là số liệu mang tính chất trung bình ở điều kiện cháy của hỗn hợp có hệ số dư lượng không khí A =1 Tuy nhiên trong những điều kiện chảy đặc biệt ở áp suất vả nhiệt độ cao với hệ số dư lượng không khí lớn thi tỷ lê thành phân các chất ô nhiễm trong Bảng 1.1 sẽ thay đổi theo hưởng gia ting NOx [5]

1.1.1.1 Cơ chế hình thành

~ Sự hình thành Mônôxit niơ (NO)

Trong họ NOx thi NO chiếm tỷ lê lớn nhất (90:98%) NO được hỉnh thảnh trong quả trinh chảy rớt trong xilanh động cơ do ôxy hỏa nitơ trong không khí và

được tạo ra bởi cơ chế Zendovich [6] Thanh phan chỉnh để tạo nên NO là khi nitơ

có trong không khí nạp vào đông cơ Phản ứng dây truyền ôxy hóa nitơ được tạo

bởi các nguyên tử ôxy vả được hình thành từ việc tách ra khỏi phân tử Os tại nhiệt

độ cao trong quá trình cháy

nhiệt độ theo thời gian t(ms)[5]

Trong động cơ, quá trình chảy diễn ra trong điều kiện áp suất cao, vùng phan

img rat méng (khoảng 0,lmm) va thoi gian cháy rất ngắn; thêm vảo đỏ áp suất

trong xi lanh tăng trong quá trình chảy, điều nảy làm nhiệt độ của bộ phân khí chảy trước cao hơn nhiệt độ đạt được ngay sau khi ra khỏi khu vực mảng lửa nên chủ yêu

NO được hình thành trong khu vực sau mảng lửa và trong sân phẩm cháy phía sau mảng lửa Sự hình thánh NO phụ thuộc rất mạnh vào nhiệt độ như thể hiện trên Hình 1.4

Phân ứng tạo NO có tốc độ thấp hơn nhiều so với phản ứng cháy Nông độ NO

cũng phụ thuộc mạnh vào nông độ ôxy Vì vậy trong điều kiện nhiệt độ cao và nông

độ O¿ lớn thì nông 46 NO trong sản phẩm chảy cũng lớn

- Sự hình thành Điôxit nito (NO2)

Đổi với phát thải của động cơ diesel có đến 30% NOx dưới đạng NO¿, nó được hình thành từ NO vả các chất trung gian theo phản ứng hóa học sau:

Trong trường hợp NO› sinh ra trong ngọn lửa bị làm mát ngay bởi môi chất có

nhiệt độ thấp thì phản ứng (1.3) bị không chẻ, nghĩa là NO; tiếp tục tôn tại trong sản

vật cháy Như vậy khi động cơ diesel làm việc ở chẻ độ tải thấp thì phản ứng ngược biển đổi NO; thành NO cting bi khong che bởi các vùng không khi có nhiệt độ thập

Ngoài ra NO¿ cỏn được hình thành trên đường ông xả khi tốc độ thải thấp vả cỏ sự

có mặt của ôxy

Trén Hinh 1.5 la bien thiên của tỷ lệ NOz/NOx trên đường xả động cơ diesel

theo chế độ tải, tỷ lệ nảy cảng cao khi tải cảng thấp NO; lả khi độc nhất trong họ

NOx, vì vây việc tô chức tốt quá trình cháy sẽ giảm được nồng độ NO; tạo thành,

tăng tốc độ phân giải chất ô nhiém này và có ý nghĩa rất quan trọng đổi với môi

trường

~ Sự hình thành Prôtôxit nitơ (N›O)

Prôtôxit nitơ (N2O) chủ yêu được hình thảnh từ các chất trung gian NH và

CO khi chúng tác dụng với NO theo phan tmg:

NO chủ yếu được hình thành 6 ving ôxy hỏa có nông độ nguyên tử H cao,

mà Hydrogene lả chất trạo ra sự phân hủy mạnh Prôtôxit nito theo phan tmg:

Chinh vi vay N20 chỉ chiếm tỷ lệ rất tháp trong khí xả (khoảng 3+8 ppmV)

Mặt khác phương pháp hình thành hôn hợp cũng ảnh hưởng đền sự hình thành

NOx: đối với buông cháy ngăn cách; quả trình cháy diễn ra ở buỏng cháy phụ (hạn chế không khi) rất thiểu ôxy nên mặc dù nhiệt độ cháy lớn nhưng NOx vẫn nhỏ

Còn khi chảy ở buông cháy chính; tuy 2 rất lớn, ôxy nhiều nhưng nhiệt độ quá trình cháy không lớn nên NOx nhỏ

Tom lai, phat thai NOx của động cơ cỏ buông cháy ngăn cách chỉ bằng khoảng, một nửa so với động cơ có buông cháy thông nhất Tuy vậy, động cơ sử dụng buông,

cháy ngăn cách lại có tính kinh tế thấp và suất tiêu hao nhiên liêu lớn hơn buồng

cháy thông nhất nên ngày nay động cơ có buồng chảy thống nhất được sử dụng rộng rãi trên các loại động cơ

1.1.1.2 Tác hại của NOx

- nh hưởng của NO đến sức khỏe con người

NO¿ là chất khó hoả tan trong nước nên nó có thẻ theo đường hô hấp đi sâu

vào phôi gây viêm phổi và làm huỷ hoại các tế bảo của phế nang Khi vào được trong phôi, 80 % lượng NO; bị giữ lại (đổi với SOa, chỉ 5% được giữ lai) làm cho

bệnh nhân bị mắt ngủ, ho, khó thở Một số nghiên cứu cén cho thay NO2 cén gay

tổn thương cho mắt và dạ dày NOx được quan tâm là do những tác động của chúng

đến sức khỏe, sự hình thành ôzôn vả các chất ôxy quang hoá trong khí quyền [5]

~.Ảnh hưởng của NOy đến thực vật

NOx chỉ ảnh hưởng đền thực vật khi nông độ của nó đủ lớn Người ta thây ở

các vùng đô thị hóa cao thi néng d6 NOx dat khoảng 3.93ppm, sự quang hợp của

thực vật giảm đi 25%.

1.1.2 Chat thai dang hạt - PM

1.1.2.1 Cơ chế hình thành

Theo định nghĩa của tổ chức bảo vệ môi trường bang Carlifornia thi PM la những thực thể (trừ nước) của khí thải sau khi hòa trộn với không khí (làm loãng đạt nhiệt độ nhỏ hơn 51,7 °C), và được tách bằng một bộ lọc quy định PM bao gồm các hạt rắn như cácbon tự do vả tro hay còn gọi là bỏ hóng (soot), các chất phụ gia dầu bôi trơn, các hạt và vảy tróc do mài mòn và các chất lỏng như nhiên liệu vả dầu béi tron bam theo [5]

1.1.2.2 Tác hại

Mặc dù PM chỉ chiếm tỷ lệ 0,002% như trên Hình 1.3 đã thẻ hiện, trong tổng

lượng phát thải của động cơ diesel nhưng chủng lại có kích thước hạt và lơ lửng

trong không khi nên đề theo đường hô hấp đi vào trong cơ thể người và bị giữ lại

Do đó gây ra các bệnh vẻ đường hô hấp (hen suyén, viêm phê quản ) và là tác

nhân gây ung thư, gây đột biến gen, có khả năng lảm rồi loạn hệ hô hấp vả tạo điều

kiên thuận lợi cho tác động ung thư từ các chất khác PM cỏn gây tổn thương mắt, gây di ứng mũi và cũng có khả năng gây ung thư da nêu tiếp xúc liên tục, ngoài ra

PM có thể gây ra tác động xâu đến hoạt động của hệ tìm mạch [5]

Ngoài ra khi PM bảm vào lá sẽ cản trở quá trình quang hợp làm cho cây dễ bị

héo và chết, gây ăn mòn kim loại và phân huỷ công trình xây dung [5]

1.1.3 Mônôxứt cácbon - Khí CO

1.1.3.1 Cơ chế hình thành

CO là loại khi không mảu, không mũi, không vị, là một sản phẩm trung gian

của quá trình đốt cháy Các bon cỏ trong nhiên liệu trong điều kiện thiêu ôxy đề tạo thành sản phẩm cuối củng là CO› vả được hình thành tir phan ứng sau:

Trong động cơ, ở chế độ tải cao vả chế độ khởi động, hôn hợp không khi - nhiên liệu thường là hỗn hợp giảu Do đỏ, quả trình cháy xảy ra không hoàn toàn

dân đến hàm lượng CO lớn Hàm lượng CO trong khí thải động cơ rất cao ở chế độ

không tải Vì vậy, không được đẻ đông cơ chạy không tải trong phỏng kin hoặc ga

xe khi đang đóng kín cửa

1.1.3.2 Tác hại

Khi hít CO vảo trong cơ thẻ, nó hoà tan vào mau va lam han che kha nang van

chuyển ôxy của máu Hit thở không khí cỏ hảm lượng CO là 0,3% (theo thẻ tích)

trong vòng 30 phút hoặc hit một lượng lớn CO có thẻ dẫn đền tử vong Mônôxit

cácbon rất độc, chỉ với một hảm lượng nhỏ trong không khí có thể gây tử vong cho

người Hàm lượng cực đại cho phép [CO] = 33 mg/m? [5]

Ngoài ra CO cỏn gây ra cảm giác chếnh choảng, đặc biệt với những người mắc

bệnh tim, phụ nữ có thai, bệnh nhân hen xuyên, có thể gây ra các bệnh về tim mạch,

than kinh, CO ngăn cản việc vận chuyển ôxy từ máy vào các mô lảm cho các bộ

phân của cơ thể cỏ thẻ bị thiểu ôxy Nạn nhân có thẻ bị tử vong khi 70% số hong

cau bi khong chê (khi nông độ CO trong không khi >1000 ppm) [5]

11.4 Hyárôcácbon - Khi HC

1.1.4.1 Cơ chế hình thành

HC gồm các loại hyđröcácbon có trong nhiên liệu hoặc dầu bôi trơn không

cháy hết chứa trong khí thải HC còn được hình thành ở hai trường hợp sau:

~ Khi nhiệt độ ở khu vực dập lửa thấp, chưa đạt tới nhiệt độ bốc cháy

- Khí nạp thôi qua trong thời gian lắp của xupáp Hôn hợp không khi - nhiên

liệu cảng giảu cảng sinh ra nhiều HC, hỗn hợp cảng nghèo cảng sinh ra HC it

Luong HC sinh ra cảng ít khi hỗn hợp không khi - nhiên liệu qua nghéo, vi nó

không chảy được [5]

1.1.4.2 Tác hại

Hyđrôcácbon có nhiều loại khác nhau, có loại không độc (như paraflin, naphtalin), cỏ loại rất độc có the gay ung thư (như các loại hyđrôcácbon thơm) Động cơ diesel có hệ sỏ dư lượng không khí khá lớn nên lượng HC trong khí thải thường là nhỏ

Ngoài ra HC trong khí thải đông cơ sẽ góp phân vào sự hình thành các chất quang hoá (làm cho tâm nhìn bị suy giảm) Khi HC thải ra môi trường có ánh nang mặt trời thi sẽ lảm tăng hiện tượng hiệu ứng nhà kinh [5]

1.2 Tiêu chuẩn quy định phát thải của phương tiện sử dụng động cơ diesel

1.21.Tiêu chuẩn khi thải cña châu âu (Euro)

Từ năm 1970 của thế kỷ XX, các nước Châu Âu đã xây dựng chương trình cắt

giảm khí thải cho xe hơi, đến năm 1987 dự luật mới hoàn chỉnh quy định giá trị

nồng độ giới hạn của các loại khi thải và thường gọi là Euro 0 Từ đó đến nay đã

thêm S tiêu chuẩn được ban hảnh là: tiêu chuẩn Euro 1 (1991), Euro 2 (1996), Buro

3 (2001), Euro 4 (2005), Euro 5 (2008) va Euro 6 vao nim 2013

Tiêu chuân Euro được áp dụng cho tất cả các loại xe trên 4 bảnh lắp động cơ

đốt trong chạy bằng nhiên liệu xăng, dau, LPG vả chia theo tính năng như: xe du

lịch, xe công suất nhỏ, xe công suất lớn và xe buýt

Tiêu chuẩn Euro đặc biệt chú ý đến giới hạn phát thải của động cơ diesel xe tải

hạng nặng Các tiêu chuân nay doi hỏi những biện pháp chân đoán ngay tên xe khi

xe tải có lỗi ên tăng lượng phát thải của động cơ, hệ thông phải cảnh bao cho

người điều khiển xe biết

Các Báng 1.2 và 1.3 thẻ hiện thể tiêu chuân lượng phát thải độc hại khác nhau

đối với xe tải sử dụng động cơ diese]

Bang 1.2 Tiêu chuẩn khí thải với xe diesel hạng nặng, chu trình thử fĩnh [5}

- Ham lượng giới hạn (g/kWh, đơn vị độ khói là m1)

áo chuẩn | Ngày áp

Tiêu chuẩn |, CO | THC | NMHC | NOx | HC+NOx | P-M

Euro 6 9/2013 | 0740 | | 0125| 0215 | 0/005

* Chỉ áp dụng cho các loại xe với động cơ phun trực tiếp

1.22 Tiêu chuẩn khí thải cña Mỹ

'Ngặt nghèo hơn của tiêu chuẩn của Châu Âu, tiêu chuẩn khí thải của Mỹ được chia làm 2 loại: tiêu chuân liên bang (49 bang) và tiêu chuẩn riêng bang California

(khắt khe hơn tiêu chuẩn liên bang) Trong đỏ, tiêu chuẩn của bang California quy

định phân loại xe theo chất lượng khi thải có tên sau:

- TLEV (Transitional Low Emission Vehicles) co hiéu luc tir 1994: nhim han chế những chất độc hại đôi với tâng ôzôn

- LEV (Low Emission Vehicles) bat dau tir 1997 thay cho TLEV, LVE quy

định dùng công nghệ xử lý khí thai (ham néng trude bé xtc tac ), ding nhién ligu thay thế

Các Bảng 1.4 và 1.5 thể hiện rất cụ thể các quy định tiêu chuẩn vẻ phát thải các loại xe của Mỹ

Băng 1.4 Tiêu chuẩn bang California cho các mẫu xe từ 1996 đến 2003/6]

(g/đăm giờ) | (g/đăm giờ) | (g/dậm giỏ) | (g/đăm giờ)

0,05 (xe buyt) P-M 0.1 Nghiêm ngặt đôi vở

1.2.3 Tiêu chuẩn khí thải cña Nhật Băn

So với tiêu chuân khí thải của Châu Âu va Mf thi tiêu chuẩn khi thải của Nhật

Ban déi với các loại xe ö tô rất khắt khe, cụ thẻ như quy định lượng phát thải của ô

tô sử dụng động cơ diesel trong Bảng 7.6 theo chu trình thử nghiệm từ 10 đến 15

chế độ va JCO8 © Chu trinh tht nghiệm áp dụng loại động cơ sử dụng nhiên liệu 50

ppmS (theo quy định năm 2005) và một số tiêu chuẩn như trong, Đảng 1.6

Bảng 1.6 Tiêu chuẩn khí thải Nhật Bản cho xe khách

str dung dong co’ diesel (g/km) [6]

* _ - Tương đương với trọng lượng quản tinh (EIW), có tải là 1265 kg

mộ - Quy định (10/2002) cho xe ô tô sản xuất trong nước, (9/2004) cho xe nhập khẩu

b - Thực hiện đầy đủ vào cuỗi năm 2005

e_ - Thực hiện đây đủ giai đoạn 2011

d _ - Không có methane hydrocarbon

e _ - Áp dụng cho các xe sản xuất trong nước, các xe hiện có và nhập khẩu (10/2009)

Bảng 1.7 Tiêu chuẩn khi thải động cơ diesel cho xe hạng nặng thương mại

GVW>3500 kg (>2500 kg truée nim 2005) [6]

b- 2003: Tổng trọng lượng < 12.000 kg; 2004: Tổng trong lượng> 12.000 kg

© - thực hiện đầy đủ vào cuỗi năm 2005

d- khéng-methane hydrocarbon

1.24 Một số quy định về tiêu chuẩn phát thải của Liệt Nam đổi với các phương

tiện xe cơ giới

Từ năm 1990, Chinh phủ đã quan tâm đền công tác kiểm tra, kiểm soát khi

thải đổi với xe cơ giới, cụ thể đã ban hành tiêu chuẩn TCVN 5123-90 quy định vẻ

hảm lượng CO trong khi thải động cơ xăng ở chế độ không tải Tiêu chuẩn nảy

được áp dụng cho tất cả các loại ô tô sử dụng nhiên liệu xăng có khối lượng lớn hơn

400 kg Hàm lượng CO được đo trực tiếp trong ông xả, cách miệng xả 300 mm, ở

hai chế 46: nain va 0,6 nam (Nam là tốc độ định mức) Hàm lượng CO không được vượt quả 3,5% ở chế độ nuäa và 2,0% ở chế độ 0,6 nan

Năm 1991, Chỉnh phủ đã ban hành tiêu chuẩn TCVN 5418-91 quy định về độ

khói trong khí thải động cơ diesel Tiêu chuẩn nảy được áp dụng cho tất cả các loại

ôtô sử dụng động cơ điesel Độ khỏi của khi thải đo ở chế độ gia tốc tự do không, vượt quá 40% HS§U đối với động cơ không tăng ap va 50% HSU đổi với động cơ

tăng ap

“Tiêu chuẩn giới hạn phát thải của Việt Nam cho các loại ö tô, xe máy được thé

hiện trên bảng 1.ổ

Bảng 1.8 Giới hạn tôi đa cho phép của các chất khí thải gây ô nhiễm

(Theo Tiêu chuẩn TCVN 6438:2001)[7]

nhiễm trong máy

Theo QD 249/2005/QD-TTg ngảy 10 tháng 10 năm 2005 của Thủ tưởng

Chính phủ đã nêu rõ: “xe cơ giới sản xuất, lắp ráp và nhập khẩu mới (xe mới) phải

hoàn thành áp đụng mức tiêu chuẩn khí thải Euro 2 (còn gọi là liêu chuẩn Euro2)

kê từ 1/7/2008” Việc áp dụng tiêu chuẩn Châu Âu Iiuro 2 đã hạn chế lượng khi thái

gây ö nhiễm môi trường khi đưa xe vào tham gia giao thông,

'Từ ngày 01/01/2017, các loại xe õ tô sắn xuất, lắp ráp và nhập khẩu mới phải

áp dụng tiêu chuẩn khỉ thải Euro 4, còn mồ tô hai bánh sản xuất, lắp ráp và nhập khâu mới cũng phải áp dựng tiêu chuẩn khi thải Buro 3

Đến ngày 01/01/2022, các loại xe ô tỏ nói trên sẽ phải áp dụng tiểu chuẩn khi

thai Duro S

1.3 Các phương pháp giảm phát thải độc hại cho động cơ diesel

1.31 Giải thiệu chưng

Dộng cơ địesel từ lâu là ngnỗn động lực chủ yêu cho các phương tiện xe hạng

xũng, các động cơ nông nghiệp vi xe hạng nhẹ nhằm

han chẻ tiêu hao nhiên liệu và phát thải khí gây hiệu ứng nhà kinh Ổ một số nước

gần đây đuợc sử dụng cho ơ:

Chau Ân, số lượng xe can dùng đệng co diesel chiém tới 50% vảo năm 2009 và van tiếp tục tăng trưng các năm tiếp theo Chúng ta đã biết cơ chế hình thành và tác hại của các chất có trong khi thải của động cơ diesel, dặc biệt lả phát thái NÓx Mặc dù

NOx chỉ chiếm một tý lê rất nhỏ song lại rất độc hại, nó có tác động không nhỏ đến

môi trường và sức khỏe con người Nhằm giảm tôi da thành phẩn phat thai NOx phát ra từ động cơ diesel, các nhà khoa học vila cde nude có nền công, nghiệp ôtô

'phát triển trên thẻ giới cũng đã đân tư khá nhiều thời gian vả công sức để tìm ra cdc

giải pháp hữu ích và hiệu quả Hiển nay, một số lượng lớn các động cơ diosel đã được áp dụng các công nghệ giám phat thai déc hai NOx tùy theo từng điêu kiện cụ thể Tuy nhiên vẫn còn có một số lượng lớn các động co diesel vin chưa được ap dụng các công nghệ nảy, đặc biệt là động cơ đicsel sử dụng trên cáo phương tiện vận tải ở Việt Nam Do điều kiện kinh tế việt nam còn nhiều khó khăn nên không

đủ tiên đế mua những động cơ biên đại, chính vì vậy lượng phát thải NOx từ các phương tiện thn gia giao thông là nhận tổ chính gây ô nhiễm môi trường rất lớn

Dộng cơ điesel D1146TT là một trong số những động cơ lắp trên xe HUS gãy 6

18

nhiễm môi trường rất lớn Vì vậy việc tìm ra giải pháp giảm phát thai NOx cho động cơ này là hết sức cần thiết

Trên Thẻ giới đã có nhiều biện pháp kỹ thuật giảm phát thải được áp dụng trên

động cơ đốt trong nỏi chung vả động cơ diesel nói riêng nhưng chủ yêu được chia

thành hai nhóm chính đó là:

Nhóm thứ nhất: gồm các biên pháp liên quan đền kết câu động cơ, loại nhiên

liệu, phương pháp hình thành hỗn hợp, cách điều chỉnh và vận hành động cơ Tuy

nhiên các biện pháp nay khong the dap ứng các tiêu chuẩn giới hạn độc hại ngay

cảng nghiêm ngặt

NGe-Parlcie Trade-Off

_Tiêu thụ nhiên liệu À

Hình 1.6 Các giải pháp giảm phat thai NOx va PM nhằm hướng tới

các tiêu chuẩn Châu u [Sj

~ Nhóm thứ hai: gồm các biên pháp xử lý khí thải nhờ các thiết bị xử lý Các

biên pháp nảy hiện nay được áp dụng phố biến và đảm bão được các tiêu chuân cho

phép vẻ nêng đô độc hại của khí thải trước khi xả vào mỗi trường

Trên Hình 1.6 trình bảy giới hạn tiêu chuẩn phát thải của Châu Âu đối với

thành phân NOx và PM, việc áp dụng các giải pháp cắt giảm phát thải NOx sẽ được

nghiên cứu trong các nội dung tiếp theo của luận văn.

1.3.2 Cúc giải pháp giâm NOx cho déug co diexel

1.3.3.1 Giải phán liên quan đến kết cấu động cơ và nhiên liệu

œ Điều chỉnh đê bạn chế lượng nhiên liệu chủ trình

hi động cơ làm việc ở chế độ tải cực đại, tức lá ^ rất nhỏ thì hưọng phát thải NÓx rất cao (kế cá CO và PM), Để cho déng co không làm việc tại các chế dộ tải cực đại thi có thể điều chỉnh cơ cấu hạn chế lượng nhiên liệu theo chu trình của

‘bom co áp về phía giâm nhiên Hệu, do dó có thể giảm duge ty 16 NOx nhưng biện pháp nảy lại làm giảm công suất cực đại của động cơ

buồng cháy ngắn cách (phim giản

tiếp) Ở mỗi loại buồng cháy dẻu

“Hình 1.7 a) Vẻi phun thông thường,

Aj Voi phun có thể tích chất nhỏ

Ở buông cháy ngắn cách tỷ lệ NOx thấp hơn nhiều so với buông cháy thống nhất, ngoài ra các yếu tổ về áp suất phun, quy luật phun, huớng tia phon, kết cấu của vời phun thể hiện trên hình 1.7 cũng ảnh hưởng đến lượng phat thai NOx cũng, như các thành phân phát thải dộc hại khác

e Lựa chọn góc phun sớm thích hợp

Nếu góc phun sớnn cảng giảm (phun muộn độ thì nhiệt độ quá trình chảy giảm theo do đó NÓx cũng giảm Phương pháp này được áp đựng khá phổ biến để giảm

phat thai NOx nhưng m‹

mudi than din

d Ding hệ thông phưm nhiên liệu điều khiển điện tử

Hệ thống nhiên liệu điều khiến điện tử được đừng phd biến trên các động cơ

hiện đại Sơ với hệ thông, phun nhiên liệu cơ khí thủ hệ thông nhiên liệu phun điện tử

co khả năng liên kết vả xử lý được nhiều tín hiệu trong miền đặc tính làm việc của động cơ để đại được các thông số tối ru Nhờ đó mà hệ thống rưiên liệu điện tử có thể lâm giảm dược các thành phân dộc hại trong khí thái tới mức thấp nhất cỏ thể

e Dùng nhiên liệu thay thể

Sử dụng nhiên liệu thay thể là một phương hướng nghiên cứu vá áp dụng quan

trọng trong việc giảm ô nhiễm môi trường của phát thải động cơ diesel Tiện nay

trên động cơ diesel sử dung hai loại nhiên liệu thay thể sau

- Diesel sinh hoc (Biodiesel) thay cho diesel hoa thach, hu methanol, dau thực vật, mỡ động vật Đông co diesel ding Methanol cé phat thai P-M rất thập

- Nhiên liệu kép (Dua Fuel) uhu diescl-gas, nhién liệu chỗ yếu (có thể tới

99%) là khí thiên nhiên đốt bởi nhiên liêu điesel phun méi (có thể chỉ 1%)

# Phương hướng phát trién dong co diesel tidu thy it nhiền liệu, khi thái i† độc hại

Dé phat triển động cơ theo hướng này thủ khi thiết kế động cơ cần phải:

- Dùng nhiều xu páp, có thể thiết kế vị trí vòi phun cũng như đường nạp thích hop hon nhằm câi thiện được quá trình hình thành hỗn hợp

- Hoản thiện hệ thẳng phun nhiên liệu, gồm có:

Tăng áp suất phun đếi với động cơ bồng cháy thông nhất: đùng bơm - vôi phưu bay hệ thống nhiên liệu Corunou Rail (CR)

+ Điều chỉnh quy luật phun đối với hệ thống phun điện tổ (CR), tổ chức phun Jam nhiều giai đoạn như phun mỗi (để giảm tốc độ tăng áp suất, động cơ lắm việc

âm han), phun chính, phun sau

- Làm mát khí hiân hồi

- Tải ưu hệ thông tăng áp

21

~ Thiết kế hệ thống rạp điều chỉnh được chế độ xoáy và rồi của môi chất

- Cñi thiện

Ất lượng nhiêu liệu như tầng chỉ số Xê-lan, giảm hàm lượng, 3y drocacbon thơm và đặc biệt là giâm hàm lượng tạp chất lưu huỳnh dễ giảm PM

g Luân hồi khi thai (EGR)

Luận hỏi khi thái là biện pháp làm giam dang, ké lugng NOx trong khi thai động cơ nói chung và trên động cơ điesel nói riêng Mặc dù luân hẻi khí thải làm giảm NOx nhưng lại làm tăng hượng PM, HC, CO, tăng tiêu bao nhiên liệu cũng như tăng khả năng mài mòn các chỉ tiết và ảnh hướng đến độ bên của động cơ

Nhưng tỷ lệ luân hỗi ä động cơ diesel có thể cao hơn, cụ thể ở buồng cháy thông

thiất có thê tới 6034 và buồng chảy ngăn cách lới 30%

Tấu khí luân hồi được làm mái thì tỷ lệ NÓx có thể giảm hơn nữa Vì vậy hiện nay, luân hỏi khí thải dược nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ trên đông cơ cicscl

Biện pháp luân hẻi khí thải sẽ được nghiên cửu sâu trong các nội dung tiếp

theo của luận vần

-Hình 18 Sơ đồ động cơ sử thung luân hội khỉ thải

1 Dông cơ; 2- Hình tiêu âm; 3-Dưỡng thái, 3- Dường luân hội khí thái,

3- Bộ điều khiển; 6-Vem tiết hau khí thải, 7- Phường Hạn;

1.3.2.2 Hiện pháp liên quan đến xử lý khi xả

a Dùng bộ xúc tác hấp thụ MO+x dùng cho hén hep nghéo LNT

Hệ thông LMT là hệ thống làm giám khi thái XÓOx với hiệu suất cao, lớn hơn

90% Bang cách phụm nhiẻn liệu vào hệ thẳng LT để giải phóng một số muỗi

2

mitơrát nhằm lâm giảm NOx cũng như cách dùng các kim loại quý đề hấp thụ các khi thải từ động cơ

* Cau tạo

Hinh 1.9 the hién so dé cau tao và nguyên lý hoạt động của hệ thống LNT [9] Câu tạo hệ thông LNT gồm 2 buồng xúc tác:

Buông thứ nhất: có một van khí thải và một đường ông nỗi tắt (bypass)

Buông thứ hai (buông xử lý): được chia thành các buông nhỏ gồm cỏ buông,

chứa chất ôxy hoá (1) (dung tích 7 lí), buông chuyển hoa (2) (dung tich 7 lit) va

buông chứa bộ xúc tác LNT (3) (dung tích 14 liÙ Trong các buồng có chửa chat

xúc tác

Các chất xúc tác trong các bình được làm từ các kim loại quý cỏ thành phan cho các bình như sau: 50g Pt/30Smm} véi buông chứa chất ôxy hoá, 60g PƯRh

/305mm° với buông có chứa chất chuyên hoá, 50g PU305mm” với buồng có chứa

chất xúc tác LNT Các kim loại quý nảy được phủ lên trên bề mặt của kim loại kiểm

và kiểm thỏ, các kim loại kiểm vả kiềm thổ dùng chủ yêu là Kali (K) và Bari (Ba)

bằng öxy hoả chúng vả các ôxit kim loại kiêm tho như BaO hấp thụ chúng trong, điều kiện nghèo

Các phương trình phản ứng trong điều kiện nghèo được thực hiện như sau:

NO + 1/202 = NO2

(1.9)

BaO + NO-2 + 1/202 = Ba(NOs)2

Hải phương trình trên là qua

trình ôxy hoa NOx Quả trình hấp (Hol x0, [E8]

thụ NOx trong hỗn hợp nghèo được

thể hiện trên hình 1.10 Do lượng

NOx được hập thụ ngảy cảng nhiều

hơn dẫn đến hiệu qua hap thu NOx

giảm do vậy cần phải thực hiện quá Hình 1.10 Quả trình hap thu NOx

trình tái tạo lại hệ thông trong hỗn hợp nghèo

được thực bằng cách đóng van khi

thải trước buông xử lý và mở van

thải từ động cơ đi ra Trong quả H,+2H,0 3 4H, + CO,

trinh tai tao toàn bộ lượng khi thải 'H, +20, 3 CÓ + 3H, +€O, + HO

Quá trình tái tạo lại hệ thông được thực hiện bằng cách phun nhiều liệu vào

trước buỏng ôxy hoá, quả trình được thực hiện như trên Hình 1.11

Nhiên liệu được phun vào lả khi Métan (CH4) Lúc này buông chứa chất ôxy hoá sẽ thực hiện quả trình ôxy hoá CHạ đề cho ra các sản phẩm như: CO, CO, HạO,

và Hạ theo phương trình phản ứng sau:

24

2CH¡ + 2%; = CO + 3H; + CO¿ + HạO (110)

Các khí này tiếp tục đi vảo

buồng chuyên hoá đề thực hiện tiếp

quá trình chuyển hoá khi CHạ

thành khí CO; và Hạ theo phương

trình phân ứng sau:

Các khí nảy lại tiếp tục đi vào

buồng xử lý LNT để thực hiện quá

Hình 1.12 Chư trình hấp thụ và tái tao

của hé thong LNT

trinh tai tao

Trong điều kiện giàu nhiên liệu quá trình giải phóng N› xảy ra theo phản ứng:

Ba(NO3)2 = BaO + NO-2 + 3/202 Ba(NO3)2 = BaO + NO- + 1/202 (1.12)

hap thu NOx lai bat dau

Một hệ thông LNT thường có thời gian hoạt động cho một chu trình xử lý như

sau: Thời gian cho quá trình hấp thụ là 60s, thời gian cho quả trình tai tao 1a 17s va thời gian cho quả trình phun nhiên liệu là 10s Từ đỏ thi trên Ởình 1.12 cho thấy thời gian hấp thụ NOx của hệ thống LNT là tương đối lớn, dẫn đến lượng NOx hap

thụ là tương đối lớn Khi hệ thông LNT thực hiên quá trình tái tạo thì thời gian thực hiện quá trình tái tạo là rất ngắn dân đến lượng khí NOx thai ra ngoài môi trường là

tương đổi thấp Qua đó ta thây hiệu suất của bộ xử lý LNT rất lớn, đến hơn 90%,

25

b Dùng bộ xử lÿ xúc tác khử NO, - SCR

Đây là phương pháp khử liên tục NOx, dưới tác dụng của chất xúc tác làm cho

NO; bị khử vả hoàn nguyên thảnh N› và HạO Chất xúc tác thường dùng là NH› Do

lượng xúc tác cần thiết rất lớn nên bộ xử lý và các thiết bị đi kèm rất công kênh, vì

vậy bộ xử lý dùng NH; thường dùng cho các trạm động lực tĩnh tại

Hiện nay, hãng Simens đã thay thế NH bằng Urê ở dạng lỏng trong bộ xử lý

xúc tác có tên SINOX dùng trong các thiệt bị động lực cỡ lớn [10]

'

Hình 1.13 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thẳng SCR

* Đặc điểm cấu tạo

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hê thông SCR thê hiện trên Hinh 1.13 [10]

Trên sơ đỏ gồm hai phân chỉnh: hệ thông phun Urê và bộ xúc tác chính SCR,

trong đó lõi bộ xúc tác chính SCR được chế tạo bằng các vật liệu sau:

Vanadium la chat xúc tác kim loại, thông thường kích thước của chúng tương

đổi lớn, hiệu suất chuyển đổi thấp bởi hảm lượng của chúng trong bộ xúc tác rất

nhỏ Hạn chế của vật liệu này lả không thẻ hoạt động ở nhiệt độ cao

Zeolite la hop kim xúc tác được bảo vệ bởi một lớp là nên Ceramic, hiéu suat chuyên đổi tương đối cao cho một đơn vị thẻ tích Thành phân của Zeolite gồm các hợp kim của các kim loại: Cu vả Fe chịu được nhiệt độ cao Hợp kim Fe chiêm thành phân lớn trong Zeolite vi ching lam việc được ở nhiệt độ cao gân 600%C va

cho hiệu suất tương đổi cao

Hap kim của Cu rất có hiệu quả cho bộ xử lý khí thái khi hoạt động ở nhiệt độ thip 450°C Bén cạnh đó bó trí hợp kim Fe đặt trước hop kim Cu, hop kim Cu hoạt động có hiệu quả ở nhiệt độ thập và hợp kim Fe hoạt động ở nhiệt độ cao Chỉnh nhờ vậy bộ xử lý khí thải SƠR làm việc trong một dõi nhiệt độ rộng bởi vì có sự kết hợp mệt loạt hệ thống, các hợp kim Hơn nữa sự kết hợp các hệ thông cho phép lam giảm bớt khi thải ð nhiệt độ cao

* Nghiên lý hoạt động

Quá trình xử lý NOx xây ra trong hệ thông SCR bao gầm một chuỗi các phân

ng hỏa học được chúa làm 3 phản ứng chính:

- Phản ứng thứ nhất gọi là "Samdard SCR”” phản dng nay lam giam NO hay còn gọi là phản ừng chuẩn bởi ví NÓ là đặc trưng cho phản ứng làm giám khi thái của động cơ điesel phương trình phân ứng như sau:

ẢNH; I 4NO I O¿ =N: ! 6H¿O (1.13)

- Phan ứng thứ hai là phản ứng khử nhanh: phản ứng này xảy nhanh hơn phản ứng chuẩn Phản ứng xảy ra bên trong bộ xúo lác nơi có sự cân bằng NO và NOz

phương trình phản ứng như sau

- Phản ứng thứ ba là phăn ứng khứ chậm: phán ửng nảy xắy ra khi tý lệ NOz/NO>1; trong đó NO/NO là hệ số của phản ứng hoá học, phụ thuộc vào mỗi phương trình phản ứng Hệ số này ảnh hưởng rất nhiều đến liệu suất của bộ xử lý, với tý lệ NO»/NO>1 thi phan ứng xây ra tương đối chậm, phương trình phân ứng như sau

Trong quá trình hoạt động ca bộ xứ lý khí thải SCR cũng có các vừng nhiệt

độ khác nhan, các vùng nhiệt độ này là điều kiện để xây ra các phần ứng trên Có ba

vũng chính là

- Vũng ] (200 : 250)9C: đây là vùng nhiệt độ thấp mà lÿ số NOz/NO là yếu tố chỉnh của phán ứng Phản ứng chính của vùng này là phản ứng (1.15)

- Vùng 2 (250 +350)°C: vimg này xảy ra phần ủng (113) Khi tỷ số NOz/NO>1, quyết định đến hiệu suất của bộ xử ly

- Vùng 3 (>350%C): vùng này xây ra phản ứng (1.14), NÓ: phân ly thành NO,

đo nhiệt độ cao nên NÓx giâm dáng kể, vì vậy nó dược gọi là phần ứng chuẩn

Quả trình cất giảm NOx phụ thuộc rất nhiều yếu tố, vi chúng thường cỏ áp suất và nhiệt độ rất cao Để khắc phục điều nảy người ta phun dụng dịch Urê vào dòng khí thai trước khi qua bộ xúc tác Urê có nhiều thuận lợi cho quá trình sử đựng như độc tỉnh ít, sử dụng an toàn trong vận chuyển, nông độ UïÊ trong dụng địch là 32.5% 'Trước khi phán ủng với NOx, Urê trăi qua 3 quá trình chính:

- Quá trình bay hơi: nước bay hơi để giải phóng Urê

((NH;);CO} —> (NH:);CO), + (6.9H;O}, (1.16) Các chữ cải “lq”, ”s°, và “ø” biểu thị theo thứ tự cho nước, chất rẫn và khí

- Quá trinh nhiệt phân: sau sự bay hơi của khỏi Urê là sự phân ly thành khi khéng mau va axits isocyanic

- Quá trình thuỷ phân: sẵn phẩm này phân ly ra thành NHE và CƠ›,

* Các hạn chế trong phải triển bệ thống SCR

- Hiệu suất của bộ xử lý đạt được từ (55+90)% phụ thuộc vào quả trình làm

việc của động cơ Một trong những yêu tẻ chính ảnh hướng đến hiệu suất chuyển

dỗi của bỏ xứ lý lá nhiệt dộ khi thải Nhiệt độ động cơ trong quá trình khỏi dong lạnh tương đổi thấp dẫn đến nhiệt độ khi thái thấp, vả hiệu quá của quả trình chuyển hoá NOx khang cao

28