Tìm hiểu thiết bị phân tích thành phần khí thải động cơ đốt trong CEBII

Trong sự phái triển của loài người, con người luôn tìm hiểu, sáng tạo ra các thiết bị sản phẩm nhằm thoả mãn các nhu cầu của mình. Sự đi lại là một trong những nhu cầu thiết yếu dó. Chính vì vậy, động cơ, ô_tô đã ra đời phục vụ cho nhu cầu này. Cùng với sự phái triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật động cơ, ô_tô càng ngày càng hoàn thiện. Tuy nhiên ngoài những mặt tích cực còn có mặt tiêu cực đó là sự ô nhiễm do động cơ sinh ra. Sự ô nhiễm đó càng ngày càng nghiêm trọng ảnh hưởng tới môi trường sống của con người. Chính vì vậy, các nhà khoa học cùng với các nhà sản suất ngày nay đang nghiêm cứu, áp dụng các phương pháp mới để tăng hiệu quả, hiệu suất của động cơ cùng với việc giảm sự ô nhiễm do động cơ gây ra. Riêng tại Việt Nam, vấn đề này là một lĩnh vực gần như bị bỏ ngỏ, coi nhẹ mấy năm trước. Nhưng gần đây đặc biệt từ năm 1995 vấn đề này được chính phủ và các cơ quan chức năng quan tâm và đang nghiên cứu triển khai. Tại Việt Nam do đặc thù có nhiều chủng loại phương tiện đan xen nhau hoạt động, có nhiều xe cũ, đường xá chưa tốt, đặc biệt với trình độ chưa cao, công nghệ kỹ thuật còn lạc hậu, ý thức của người dân còn thấp, vì vậy vấn nạn về ô nhiễm môi trường do động cơ, ô_tô gây ra càng cấp bách và cần được giải quyết. Một trong những phương hướng giải quyết vấn nạn này là kiểm soát các loại động cơ, ô_tô đang hoạt động, kiểm soát các loại động cơ, ô_tô nhập khẩu và sản xuất phải đảm bảo thân thiện với môi trường. Như vậy cần có một hệ thống thiết bị đánh giá đo lường tình trạng khí thải của động cơ, đặc biệt cần có một lớp cán bộ kỹ sư đủ trình độ, khả năng sử dụng thiết bị, quản lý theo dõi tình trạng chung của các loại xe và phân tích sử lý các vấn đề liên quan. Với những suy nghĩ như vậy, em đã mạnh dạn xin được chọn đề tài : Tìm hiểu thiết bị phân tích thành phần khí thải động cơ đốt trong CEBII.

LỜI NÓI ĐẦU

Trong sự phái triển của loài người, con người luôn tìm hiểu, sáng tạo ra các thiết bịsản phẩm nhằm thoả mãn các nhu cầu của mình Sự đi lại là một trong những nhu cầu thiếtyếu dó Chính vì vậy, động cơ, ô_tô đã ra đời phục vụ cho nhu cầu này Cùng với sự pháitriển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật động cơ, ô_tô càng ngày càng hoàn thiện

Tuy nhiên ngoài những mặt tích cực còn có mặt tiêu cực đó là sự ô nhiễm do động cơsinh ra Sự ô nhiễm đó càng ngày càng nghiêm trọng ảnh hưởng tới môi trường sống của conngười Chính vì vậy, các nhà khoa học cùng với các nhà sản suất ngày nay đang nghiêm cứu,

áp dụng các phương pháp mới để tăng hiệu quả, hiệu suất của động cơ cùng với việc giảm sự

ô nhiễm do động cơ gây ra

Riêng tại Việt Nam, vấn đề này là một lĩnh vực gần như bị bỏ ngỏ, coi nhẹ mấy nămtrước Nhưng gần đây đặc biệt từ năm 1995 vấn đề này được chính phủ và các cơ quan chứcnăng quan tâm và đang nghiên cứu triển khai Tại Việt Nam do đặc thù có nhiều chủng loạiphương tiện đan xen nhau hoạt động, có nhiều xe cũ, đường xá chưa tốt, đặc biệt với trình độchưa cao, công nghệ kỹ thuật còn lạc hậu, ý thức của người dân còn thấp, vì vậy vấn nạn về ônhiễm môi trường do động cơ, ô_tô gây ra càng cấp bách và cần được giải quyết

Một trong những phương hướng giải quyết vấn nạn này là kiểm soát các loại động cơ,ô_tô đang hoạt động, kiểm soát các loại động cơ, ô_tô nhập khẩu và sản xuất phải đảm bảothân thiện với môi trường Như vậy cần có một hệ thống thiết bị đánh giá đo lường tình trạngkhí thải của động cơ, đặc biệt cần có một lớp cán bộ kỹ sư đủ trình độ, khả năng sử dụng thiết

bị, quản lý theo dõi tình trạng chung của các loại xe và phân tích sử lý các vấn đề liên quan

Với những suy nghĩ như vậy, em đã mạnh dạn xin được chọn đề tài :

Tìm hiểu thiết bị phân tích thành phần khí thải động cơ đốt trong CEBII.

Với mục đích đi sâu tìm hiểu hệ thống hoá các kiến thức và phương pháp sử dụng thiết

bị phân tích thành phần khí thải động cơ đốt trong CEBII Tài liệu chủ yếu là tài liệu nướcngoài vì vậy bài luận của em có thể dùng để tham khảo cho chuyên ngành động cơ nói riêng

và kỹ thuật nói chung, một phần nhỏ bé giúp các nhà sản xuất biết cách thức phân tích khí xảcủa động cơ

Trong đồ án tốt nghiệp của em gồm có ba phần chính :

Chương I : Giới thiệu chung về hệ thống thử nghiệm khí thải.

Chương II : Thiết bị phân tích khí thải CEBII.

Chương III : Vận hành sử dụng thiêt bị.

Em xin chân thành cám ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Động Cơ, các kỹ sư bậc đàn

anh cùng với các bạn sinh viên Đặc biệt em xin cám ơn Thạc sỹ : Phạm Hữu Tuyến đã

hướng dẫn em tận tình chu đáo giúp em hoàn thành bài luận văn này

Do trình độ, năng lực bản thân còn hạn chế cùng với thời gian có hạn, vì vậy emkhông tránh được những sai sót khi thực hiện bài luận văn này Em rất mong nhận được sựgóp ý của thầy cô và các bạn để bài luận văn được tốt hơn

Em xin chân thành cám ơn !

Hà Nội, ngày 29 tháng 5 năm 2005Sinh viên : Đinh Quốc Vinh

CHƯƠNG I NHỮNG VẤN ĐỀ VỀ Ô NHIỄM DO ĐỘNG CƠ SINH RA.

1.1 Vấn đề ô nhiễm môi trường:

Cùng với sự phát triển của kinh tế, khoa học, kỹ thuật việc bảo vệ môi trườngtrở thành vấn đề quan trọng cấp bách của các quốc gia Một trong những nguồn phátthải chất độc hại đó là phải kể đến khí thải của động cơ đốt trong Theo các tài liệu báocáo, hiện nay trên thế giới có 750 – 800 triệu ô_tô các loại thải ra hàng trăm triệu tấnchất độc hại vào môi trường hàng năm

Tại Việt Nam theo thống kê ngày 31 tháng 12 năm 1999 có : 460.000 ô_tô cácloại và 5.585.000 xe máy

Hàng năm số lượng xe cộ và lượng chất độc hại do chúng thải ra còn tăngmạnh Tốc độ tăng lượng xe cộ khoảng gần 12% Vào năm 2005 ước tính lượng ô_tôlớn hơn 700.000 chiếc và lượng xe máy vào khoảng 15 triệu xe Các phương tiện trêntập trung chủ yếu ở các thành phố lớn như : TP Hồ Chí Minh là 30%

Với vấn nạn như vậy vào năm 1992 tại Rio Degianero (Braxin) đâ họp hội nghịthượng đỉnh lần thứ nhất cảnh báo về ô nhiễm môi trường

Vào năm 1997 họp hội nghị thượng đỉnh lần thứ hai tại Kyoto (Nhật) và đưa ra

nghị định Kyoto

Năm 2002 họp hội nghị thượng đỉnh lần thứ ba tại Giohanexbot ( Nam Phi ) Và

gần đây nghị định Kyoto đã được thực thi tại nhiều nước, cắt giảm lượng khí thải độc

1.2 Sự hình thành các chất độc hại trong khí thải động cơ:

Năng lượng cho động cơ hoạt động chính là năng lượng của phản ứng cháynhiên liệu với không khí trong xylanh

1.2.1 Sản phẩm cháy và nguồn gốc:

Sản phẩm cháy của động cơ đốt trong gồm :

- Cac bon nic (CO2) : là sản phẩm khí, kết quả của quá trình cháy hoàn toàn cácbon trong nhiên liệu Nó không gây độc hại tới con người nhưng nó gây ra hiệu ứngnhà kính làm nhiệt độ toàn cầu nóng lên, ảnh hưởng gián tiếp tới con người

4CnHm + (4n+m) O2 =4n CO2 + 2m H2O

- Cac bon oxit (CO) : Sản phẩm khí không màu, không mùi sinh ra trong quátrình cháy không hoàn toàn các bon trong nhiên liệu, điều kiện cháy thiếu O2

4 CnHm + (2n+m) O2 = 4n CO + 2m H2O Hàm lượng CO cho phép [ CO ]= 33mg/m3

- Hydrocacbon (CnHm) : là nhiên liệu và dầu bôi trơn cháy không hết, do hỗnhợp cháy quá đậm hoặc do điều kiện cháy không phù hợp Hydrocacbon có loại khôngđộc nhưng cũng có loại rất độc :

 Loại không độc : Parafin (CnH2n+2)

 Loại rất độc : Benzen, cacbua thơm

Để đánh giá CnHm người ta đánh giá hàm lượng tổng cộng : Total Hydrocacbon

- Các oxit Nitơ (NO, NO2, N2O4) : được ký hiệu chung là NOx là sản phẩm cháycủa N2 với O2 ở nhiệt độ cao (trên 1.100 0C), (gồm có hai thành phần chủ yếu là NO và

NO2)

- Oxit Nitơ (NO) : chiếm tỷ lệ lớn 95% đến 98%, NO rất độc cho con người, nógây ra viêm đường niêm mạc, đường hô hấp nhưng NO không bền trong môi trườngbình thường, khi NO gặp O2 nó sẽ tạo ra phản ứng :

SO2 độc với con người, gây sốc, hại cho niêm mạc và phổi Khi gặp nước SO2

tạo thành Axit H2SO3 gây ăn mòn chi tiết và tạo ra mưa axit

SO2 + H2O = H2SO3

- P- M (Particulate – Matter) : P- M bao gồm các hạt rắn, nhiên liệu, các thànhphần của nhiên liêu và dầu bôi trơn bám theo Các hạt rắn có thể là : bồ hóng, muộithan, muối sunfat hoặc vẩy kim loại Các hạt rắn này rất có hại cho đường hô hấp củacon người ngoài ra nếu quá nhiều có thể gây ra sương mù do bụi

- Ngoài các chất trên, sản phẩm cháy của động cơ đốt trong còn có H2O, O2, N2.Các chất này không gây độc hại cho con người và môi trường

- Mấy năm trước ơ nước ta còn dùng nhiên liệu pha chì (Pb), vì vậy sản phẩmcháy còn có hợp chất của chì Chất này rất có hại cho con người, nó gây ra bệnh ưngthư

1.2.2 Điều kiên hình thành các chất độc hại:

1.2.2.1 Đối với động cơ xăng:

Với động cơ xăng các chất độc hại chủ yếu là CO, CnHm và NOx

- Điều kiện hình thành CO :

CO được hình thành ở các chế độ khác nhau của λ

o Khi hệ số dư lượng không khí nhỏ hơn 1 (λ < 1)

Các phản ứng xảy ra trong điều kiện thiếu Oxi vì vậy sản phẩm cháy có nhiều

CO, nhiều CnHm còn không cháy hết và ít NOx (vì tuy nhiệt độ cháy cao nhưng không

có O2 để phản ứng với N2) Trong quá trình giãn nở, một phần CO phản ứng với H2O :

2CO + 2H2O  2CO2 + H2

o Khi hệ số dư lượng không khí lớn hơn 1 (λ > 1)

Khi λ > 1 về lý thuyết là thừa không khí (O2) tuy nhiên vẫn có vùng trongbuồng cháy thiếu O2 cục bộ ngoài ra tại những vùng sát vách, tại những khe kẽ do ảnhhưởng của hiệu ứng làm lạnh nên nhiên liệu không cháy triệt để Vì vậy vẫn tồn tại COkhi λ >1 Tuy nhiên phần lớn CO sinh ra kết hợp với O2 tạo thành CO2:

Khi λ > 1 thừa O2 nhưng nhiệt độ cháy thấp do hỗn hợp nhạt vì thế lượng NOx

sinh ra giảm dần

o Cơ chế hình thành NO :

NO chiếm khoảng 95% ÷ 98% tuỳ thuộc vào λ, phần còn lại là NO2.

O2  2 O (phần tử va chạm vào nhau tạo ra nguyên tử hoạt tính)

O + N2 ↔ NO + N

N + O2 ↔ NO + O (Chuỗi phản ứng Zeldovic)Ngoài ra NO còn được hình thành từ gốc OH : OH + N ↔ NO + H

Thực nghiệm chứng tỏ rằng NO hình thành chủ yếu ở phía sau ngọn lửa trongvùng cháy và các phản ứng hình thành NO diễn ra rất chạm so với việc hình thành CO

o Cơ chế hình thành NO2 :

NO2 được hình thành khi : NO + O = NO2

NO + O2 = NO2 + O

1.2.2.2 Đối với động cơ diezen:

Đặc điểm của động cơ diezen là có giới hạn cháy rất rộng (λ = 1,2 ÷ 10) Quathực nghiệm người ta xác định các chất độc hại chủ yếu của động cơ diezen là CO,

CnHm, NOx và P – M

- Điều kiện hình thành CO

Khi λ lớn hơn 1 nhiều lần thì vẫn tồn tại CO vì vẫn có phần cục bộ thiếu O2, vàvẫn còn nhiên liệu tại vùng khe kẽ không cháy triệt để vì hiệu ứng sát vách Khi tatăng λ lên ban đầu CO có giảm và đến giá trị nhỏ nhất (λ = 2) Nếu ta tiếp tục tăng λthì lúc đó nhiệt độ cháy giảm làm cho tỷ lệ CO tái hợp với O2 trong quá trình giãn nởgiảm do đó lượng CO thải ra tăng

÷ 10%)

- Điều kiện hình thành P – M

Nguyên nhân tạo ra P – M là do nhiên liệu cháy ở dạng hạt lỏng nhỏ ly ti tạo ramuội than (soot) hay các hạt vẩy tróc mòn của động cơ hoặc do các hạt muối sunfat,các hạt này thường có chất lỏng bám theo là nhiên liệu cháy không hết và dầu bôi trơn.

Hạt P – M có kích thước 0,01μm ÷ 1μm (phần lớn có kích thước < 0,3μm) (Dễm ÷ 1μm ÷ 1μm (phần lớn có kích thước < 0,3μm) (Dễm (phần lớn có kích thước < 0,3μm ÷ 1μm (phần lớn có kích thước < 0,3μm) (Dễm) (Dễhít vào đường hô hấp vì vậy rất hại cho sức khoẻ của con người)

Khi ta tăng λ thì tỷ lệ nhiên liệu ít do đó ít tạo thành giọt làm cho ít tạo muội Tuynhiên khi λ > 3 thì lượng P – M không đổi là do các nguyên nhân khác chứ không phải

do nhiên liệu

- Phương pháp hình thành hỗn hợp cũng ảnh hưởng tới lượng chất độc hại :Với hỗn hợp màng ảnh hưởng của hiệu ứng sát vách mạnh hơn so với hỗn hợpthể tích vì thế lượng CnHm cũng nhiều hơn

Nếu sử dụng buồng cháy ngăn cách thì giảm được lượng NOx vì khi cháy ởbuồng cháy phụ nhiên liệu rất nhiều nhưng thiếu O2 vì vậy NOx cũng không tạo ranhiều Khi cháy sang buồng cháy chính O2 nhiều nhưng nhiệt độ không cao vì thếcũng khó sinh ra NOx (NOx ở buồng cháy ngăn cách có khi chỉ bằng ½ so với buồngcháy thống nhất)

Nếu tổ chức xoáy lốc và hoà trộn tốt thì lượng CnHm trong khí thải sẽ giảm

- Các chế độ làm việc của động cơ cũng ảnh hưởng tới thành phần chất độc hại:

Khi khởi động nguội lúc đó ta cần λ nhỏ, hỗn hợp rất đậm vì vậy lượng CO rấtlớn, ngoài ra khi khởi động nguội nhiệt độ các chi tiết thấp do đó sự bay hơi nhiên liệutồi dẫn đến khí thải nhiều muội và nhiều CnHm

Khi khởi động nhiệt độ thấp nên lượng NOx thấp

Nhiệt độ chi tiết tăng, λ không nhỏ như khi khởi động vì vậy lượng CO, CnHm

trong khí thải giảm dần và NOx tăng dần

 Động cơ xăng dùng chế hoà khíKhi tăng tốc λ đậm đột ngột vì thế lượng CO, CnHm tăng đột ngột còn NOx thìgiảm

Hệ thống luôn đảm bảo λ phù hợp kể cả khi tăng tốc do đó các thành phần độchại khí xả thay đổi không đáng kể

 Động cơ diezen không tăng ápKhi thời gian phun thay đổi lượng nhiên liệu tăng nhưng không khí cũng kịpthời ùa vào làm cho thành phần các chất độc hại trong khí thải thay đổi không đáng kể

 Động cơ diezen có tăng áp

Do cản của tuabin máy nén nên không khí không đáp ứng kịp khi tăng tốc vì thếlượng CO, CnHm, P – M tăng và NOx giảm

o Khi giảm tốc hay khi động cơ bị kéo cưỡng bức

 Động cơ xăng dùng chế hoà khíKhi giảm tốc hay khi động cơ bị kéo cưỡng bức nhiên liệu vào nhiều mà khôngkhí vào ít làm cho hỗn hợp rất đậm dẫn đến lượng CO và CnHm trong khí thải rất lớn

Đa số trường hợp là bộ điều khiển cắt phun nhiên liệu

 Động cơ diezen Với động cơ diezen thì lúc đó bộ điều tốc sẽ bị kéo về vị trí không tải, nếu sốvòng quay quá lớn thì bộ điều tốc sẽ kéo về vị trí cắt nhiên liệu

CHƯƠNG II GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG THỬ NGHIỆM KHÍ THẢI

2.1 Sơ đồ và nguyên lý của hệ thống:

2.1.1 Giới thiệu chung về hệ thống thử nghiệm khí thải động cơ ôtô:

- Chức năng của hệ thống thử nghiệm khí thải:

Hệ thống thử nghiệm khí thải có chức năng chính là phân tích xác định thầnhphần nồng độ các chất độc hại có trong khí thải của động cơ ôtô theo các chu trình thử.Các kết quả thử được sử dụng để đăng ký chất lượng, nghiên cứu và phát triển

- Hệ thống bao gồm các cụm chi tiết chính sau:

 Hệ thống băng thử động lực

 Hệ thống lấy mẫu khí thải

 Hệ thống điều khiển phân tích

- Các điểm đo trong hệ thống thử nghiệm:

Hệ thống thử nghiệm cho phép lấy mẫu khí thải tại ba vị trí khác nhau:

 Vị trí thứ nhất: Lấy mẫu khí thải ngay sau đường ống thải (Rawgas), khíthải lúc này chưa được làm loãng Kết quả hiển thị giá trị thay đổi theo thời gian dùngcho nghiêm cứu và phát triển

 Vị trí thứ hai: Lấy mẫu khí thải đã được pha loãng trước ống Venturi, đoliên tục (Diluted) Kết quả cũng được hiển thị theo thời gian và cũng được dùng đểnghiên cứu, phát triển

 Vị trí thứ ba: Lấy mẫu khí thải từ túi khí, người ta đo giá trị trung bình vàgiá trị này dùng để đăng ký chất lượng

- Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống:

Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống phân tích khí xả.

H ình 2.2: Sơ đồ hệ thống phân tích khí xả

2.1.2 Vai trò của toàn bộ hệ thống.

Hệ thống AVL CEC CFV kết hợp với các bộ xử lý thích hợp sẽ cung cấp mộtchính xác kết quả đo về thành phần các khí có trong khí xả động cơ, với một băng thửgiả lập quá trình chạy xe như trên đương thật Kết quả đó sẽ được chuyển sang bộphận tính toán và đồng thời được hiển thị dưới dạng đồ thị

2.1.2.1Nguyên lý làm việc của hệ thống.

Khí xả của động cơ thử nghiệm được đưa tới bộ phân tích các thành phần độchại qua hai cách, đó là đo trực tiếp khí xả động cơ mà không làm loãng và đo khí xảđộng cơ có qua làm loãng

- Đo trực tiếp khí xả động cơ mà không làm loãng: (Sample in raw gas)

Khí xả do động cơ sinh ra được đưa vào một đường ống, trong đường ống nàykhí xả được hâm nóng để sao cho nhiệt độ là không đổi Đường ống này được đưa trựctiếp tới bộ phân tích CEBII Vào bộ phân tích CEBII có hai đường Raw Gas, mộtđường là từ buồng thử nghiệm động cơ (Engine testbed), một dường là từ buồng phântích khí xả động cơ

- Đo khí xả động cơ đã qua làm loãng:

Trong phương pháp đo khí xả đã qua làm loãng người ta còn chia ra làm haicách đo:

 Đo liên tục:

Với cách đo liên tục động cơ phải đang hoạt động Không khí ngoài trời đượcđưa qua một bộ lọc và được hoà trộn với khí xả của động cơ.Sau đó hỗn hợp tiếp tụcđược đưa qua bộ làm loãng TUNNEL UNIT để hoà trộn tiếp Cuối ống làm loãng cómột bộ phận trích khí xả làm loãng đưa tới tủ phân tích CEBII để phân tích, ngoài ra

có một ống nhỏ cũng để trích khí xả đưa tới bộ lọc trong hệ thống đo thành phần dạnghạt trong khí xả Lượng khí xả còn lại được đưa tới cụm lấy mẫu một ống VENTURI,sau đó được chứa vào các túi khí Phần khí xả thừa sẽ được đưa ra ngoài trời qua hệthống ống thông hơi

 Đo từ các túi khí mẫu:

Cách đo từ các túi khí mẫu thường được áp dụng khi động cơ đã thôi không đotrực tiếp Khi đó khí mẫu đo sẽ được lấy từ các túi ở trong tủ chứa BAG SAMPLER vàđược đưa vào bộ phân tích CEBII

2.1.2.2 Nguyên lý làm việc của các cụm chi tiết.

- Nguyên lý làm việc của bộ phận lấy lưu lượng khí xả xe ô_tô

Khí xả cuối ống xả được hút vào ống chữ T (Mixing – T) Tại ống chữ T, khí xảđược hoà trộn với không khí môi trường Trước khi vào hoà trộn, không khí môitrường được lọc sạch bởi một hệ thống lọc không khí (Diluted Air Filter) Sau đókhông khí được pha loãng đi vào ống hoà trộn (Diluted Tunnel) Tuỳ vào loại động cơ

là động cơ xăng hay động cơ diesel mà ống hoà trộn có thể tích lớn hay nhỏ Với động

cơ diesel, trong khí xả có hàm lượng P – M nhiều, theo tiêu chuẩn cần đo hàm lượngP-M trong khí xả vì thế cần có thể tích ống pha loãng lớn (để tạo điều kiện hình thành

P – M giống như thực tế) Còn đối với động cơ xăng do hàm lượng P – M nhỏ, theotiêu chuẩn không cần đo P – M vì thế không cần ống pha loãng lớn Cũng tuỳ theoô_tô dùng nhiên liệu loại gì (xăng hay diezen) để lựa chọn hệ thống lấy mẫu và phântích khí xả phù hợp Ngay sau khi bắt đầu vào hệ thống lấy mẫu, khí xả loãng đượcđưa vào bộ phận phân ly để một lần nữa lọc sạch P – M bằng cách tạo ra một dòng

xoáy hoà trộn đồng thời với việc tách các hạt bụi Khí xả loãng đến thiết bị tuần hoànnằm ngay dưới bộ phân ly Đầu lấy mẫu được đặt ngược hướng với dòng khí đi quaống Venturi đặt cùng với ống lấy mẫu là đầu dò nhiệt độ và áp suất Lưu lượng giớihạn qua ống Venturi cho phép tính toán tổng lượng khí loãng vì lưu lượng lớn nhất củadòng khí đi qua ống Venturi luôn không đổi và bằng vận tốc âm thanh Để có tốc độdòng khí đạt vận tốc âm thanh thì cần phải có một áp suất chân không cần thiết ởđường ống ra Về lý thuyết thì có thể biết áp suất chân không đó qua một đồng hồ đo,nhưng do tồn tại các lớp biên trong ống Venturi nên có sự tổn thất áp suất qua ống, quacác thiết bị máy móc.

Quạt hút được giữ áp suất hút không đổi là 0,5kPa

Hình 2.3: Ống Venturi.

- Nguyên lý làm việc của hệ thống lấy mẫu khí xả loãng

Ngay tại phía trước ống Venturi có đặt hai đầu lấy mẫu (lưu lưọng là 6 lit/phút).Một đầu lấy mẫu khí liên tục vào bộ phân tích (điểm đo Diluted Gas), bộ phân tích sẽđọc kết quả liên tục trong suốt quá trình thử nghiệm Một đầu sẽ lấy khí chứa vào cáctúi khí để sau khi chương trình thử kết thúc sẽ lấy khí trong các túi ra phân tích (điểm

đo Bag)

Ngoài ra bản thân khí trong môi trường dùng để pha loãng khí xả (khí nền)cũng có chứa một hàm lượng nhất định các chất độc hại Nên song song với việc lấykhí xả pha loãng vào trong túi thì phía dưới bộ lọc không khí nền cũng có một đầu lấymẫu để sau này phân tích hàm lượng các chất độc hại có trong không khí nền

- Hệ thống đo hàm lượng muội trong khí xả

Các mẫu khí được lấy với lưu lượng không đổi từ ống làm loãng nhờ một đầulấy mẫu có đường kính 13mm được thiết kế theo tiêu chuẩn US – EPA và CEC, thiết

bị điều khiển lưu lượng của dòng khí xả được đặt ở cuối đường lấy mẫu (có thể bỏthiết bị này nếu không dùng chuẩn CEC cho xe hạng nhẹ) Lưu lượng của dòng khíđược dẫn qua một van cầu để kiểm tra sự thất thoát và tới bộ tách dòng để đưa tới các

lọc đã định trước cho mỗi pha của quá trình thử Bộ tách dòng là một máy CNC, nó cóthể được tháo ra để kiểm tra sự đồng đều của hình dạng các ống.

Với hệ thống này cho phép điều chỉnh tốt nhất lưu lượng vào các ống khác nhau

mà không có độ sai lệch

Hệ thống có 1, 3 hay 4 lọc tuỳ thuộc vào các yêu cầu thử khác nhau Cụm lọc

có thể được tháo ra và mang tới phòng cân Cụm lọc có một núm vặn đặt ở giữa, khivặn ngược kim đồng hồ sẽ cho phép mở cụm lọc một các nhẹ nhàng để có thể thay thếcác lọc một cách dễ dàng

Việc lựa chọn các van xuôi hoạt động cho phép hướng dòng lưu lượng vào cáclọc khác nhau trong quá trình thử Các van ngược là các van cầu hoạt động bằng khínén với lưu lượng dòng chảy khi mở là không hạn chế Trong trường hợp dòng lưulượng đi qua đường rẽ sẽ cho phép làm ấm bơm trước khi bắt đầu qua lọc

2.2 Chức năng các thiết bị trong hệ thống.

Hệ thống thử nghiệm và phân tích khí thải của động cơ bao gồm các thiết bịchính sau:

- Thiết bị lọc không khí (air filters unit)

- Vị trí hoà trộn (mixing – poit)

- Ống làm loãng (dilution tuner unit)

- Tủ lọc lấy mẫu dạng hạt trong khí xả (particulate sampling cabinet)

- Đầu lấy mẫu tổng lượng CnHm (heated total hydrocarbon sampling probe)

unit)

- Các túi khí mẫu (bags sampling)

- Quạt hút khí (blower unit)

- Máy tính điều khiển (control PC)

2.2.1 Thiết bị lọc khộng khí.

Không khí lấy từ ngoài môi trường (gọi là khí nền) được trộn với khí thải củađộng cơ, hỗn hợp tạo ra (khí xả loãng) sẽ gần giống với điều kện môi trường làm chophép đo thêm chính xác trong đánh giá Tuy nhiên không khí trước khi được vào hoàtrộn phải được lọc sạch Thiết bị lọc không khí là một phần của thiết bị trộn, không khítrước khi vào trộn được qua ba lớp lọc là:

- Lọc thô : lọc các hạt bụi bẩn có kích thước lớn hơn 0,3 μm ÷ 1μm (phần lớn có kích thước < 0,3μm) (Dễm Lớp này được tạo

ra bởi lớp giấy đặc biệt

- Lọc than hoạt tính : để giữ các tạp chất có trong không khí và tiết tục loại bỏcác bụi bẩn có trông khí nền

- Lọc tinh : lọc các hạt bụi bẩn có kích thước nhỏ hơn 0,3 μm ÷ 1μm (phần lớn có kích thước < 0,3μm) (Dễm Hiệu quả lọc đạttới 99% với lưu lượng cho phép là 33m3/min và áp suất là 250 Pa.

Ngoài ra hệ thống còn có một thiết bị lọc được dùng cho lấy mẫu khí xả thô gọi

là pre_filter, khả năng của thiết bị này cho phép loại bỏ 80% ÷ 85% các bụi bẩn trongkhí xả do đó nó kéo dài tuổi thọ của lớp than hoạt tính

Một mẫu không khí sẽ được lấy vào các túi khí để phân tích thành phần trongkhí nền Các thành phần trong không khí luôn không đổi trong suốt qua trình thử, nên

nó có thể lấy với một lưu lượng có tỷ lệ bất kỳ với lưu lượng khí xả loãng

Trong thiết bị lọc có một công tắc để bật chuông cảnh báo khi áp suất qua lọc quáthấp, khi đó là lọc quá bẩn và cần vệ sinh hoặc thay thế Việc thay thế lọc được thựchiện dễ dàng nhờ một cửa ở bên cạnh

2.2.2 Vị trí hoà trộn.

Vị trí hoà trộn được đặt ngay dưới của bộ lọc, nó có hình dạng chữ T Tại vị trínày, khí xả loãng được hoà trộn đồng đều giúp cho hệ thống lấy mẫu Một lượng khíngoài môi trường được lấy đi để phân tích thành phần các khí có trong khí nền Thiết

bị hoà trộn được nối với hệ thống lấy mẫu qua một hệ thống ống mềm (ghép với nhaubằng mặt bích) hoặc các ống thép thẳng tuỳ thuộc vào các thiết bị chuẩn

Để đơn giản cho việc kiểm tra thiết bị lắp ghép, người ta thiết kế một van bướm

để đóng đường không khí làm loãng vào điểm trộn T

Hình 2.4: Thiết bị lọc và điểm hoà trộn.

2.2.3 Ống làm loãng.

Ống làm loãng là thiết bị giúp hoà trộn hơn khí xả với không khí loãng và làmđồng nhất thành phần có trong hỗn hợp tạo ra tính chất giống như với điều kiện thực tếkhi động cơ hoạt động trong môi trường

Ống pha loãng còn có tác dụng pha loãng khí xả nhằm tránh hiện tư ợng ngưng

tụ hơi nước có trong khí xả

Ống làm loãng là thiết bị được thiết kế theo tiêu chuẩn thử EPA và ECE, ốnglàm loãng trong hệ thống CVS cho phép đo được lượng muội P – M và hàm lượng cácchất khí có trong khí xả

Ống làm loãng được làm hoàn toàn bằng thép không gỉ, nó có ba phần lắp ghépvới nhau cho phép dễ dàng trong vận chuyển và kiểm tra Trong hệ thống phân tích khí

xả có hai ống làm loãng, một cái dành cho động cơ diezen, một cái dành cho động cơxăng

- Cấu tạo ống làm loãng của động cơ diezen gồm có ba phần chính :

 Phần I (khu vực đầu vào) : tại đây không khí vào làm loãng sẽ chạy xungquanh một ống chứa khí xả, tại điểm cuối của khu vực này xảy ra quá trìnhtrộn chính của các khí đi vào, tại miệng của khu vực này có một màng chắn

có thể thay đổi được độ rộng nhằm tạo ra tốc độ và sự hỗn loạn của khí vào

là có lợi nhất cho quá trình trộn

 Phần II (khu vực ống thẳng) : chiều dài của ống làm loãng này phải chophép làm đồng đều khí xả với không khí làm loãng Trong khu vực ốngthẳng có đặt một đầu đo mẫu khí hạt đặt cách đầu vào của khí xả một đoạnbằng 10 lần đường kính ống làm loãng

 Phần III (khu vực cuối cùng) : tại đây lắp các thiết bị ngoại vi, bao gồm cácđầu lấy mẫu khí hạt và đầu dò phân tích thành phần CnHm

Ngoài ra còn có các van để ngắt dòng khí, nó giúp cho dòng khí chỉ có thể đi vàomột ống làm loãng (ống làm loãng diezen hoặc ống làm loãng xăng) Các van này nằm

ở trước đầu vào và sau đầu ra của các ống làm loãng

Các thành phần và cấu tạo của ống được thiết kế và sắp đặt theo nguyên tắc saocho độ hỗn loạn của dòng khí là hằng số Reynol lớn hơn 4000 và áp suất đạt được là

áp suất giới hạn Ống làm loãng thiết kế có đường kính 12” (304mm) và cho phép lưulượng qua tới 30m3/min

- Cấu tạo ống làm loãng của động cơ xăng :

Ống làm loãng của động cơ xăng có cấu tạo gần giống với ống làm loãng củađộng cơ diezen nhưng có kích thước nhỏ hơn và có van đóng mở ở giữa ống

Hình 2.5: Ống làm loãng.

2.2.4 Tủ lọc lấy mẫu dạng hạt trong khí xả.

Trong mỗi pha của chu trình thử, mẫu khí xả loãng cùng một lúc đưa qua hailọc là lọc chính và lọc phụ (primary và back-up) Chức năng này cho phép lựa chọncác van ngược và xuôi đối với mỗi cặp lọc của cụm lọc Việc lựa chọn các van ngượchay xuôi (van khí hay van điện từ) có thể thực hiện từ PC điều khiển, cùng với quátrình lấy mẫu khí vào các túi Một van điện từ thứ hai sẽ mở một mạch rẽ cho phép khíkhông đi qua lọc và các phần chính khác trong trạng thái hệ thống chờ, điều này chophép bơm lấy mẫu được làm ấm

Trong hệ thống này có có tới 3 cặp lọc chính và phụ tương ứng với ba pha củachương trình thử, đây là điểm khác so với các hệ thống khác, nó cho phép dễ dàng lụachọn các bộ lọc Trong quá trình thử các cặp lọc nhất định sẽ được chọn tuỳ thuộc vàotiêu chuẩn thử Các cụm lọc được được đặt trên một giá hoạt động bằng khí nén, giánày có thể để ở hai vị trí:

 Vị trí trên :sẵn sàng cho quá trình thử, tại vị trí này lọc được lắp vào hệthống

 Vị trí dưới : có thể tháo cụm lọc ra để kiểm tra và thay thế

Các lọc sau khi thử nghiệm được tháo ra khỏi ống dẫn khí đưa đi cân và phântích

 Chú ý là trước và sau khi lọc đều phải cân, sự chênh lệch khối lượng trước

và sau khi thử nghiệm chính là khối lượng thành phần dạng hạt trong khí thải, kết hợpvới bộ đo lưu lượng ta có thể tính được mức độ ô nhiễm của khí thải trong môi trường

Để thao tác nhanh chóng khi cần tháo lọc khi thử nghiệm xong, người ta thiết

kế riêng biệt một ống trượt ở trung tâm của cụm lọc cho phép thay thế một cách thuậnlợi các lọc 47mm và các lõi lọc này được đưa tới bàn cân có độ chính xác tới mứcmicro

Hệ thống lọc hạt được hỗ trợ bởi một máy điều khiển với 3 đường ống riêngbiệt được làm bằng thép không gỉ và các đầu lấy mẫu cho các tiêu chuẩn ECE.

Hình 2.6: Sơ đồ hệ thống lọc thành phần dạng hạt

2.2.5 Đầu lấy mẫu tổng hợp C n H m

Đây là một thiết riêng biệt nằm bên cạnh ống làm loãng, một đầu rò được nốivới bộ phân tích thành phần CnHm qua một đường ống luôn được gia nhiệt

Thiết bị này được thiết kế phù hợp với đặc điểm kỹ thuật của chuẩn EPA, với bộ quánhiệt sẽ cung cấp hai khả năng cơ bản là chia nhiệt và điều khiển nhiệt độ

- Cấu tạo của đầu lấy mẫu gồm có : ống thép không gỉ có đường kính 8mm, bộsấy nóng 75W, một cảm biến nhiệt độ PT100 và ống cao su cách điện bảo vệ đồng thờicũng để giũ nhiệt

nhiệt độ và một lớp thuỷ tinh cách điện bảo vệ Ngoài ra còn có một bộ hâm nóng300W có thể sử dụng ngay lập tức để kết nối với phần chính

- Cảm biến nhiệt độ là loại PT100 kiểu A được lắp ráp ngược với lọc về bêntrái, nó dò tìm nhiệt độ ở hầu hết các vị trí có khả năng giảm nhiệt độ

Nhiệt độ đầu đo được điều khiển quanh giá trị thiết lập trước là 191 °C với sai số chophép là ± 7 °C thông qua một thiết bị điều khiển cơ bản là PID trong bộ PWM

Hình 2.7:Đầu lấy mẫu phân tích C n H m

2.2.6 Bộ phận lấy mẫu một ống Venturi.

Cấu tạo hệ thống lấy mẫu gồm có : thiết bị tạo xoáy gọi là Cyclonic Separator,

bộ trao đổi nhiệt để điều khiển nhiệt độ khí xả loãng, ống Venturi, đầu lấy mẫu, thiết

bị cảm biến nhiệt độ và áp suất

- Thiết bị tạo xoáy : có nhiệm vụ loại bỏ các thành phần dạng hạt, còn tồn tạitrong hỗn hợp khí xả và không khí bằng cách cho khí xả loãng vào một máy quay phân

ly Ngoài ra nó còn giúp làm đồng đều khí xả loãng trước khi vào ống Venturi

- Ống Venturi : ống Venturi có thể thay đổi tuỳ theo lưu lượng khí Với hệthống 1 ống Venturi cho phép ứng dụng với các điều kiện thử của động cơ diezen ỐngVenturi được lắp hệ thống trao đổi nhiệt với nước vòng kín để điều chỉnh nhiệt độ khíloãng trước khi vào ống Venturi

nhiệt, hệ thống gia nhiệt, bơm tuần hoàn và các van điều chỉnh lưu lượng Nước làmmát được pha thêm phụ gia và nhiệt độ của nó được điều khiển thông qua máy tính, tínhiệu điều chỉnh được lấy từ cảm biến nhiệt độ lắp trước ống Venturi Nhiệt độ đượcđiều chỉnh thông qua điều chỉnh lưu lượng nước

- Hệ thống lấy mẫu CVS được kết nối với máy tính qua hai sợi cáp xoắn ỐngVenturi, bộ phận tạo xoáy và các bộ phận khác được nối với nhau nhờ các đệm cao sutròn nhằm loại bỏ khe hở và thuận lợi cho quá trình bảo dưỡng, kiểm tra, sửa chữa

- Việc thay thế bộ trao đổi nhiệt của hệ thống lấy mẫu một ống Venturi chođộng cơ xăng bằng bộ trao đổi nhiệt với nước tuần hoàn vòng kín sẽ cho phép ứngdụng hệ thống với động cơ diezen

Hình 2.8:Hệ thống lấy mẫu một ống Venturi.

Trong tủ chứa các túi khí mẫu, hệ thống lấy mẫu và bơm hút được nối với nhaubằng ống cao su mềm để giảm bớt sự rung động và sự truyền nhiệt Ở mặt trước, có hệthống lọc đa điểm với chức năng lọc các thành phần dạng hạt

Trong tủ chứa túi khí mẫu có một hệ thống phân phối, trên hệ thống phân phối

có đặt các van chân không cho phép thực hiện các chức năng cơ bản cho quá trình lấymẫu vào các túi khí và xử lý (quá trình chờ, làm sạch, hút khí…) Các túi khí kết hợp

chặt chẽ với các van, điều đó cho phép cải thiện cách bố trí chung và cách điều khiểncác túi khí Điều này tạo ra các điểm lợi hơn so với cách bố trí van của các hệ thốngtrước :

- Kết nối chặt chẽ giữa các van

- Trong mạng LON các thiết bị được điều khiển bằng tín hiệu số

- Các giao diện được làm phù hợp cho việc kết nối với các thiết bị bên ngoài

- Cho phép phát hiện và loại bỏ sự rò rỉ trong hệ thống

Các ống phân phối trong hệ thống được thiết kế riêng cho phép thực hiện quátrình quay vòng khí mẫu như quá trình hút khí hoặc quá trình làm sạch và đồng thờicũng cho phép quản lý lưu lượng vào túi khí mẫu

Để thiết lập chế độ Tedlar (chế độ tránh sự chèn ép của các túi khí) cho các túikhí người ta dùng một cặp túi khí cho một pha điền đầy mẫu khí nền và khí xả loãng

Hệ thống CVS có 9 túi khí trong một tủ, ở mỗi túi khí có một van chân không,van này sẽ hiển thị trên màn hình điều khiển khi túi khí rỗng và sẵn sàng cho quá trìnhlấy mẫu Ngoài ra còn có một công tắc ngắt khi đầy, điều này tránh trường hợp quáđầy khí mẫu trong túi khí

Hình 2.9:Tủ lấy mẫu.

2.2.8 Quạt hút.

Người ta sử dụng quạt hút ly tâm để nâng áp suất qua ống Venturi lên áp suấtcần thiết (20 kPa) để ống Venturi làm việc với dòng khí có tốc độ âm thanh Quạt hút

phải được tính toán sao cho áp suất tới hạn qua hệ thống phải khắc phục được tổn thất

áp suất dòng chảy (trên các ống phân phối) và tổn thất áp suất tại các vị trí cục bộ (cácchỗ ống gấp khúc, các đoạn ống có kích thước thay đổi) để đạt lưu lượng lớn nhất theoyêu cầu

Nếu hệ thống CVS đòi hỏi sự thay đổi lưu lượng trong phạm vi rộng, mà quạthút lại được thiết kế cho lưu lượng lớn nhất, vì vậy có thể xảy ra hiện tượng không ổnđịnh động lực khi lưu lượng là nhỏ, hiện tượng đó gọi là “surging”, điều đó liên quantới nguyên tắc hoạt động của quạt hút ly tâm, hiện tượng này xuất hiện sẽ dẫn đến hưhại trong hệ thống Để tránh hiện tượng hiện tượng này, hệ thống có bố trí một van gọi

là “bleed – in” phía sau ống Venturi và trước bơm hút, nó sẽ tự động mở khi áp suấtsau ống Venturi quá nhỏ, khi đó quạt sẽ hút được nhiều không khí từ bên ngoài hơnkhí đi qua ống Venturi

Quạt hút được bố trí sao cho tiết kiệm không gian nhất vì thế người ta thườngđặt nó ở trên hoặc dưới hệ thống lấy mẫu

Hình 2.10:Quạt hút trong hệ thống CVS

2.2.9 Một số đặc điểm của hệ thống lấy mẫu khí thải.

Hệ thống AVL CEC CFV CVS (Critical Flow Venturi – Constant VolumeSampler) cung cấp các phương pháp để thực hiện việc xem xét, đánh giá hay tự độngđiều chỉnh với các phép đo chính xác thành phần các chất có trong khí thải Các chứcnăng cơ bản của hệ thống AVL CVS được đánh giá là phù hợp với các tiêu chuẩn củaluật bảo vệ môi trường

Ngoài ra hệ thống còn có các tính năng ưu việt sau :

- Thu nhận toàn bộ khí xả với độ chênh lệch áp suất trên đường ống thải khônglớn hơn 1,25kPa so với trường hợp không nối đường xả với hệ thống CVS

- Khí loãng là khí xả của động cơ với không khí với một tỷ lệ phù hợp, tỷ lệ nàygiúp tránh hiện tượng ngưng tụ nước trên đường lấy mẫu và trong các thiết bị đo

- Việc lấy mẫu khí vào các túi khí được điều chỉnh tương ứng với lưu lượng củakhí xả loãng.

- Thực hiện các phép đo chính xác đối với toàn bộ lượng khí xả loãng để xácđịnh tổng lượng phái thải với đối với mỗi pha

- Hút khí và làm sạch túi khí mẫu bằng không khí mẫu giữa các quá trình thử

- Việc lấy mẫu khí xả không gây ảnh hưởng tới điều kiện xả khí của động cơ

Hệ thống thử nghiệm cũng cho phép ta thực hiện lấy mẫu một các liên tục

- Hệ thống đo đạc tính toán được thành phần dạng hạt có trong khí xả của động

cơ đốt trong

- Hệ thống cung cấp khả năng điều khiển hệ thống từ bảng điều khiển, từ cácthiết bị trợ giúp, hoặc từ máy tính điều khiển thông qua giao thức kết nối AK

ống Venturi để tạo ra một lượng không đổi vì vậy hệ thống có thể tích luỹ hay lấyđược một lượng khí mẫu một các chính xác trong các điều kiện chuẩn, dựa trên côngnghệ vi xử lý Lưu lượng lớn nhất của hệ thống CVS phụ thuộc vào hệ thống lấy mẫu

và quạt hút sao cho thích hợp với các ứng dụng cầc thiết Ở lưu lượng lớn nhất nó phùhợp với hầu hết các yêu cầu của quá trình thử và có thể lựa chọn bằng tay thông quaviệc tính toán các ống Venturi

- Trong hệ thống sử dụng bộ tạo xoáy để loại bỏ thành phần dạng hạt trong khí

xả loãng và đảm bảo tốt hơn cho việc hoà trộn khí xả với không khí làm loãng

- Sử dụng đầu lấy mẫu tương ứng với tỷ lệ lấy mẫu

- Có thể tách riêng tủ lấy mẫu và quạt hút một các linh hoạt sao cho thiết bịchiếm không gian nhỏ nhất

thân thiện dễ sử dụng, trên cơ sở bộ truyền tốc độ cao, Giao tiếp thông qua cổng busISA với một thiết bị hỗ trợ LON, các thiết bị hiện đại được cài đặt các phần mền mới

dễ sử dụng thân thiện và tương thích

CHƯƠNG III THIẾT BỊ PHÂN TÍCH KHÍ XẢ.

3.1 Vai trò của CEBII trong hệ thống thử nghiệm khí xả.

Trong hệ thống thử nghiệm khí xả CEBII (Combustion Emission Bench) có vaitrò rất quan trọng Tủ phân tích CEBII có chứa các bộ phân tích khác nhau để phântích các thành phần độc hại có trong khí xả như: khí CO,CO2,NO,NO2,HC

Ngoài ra nó còn có vai trò phân tích thành phần các chất phụ tham gia vào cácquá trình thử nghiệm như: phân tích thành phần không khí vào hoà trộn (phân tích khínền) hay tạo ra, huỷ đi O3, đo hiệu suất quá trình tạo ra O3 hoặc chuyển đổi và đo hiệusuất quá trình chuyển đổi NO thành NO2

Vai trò thứ ba của hệ thống CEBII tuy rằng không tham gia vào quá trình đođạc phân tích nhưng nó cũng rất quan trọng, đó là hiển thị kết quả đo trên màn hình vàđưa kết quả đo sang các bộ phận khác để tính toán hoặc làm dữ liệu tính toán như: kếthợp với bộ phận đo quãng đường xe chạy để tính ra lượng chất độc hại thải ra trongmột đơn vị độ dài Qua đó đánh giá xem tình trạng động cơ có đảm bảo các tiêu chuẩnchất lượng hay không và tiêu chuẩn đảm bảo là tiêu chuẩn nào

3.2 Kết cấu của tủ CEBII.

Tủ phân tích khí xả (CEBII) là hệ thống đo lường thực hiện bởi các môđun,thực hiện các phép đo đối với các thành phần NO, NOx, CO, CO2, O2, HC có trong khíxả

Hệ thống có thể hoạt động thông qua hệ thống máy tính công nghiệp nằm trong

tủ được cài phần mềm điều khiển Gem 110 và toàn bộ các bộ phận phân tích Việctruyền thông với máy phân tích được thực hiện thông qua bởi giao diện số tuỳ thuộcvào bộ phân tích mà có thể là một giao tiếp qua mạng CAN hay LON hoặc qua cápRS232

Việc điều khiển các bộ phận chạy bằng hơi của hệ thống như máy bơm hoặc van, việc điều khiển nhiệt độ và việc giám sát các bộ phận cảm ứng của hệ thống được làm thông qua một bộ điều khiển logic có thể lập trình (PLC)

Một vài bộ phận hoặc môđun có thể được tích hợp vào tủ chính Điều này có thể thiết lập việc trưng bày cho các yêu cầu hoặc các ứng dụng đo lường khác nhau

3.2.1 Mô hình tủ CEBII.

2c : Khối điều khiển SCU 7 : Các đường khí và nguồn điện.2d : Vùng dành cho ERG.

Hình 3.1:Mô hình tủ CEBII.

§ång hå ®o H2He(P02) Van kim

§ång hå ®o khÝ ch¸y(P02) Van kim

3.2.2 Vị trí các môđun trong tủ phân tích.

- Ngăn thứ nhất thường được dùng để lắp bộ tuyến tính hoá và đo hiệu suấtchuyển đổi NO2 thành NO (Diagnostic Unit) Nó không cần thường xuyên sử dụng vìthế để tiết kiệm chi phí bộ tuyến tính hoá và đo hiệu suất chuyển đổi NO2 thành NOđược lắp trên một giá đỡ di động, được sử dụng cho nhiều tủ phân tích CEBII do đóngăn thứ nhất này có khi là ngăn trống

- Ngăn thứ hai: đựoc đặt một máy tính tích hợp trưng bày là đơn vị điều khiểntrung tâm trong hệ thống đo lường của tủ CEBII Máy tính công nghiệp này thực hiệntrên Windows NT,với phần mềm được cài đặt là GEM 110 và giao diện đồ họa là hệthống có thể được vận hành Dữ liệu được nhập vào thông qua các phím được cài sẵnbên phải màn hình, các phím chức năng phía dưới màn hình hoặc thiết bị trỏ Việc truycập tới tất cả các máy tính kết nối được thực hiện thông qua màn hình và bàn phím, nóđược cài như là một hệ thống riêng và có thể di chuyển được.Bên cạnh máy tính tíchhợp là một hệ thống các đồng hồ đo áp suất các chất khí đi vào bộ phân tích, ba đồng

hồ phía trên đo khí H2/He, khí N2 và khí systh air, các khí này có áp suất quy định khi

và tủ CEBII là 4bar Hai đồng hồ phía dưới chỉ áp suất khí nén compr air, và khí làmsạch backflush, áp suất chỉ định là 6bar Phía dưới các đồng hồ đo áp suất là các đầunối khí vào để tuyến tính hoá.

- Tiếp theo phía dưới của máy tính (ngăn thứ ba) là bộ phân tích O2 có khoảng

đo từ 1% đến 25% Tuỳ theo hàm lượng O2 như thế nào mà chọn dải đo phù hợp

- Dưới bộ phân tích O2 là hai bộ phân tích CO và CO2 (ngăn thứ tư) Phân tích

CO cũng được chia làm hai loại CO low với khoảng đo là 30ppm tới 2500ppm và COhight có khoảng đo là 0,5% đến 10% Phân tích CO2 thì có chung một khoảng đo đó là0,5% đến 20% Bên cạnh bộ phân tích CO, CO2 có hệ thống các van kim để điều chỉnhlượng khí vào hiệu chỉnh, phía dưới các van kim là các ống chỉ lưu lượng khí hiệuchỉnh

- Ngăn thứ năm: có hai bộ phân tích HC cùng có khả năng đo lượng HC trongkhoảng 9ppm đến 30% Tuy nhiên để tiết kiệm, các bộ phân tích được lại chia ra để

đo, một bộ chỉ để đo khí xả có hàm lượng HC thấp và một bộ chỉ để đo khí xả có hàmlượng HC cao, với điều này có thể sử dụng chung hai đến ba bình khí nén có hàmlượng phù hợp với cả hai bộ phân tích Bên cạnh bộ phân tích này có các đồng hồ chỉ

áp suất khí H2/He, khí cháy và đồng hồ chỉ áp suất khí nền Ngoài ra còn có một vankim điều chỉnh lượng O2 vào bộ phân tích và có một ống chỉ lưu lượng khí

- Ngăn thứ sáu: được để một bộ phân tích NO/NOx, bộ phân tích này có khoảng

đo 50ppm đến 10000ppm Bên cạnh ngăn thứ sáu tương tự như ngăn thứ năm, có cácđồng hồ chỉ áp suất khí H2/He, khí cháy và đồng hồ chỉ áp suất khí nền Ngoài ra còn

có một van kim điều chỉnh lượng O2 vào bộ phân tích và có một ống chỉ lưu lượng khí,nhưng tất cả đều dùng để đo cho bộ phân tích HC còn lại

- Ngăn thứ bảy: là khối SCU Bộ sấy nóng khí mẫu SCU (sample conditioningunit) bao gồm tất cả các thành thực hiện và điều chỉnh sấy mẫu khí Bộ SCU bao gồmcác thành phần sau :

 Với bộ phân tích HC và bộ phân tích NOx hơi nước không làm sai lệchkết quả đo, nhiệt độ đo yêu cầu phải cao để tránh những sai số khi đo vì vậy cần phảisấy nóng khí mẫu Khối làm nóng khí mẫu (heat sample unit) : kết hợp đường làmnóng và một bơm khí làm nóng với một bộ lọc sơ cấp và một bộ lọc thứ cấp tại đườngvào Bơm có thể có hai đường vào Các van điều khiển đường đi của khí qua bộ đánhlửa FID và bộ phân tích quang hoá CLD cũng được tích hợp vào trong khối này

 Còn với các bộ phân tích CO,CO2, O2 thì ngược lại, để đo chính xác lạiphải làm lạnh mẫu khí để loại bỏ đi hơi nước bởi vì hơi nước trong trường hợp này cóảnh hưởng lớn tới kết quả đo Nó là nguyên nhân sinh ra sai số trong trường hợp này

Vì vậy cần tính toán nhiệt độ của khí để loại bỏ nước trong khí xả mẫu Yêu cầu nàyđược áp dung cho tất cả các bộ phân tích không làm nóng như CO, CO2, O2.

 Khối điều khiển SCU chứa tất cả các bộ phận để điều khiển đường đi vàđiều chỉnh dòng khí như các van hoặc bộ điều chỉnh áp suất, nguồn điện và các bộ cảmứng để giám sát trạng thái của SCU Việc điều khiển bằng tay được thực hiện bởi PLC,

vì vậy SCU điều khiển là độc lập và chỉ dẫn dữ liệu tới máy tính kết nối là được trìnhbày theo yêu cầu

vào trong SCU

- Ngoài các phần đã được nêu ở trên, tủ CEBII còn có các chi tiết sau:

Hệ thống có một công tắc để ngắt toàn bộ từ nguồn Công tắc này có thể bịkhoá ở vị trí OUT (ví dụ khi bảo dưỡng)

Bên phải màn hình có một của sổ, qua đó ta có thể thấy các van tắt bằng tay vàcác máy đo áp suất sẵn có để dùng Cũng có một công tắc được lắp đặt sẽ đóng mở hệthống phân tích với máy tính điều khiển

Các bộ phân tích được đặt ở giữa tủ phân tích và có vỏ bọc bên ngoài, các vỏnày không thường xuyên mở ra Ở đó các bộ phận của bộ phân tích và tất cả các bộphận liên quan tới khí yêu cầu đều được định vị trên các rãnh trượt

Bộ chuẩn đoán (diagnostic) có thể được lắp đặt phía trên đỉnh của tủ phân tích.Môđun này có thể kết hợp các đường khí riêng rẽ thành một đường cho bộ phân tích,đồng thời môđun này có thể kiểm tra sự chuyển đổi NOx và sự tồn tại của hơi nước

Tất cả các thành phần khí sử dụng cho việc tính toán khí mẫu và cáp điện cungcấp điện cho hệ thống được lắp đặt phía sau tủ phân tích

3.2.3 Mô tả hệ thống điều khiển.

3.2.3.1Bố trí của hệ thống điều khiển.

1 : Máy tính điều khiển

2 : Thiết bị PLC I/O

2a : PLC trong SCU

2b : PLC trong tủ phân tích

2c : CAN I/O cho thời gian Môđun kết nối với khí xả

2d : CAN I/O của PLC cho những tuỳ chọn

3 : Các bộ phân tích với kết nối LON

4 : Các bộ phân tích với kết nối CAN

5 : Các bộ phân tích với kết nối RS 232

6 : Các van 8 : Bộ làm nóng (cảm biến nhiệt độ và thiết bị làm nóng)

10 : Các loại cảm biến khác nhau.

Hình 3.3: Sơ đồ hệ thống điều khiển

3.2.3.2 Sự điều khiển nhiệt độ.

Tất cả các vòng làm nóng được thiết lập trong tủ phân tích đều được điều khiểnbởi PLC (nó không đứng riêng lẻ và việc điều khiển nhiệt độ là ngay tức thì) Qua đó

hệ thống luôn hoạt động trong trạng thái được làm nóng Bên cạnh việc điều khiểnnhiệt độ hẹ thống, PLC còn hiển thị các điều kiện hoạt động để có thể tránh các hư hạitới hệ thống Trong trường hợp nhiệt độ nằm ngoài giá trị giới hạn thì hệ thống sẽkhông thể thiết lập trạng thái chuẩn

3.2.3.3Các đặc trưng an toàn.

- Hệ thống thông gió của khí xả mẫu

Mẫu khí xả cũng như khí xả đã được định lượng, nó có ảnh hưởng nguy hiểmtới con người Vì thế cho nên cần có một hệ thống thông gió thích hợp để lưu chuyểnkhí xả đi khỏi đường ống vào hệ thống phân tích Trong một trường hợp nào đó hệthống lưu chuyển khí xả không làm việc thì một cảm biến lưu lượng nằm bên trong hệthống lưu chuyển sẽ tắt tất cả hệ thống về khí xả Điều này đảm bảo rằng khí xả sinh ra

sẽ không gây ra tình trạng nguy hiểm cho người sử dụng hệ thống đo

- Các vấn đề về điều chỉnh nhiệt độ

Trong trường hợp xảy ra các sự cố ở bộ phận điều chỉnh nhiệt độ, nhiệt độ tăngquá giới hạn cho phép (bất cứ sai sót nào về việc chuyển tiết năng lượng) hệ thống sẽngắt nguồn điện cung cấp cho SCU để tránh các hư hại cho bản thân hệ thống sấynóng hay các bộ phận khác Ngoài các hoạt động tự sửa chữa hệ thống còn chuyển mộtthông báo đến cụm điều khiển và hiển thị Thông báo này sẽ được đưa vào nhật ký báolỗi của hệ thống để phục vụ cho những đánh giá và báo cáo sau này.

Khí mẫu sau quá trình loại bỏ hơi nước thì được kiểm tra bằng một cảm biến đo

độ ẩm Trong trường hợp độ ẩm quá một giá trị cho phép, hệ thống sẽ ngừng thửnghiệm mẫu Điều này giúp cho hệ thống và bộ phân tích không bị thiếu nước

3.2.4 Mô tả các thành phần cấu tạo.

3.2.4.1Đường lấy mẫu.

Đương lấy mẫu là đương ống dẻo, làm nóng được sử dụng để lấy mẫu từ đườngvào của bơm đặt bên ngoài tử phân tích Đương ống này tạo từ ống Teflon với đườngkính ngoài là 8mm Vỏ làm nóng quấn quanh ống và được bảo vệ vỏ lưới kim loại.Đường ống này được làm từ silicon, ở cuối đường ống là thiết bị được ghép nối từ cácống kim loại sao cho phù hợp với ống có đường kính 8mm Bộ làm nóng được hỗ trợbởi nguồn điện một pha 230V Một cặp nhiệt ngẫu kiểu K được lắp đặt cho điều khiển

và hiển thị giá trị nhiệt độ Dây nối điện và tín hiệu nhiệt độ được kết nối trong mộtphích nối chung, phích này dùng để kết nối giữa SCU và tủ phân tích Vì vậy cácđường nối khí và điện là luôn hoạt động cùng nhau

3.2.4.2Lọc khí mẫu.

Khí mẫu vào tủ phân tích trước tiên phải qua một thiết bị lọc Thiết bị này đặt ởphía trên của bơm làm nóng để đảm bảo cho phù hợp với với nhiệt độ trong HSU vàtránh các vùng bị lạnh Lọc bao gồm một lọc thứ cấp, lọc này có thể dễ dàng được thaythế hoặc thổi sạch bằng cách thổi luồng khí nóng qua lọc Ngoài ra còn có một lọc thứhai sẽ được lắp đặt để bảo vệ trong trường hợp lọc thứ cấp có vấn đề Cả hai lọc đều cóthể lọc được các hạt cỡ micro

Trongtrường hợp các lọc được trang bị một van ngắt vá một đường quay trở lạiđường vào lọc van ngắt là van không khí hoạt động để đảm bảo sự hoạt động đúngđắn trong điều kiện nhiệt độ cao và tại các vị trí áp suất khác nhau Không khí điềuchỉnh van được điều khiển bởi một van chân không Van này là một van điều chỉnh

bằng áp suất được đặt trong SCU Van chân không được đặt đằng sau HSU và bêncạnh motor bơm.

3.2.4.3Đường dãn khí mẫu tới bộ phân tích.

Khí mẫu được phân bố dưới dạng các dòng khí từ bơm lấy mẫu tới các bộ phântích khác nhau được đặt trong hệ thống Có một sự khác nhau giữa bộ phân tích nóng

và bộ phân tích lạnh như sau : thông thường mỗi bộ phân tích đơn (trong trương hợpkết hợp các bộ phân tích trong mỗi kênh) có thể phân tích độc lập với khí mẫu Vì vậymột bộ phân tích có thể lấy mẫu trong khi bộ phân tích khác đang tính toán và bộ phântích cuối cùng có thể đang chờ

Đường dẫn khí mẫu tới bộ xử lý bao gồm ba chức năng :

 Chức năng thứ nhất : nó có thể ngắt các khí tới bộ phân tích khi bộ phântích trong trạng thái chờ hoặc trạng thái dừng

 Chức năng thứ hai : nó sẽ dẫn khí mẫu tới bộ phân tích khi bộ phân tíchtrong trạng thái lấy mẫu để đo các thành phần độc hại trong khí xả

 Chức năng thứ ba : nó cũng có thể dẫn khí để tính toán (zero, span hoặckhí để chuẩn đoán thiết bị) tới bộ phân tích để kiểm tra giá trị tính toán của bộ phântích

3.2.4.4Bộ phân tích lạnh CO, CO 2

Khí mẫu được đưa tới bộ phân tích từ đường ống dẫn của bơm lấy mẫu, đầutiên khí mẫu được làm lạnh để loại bỏ nước có trong thành phần khí xả.Sau đó nóđược đưa tới bộ phận phân tích Các mẫu khí được đưa tới ống phân phối nhờ van bangả Mỗi van cho một bộ phân tích, có thể van được đặt ở giữa hai vị trí khi lấy mẫuhoặc khi tính toán khí Việc tính toán khí còn được hỗ trợ bởi một hệ thống phân phốikhác, ống phân phối này có thể lựa chọn được nguồn khí để phân tích như khí cho hiệuchuẩn zero hoặc span

3.2.4.5Bộ phân tích nóng HC, NO x

Khí lấy mẫu được làm nóng trước khi đưa tới bộ phân tích (nhiệt độ khí đạt tới

190 °C) Với bộ phân tích nóng ta cần phải đảm bảo nhiệt độ từ đầu lấy mẫu, trênđường dẫn khí và bộ phân tích phải cùng một nhiệt độ, không được có sự sai khác Hệthống này kết hợp chặt chẽ các đầu lấy mẫu, các đường dẫn sao cho không có sự saikhác và loại bỏ trường hợp có vùng bị giảm nhiệt độ Do có yêu cầu cao về độ chínhxác của các phép đo và tính toán, vì thế mà các van ba ngả và khí xả để tính toán đềuđược đặt trong HSU

3.3 Nguyên lý hoạt động của các bộ phân tích.

Toàn bộ hệ thống phân tích khí xả được thiết lập theo một hệ thống các quy ướchoàn chỉnh giúp cho sự điều khiển và thử nghiệm kà tốt nhất Để làm được điều nàycác nhà khoa học đã nghiên cứu vị trí lắp đặt các đầu đo sao cho vị trí đo có ảnh hưởngtốt nhất tới kết quả Thông thường đầu đo lắp đặt để đo CO, NOx, O3, HC

3.3.1 Nguyên lý làm việc của bộ phân tích CO:

- Cấu tạo của hệ thống đo CO:

Hình 3.4:Sơ đồ nguyên lý bộ phân tích CO.

Dụng cụ để phân tích là một thiết bị đo bằng tia hồng ngoại, nó bao gồm:

1 Một buồng phát tia hồng ngoại

6 Thi ết bị đo độ võng của màng

- Nguyên tắc hoạt động:

CO hấp thụ bức xạ hồng ngoại ở bước sóng cỡ 4,7 μm ÷ 1μm (phần lớn có kích thước < 0,3μm) (Dễm vì thế sự có mặt và sốlượng của CO có thể xác định bởi sự giãn nở của CO tại buồng đo khi có tia hồngngoại đi qua

Khi cần đo lượng CO có trong khí mẫu cho khí mẫu đi vào buồng (4) Sau đócho đốt đèn hồng ngoại (1) Tia hồng ngoại đi qua buồng (4) và buồng (8), buồng (4)

có CO nên một phần tia hồng ngoại bị hấp thụ, còn buồng (8) chỉ có khí N2 vì vậy tiahồng ngoại đi qua hoàn toàn Để lượng hồng ngoại qua hai buồng là như nhau đĩa (3)được điều khiển quay, trên đĩa (3) có sẻ các rãnh sao cho thời gian cho tia hồng ngoạiqua rãnh trong và ngoài là bằng nhau Sau khi đi qua hai buồng (4) và (8), tia hồngngoại tới buồng (5) và buồng (7) Trong hai buồng này chứa toàn CO, lúc này tia hồngngoại sẽ bị hấp thụ hoàn toàn bởi CO và làm tăng nhiệt độ của khối khí trong buồng(5) và buồng (7), tương ứng với sự tăng nhiệt độ là sự tăng áp suất Hai buồng (5) và(7) được ngăn cách với nhau bằng một màng cao su Trong hai chùm tia hồng ngoại,chùm tia hồng ngoại đi qua buồng (4) đã bị hấp thụ một phần tại đó vì vậy sự hấp thụtia hồng ngoại tại buồng (5) ít hơn buồng (7) do đó có sự chênh lệch áp suất giữa haibuồng Sự chênh lệch áp suất này làm cho màng cao su bị cong, đo độ cong có thể tínhđược độ chênh lệch áp suất Qua tính toán độ chênh áp suất sẽ biết được lượng CO đãhấp thụ tia hồng ngoại Lượng CO đó chính là lượng CO có trong khí xả

Khi đo CO trong khí xả bằng phương pháp hồng ngoại phải tính đến các điềukiện gây ra sai số Đặc biệt là sự hấp thụ của nước Vì vậy phải có biện pháp hiệuchỉnh giá trị đo Thông thường hiệu chỉnh giá trị đo bằng cách lọc hết nước hoặc quyđịnh giá trị ảnh hưởng của nước trong các khoảng đo

Hình 35: Sự ảnh hưởng của H 2 O tới kết quả đo CO

3.3.2 Nguyên lý làm việc của bộ phân tích NO và NO x :

- Cấu tạo của hệ thống đo NOx và NO:

Dụng cụ đo là thiết bị xác định cường độ ánh sáng, nó bao gồm các chi tiết chính:

1 Khí ôzôn được sinh ra nhờ một thiết bị tạo ôzôn trong không khí

3 Một buồng phản ứng đo NOx có các đường dẫn khí ôzôn và khí mẫu

5 Một bộ hủy ôzôn trước khi thải ra môi trường

Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý bộ phân tích NO x

- Nguyên tắc hoạt động:

Thiết bị hoạt động dựa vào hiện tượng khí quang hoá để xác định hàm lượng

NO, NOx Thực chất phương pháp này là đo cường độ ánh sáng do các phần tử NO2

hoạt tính sinh ra NO2 hoạt tính được tạo ra trong buồng phản ứng qua phản ứng sau:

vì vậy nó sẽ tự động về NO2 không hoạt tính bằng cách phóng đi một phần năng lượng

dưới dạng tia sáng Đo cường độ tia sáng thu được và dựa vào đó để xác định lượng

NO phản ứng Từ lượng NO phản ứng có thể tính ra lượng NO có trong khí xả mẫu

Để đo lượng NOx có trong khí xả mẫu, cho tất cả khí xả mẫu đi qua một bộchuyển đổi từ NO2 thành NO Phần lớn NO2 được chuyển đổi thành NO, sau đó tất cảkhí xả đã qua chuyển đổi được đưa tới buồng phản ứng Tương tự như là với NO,trong buồng phản ứng một lượng NO có trong khí xả sẽ phản ứng với O3 và tạo thành

NO2 hoạt tính NO2 hoạt tính (NO2 năng lượng cao) sẽ lại tự nhảy về mức năng lượngthấp và phát ra ánh sáng, từ đó tính ra lượng NOx có trong khí xả

Trong tất cả các phản ứng của bộ phân tích NO và NOx đều xảy ra với hiệu suấtnhất định Vì vậy để biết được chính xác lượng chất NO và NOx có trong khí xả,ta phảixác định được hiệu suất phản ứng Để xác định được hiệu suất phản ứng phải biếtđược lượng chất tham gia phản ứng Vì vậy trong hệ thống CEBII có một bộ phận đohiệu suất phản ứng tạo O3 và hiệu suất phản ứng sinh ra NO

3.3.3 Nguyên lý làm việc của hệ thống đo O 2 :

- Cấu tạo của hệ thống đo O2:

Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý bộ phân tích O 2

Dụng cụ đo O2 là một hệ thống bao các chi tiết sau:

2 Một con lắc có thể qua trong mặt phẳng ngang được đặt trong từ trườngcủa nam châm Giữa con lắc có gắn một tấm gương phản chiếu tia sáng

3 Một màn hứng tia sáng từ đèn (Cũng là một phôtodiot) (Photo-cells)

4 Một đèn phôtodiot (Infrared-Diode)

5 Một bộ nhận lệnh từ bộ sử lý và điều khiển gương (Dumbbell current)

6 Một bộ sử lý tín hiệu (Procesor)

7 Một bộ chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu số (A/D-converter)

8 Một bộ đánh giá so sánh sự sai lệch của hai màn chắn (Difference)

- Nguyên tắc hoạt động:

Bộ phận đo O2 dựa trên nguyên tắc: khi cho một luồng khí O2 đi vào trong từtrường của một nam châm thì các phân tử O2 và các hạt bụi sắt sẽ bị hút vào trong còncác phân tử nước sẽ bị đẩy ra ngoài

Ban đầu cho một luồng khí có chứa O2 đi vào dọc theo chiều của nam châm.Các phân tử O2 sẽ bị hút vào giữa từ trường, sự di chuyển đó tạo ra một dòng khí Tạigiữa của từ trường có một con lắc, dưới tác dụng của dòng O2, con lắc chịu một lực tácdụng làm cho lệch đi một góc nào đó

Khi có dòng khí đi qua từ trường, thì đèn phôtodiot cũng được hoạt động, nótạo ra một tia sáng chiếu đến tấm gương gắn trên con lắc tia sáng sẽ bị phản chiếu lạithành hai tia và được chắn bởi màn chắn Màn chắn cũng là một phôtodiot, nó chodòng điện đi qua nhiều hay ít tuỳ thuộc vào cường độ ánh sáng chiếu đến Do tấmgương bị lệch vì thế hai tia sáng tới màn chắn là khác nhau, từ đó dòng điện đi quacũng khác nhau

Dòng điện đi qua hai màn chắn được đưa đến bộ so sánh Bộ so sánh đánh giáhai dòng điện và dưa ra một giá trị điện gửi tới bộ chuyển đổi Tại bộ chuyển đổi nàygiá trị điện sẽ chuyển thành tín hiệu số và đưa tới bộ phân tích

Bộ phân tích nhận tín hiệu và phân tích đánh giá, đưa ra các chỉ thị gửi tới bộphận chấp hành tác dụng một lực điều khiển tấm gương

Tấm gương được điều khiển cho tới khi hai tia sáng có cường độ như nhau, thìlúc đó các bộ phân mới thôi không điều chỉnh, bộ phận chấp hành giữ nguyên lực tácdụng Đo lực tác dụng, qua đó có thể phân tích đánh giá ra giá trị của lượng O2 cótrong luồng khí thổi vào

3.3.4 Nguyên lý làm việc của hệ thống đo C n H m :

Hệ thống đo HC dựa vào hiện tượng khí CnHm cháy trong môi trường đặc biệt sẽtạo ra các Ion Đo lượng Ion qua đó có thể xác định được lượng HC

- Cấu tạo của hệ thống đo CnHm:

Hệ thống đo HC cú sơ đồ nguyờn lý như hỡnh dưới Nú bao gồm cỏc thành phầnsau:

là đường dẫn khớ chỏy (hỗn hợp H/He) Ba là đường khớ tạo mụi trườngchỏy

2 Một buồng phản ứng cú gắn cảm biến nhiệt độ

3 Một bộ đỏnh lửa để sinh tia lửa mồi

4 Một cặp cực điện được nối với một bộ khuyếch đại và một bộ đo điện ỏp

6 Một bộ bơm khớ nộn tạo độ chõn khụng để hỳt khớ chỏy ra

Cảm biến nhiệt độ T100 Luồng khí nén

H ình 3.9: Sơ đ ồ đường dẫn khí của bộ phân tích HC

- Nguyên tắc hoạt động:

Khí mẫu cần đo được đưa vào hệ thống với áp suất 580mbar và lưu lượng 1500l/h Nó được hoà trộn với khí cháy (hỗn hợp H/He) được đưa vào ở đường ống thứ hai.Khí cháy có áp suất là 1050 mbar, có lưu lượng là 30 l/h Khí mẫu và khí cháy đượctrộn với nhau và đưa vào buồng cháy với áp suất là 680 mbar

Trong buồng phản ứng hỗn hợp khí (20% O2, 80%N2) được bơm vào làm môitrường cháy Khi khí mẫu và khí cháy được đưa vào, bộ đánh lửa bật tia lửa đốt cháy.Trong điều kiện như vậy khí HC không cháy mà bị bẻ gãy thành các Ion

Các Ion sinh ra trong môi trường có từ trường của cặp điện cực, nó sẽ bị hút vềhai bản cực và tạo thành dòng điện ở trong mạch Dòng điện được khuyếch đại khi điqua bộ khuyếch đại và được đưa tới bộ đo điện áp

Khí cháy được hút ra nhờ độ chân không ở đầu ra Độ chân không này đượcsinh ra do luồng khí nén thổi qua tại miệng hút

Dựa vào cường độ dòng điện sinh ra có thể đánh giá được lượng HC có trongkhí mẫu

Khi đo lượng HC có trong khí xả của động cơ, các điều kiện đo rất được chú ý

Áp suất đầu vào phải đảm bảo chính xác Lưu lượng phải đầy đủ Có như vậy thì quátrình đo với đúng Hệ thống sẽ đánh lửa 10 lần, trong 10 lần đó mà các điều kiệnkhông đảm bảo thì hệ thống sẽ không đo Sau 10 lần đánh lửa mà không đo được thì

hệ thống sẽ dừng lại và yêu cầu có sự kiển tra sửa chữa

3.4 Sơ đồ các đường dẫn khí.

Khi dẫn khí mẫu đi vào các bộ phân tích, phải thiết lập một sơ đồ hoạt cho toàn

bộ hệ thống, tránh tình trạng làm việc không có trật tự và không đúng quy tắc Ngoài

ra nó còn giúp cho người tìm hiểu, sửa chữa hệ thống dễ dàng xác định được nguyêntắc hoạt động, vị trí, chi tiết cần kiểm tra

3.4.1 Sơ đồ đường dẫn khí xả không hoà trộn của động cơ diezen (Raw gas

engine test bed):

Khí xả của động cơ được nối trực tiếp vào đường khí mẫu số 1 (sample in #1) Khí xả đi trong ống giữ nhiệt (E04LH 1) nhiệt độ luôn đảm bảo 190°C Sau đó khí xả

đi đến lọc F01P và F015, qua lọc đến van Y305 rồi đến bơm M01 (tại đây áp suất đạt

1500mbar) Từ bơm khí xả được chia thành ba phần:

suất và lưu lượng một lần nữa, khí xả thừa được đưa tới lọc nước, rồi chuyển qua FM

FID_1 Bypass rồi đưa ra ngoài (phần khí thừa qua bypass cần kiểm tra thường xuyên,

nếu không có khí qua bypass thì phải kiểm tra bơm), còn nước cũng được bơm M04

đưa ra ngoài Phần khí xả còn lại sau khi được điều chỉnh áp suất, lưu lượng chính xác

được đo nhiệt độ bởi nhiệt kế B02, và được gia nhiệt trong ống E02LH FID tới bộ phân tích A22 Khí sau khi qua bộ phân tích cũng được đưa ra ngoài.

- Phần hai được đưa qua van Y301, khí qua Y301 được điều chỉnh lưu lượng và

áp suất một lần nữa bằng cách xả một lượng khí nhất định (sau khi đã qua lọc nước)

qua FM NO bypass Lượng khí còn lại sau khi đã được điều chỉnh chính xác áp suất và lưu lượng được đưa vào bộ phân tích A21 Khí sau khi qua phân tích được Hút ra ngoài bởi bơm M06 và M05.

- Phần còn lại được đưa qua van Y318 rồi qua lọc nước(water stop) tới van một chiều V1 (V1 check valves) Khí xả sau khi đi qua van một chiều V1 được đưa tới các van Y31, Y41, Y51, Y6, tương ứng tới các van điều khiển lưu lượng (FR CO low, FR

CO high, FR CO 2 , FR O 2 ) và các bộ ổn định áp suất (FM CO low, FM CO high, FM

CO 2 , FM O 2 ) Sau đó khí xả tương ứng được đưa tới các bộ phân tích A23, A24, A25,

A26, cuối cùng khí xả được đưa tới ống thoát ra ngoài Nối song song với các bộ phân

tích A23, A24, A25, A26 là các cảm biến B41,B21, van Y303, van tràn BPR1 và ống tiết lưu FS-B31 Hệ thống này có nhiệm vụ điều chỉnh áp suất ổn định trong đường ống Khi áp suất quá cao thì van tràn BPR1 sẽ mở ra và cho một phần khí xả đi thẳng

ra đường ống thải, không đi qua các bộ phân tích

- Khi hệ thống hoạt động các van trong bộ phân tích sẽ mở hoặc đóng tuỳ theotừng nhiệm vụ, từng thời điểm Khi dẫn khí xả không hoà trộn của động cơ diezen tới

các bộ phân tích ngoài các van làm việc ở trên, các van còn lại đều đóng (van Y305,

Y308, Y304, Y320 và V3 check Valves).

3.4.2 Sơ đồ đường dẫn khí xả không hoà trộn của động cơ trên băng thử xe con

(Raw Gas DINO):

- Khí xả của động cơ xe con được đưa trực tiếp vào đường ống số 2 (Sample In

#2) Đường ống dẫn khí được bọc bởi một lớp ống giữ nhiệt E06HL 2 Nhiệt độ được

đo bởi nhiệt kế B06 và được giữ ổn định tại 190°C Khí xả sau khi qua ống được dẫnqua hai lọc S02P và S025 Sau đó qua van Y308 để điều chỉnh lưu lượng, khí xả quavan Y308 được đưa tới bơm M01, áp suất qua bơm phải đạt 1500 mbar

- Sau khi đi qua bơm khí xả cũng được phân ra làm ba phần tương tự như sơ đồtrên (Phần một đi vào bộ phân tích A22 phân tích lượng HC có trong khí xả Phần hai

đi vào bộ phân tích A21 để phân tích lượng NO và NOx Còn phần ba được đưa quacác bộ phân tích A23, A24, A25, A26 để phân tích các thành phần khác)

Sau khi qua các bộ phân tích, khí xả được đưa ra ngoài, phần khí xả không quacác bộ phân tích cũng được đưa ra ngoài

3.4.3 Sơ đồ đường dẫn khí xả liên tục đã qua làm loãng của động cơ xăng (CVS

Cont diluted gasoline):

- Trong sơ đồ đường dẫn khí này, khí xả của động cơ được làm loãng với khôngkhí được lấy qua lọc Sau đó khí xả đi vào ống Venturi hoà trộn tiếp, cuối ống Venturi

có một đầu ống lấy khí xả

- Khí xả được lấy ở cuối ống Venturi được đưa vào một ống gia nhiệt E01LH 3

và được đo bởi nhiệt kế B10 sao cho nhiệt độ vào là đạt 190°C Sau đó khí xả đượcqua hai lọc F03P và F035 rồi qua van Y1306 và đến bơm M101 Khí xả qua bơmM101 được chia thành hai phần

- Phần thứ nhất được điều khiển đi qua van Y1302, khí xả qua van một lần nữađược kiểm tra lưu lượng và áp suất Tại đây một phần lưu lượng khí xả được chuyển rangoài qua FM FID 2 Bypass Phần còn lại được đưa vào ống gia nhiệt E02 HL FID, tạiống gia nhiệt này có một nhiệt kế B102 Ống này được dẫn đến bộ phân tích A29 để

đo lượng HC có trong khí xả

- Phần thứ hai được đưa qua một bộ lọc nước Nước được đưa ra nhờ một bơmM04 Khí còn lại được đưa qua van Y121, qua FR 2nd C02, FM 2nd 02 để điều chỉnhlưu lượng sau đó đi vào bộ phân tích A212 Khí xả đi vào đây để phân tích CO2 tracer.Sau khi phân tích xong khí xả cũng được đưa ra ngoài

- Khí xả còn thừa không đi qua bộ phân tích nào được đưa ra ngoài qua mộtđường dẫn khác Dòng khí đó được đưa qua cảm biến B42 nhằm đo độ ẩm của khí xả