Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật cơ khí động lực: Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của xe máy bằng phương pháp sấy nóng bộ xử lý khí thải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ***

NGUYỄN KIM KỲ

NGHIÊN CỨU GIẢM PHÁT THẢI ĐỘC HẠI

CỦA XE MÁY BẰNG PHƯƠNG PHÁP SẤY NÓNG BỘ XỬ LÝ KHÍ THẢI

Ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực

Mã số: 9520116

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS Hoàng Đình Long

UẤN HÀ NỘI – 2021

LỜI CAM ĐOAN

Nghiên cứu sinh Hà Nội, 6 tháng 6 năm 2021

Nguyễn Kim Kỳ

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong các công trình nào khác!

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Phòng Đào tạo, Viện Cơ khí Động lực và Bộ môn Động cơ đốt trong đã cho phép tôi thực hiện luận án tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Xin cảm ơn Phòng Đào tạo và Viện Cơ khí Động lực về sự hỗ trợ và giúp đỡ trong suốt quá trình tôi làm luận án.

Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Hoàng Đình Long đã hướng dẫn tôi hết sức tận tình và chu đáo về mặt chuyên môn để tôi có thể thực hiện và hoàn thành luận án.

Tôi xin chân thành biết ơn Quý thầy, cô Bộ môn Động cơ đốt trong và Trung tâm nghiên cứu động cơ, nhiên liệu và khí thải - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội luôn giúp đỡ và dành cho tôi những điều kiện hết sức thuận lợi để hoàn thành luận án này.

Tôi xin cảm ơn Ban Giám hiệu trường Cao đẳng Công nghiệp và Thương mại, và các thầy trong Khoa Công nghệ ôtô đã hậu thuẫn và động viên tôi trong suốt quá trình nghiên cứu học tập.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy phản biện, các thầy trong hội đồng chấm luận án đã đồng ý đọc duyệt và góp các ý kiến quý báu để tôi có thể hoàn chỉnh luận án này và định hướng nghiên cứu trong tương lai.

Nghiên cứu sinh

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè, những người đã động viên khuyến khích tôi trong suốt thời gian tôi tham gia nghiên cứu và thực hiện công trình này.

Nguyễn Kim Kỳ

MỤC LỤC

iii

LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .............................................. vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ............................................................................. xi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ............................................................. xii MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 i. Mục đích nghiên cứu của đề tài ......................................................................... 1 ii. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ..................................................................... 1 iii. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 2 iv. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................... 2 v. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn .............................................................. 2 vi. Các nội dung chính của đề tài ............................................................................ 2 CHƯƠNG 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN ............................................................ 3 1.1 Vấn đề phát thải độc hại của xe máy ................................................................. 3 1.1.1 Các thành phần phát thải độc hại của xe máy ................................................ 3 1.1.2 Đặc điểm phát thải trong giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy .............. 4 1.1.3 Hàm lượng phát thải của xe máy theo chu trình thử ..................................... 5 1.2 Các phương pháp kiểm soát phát thải của xe máy ............................................... 6 1.2.1 Kiểm soát phát thải từ bên trong động cơ ...................................................... 6 1.2.1.1 Điều chỉnh chính xác tỉ lệ không khí nhiên liệu ...................................... 6 1.2.1.2 Thiết kế hệ thống đánh lửa thích hợp ...................................................... 8 1.2.1.3 Tối ưu kết cấu buồng cháy ...................................................................... 8 1.2.1.4 Luân hồi khí thải ..................................................................................... 8 1.2.1.5 Sử dụng nhiên liệu thay thế ..................................................................... 9 1.2.2 Xử lý khí thải sau cửa thải ........................................................................... 10 1.2.2.1 Đốt cháy CO và HC trên đường thải .................................................... 10 1.2.2.2 Trang bị BXT xử lý khí thải ................................................................... 11 1.3 Công nghệ tăng hiệu quả BXT trong quá trình khởi động lạnh ......................... 12 1.3.1 Đốt cháy CO, HC trong ống thải ................................................................. 12 1.3.1.1 Phun khí thứ cấp ................................................................................... 12 1.3.1.2 Đốt cháy khí thải (EGI) ......................................................................... 12 1.3.2 Cải tiến thiết kế BXT ................................................................................... 14 1.3.3 Tăng cường sấy nóng BXT bằng năng lượng khí thải ................................. 15 1.3.3.1 Quản lý nhiệt đường ống thải. .............................................................. 15 1.3.3.2 Điều khiển đánh lửa muộn .................................................................... 16

1.3.4 Sấy nóng BXT bằng nguồn nhiệt bên ngoài ................................................ 16 1.3.4.1 Sử dụng buồng đốt bên ngoài ............................................................... 16 1.3.4.2 Sấy nóng BXT bằng năng lượng điện (EHC) ........................................ 17 1.4 Sấy nóng BXT bằng dòng điện cao tần .............................................................. 20 1.4.1 Cơ sở lý thuyết của việc đốt nóng bằng điện cao tần .................................. 20 1.4.2 Sấy nóng BXT bằng dòng điện cao tần ....................................................... 21 1.5 Hướng tiếp cận và nội dung nghiên cứu của đề tài ............................................ 23 1.6 Kết luận chương 1 .............................................................................................. 24 CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG NHIỆT ĐỘNG HỌC VÀ PHÁT THẢI ĐỘNG CƠ XE MÁY ............................................................................................... 25 2.1 Giới thiệu ............................................................................................................ 25 2.2 Mô tả mô hình .................................................................................................... 27 2.2.1 Mô hình đa vùng mô phỏng diễn biến nhiệt động trong xylanh .................. 27 2.2.1.1 Giới thiệu............................................................................................... 27 2.2.1.2 Phương trình chính ............................................................................... 28 2.2.1.3 Phương trình mô hình hóa tổng thể ...................................................... 32 2.2.1.4 Truyền nhiệt và sấy nóng động cơ ........................................................ 35 2.2.1.5 Lưu lượng và nhiệt độ khí thải .............................................................. 38 2.2.2 Mô hình hóa sự phát thải ôxit nitơ từ động cơ ............................................ 39 2.2.3 Mô hình tính toán phát thải HC của động cơ ............................................... 40 2.2.3.1 Nguồn HC ban đầu ............................................................................... 41 2.2.3.2 Sự ôxy hoá HC phía sau màng lửa........................................................ 44 2.2.4 Mô hình tính toán phát thải CO của động cơ ............................................... 45 2.3 Kết quả mô phỏng .............................................................................................. 45 2.3.1 Hiệu chỉnh mô hình ...................................................................................... 46 2.3.2 Áp suất và nhiệt độ khí thể trong xylanh ..................................................... 47 2.3.3 Nhiệt độ, lưu lượng và năng lượng dòng khí thải ........................................ 48 2.3.4 Nồng độ phát thải CO, HC và NO ............................................................... 52 2.4 Kết luận chương 2 .............................................................................................. 54 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THẢI CÓ TRANG BỊ BXT ĐƯỢC SẤY NÓNG BẰNG DÒNG CAO TẦN ..................................................... 56 3.1 Giới thiệu ............................................................................................................ 56 3.2 Mô hình truyền nhiệt của hệ thống thải .............................................................. 57 3.2.1 Truyền nhiệt trong ống thải ......................................................................... 58 3.2.1.1 Bề mặt truyền nhiệt ướt ......................................................................... 60 3.2.1.2 Bề mặt truyền nhiệt khô ........................................................................ 60 3.2.2 Truyền nhiệt từ bề mặt ống thải tới môi trường .......................................... 61 3.2.2.1 Truyền nhiệt từ bề mặt ống thải tới môi trường do quá trình đối lưu .. 61

3.2.2.2 Truyền nhiệt từ bề mặt ống thải tới môi trường do quá trình bức xạ ... 62 3.3 Tính toán công suất sấy nóng BXT bằng dòng điện cao tần .............................. 62 3.4 Mô hình trung hòa khí thải trong BXT có sấy nóng bằng dòng điện cao tần .... 66 3.4.1 Giới thiệu ..................................................................................................... 66 3.4.2 Mô tả mô hình .............................................................................................. 68 3.4.2.1 Các phản ứng hóa học .......................................................................... 68 3.4.2.2 Biểu thức động học phản ứng ............................................................... 68 3.4.2.3 Cơ sở chuyển đổi xúc tác ...................................................................... 70 3.4.2.4 Hệ số trao đổi nhiệt và trao đổi chất. ................................................... 74 3.4.2.5 Phương pháp giải mô hình .................................................................... 75 3.5 Kết quả mô phỏng .............................................................................................. 76 3.5.1 Nhiệt độ khí thải và BXT ............................................................................. 77 3.5.2 Hàm lượng các chất độc hại phía trước và sau BXT ................................... 85 3.6 Kết luận chương 3. ............................................................................................. 97 CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM...................................................... 98 4.1 Mục đích thí nghiệm ........................................................................................... 98 4.2 Trang thiết bị phục vụ thí nghiệm ...................................................................... 98 4.2.1 Băng thử xe máy CD20 (Chassis dynamometer 20’’) ................................. 98 4.2.1.1 Giới thiệu............................................................................................... 98 4.2.1.2 Sơ đồ hệ thống ....................................................................................... 99 4.2.2 Tủ phân tích khí thải CEBII và các bộ phân tích ....................................... 100 4.2.2.1 Nguyên lý làm việc của bộ phân tích CO ............................................ 100 4.2.2.2 Nguyên lý làm việc của bộ phân tích NO và NOx ............................... 100 4.2.2.3 Nguyên lý làm việc của hệ thống đo CnHm .......................................... 102 4.2.3 Thiết bị đo nhiệt độ: ................................................................................... 103 4.2.4 Đo lưu lượng khí thải: ................................................................................ 104 4.3 Đối tượng, nhiên liệu và chế độ thử ................................................................. 104 4.3.1 Đối tượng thử nghiệm: ............................................................................... 104 4.3.2 Nhiên liệu thử nghiệm ............................................................................... 105 4.3.3 Chế độ thử nghiệm ..................................................................................... 106 4.4 Sơ đồ bố trí thí nghiệm ..................................................................................... 106 4.5 Kết quả thực nghiệm ........................................................................................ 109 4.6 Kết luận chương 4 ............................................................................................ 118 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ............................................................. 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 120 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ........................... 126 PHỤ LỤC ................................................................................................................... 1 PHỤ LỤC 1 CÁC SỐ LIỆU PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU .......................................... 1

Phụ lục 1.1. Thông số cơ bản của động cơ lắp trên xe Honda Lead 110............... 1 Phụ lục 1.2. Thông số cơ bản của đường ống thải trên xe Honda Lead 110 ......... 1 Phụ lục 1.3. Thông số cơ bản của BXT .................................................................. 1 PHỤ LỤC 2 CÁC SỐ LIỆU KẾT QUẢ MÔ PHỎNG .............................................. 3 Phụ lục 2.1. Kết quả tính toán mô phỏng áp suất và nhiệt độ khí thể trong xylanh ở các chế độ không tải chuẩn 1730 v/p, không tải nhanh 2500 v/p, 10% tải 2500 v/p sau 300” từ lúc khởi động lạnh và toàn tải ổn định ở 7500v/p ......................... 3 Phụ lục 2.2. Kết quả tính toán mô phỏng nhiệt độ khí thải tại cửa thải, lưu lượng khí thải, năng lượng khí thải ở các chế độ khởi động lạnh không tải chuẩn 1730 v/p, không tải nhanh 2500 v/p, 10% tải 2500v/p .................................................... 6 Phụ lục 2.3. Kết quả tính toán mô phỏng hàm lượng phát thải CO, HC, NOx ở các chế độ khởi động lạnh không tải chuẩn 1730 v/p, không tải nhanh 2500 v/p, 10% tải 2500v/p .............................................................................................................. 7 Phụ lục 2.4. Kết quả tính mô phỏng nhiệt độ khí thải dọc ống thải từ cửa thải ở các chế độ ...................................................................................................................... 8 Phụ lục 2.5. Nhiệt độ khí thải tại cửa vào BXT ở các chế độ khởi động lạnh ....... 9 Phụ lục 2.6. Nhiệt độ BXT ở các chế độ khởi động lạnh và sấy khác nhau ......... 11 Phụ lục 2.7. Hiệu quả trung hòa khí thải khi không sấy và sấy 30”, 400W ......... 15 Phụ lục 2.8. Hiệu quả trung hòa HC ở các chế độ khởi động và sấy BXT .......... 23 PHỤ LỤC 3 CÁC SỐ LIỆU KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ..................................... 28 Phụ lục 3.1 Lưu lượng và nhiệt độ khí thải tại cửa thải và tại cửa vào BXT ....... 28 Phụ lục 3.2 Thành phần khí thải của động cơ ở các chế độ khởi động lạnh ........ 29 Phụ lục 3.3 Nhiệt độ lõi BXT và thành phần khí thải sau BXT ở chế độ khởi động lạnh không tải nhanh – không sấy ........................................................................ 30 Phụ lục 3.4 Nhiệt độ lõi BXT và thành phần khí thải sau BXT ở chế độ khởi động lạnh không tải nhanh – sấy 30”, 400W ................................................................. 32

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Thuật ngữ Diễn giải

A Diện tích (m2)

C Nồng độ khí theo thể tích (%)

Hệ số lọt khí (1/s) Cl

Khối lượng nước (kg) Cw

cm Tốc độ trung bình của piston (m/s)

Hàm lượng hơi của khí thải (kg/m3) cgv

Hàm lượng hơi bão hòa của khí thải (kg/m3) csv

Nhiệt dung riêng đẳng áp của chất khí (J/kg/K) c, cp

Độ khuếch tán của khí j (m2/s) Dj

d Đường kính thủy lực của lỗ BXT (m)

Đường kính trong của ống thải (m) d1

Đường kính ngoài của ống thải (m) d2

f Hệ số ma sát

g Gia tốc trọng trường (9.81 m/s2)

H Hằng số Henry

h Entanpi của khí (kJ/kg), hệ số truyền nhiệt

Nhiệt ẩn hóa hơi (kJ/kg) hfg

k Hệ số dẫn nhiệt (W/m/K)

Hệ số động học phản ứng (mol.K/m2/s) kj

Hằng số cân bằng hấp thụ Kj

M Khối lượng phân tử (kg/mol)

m Khối lượng (kg),

Lưu lượng khí thải (kg/s)

Nu Chỉ số Nusselt

NTU Đơn vị trao đổi

Số xylanh ncyl

p áp suất (N/m2)

vii

Pr Chỉ số Prandtl

Chu vi ướt (m) pw

Nhiệt lượng (kJ) Q

Mật độ dòng nhiệt (w/m2) q

Hằng số chất khí (8314J/kg/K), Tỉ lệ phản ứng R

Chỉ số Reynolds Re

Tỉ số giữa bán kính quay trục khuỷu và chiều dài thanh truyền λ

Diện tích bề mặt hình học trên một đơn vị thể tích BXT (m2/m3) S

Diện tích bề mặt xúc tác trên một đơn vị thể tích BXT (m2/m3) Scat

entropy của khí (kJ/kg/K) s

Nhiệt độ (K) T

Thời gian (s) t

Hệ số truyền nhiệt tổng thể cho các xéc măng và mép piston U

Vận tốc khí theo phương dọc trục (m/s), u

Thể tích V, Vc, V1, V2

Thể tích riêng (m3/kg)

Phần mol của nhiên liệu trong lớp dầu

Tọa độ theo phương hướng trục của hệ thống thải x

Phần khối lượng của nhiên liệu trong lớp dầu Yf

Phần mol của nhiên liệu trong khí yf

Nhiệt năng tỏa ra (J/mol) 

Diễn giải Ký tự

Độ dẫn nhiệt (m2/s) 

Hệ số giãn nở do nhiệt (1/K) 

Độ nhớt động lực học (kg/ms) 

Độ nhớt động học (m2/s) 

Khối lượng riêng (kg/m3) 

Độ ẩm tương đối 

Hệ số Stefan-Boltzmann (5.67´10-8 W/m2K4) 

chiều dày thành (m), 

Tỉ số nén e

viii

Góc quay trục khuỷu ( °CA) q

Vận tốc góc của trục khuỷu (rad/s) Biến thiên của từ thông  ΔΦ

Các chỉ số Diễn giải

Môi trường xung quanh a

Khí cháy, thời gian đốt cháy b

Xylanh bl

Từ xylanh đến nước làm mát blc

conden Ngưng tụ

Thanh truyền con

Đối lưu với môi trường xung quanh cva

Xylanh cyl

Góc mở sớm xupap thải evo

Góc đóng muộn xupap thải evc

Khí g

Khí tới ống gp

Nắp máy h

Từ nắp máy đến nước làm mát hdc

Bề mặt trong của ống ip

Đóng xupap nạp ivc

gp, cv Đối lưu giữa khí thải và bề mặt ống, thành

Lọt khí, ống lót xylanh l

Bề mặt ngoài của ống op

Bề mặt ống, piston p

Cửa thải port

Bão hòa sat

Khí chưa cháy u

Thành BXT w

Viết tắt Diễn giải

Chế hòa khí CHK

Phun xăng điện tử PXĐT

Nhiên liệu sinh học NLSH

Nhiên liệu khí hóa lỏng LPG

AIS CO Hệ thống đốt cháy CO, HC trên đường thải Cacbon monoxit

ECE Ủy ban Kinh tế Liên hợp quốc về Châu Âu

EGI Đánh lửa khí thải

CTM Hệ thống quản lý nhiệt độ bộ xúc tác

EHC Sấy nóng BXT bằng điện

EMS Quản lý nhiệt động cơ

HC Hydrocacbon không cháy

LEV Phương tiện phát thải thấp

Các ôxít nitơ NOx

NO Nitơ monoxit

SI Động cơ đánh lửa cưỡng bức

BXT Bộ xúc tác

ULEV Phương tiện phát thải rất thấp

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Tỉ lệ các chất ô nhiễm trong khí thải động cơ xăng [2] ......................................... 4 Bảng 1.2 Hàm lượng phát thải khi khởi động lạnh và khởi động nóng [3] .......................... 5 Bảng 1.3 Giới hạn lớn nhất cho phép của các chất gây ô nhiễm trong khí thải theo TCVN6438:2018 .................................................................................................................... 5 Bảng 1.4 Phát thải độc hại theo chu trình thử ECE khi khởi động lạnh [4] ......................... 6 Bảng 1.5 Hàm lượng phát thải theo chu trình thử [3] .......................................................... 6 Bảng 1.6 Phát thải của xe CHK và xe PXDT theo chu trình thử ECE [4] ............................ 7 Bảng 1.7 So sánh các tính chất của NLSH với nhiên liệu dầu mỏ ........................................ 9 Bảng 2.1 Một số thông số của động cơ 110 lắp trên xe Honda Lead ................................. 26 Bảng 3.1 Các thông số kết cấu của đường ống thải xe Honda Lead 110 ........................... 58 Bảng 3.2 Các thông số của BXT .......................................................................................... 63 Bảng 3.3 Các chiến lược sấy nóng khác nhau..................................................................... 65 Bảng 4.1 Thông số kỹ thuật của động cơ thử nghiệm ....................................................... 105 Bảng 4.2 Các thông số kỹ thuật của xăng A95 .................................................................. 105 Bảng 4.3 Hàm số tốc độ động cơ ở các chế độ khởi động lạnh xác định từ số liệu thực nghiệm ............................................................................................................................... 110

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

xii

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống luân hồi khí thải .................................................................. 8 Hình 1.2 Phát thải độc hại của động cơ chạy xăng và E10 [9] ................................. 9 Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống xử lý khí thải nhờ cấp khí vào cửa thải. ........................... 10 Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống đốt khí thải EGI [19] ........................................................ 13 Hình 1.5 Ảnh hưởng của mật độ lỗ đến hiệu quả xử lý của BXT [26]. .................... 14 Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý sấy nóng bộ xúc tác bằng năng lượng điện sử dụng nhiệt điện trở...................................................................................................................... 17 Hình 1.7 Hiệu quả sấy nóng BXT với các chiến lược sấy nóng khác nhau [45] ..... 19 Hình 1.8 Sơ đồ ống thải lắp BXT.............................................................................. 21 Hình 1.9 Sơ đồ mạch biến tần, biến dòng 1 chiều thành dòng xoay chiều tần số cao .................................................................................................................................. 22 Hình 1.10 Lõi BXT bằng Ceramic trộn hạt kim loại sử dụng sấy nóng bằng dòng cao tần ...................................................................................................................... 23 Hình 2.1 Sơ đồ bố trí động cơ - ống thải – bộ xúc tác ............................................. 25 Hình 2.2 Hệ thống nhiệt động học hở của buồng đốt .............................................. 28 Hình 2.3 Sơ đồ truyền nhiệt trong động cơ .............................................................. 35 Hình 2.4 Sơ đồ các vùng của lớp dầu bôi trơn ............................................................. Hình 2.5 Áp suất và nhiệt độ của khí thể trong xylanh động cơ .............................. 47 Hình 2.6 Nhiệt độ, lưu lượng và năng lượng khí thải tại cửa thải động cơ ở chế độ không tải chuẩn ........................................................................................................ 48 Hình 2.7 Nhiệt độ, lưu lượng và năng lượng khí thải tại cửa thải động cơ ở chế độ không tải nhanh ........................................................................................................ 49 Hình 2.8 Nhiệt độ, lưu lượng và năng lượng khí thải tại cửa thải động cơ ở chế độ 10% tải. ..................................................................................................................... 49 Hình 2.9 Nhiệt độ, lưu lượng và năng lượng khí thải tại cửa thải động cơ ở các chế độ ổn định khác nhau ............................................................................................... 50 Hình 2.10 Hàm lượng phát thải CO, HC, NOx của động cơ ở chế độ không tải chuẩn. ....................................................................................................................... 52 Hình 2.11 Hàm lượng phát thải CO, HC, NOx của động cơ ở chế độ không tải nhanh ........................................................................................................................ 53 Hình 2.12 Hàm lượng phát thải CO, HC, NOx của động cơ ở chế độ 10% tải ....... 53 Hình 2.13 Hàm lượng phát thải CO, HC, NO của động cơ ở các chế độ chạy ổn định ........................................................................................................................... 54 Hình 3.1 Sơ đồ bố trí BXT trên đường thải của xe máy ........................................... 56 Hình 3.2 Sơ đồ truyền nhiệt trên đường ống thải ..................................................... 58 Hình 3.3 Mô hình truyền nhiệt trong lỗ của BXT ......................................................... Hình 3.4 Phân bố nhiệt độ khí thải trên đường thải ở các chế độ làm việc ổn định 77 Hình 3.5 Nhiệt độ khí thải trên đường thải sau khởi động ở các thời điểm khác nhau với chế độ không tải chuẩn ....................................................................................... 79 Hình 3.6 Nhiệt độ khí thải trên đường thải sau khởi động ở các thời điểm khác nhau với chế độ không tải nhanh....................................................................................... 79 Hình 3.7 Nhiệt độ khí thải trên đường thải sau khởi động ở các thời điểm khác nhau với chế độ 10% tải 2500v/p ...................................................................................... 80

xiii

Hình 3.8 Nhiệt độ khí thải tại cửa thải và trước BXT ở các chế độ khác nhau từ khi khởi động lạnh .......................................................................................................... 80 Hình 3.9 Nhiệt độ khí thải đầu vào và nhiệt độ BXT trong giai đoạn khởi động lạnh .................................................................................................................................. 81 Hình 3.10 Nhiệt độ BXT ở các chế độ ổn định ......................................................... 82 Hình 3.11 Nhiệt độ lõi BXT ở chế độ không tải chuẩn với chiến lược sấy nóng 400W .................................................................................................................................. 82 Hình 3.12 Nhiệt độ lõi BXT ở chế độ không tải chuẩn với chiến lược sấy nóng 200W .................................................................................................................................. 83 Hình 3.13 Nhiệt độ lõi BXT ở chế độ không tải nhanh với chiến lược sấy nóng 400W .................................................................................................................................. 83 Hình 3.14 Nhiệt độ lõi BXT ở chế độ không tải nhanh với chiến lược sấy nóng 200W .................................................................................................................................. 84 Hình 3.15 Nhiệt độ lõi BXT ở chế độ 10% tải với chiến lược sấy nóng 400W ....... 84 Hình 3.16 Nhiệt độ lõi BXT ở chế độ 10% tải với chiến lược sấy nóng 200W ........ 85 Hình 3.17 Hàm lượng các chất độc hại trong khí thải phía trước và sau BXT ở chế độ không tải chuẩn theo thời gian kể từ khi bắt đầu khởi động lạnh ....................... 86 Hình 3.18 Hàm lượng các chất độc hại trong khí thải phía trước và sau BXT ở chế độ không tải nhanh theo thời gian kể từ khi bắt đầu khởi động lạnh ....................... 86 Hình 3.19 Hàm lượng các chất độc hại trong khí thải phía trước và sau BXT ở chế độ 10% tải theo thời gian kể từ khi bắt đầu khởi động lạnh .................................... 87 Hình 3.20 So sánh hàm lượng phát thải CO trước và sau BXT ở các chế độ ổn định của động cơ............................................................................................................... 87 Hình 3.21 So sánh hàm lượng phát thải HC trước và sau BXT ở các chế độ ổn định của động cơ............................................................................................................... 88 Hình 3.22 So sánh hàm lượng phát thải NOx trước và sau BXT ở các chế độ ổn định của động cơ............................................................................................................... 88 Hình 3.23 Hàm lượng các chất độc hại trong khí thải phía trước và sau BXT ở chế độ không tải chuẩn sấy 400W, 30 giây ..................................................................... 89 Hình 3.24 Hàm lượng các chất độc hại trong khí thải phía trước và sau BXT ở chế độ không tải nhanh sấy 400W, 30 giây..................................................................... 89 Hình 3.25 Hàm lượng các chất độc hại trong khí thải phía trước và sau BXT ở chế độ 10% tải sấy 400W, 30 giây .................................................................................. 90 Hình 3.26 Hiệu quả xử lý của BXT ở chế độ không tải chuẩn khi chưa được sấy nóng bổ sung ...................................................................................................................... 90 Hình 3.27 Hiệu quả xử lý của BXT ở chế độ không tải nhanh khi chưa được sấy nóng bổ sung ...................................................................................................................... 91 Hình 3.28 Hiệu quả xử lý của BXT ở chế độ 10% tải khi chưa được sấy nóng bổ sung .................................................................................................................................. 91 Hình 3.29 Hiệu quả trung hòa khí thải của BXT ở các chế độ ổn định của động cơ .................................................................................................................................. 92 Hình 3.30 Hiệu quả trung hòa khí thải của BXT ở chế độ không tải chuẩn khi sấy 400W, 30 giây ....................................................................................................................... 92 Hình 3.31 Hiệu quả trung hòa khí thải của BXT ở chế độ không tải nhanh khi sấy 400W, 30 giây ....................................................................................................................... 93

xiv

Hình 3.32 Hiệu quả trung hòa khí thải của BXT ở chế độ 10% tải khi sấy 400W, 30 giây .................................................................................................................................. 93 Hình 3.33 Hiệu quả trung hòa HC ở chế độ không tải chuẩn với chiến lược sấy nóng 400W ................................................................................................................ 94 Hình 3.34 Hiệu quả trung hòa HC ở chế độ không tải chuẩn với chiến lược sấy nóng 200W ................................................................................................................ 95 Hình 3.35 Hiệu quả trung hòa HC ở chế độ không tải nhanh với chiến lược sấy nóng 400W ................................................................................................................ 95 Hình 3.36 Hiệu quả trung hòa HC ở chế độ không tải nhanh với chiến lược sấy nóng 200W ................................................................................................................ 96 Hình 3.37 Hiệu quả trung hòa HC ở chế độ 10% tải với chiến lược sấy nóng 400W 96 Hình 3.38 Hiệu quả trung hòa HC ở chế độ 10% tải với chiến lược sấy nóng 200W 97 Hình 4.1. Sơ đồ hệ thống thử nghiệm ....................................................................... 98 Hình 4.2 Sơ đồ tổng quát của băng thử .................................................................... 99 Hình 4.3 Sự ảnh hưởng của H2O tới kết quả đo CO .............................................. 100 Hình 4.4 Sơ đồ cấu tạo của bộ phân tích NO và NOx. ........................................... 101 Hình 4.5 Sơ đồ cấu tạo hệ thống đo CnHm. ............................................................ 102 Hình 4.6 Đồng hồ đo nhiệt độ kiểu tiếp xúc ........................................................... 103 Hình 4.7 Sơ đồ nguyên lý đo mức tiêu hao nhiên liệu ............................................ 104 Hình 4.8 Động cơ 110 lắp trên xe Honda Lead ..................................................... 105 Hình 4.9 Sơ đồ khối bố trí BXT và hệ thống sấy nóng trên đường thải của động cơ thử nghiệm ..................................................................................................................... 106 Hình 4.10 Sơ đồ khối bố trí hệ thống trên xe thử nghiệm ...................................... 107 Hình 4.11 Bố trí BXT trên đường thải .................................................................... 107 Hình 4.12 Sơ đồ cấu tạo BXT có sấy nóng bằng dòng điện cao tần ...................... 108 Hình 4.13 Mạch biến tần sử dụng trong hệ thống .................................................. 109 Hình 4.14 Tốc độ vòng quay động cơ ở các chế độ khởi động lạnh và chạy ấm máy ................................................................................................................................ 109 Hình 4.15 Lưu lượng khí thải giữa thực nghiệm và mô phỏng ở các chế độ khởi động lạnh và chạy ấm máy ..................................................................................... 110 Hình 4.16 So sánh nhiệt độ khí thải ở cửa thải giữa thực nghiệm (tn) và mô phỏng (mp) ở các chế độ khởi động lạnh và chạy ấm máy ............................................... 111 Hình 4.17 Phát thải các chất độc hại giữa thực nghiệm và mô phỏng ở chế độ không tải chuẩn .................................................................................................................. 111 Hình 4.18 Phát thải các chất độc hại giữa thực nghiệm và mô phỏng ở chế độ không tải nhanh ....................................................................................................................... 112 Hình 4.19 Nhiệt độ khí thải mô phỏng và thực nghiệm tại cửa thải và cửa vào BXT ở chế độ không tải chuẩn ........................................................................................ 112 Hình 4.20 Nhiệt độ khí thải mô phỏng và thực nghiệm tại cửa thải và cửa vào BXT ở chế độ không tải nhanh ....................................................................................... 113 Hình 4.21 Nhiệt độ lõi BXT mô phỏng và thực nghiệm khi không sấy ở chế độ không tải nhanh....................................................................................................................... 113 Hình 4.22 Hàm lượng CO trước và sau BXT, mô phỏng và thực nghiệm khi không sấy ở chế độ không tải nhanh ................................................................................. 114 Hình 4.23 Hàm lượng HC trước và sau BXT, mô phỏng và thực nghiệm khi không sấy ở chế độ không tải nhanh ................................................................................. 114

Hình 4.24 Hàm lượng NOx trước và sau BXT, mô phỏng và thực nghiệm khi không sấy ở chế độ không tải nhanh ................................................................................. 115 Hình 4.25 Nhiệt độ lõi BXT mô phỏng và thực nghiệm khi sấy 400W, 30” ở chế độ không tải nhanh ...................................................................................................... 115 Hình 4.26 Hàm lượng CO trước và sau BXT, mô phỏng và thực nghiệm khi sấy 400W, 30” ở chế độ không tải nhanh ..................................................................... 116 Hình 4.27 Hàm lượng HC trước và sau BXT, mô phỏng và thực nghiệm khi khi sấy 400W, 30” ở chế độ không tải nhanh ..................................................................... 116 Hình 4.28 Hàm lượng NOx trước và sau BXT, mô phỏng và thực nghiệm khi khi sấy 400W, 30” ở chế độ không tải nhanh ..................................................................... 117 Hình 4.29 Hàm lượng phát thải độc hại của động cơ thử theo chu trình thử ECE R40, khởi động lạnh có sấy và không sấy BXT ...................................................... 117

MỞ ĐẦU

Tình trạng ô nhiễm môi trường ở Việt Nam do khí thải động cơ đốt trong đang đến mức đáng lo ngại do số lượng các phương tiện vận tải ô tô và xe máy đang tăng chóng mặt, đặc biệt là xe máy. Theo các nhà nghiên cứu, xe máy chưa được trang bị bộ xúc tác (BXT) có mức phát thải lớn hơn nhiều ô tô có trang bị bộ xúc tác. Theo vtv.vn, tính đến 2018 Việt Nam có gần 58 triệu chiếc xe máy, hầu hết trong số này chưa được trang bị BXT đang phát thải ra lượng khí thải độc hại rất lớn.

Hiện nay, trên thế giới đã áp dụng nhiều biện pháp giảm các thành phần độc hại của phương tiện giao thông như: kiểm soát khí thải từ bên trong động cơ, xử lý khí thải. Trong đó, xử lý khí thải bằng phương pháp trang bị BXT xử lý khí thải là một biện pháp hữu hiệu, mang lại hiệu quả cao trong việc giảm các thành phần độc hại phát thải từ động cơ. Tuy nhiên, biện pháp này chưa được áp dụng nhiều trên các xe máy, và đặc biệt các loại xe máy dung tích nhỏ sản xuất ở Việt Nam.

Hiệu quả xử lý của BXT bị ảnh hưởng rất lớn bởi nhiệt độ làm việc của nó. Bộ xúc tác hầu như không làm việc hoặc làm việc với hiệu quả rất thấp khi nhiệt độ của nó thấp hơn khoảng nhiệt độ 250÷300oC. Do đó, trong giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy, nhiệt độ khí thải còn thấp, BXT chưa được sấy nóng đáng kể nên hiệu quả xử lý khí thải trong giai đoạn này là không đáng kể. Một lượng lớn khí thải độc hại phát thải ra ngoài môi trường từ đó tăng lượng phát thải cho cả chu trình hoạt động của xe. Bên cạnh đó, tại các thành phố lớn của Việt Nam, với mật độ tham gia giao thông đông đúc làm thời gian xe dừng và chạy không tải nhiều cùng với đó là hành trình di chuyển ngắn làm tăng số lần khởi động lạnh. Do đó, lượng phát thải trong giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy tăng lên, chiếm một tỉ trọng lớn trong toàn bộ quá trình hoạt động của xe. Vì vậy việc giảm phát thải trong giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy sẽ giúp giảm phát thải chung trong quá trình vận hành của xe.

Để cải thiện hiệu quả làm việc của BXT trong giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy đã có nhiều biện pháp được nghiên cứu và thực hiện, trong đó, sấy nóng nhanh BXT là biện pháp hữu hiệu để rút ngắn thời gian chậm hoạt động của BXT từ đó giảm phát thải ô nhiễm trong giai đoạn này.

Chính vì vậy, việc chọn và thực hiện đề tài “Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của xe máy bằng phương pháp sấy nóng bộ xử lý khí thải” là rất cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn cao. i. Mục đích nghiên cứu của đề tài

Đưa ra được giải pháp sấy nóng nhanh BXT xe máy ở chế độ khởi động lạnh và chạy ấm máy để tăng hiệu quả xử lý khí thải của BXT từ đó giảm phát thải độc hại của xe máy.

ii. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Động cơ lắp trên xe máy Honda Lead 110 đang lưu

hành tại Việt Nam.

- Việc nghiên cứu và thực nghiệm được thực hiện tại Trung tâm nghiên cứu động cơ, nhiên liệu và khí thải, Viện Cơ khí động lực, Trường đại học Bách khoa Hà Nội. iii. Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan về các biện pháp nâng cao hiệu quả xử lý khí thải để giảm phát thải của động cơ trang bị BXT, từ đó chọn giải pháp để nghiên cứu áp dụng;

- Nghiên cứu mô phỏng động cơ trong quá trình khởi động lạnh và chạy ấm máy để xác định thành phần, lưu lượng và nhiệt độ khí thải ra khỏi động cơ làm số liệu đầu vào cho việc nghiên cứu hiệu quả của BXT trong giai đoạn này; - Nghiên cứu mô phỏng hệ thống thải để xác định trường nhiệt độ khí thải trên đường thải để xác định vị trí thích hợp lắp BXT nghiên cứu;

- Nghiên cứu mô phỏng BXT được sấy nóng bằng dòng điện cao tần để đánh giá ảnh hưởng của các chiến lược sấy nóng đến trạng thái nhiệt và hiệu quả xử lý khí thải của BXT trong giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy, từ đó đề xuất đưa ra chiến lược sấy phù hợp;

- Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng thí nghiệm để xác định các thông số đầu vào cho các mô hình mô phỏng, hiệu chỉnh và đánh giá độ tin cậy của các mô hình mô phỏng và đánh giá hiệu quả của giải pháp nghiên cứu đã đề ra. iv. Phương pháp nghiên cứu Kết hợp lý thuyết mô hình hóa với thực nghiệm

- Nghiên cứu lý thuyết: Xây dựng mô hình tính toán phát thải của động cơ và xử lý khí thải của BXT, từ đó tìm ra giải pháp nâng cao hiệu quả xử lý khí thải của BXT. - Nghiên cứu thực nghiệm: Thử nghiệm trong phòng thí nghiệm nhằm đánh

giá độ tin cậy của mô hình mô phỏng và hiệu quả của giải pháp đã đưa ra. v. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

Đưa ra giải pháp công nghệ thích hợp để sấy nóng nhanh BXT khí thải xe máy ở chế độ khởi động lạnh và chạy ấm máy để tăng hiệu quả xử lý của BXT, giảm phát thải của xe máy. Góp phần giảm ô nhiễm môi trường ở các thành phố lớn có mật độ xe máy

cao. vi. Các nội dung chính của đề tài

- Mở đầu - Chương 1. Nghiên cứu tổng quan - Chương 2. Tính toán mô phỏng nhiệt động học và phát thải động cơ xe máy - Chương 3. Tính toán mô phỏng quá trình xúc tác xử lý khí thải của BXT được sấy nóng bằng dòng cao tần

- Chương 4. Nghiên cứu thực nghiệm Kết luận và hướng phát triển

CHƯƠNG 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN

1.1 Vấn đề phát thải độc hại của xe máy

Hiện nay, Việt Nam có mật độ tham gia giao thông bằng xe máy rất lớn. Tính đến 2018 Việt Nam có khoảng gần 58 triệu chiếc xe máy [1]. Mật độ xe máy tham gia giao thông đặc biệt cao ở các thành phố lớn đang gây phát thải và ô nhiễm môi trường trầm trọng tại các nơi này. 1.1.1 Các thành phần phát thải độc hại của xe máy

Động cơ xe máy tiêu thụ nhiên liệu xăng có thành phần chủ yếu là cacbon và hydro. Quá trình cháy của hydrocarbon với không khí trong động cơ diễn ra rất phức tạp với sự không đồng nhất của hỗn hợp cũng như sự hạn chế về thời gian cháy nên trong khí thải động cơ luôn có chứa một hàm lượng đáng kể những chất độc hại như oxit nitơ (NO, NO2, N2O, gọi chung là NOx), carbon monoxit (CO), các hydrocarbon chưa cháy (HC), các hạt rắn và các chất ô nhiễm khác. Nồng độ các chất ô nhiễm trong khí thải phụ thuộc vào loại động cơ và chế độ vận hành.

CO: Carbon monoxit là sản phẩm khí không màu, không mùi, không vị, sinh ra do oxy hoá không hoàn toàn carbon trong nhiên liệu ở điều kiện thiếu oxy. CO không gây khó chịu tuy nhiên nó ngăn cản sự vận chuyển O2 của hemoglobin của hồng cầu trong máu làm cho các bộ phận của cơ thể bị thiếu oxy.

NOx: NOx là họ các oxit nitơ, trong đó NO chiếm đại bộ phận. NOx được hình thành do N2 tác dụng với O2 ở điều kiện nhiệt độ cao (vượt quá 11000C). Nitơ monoxit (NO) không nguy hiểm mấy, nhưng nó là cơ sở để tạo ra nitơ dioxit (NO2). NO2 là chất khí màu hơi hồng, có mùi, khứu giác có thể phát hiện khi nồng độ của nó trong không khí đạt khoảng 0.12ppm. NO2 là chất khó hòa tan, do đó nó có thể theo đường hô hấp đi sâu vào phổi gây viêm và làm hủy hoại các tế bào của cơ quan hô hấp. Nạn nhân bị mất ngủ, ho, khó thở. Oxit nitơ có thể được hình thành bởi một số phản ứng:

2NO N2 + O2

NO + ½ O2 NO2

Hydocarbon: Hydrocarbon (HC) có mặt trong khí thải do quá trình cháy không hoàn toàn khi hỗn hợp giàu, hoặc do hiện tượng cháy không bình thường, nồng độ HC tăng nhanh theo độ đậm đặc của hỗn hợp. Tuy nhiên, khi hỗn hợp quá nhạt, HC cũng tăng do sự bỏ lửa hay do sự cháy không hoàn toàn diễn ra ở một số chu trình công tác. Sự hình thành HC trong động cơ xăng có thể theo các cơ chế sau đây:

- Sự dập tắt màng lửa khi tiếp xúc với thành buồng cháy tạo ra một lớp hỗn hợp không bị bén lửa trên mặt thành buồng cháy.

- Hỗn hợp hòa khí bên trong các không gian chết trong buồng cháy không cháy được do màng lửa bị dập tắt.

- Hơi nhiên liệu hấp thụ vào lớp dầu bôi trơn trên mặt gương xylanh trong quá trình nén và giải phóng ra hòa trộn với khí đã cháy trong giai đoạn giãn nở.

- Sự cháy không hoàn toàn diễn ra ở một số chu trình làm việc của động cơ (cháy cục bộ hay bỏ lửa) do sự không đồng nhất của hỗn hợp không khí nhiên liệu, thay đổi góc đánh lửa sớm hay luân hồi khí thải, đặc biệt khi tăng giảm tốc độ.

SO2: Sulfur dioxit (SO2) là sản phẩm sinh ra do trong nhiên liệu có chứa thành phần lưu huỳnh. SO2 là một chất háo nước, vì vậy nó rất dễ hòa tan vào nước mũi, bị oxy hóa thành H2SO4 và muối amonium rồi đi theo đường hô hấp vào sâu trong phổi. Bồ hóng: Bồ hóng là sản phẩm từ hỗn hợp cháy đậm đặc và một phần dầu bôi trơn không cháy tạo nên. Bồ hóng tồn tại dưới dạng những hạt rắn có đường kính trung bình khoảng 0,3mm nên rất dễ xâm nhập sâu vào phổi. Sự nguy hiểm của bồ hóng, ngoài việc gây trở ngại cho cơ quan hô hấp như bất kì một tạp chất cơ học nào khác có mặt trong không khí, nó còn là nguyên nhân gây ra bệnh ung thư do các hydrocarbon thơm mạch vòng.

Bảng 1.1 Tỉ lệ các chất ô nhiễm trong khí thải động cơ xăng [2]

Các chất ô nhiễm Tỉ lệ Các chất ô nhiễm Tỉ lệ

100-4000 ppm 10-12% NOx H2O

HC 500-5000 ppm 10-13,5% CO2

CO 0,1-1,6% 15-60 ppm SO2

0,2-2% PM O2

Tỉ lệ các chất ô nhiễm trong khí thải động cơ xe máy được thể trong bảng 1.1. Trong khí thải có chứa các chất ô nhiễm chính là: HC là phần nhiên liệu chưa cháy hoặc bị đốt cháy một phần, CO và các oxit nitơ (NOx), chủ yếu là NO, ngoài ra còn có các hợp chất khác như nước, hydro, nitơ, oxy, SO2 vv. 1.1.2 Đặc điểm phát thải trong giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy Trong giai đoạn khởi động lạnh (khởi động động cơ ở trạng thái nhiệt độ môi trường) và chạy ấm máy (giai đoạn chuyển tiếp từ ngay sau khởi động lạnh đến khi động cơ đạt nhiệt độ ổn định), nhiệt độ động cơ còn thấp, khả năng bay hơi hòa trộn nhiên liệu với không khí còn hạn chế nên động cơ khó khởi động. Để đảm bảo động cơ dễ dàng khởi động và nhanh chóng đạt tới nhiệt độ làm việc ổn định, hỗn hợp nhiên liệu không khí thường được điều chỉnh đậm. Trong điều kiện hoạt động này, thường xảy ra hiện tượng dập tắt màng lửa dẫn tới một phần nhiên liệu chưa cháy hoặc cháy không hoàn toàn nên hàm lượng phát thải CO và HC trong giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy lớn hơn nhiều so với khởi động nóng và chạy ổn định.

Từ kết quả nghiên cứu của Yung-Chen Yao và các cộng sự [3] được thể hiện trên bảng 1.2 có thể thấy hàm lượng phát thải các chất độc hại trên động cơ xe máy ở chế độ khởi động lạnh cao hơn nhiều so với khởi động nóng, đặc biệt là hàm lượng phát thải HC.

Bảng 1.2 Hàm lượng phát thải khi khởi động lạnh và khởi động nóng [3]

Khởi động lạnh Khởi động nóng Loại động cơ Dung tích xylanh CC

CO (ppm) HC (ppm) NOx (ppm) CO (ppm) HC (ppm) NOx (ppm)

50 11120 ± 790 5570 ±560 910 ±130 7520 ±1630 2080 ±300 780 ±15 Động cơ hòa chế khí

100 7580 ±3560 3150 ± 56 420 ±140 7250 ± 1990 2620 ±240 190 ±60

125 6790 ±3400 3640 ±380 450 ±54 7540 ±3830 3330 ± 490 400 ±70

125 8030 ± 450 3510 ±150 630 ±10 7570 ±1390 2310 ±11 700 ±20 Động cơ phun xăng điện tử

Bảng 1.3 Giới hạn lớn nhất cho phép của các chất gây ô nhiễm trong khí thải theo TCVN6438:2018

Khí thải có hàm lượng lớn các chất độc hại trong giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy nếu không được xử lý trước khi thải ra ngoài môi trường sẽ dẫn tới làm tăng đáng kể tổng lượng phát thải trong cả chu trình vận hành của xe. 1.1.3 Hàm lượng phát thải của xe máy theo chu trình thử

Ô tô Mô tô, xe máy

Thành phần gây ô nhiễm trong khí thải Mức 1 Mức 2 Mức 3 Mức 4 Mức 1 Mức 2

CO (% thể tích) 4.5 3.5 3.0 0.5 4.5

HC (ppm) – Động cơ 4 kỳ 1200 800 600 300 1500 1200

– Động cơ 2 kỳ 7800 7800 7800 7800 10000 7800

– Động cơ đặc biệt 3300 3300 3300 3300

Trên thế giới, các tiêu chuẩn khí thải áp dụng cho các phương tiện cơ giới ngày càng khắt khe, các tiêu chuẩn EURO5 thậm chí EURO6 đã được áp dụng tại một số nước như ở Mỹ và Châu âu. Ở Việt Nam, các quy định về tiêu chuẩn khí thải ngày càng khắt khe hơn. Tiêu chuẩn khí thải TCVN6438:2018 được thay thế cho tiêu chuẩn TCVN 6438:2005 theo đó, nồng độ các chất độc hại trong khí thải động cơ được thể hiện trong bảng 1.3.

Khi động cơ làm việc ổn định, BXT được sấy nóng đến nhiệt độ làm việc, khi đó hiệu quả xử lý của BXT là rất đáng kể, phần lớn chất độc hại được BXT xử lý. Ngược lại, trong giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy của động cơ, nhiệt độ BXT còn thấp nên BXT chưa hoạt động hoặc hoạt động với hiệu quả không đáng kể, dẫn tới ở giai đoạn này phần lớn khí độc hại bị thải ra ngoài môi trường. Hàm

lượng phát thải chất độc hại theo chu trình thử bị ảnh hưởng rất nhiều từ phát thải trong giai đoạn khởi động lạnh.

Bảng 1.4 Phát thải độc hại theo chu trình thử ECE khi khởi động lạnh [4]

Hsi-Hsien Yang và cộng sự [4] đã thực nghiệm đo phát thải của động cơ xe máy dung tích xylanh 125cc có trang bị BXT 3 thành phần chưa có hệ thống sấy nóng BXT ở giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy. Kết quả đo hàm lượng các chất độc hại theo chu trình thử ECE với trường hợp kể đến khởi động lạnh được chỉ ra trên bảng 1.4. Số liệu cho thấy với động cơ xe máy phun xăng điện tử (PXĐT) có trang bị BXT và chu trình thử với khởi động lạnh thì thành phần phát thải thấp hơn của động cơ sử dụng bộ chế hòa khí (CHK) nhưng vẫn cao hơn tiêu chuẩn EURO III.

Loại động cơ Hàm lượng các chất độc hại

HC (g/km) CO (g/km) NOx (g/km)

Động cơ dùng CHK 1,38 3,84 0,23

Động cơ PXĐT 0,94 2,9 0,33

Khi khởi động nóng, do BXT đã được sấy nóng từ trước đồng thời nhiệt độ khí thải ở trường hợp này cũng cao hơn so với khi khởi động lạnh do vậy BXT nhanh chóng được sấy nóng đến nhiệt độ làm, do đó phát thải ô nhiễm giảm so với khởi động lạnh. Đã có nhiều công trình nghiên cứu so sánh phát thải của xe theo chu trình khi khởi động lạnh và nóng.

Bảng 1.5 Hàm lượng phát thải theo chu trình thử [3]

Nghiên cứu của Yung-Chen Yao và các cộng sự [3] đo phát thải theo chu trình thử với 2 trường hợp khởi động lạnh và khởi động nóng, kết quả nghiên cứu được thể hiện trong bảng 1.5. Kết quả nghiên cứu cho thấy phát thải CO và HC của động cơ theo chu trình thử khởi động lạnh lớn hơn nhiều so với khi khởi động nóng. Theo nghiên cứu này khi khởi động lạnh không có chỉ tiêu nào đạt tiêu chuẩn EUROIII, trong khi với khởi động nóng thì cả CO và HC đều đạt tiêu chuẩn EUROIII.

Hàm lượng khí thải CO (g/km) HC (g/km) NOx (g/km) CO2 (g/km)

Khởi động lạnh 2,9 0,94 0,33 65,9

Khởi động nóng 1,91 0,33 0,33 56,2

1.2 Các phương pháp kiểm soát phát thải của xe máy 1.2.1 Kiểm soát phát thải từ bên trong động cơ

Việc tối ưu hóa thiết kế động cơ để cải thiện sự hình thành hỗn hợp và do đó nâng cao chất lượng đốt cháy trong động cơ, đặc biệt là khi khởi động động cơ và trong thời gian chạy ấm máy giúp giảm phát thải của động cơ. Sử dụng các loại nhiên liệu có tính cháy tốt cũng là một biện pháp nhằm giảm phát thải từ động cơ. Một số phương pháp được nghiên cứu dưới đây. 1.2.1.1 Điều chỉnh chính xác tỉ lệ không khí nhiên liệu

Chất lượng hỗn hợp được đánh giá bằng tỷ lệ nhiên liệu - không khí và tính đồng nhất của hỗn hợp trong xylanh. Trong đó, tỷ lệ nhiên liệu - không khí có ảnh

hưởng lớn đến chất lượng khí thải trong động cơ. Hỗn hợp đậm (hệ số dư lượng không khí λ <1) gây ra phát thải CO và HC cao hơn.

Bảng 1.6 Phát thải của xe CHK và xe PXDT theo chu trình thử ECE [4]

Việc điều chỉnh tỉ lệ nhiên liệu không khí trên động cơ phun xăng điện tử (PXĐT) được thực hiện chính xác hơn nhiều so với động cơ sử dụng chế hòa khí (CHK). Do đó, phát thải trên xe phun xăng điện tử thường thấp hơn so với động cơ sử dụng chế hòa khí. Theo nghiên cứu của Hsi-Hsien Yang và cộng sự [4] trên cùng loại xe 125cm3 với phiên bản sử dụng bộ chế hòa khí và phiên bản PXĐT cho thấy lượng phát thải các chất ô nhiễm CO và HC của động cơ sử dụng CHK đều cao hơn so với động cơ sử dụng hệ thống PXĐT được thể hiện ở bảng 1.6.

Xe máy 4 kỳ CO (g/km) HC (g/km) NOx (g/km)

Cũ Mới Cũ Mới Cũ Mới

CHK 3,8470 3,6671 1,3870 0,6870 0,2370 0,2270

PXĐT 2,9070 2,4470 0,9470 0,6970 0,3370 0,3970

Trong các động cơ xăng hiện đại ngày nay, tỷ lệ nhiên liệu không khí được kiểm soát xung quanh tỷ lệ cân bằng lý thuyết khi động cơ hoạt động ổn định để tạo ra lượng khí thải thấp và hiệu suất động cơ cao bằng cách sử dụng hệ thống quản lý động cơ (EMS) với điều khiển lambda vòng kín. Tuy nhiên, việc kiểm soát tỷ lệ nhiên liệu không khí chính xác gặp nhiều khó khăn do sự không đồng đều tỷ lệ nhiên liệu không khí giữa các xylanh hoặc trong chế độ làm việc chuyển tiếp (quá độ) của động cơ.

Động cơ làm việc với hỗn hợp nhạt có thể đáp ứng cả yêu cầu về phát thải thấp và mức tiêu thụ nhiên liệu thấp. Những động cơ này sử dụng hệ thống nạp dạng xoáy với hình dạng đặc biệt của buồng đốt để tạo ra sự xoáy lốc trong xylanh nhằm cải thiện tốc độ đốt cháy và giới hạn đốt cháy hỗn hợp nhạt. Các nghiên cứu về quá trình đốt cháy hỗn hợp phân lớp cũng chỉ ra sự cải thiện phát thải và tiêu thụ nhiên liệu của động cơ và tăng được giới hạn đốt cháy hỗn hợp nhạt [5]. Tuy nhiên, động cơ đốt cháy hỗn hợp nhạt cho công suất động cơ thấp và không thuận lợi cho BXT ba thành phần hoạt động hiệu quả để chuyển đổi cả ba thành phần phát thải CO, HC và NOx.

Sự không đồng nhất của hỗn hợp cũng gây ra phát thải CO và HC cao vì khó kiểm soát tối ưu tất cả các xylanh. Giảm lượng nhiên liệu đưa vào xylanh động cơ ở dạng lỏng bằng cách cải thiện quá trình phun nhiên liệu và bay hơi tại cửa nạp để đạt được hỗn hợp đồng nhất sẽ giúp giảm đáng kể lượng khí thải CO và HC [6- 8]. Nói chung, việc kiểm soát tỉ lệ hỗn hợp đồng nhất trong xylanh cũng như đồng nhất giữa các xylanh là yếu tố chính để giảm lượng phát thải từ động cơ. Tuy nhiên, điều này chỉ có thể đạt được ở động cơ phun xăng điện tử và ở điều kiện động cơ hoạt động ổn định. Khi động cơ khởi động lạnh và tăng tốc, phải cung cấp hỗn hợp đậm để bù lượng nhiên liệu chưa bay hơi kịp trong xylanh để duy trì khả năng khởi động và khả năng tăng tốc của động cơ. Điều này sẽ làm tăng hàm lượng phát thải CO và HC của động cơ.

1.2.1.2 Thiết kế hệ thống đánh lửa thích hợp

Việc tạo ra hỗn hợp đồng nhất là rất quan trọng tuy nhiên thời điểm đánh lửa, năng lượng tia lửa, vị trí đánh lửa cũng đóng một vai trò rất quan trọng. Trang bị hệ thống phun xăng điện tử kết hợp với điểu khiển đánh lửa điện tử nhằm điều chỉnh chính xác thời điểm đánh lửa và năng lượng tia lửa phù hợp với các chế độ làm việc của động cơ sẽ giúp cho hỗn hợp được đốt cháy hoàn toàn làm giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ và giảm các thành phần độc hại trong khí thải động cơ. Tuy nhiên, hiệu quả của của biện pháp này không cao ở chế độ khởi động lạnh. 1.2.1.3 Tối ưu kết cấu buồng cháy

Thiết kế buồng đốt ảnh hưởng mạnh đến hiệu suất và hàm lượng khí thải độc hại của động cơ xăng. Buồng đốt với tỷ lệ bề mặt trên thể tích nhỏ sẽ làm giảm hiện tượng dập tắt màng lửa tại vách làm giảm phát thải HC [9]. Thiết kế buồng đốt tối ưu có thể cải thiện sự lan truyền ngọn lửa đến bất kỳ góc nào của buồng đốt và do đó giảm quá trình cháy không hoàn toàn.

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống luân hồi khí thải

Thiết kế buồng cháy tối ưu, tạo hỗn hợp phân lớp và bố trí bugi tại vị trí có thành phần λ thích hợp để đốt cháy hỗn hợp bằng tia lửa điện, phần hỗn hợp này sau khi bốc cháy sẽ làm mồi để đốt phần hỗn hợp còn lại có thành phần λ lớn (hỗn hợp nhạt). Như vậy hỗn hợp toàn bộ của động cơ là hỗn hợp nhạt sẽ được cháy kiệt, với hỗn hợp này ở động cơ xăng thông thường sẽ là quá nhạt và không cháy được. Việc đốt cháy được hỗn hợp nhạt sẽ giảm được các thành phần độc hại trong khí thải. 1.2.1.4 Luân hồi khí thải

NOx là thành phần khí độc hại trong khí thải được hình thành trong điều kiện thừa oxy và nhiệt độ cháy cao. Để giảm thành phần khí thải NOx trong khí thải động cơ ta có thể dùng các biện pháp nhằm làm giảm nhiệt độ quá trình cháy. Việc sử dụng hệ thống luân hồi khí thải EGR cho hồi lưu một phần khí thải với mục đích làm giảm bớt nhiệt độ quá trình cháy từ đó giảm được thành phần khí độc hại NOx. Hệ thống luân hồi khí thải được áp dụng cho động cơ xăng ở chế độ tải nhỏ không những làm giảm lượng phát thải mà còn giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ. Việc sử dụng hệ thống luân hồi khí thải mang lại những hiệu quả nhất định, tuy nhiên nó không phù hợp với việc trang bị trên xe máy có dung tích xylanh vừa và nhỏ phổ biến ở Việt Nam hiện nay.

1.2.1.5 Sử dụng nhiên liệu thay thế a. Nhiên liệu sinh học

Bảng 1.7 So sánh các tính chất của NLSH với nhiên liệu dầu mỏ

Nhiên liệu sinh học (NLSH) được định nghĩa là nhiên liệu nhận được từ sinh khối, được hình thành từ các hợp chất có nguồn gốc từ động thực vật. Ví dụ như nhiên liệu chế xuất từ chất béo của động thực vật (mỡ động vật, dầu dừa,..) ngũ cốc (lúa mỳ, ngô, đậu tương) các chất thải nông nghiệp (rơm rạ, phân,..) sản phẩm thải trong công nghiệp (mùn cưa, gỗ thải,...). Chúng bao gồm bioethanol, diesel sinh học, biogas, ethanol pha trộn (ethanol - blended fuels), dimetyl ether sinh học và dầu thực vật. Nhiên liệu sinh học hiện nay sử dụng trong giao thông vận tải là ethanol sinh học, diesel sinh học. Sử dụng NLSH là phương pháp giảm phát thải hiệu quả. Chúng ta có thể so sánh giữa nhiên liệu dầu mỏ với NLSH qua các tính chất của nhiên liệu như bảng 1.7.

Nhiên liệu dầu mỏ Nhiên liệu sinh học

Sản xuất từ dầu mỏ Hàm lượng lưu huỳnh cao Chứa hàm lượng chất thơm Khó phân hủy sinh học Không chứa hàm lượng oxy Điểm chớp cháy thấp Sản xuất từ nguyên liệu thực vật Hàm lượng lưu huỳnh cực thấp Không chứa hàm lượng chất thơm Có khả năng phân hủy sinh học cao Có tỉ lệ oxy cao Điểm chớp cháy cao

Hình 1.2 Phát thải độc hại của động cơ chạy xăng và E10 [9] a. Mức phát thải CO, b. Mức phát thải HC, c. Mức phát thải NOx

Li-Wei Jia và các cộng sự [10] đã nghiên cứu ethanol-xăng pha trộn ảnh hưởng tới phát thải khí độc hại của động cơ 4 kỳ. Nghiên cứu cho thấy khi sử dụng nhiên liệu E10 (10% ethanol) so với nhiên liệu xăng truyền thống thì các thành phần độc hại trong khí thải đều có xu hướng giảm và được thể hiện trên hình 1.2.

b. Nhiên liệu khí dầu mỏ hóa lỏng(LPG)

Là sản phẩm của quá trình hoá lỏng khí đồng hành thu được trong quá trình chưng cất dầu mỏ bao gồm hai thành phần chính là C3H8 và C4H10. LPG có thể sử dụng trực tiếp thay thế cho xăng trên động cơ đánh lửa cưỡng bức hoặc cũng có thể sử dụng trên động cơ cháy do nén.

Có đặc tính là nguồn nhiên liệu cháy sạch, giảm đáng kể các thành phần độc hại trong khí thải tuy nhiên việc sử dụng LPG làm nhiên liệu cho xe máy còn gặp nhiều hạn chế bởi khả năng lưu trữ, vận chuyển và cấp phát còn nhiều khó khăn. LPG được lưu trữ trong điều kiện áp suất cao vì vậy việc xây dựng mạng lưới các trạm cấp phát LPG cho xe máy xe gặp nhiều khó khăn. Việc lưu trữ LPG làm nhiên liệu sử dụng cho xe máy dẫn tới sự cồng kềnh và khó đảm bảm an toàn cháy nổ. c. Nhiên liệu hydro và nhiên liệu giàu hydro

Hiện nay nhiều hãng ôtô nổi tiếng như Honda, Ford, Mercedes Benz đã trưng bày giới thiệu dòng ôtô hoàn toàn không thải khói (Zero Emission Vehicle - ZEV) sử dụng nhiên liệu hydro trong các cuộc triển lãm ôtô quốc tế.

Khác với nguồn năng lượng hạt nhân, hydro là nguồn nhiên liệu an toàn đối với con người, có ý nghĩa to lớn đối với vấn đề giải quyết ô nhiễm bầu khí quyển và sự biến đổi khí hậu toàn cầu. Ngày nay, phương thức sản xuất nguồn năng lượng mặt trời để tạo ra điện năng phục vụ đời sống con người và nhiên liệu dùng cho các phương tiện giao thông thực sự là cuộc cách mạng sâu sắc trong quá trình phát triển xã hội loài người.

Khí giàu hydro là hỗn hợp của khí hydro và một số khí khác như ôxy (khí HHO), CO (khí đốt tổng hợp - syngas) cùng một số tạp chất khác. Khí giàu hydro thường được sử dụng trên động cơ như là một phụ gia nhiên liệu bằng cách bổ sung khí vào đường nạp nhằm cải thiện quá trình cháy và giảm phát thải ô nhiễm. 1.2.2 Xử lý khí thải sau cửa thải

Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống xử lý khí thải nhờ cấp khí vào cửa thải. 1. lọc gió của AIS, 2. ống cao su dẫn không khí sạch, 3. cụm van AIS, 4. ống cao su lấy áp chân không ở cổ hút, 5. Đường không khí đến cửa thải

Quá trình xử lý khí thải nhằm mục đích chuyển đổi khí thải CO, HC và NOx ra khỏi động cơ thành các khí không độc hại bằng cách oxy hóa CO và HC và khử NOx trong hệ thống thải. Các biện pháp xử lý khí thải có thể kể đến như: 1.2.2.1 Đốt cháy CO và HC trên đường thải

Ở một số động cơ khí thải có nhiều thành phần CO và HC, các thành phần này có thể tiếp tục được ô xy hóa tiếp nhờ một lượng khí nạp thứ cấp cung cấp vào đường thải. Trong một số trường hợp trên đường thải còn được cung cấp thêm một lượng nhiên liệu nhất định và có bố trí bugi đánh lửa để đốt cháy tiếp phần hỗn hợp nhiên liệu chưa cháy hết trên đường thải.

Một số mẫu xe mới của hãng Yamaha có trang bị hệ thống cấp khí vào cửa thải để lợi dụng nhiệt độ cao của cửa thải ô xy hóa phần CO và HC chưa cháy hết trong khí thải như hình 1.3. 1.2.2.2 Trang bị BXT xử lý khí thải

Quá trình xử lý khí thải nhằm mục đích chuyển hóa các thành phần độc hại CO, HC và NOx ra khỏi động cơ thành các khí không độc hại, bằng cách oxy hóa CO, HC và khử NOx trong hệ thống xử lý khí thải. Các chất CO và HC chỉ có thể bị oxy hóa ở nhiệt độ tương đối cao và đủ thời gian lưu trú trong môi trường oxy hóa (có mặt oxy). Cần các điều kiện tương tự trong môi trường khử (khi có CO và HC) để khử NOx. Trong hệ thống thải thông thường, nhiệt độ khí thải không đủ cao để chuyển hóa phần lớn CO, HC và NOx. Do đó, để xử lý các thành phần độc hại này người ta thường sử dụng các thiết bị đặc biệt được gọi là bộ xúc tác (BXT).

BXT 2 thành phần được sử dụng để xử lý 2 thành phần độc hại là CO và HC. Các công trình nghiên cứu đều chỉ ra rằng trong điều kiện làm việc thuận lợi, BXT 2 thành phần có hiệu quả cao trong việc xử lý CO và HC. Nghiên cứu của Ahmed Hassaneen và Ibrahim Lotfy [11] đã chỉ ra rằng với điều kiện nhiệt độ BXT đạt trên 300oC và tỉ lệ không khí nhiên liệu từ 14,6-14,8 thì hiệu quả xử lý CO và HC đạt được trên 90%. BXT 2 thành phần có hiệu quả cao trong việc xử lý CO và HC tuy nhiên còn thành phần NOx vẫn chưa được xử lý. Ngày nay, BXT 3 thành phần nhằm xử lý cả CO, HC và NOx đang được sử dụng phổ biến trên các phương tiện giao thông.

BXT 3 thành phần có thể chuyển hóa 95% các chất độc hại CO, HC và NOx khi chúng được sấy nóng hoàn toàn (nhiệt độ trên 300-350oC). BXT thường sử dụng platin và rhodium (Pt-Rh) làm vật liệu xúc tác hoạt tính và ceria (CeO2) để cung cấp khả năng lưu trữ oxy. Việc loại bỏ CO và HC đòi hỏi một môi trường oxy hóa, trong khi loại bỏ NOx cần một môi trường khử [12].

Hiệu quả xử lý của BXT được quyết định chủ yếu bởi 2 yếu tố là tỉ lệ không khí nhiên liệu vào động cơ và nhiệt độ làm việc của BXT. Khi các điều kiện này được đáp ứng (lambda xấp xỉ =1 và nhiệt độ BXT >= 300oC) thì hiệu quả xử lý CO, HC và NOx có thể đạt trên 90% [13, 14]. Với hiệu quả xử lý các thành phần độc hại cao, gần như toàn bộ khí thải độc hại được xử lý. Điều này chỉ đạt được khi động cơ làm việc ở chế độ ổn định và BXT đã được sấy nóng đầy đủ.

Với các yêu cầu nghiêm ngặt và chính xác về tỷ lệ nhiên liệu không khí để BXT hoạt động hiệu quả, BXT thường được trang bị cho động cơ phun xăng điện tử với điều khiển lambda vòng kín. BXT làm giảm đáng kể các thành phần độc hại từ ống thải động cơ. Tuy nhiên, vấn đề với BXT là chúng không hoạt động hoặc hoạt động kém hiệu quả ở nhiệt độ thấp, dưới 2000C-2500C như trong giai đoạn khởi động lạnh của động cơ [15]. Khi đó, hầu hết lượng khí thải độc hại thải ra từ động cơ trong giai đoạn này đều được thải trực tiếp vào khí quyển, góp phần đáng kể vào vấn đề ô nhiễm không khí. Nghiên cứu của Degobert [14] đã chỉ ra rằng có 60 đến 80% tổng lượng khí thải CO và HC chưa cháy từ động cơ có trang bị BXT được tạo ra trong vòng vài phút đầu tiên sau khi động cơ khởi động lạnh theo chu trình thử nghiệm FTP-75.

Với thực tế giao thông tại các đô thị của Việt Nam việc di chuyển với quãng đường ngắn và thường xuyên tắc đường khiến BXT không được sấy nóng hoàn

toàn. Do đó cần phải có các biện pháp để sấy nóng BXT nhằm nâng cao hiệu quả xử lý khí thải của BXT ở giai đoạn khởi động lạnh để giảm phát thải của xe máy trong giai đoạn này, giúp giảm phát thải chung cho cả quá trình hoạt động của xe. 1.3 Công nghệ tăng hiệu quả BXT trong quá trình khởi động lạnh 1.3.1 Đốt cháy CO, HC trong ống thải

Việc đốt cháy khí thải CO và HC trong hệ thống thải để vừa giảm trực tiếp lượng khí thải trong quá trình khởi động lạnh đồng thời quá trình đốt cháy CO và HC sinh ra nhiệt năng đẩy nhanh quá trình gia nhiệt BXT để BXT nhanh đạt tới nhiệt độ làm việc. 1.3.1.1 Phun khí thứ cấp

Như đã đề cập ở trên, CO và HC hình thành từ quá trình cháy có thể tiếp tục bị oxy hóa ở nhiệt độ cao trong môi trường chứa oxy. Ở cửa thải động cơ, nơi nhiệt độ khí vẫn còn cao (lớn hơn 600oC), có tới 40% HC thoát ra khỏi xylanh động cơ bị oxy hóa [16]. Quá trình oxi hóa HC diễn ra mạnh khi có đủ 2 điều kiện là nhiệt độ khí thải cao và sự có mặt của O2. Khi khởi động lạnh, động cơ thường chạy với hỗn hợp đậm. Do đó, nồng độ HC và CO trong khí thải khá cao trong khi nồng độ oxy tương đối thấp. Tận dụng lợi thế của nhiệt độ cao tại cửa thải, người ta thúc đẩy quá trình oxy hóa HC bằng cách cung cấp một lượng không khí thứ cấp vào ống thải. Nhiệt lượng tỏa ra từ quá trình đốt cháy CO và HC sẽ giúp thúc đẩy nhanh chóng sấy nóng BXT đạt tới nhiệt độ làm việc [17,18].

Phương pháp này có thể giảm phát thải CO và HC đồng thời rút ngắn thời gian không hoạt động của BXT, tuy nhiên kết quả sấy nóng là không đáng kể do sự tỏa nhiệt từ quá trình oxy hóa CO và HC không cao. Hơn nữa, việc sấy nóng BXT có thể không thực hiện được nếu lượng không khí thứ cấp được bơm vào quá nhiều vì sự trộn lẫn giữa khí thải nóng và không khí thứ cấp có nhiệt độ thấp sẽ dẫn đến nhiệt độ khí tổng thể thấp hơn.

Trên ô tô, do lưu lượng khí thải lớn và nhiệt độ khí thải sau cửa thải còn khá cao nên hiệu quả của phương án này là đáng kể. Tuy nhiên trên xe máy với lưu lượng khí thải nhỏ hơn và nhiệt độ khí thải sau cửa thải ở giai đoạn khởi động lạnh là thấp hơn nên hiệu quả của phương án này là không đáng kể, bên cạnh đó, việc lắp đặt hệ thống và điều chỉnh chính xác lượng không khí phun vào là rất phức tạp nên phương án này rất khó thực hiện trên động cơ xe máy. 1.3.1.2 Đốt cháy khí thải (EGI)

Kỹ thuật này nhằm mục đích tạo ra nhiệt để tăng cường quá trình sấy nóng BXT để BXT nhanh đạt đến nhiệt độ làm việc bằng cách đốt cháy khí thải có nồng độ CO và HC cao nhờ bổ sung không khí ở phía trước BXT [19-22].

Hệ thống gồm có một máy bơm không khí thứ cấp, cảm biến lưu lượng khí phun thứ cấp (mini-MAF), một van một chiều, một bugi sấy, một cảm biến nhiệt độ khí thải và một buồng đốt được lắp vào giữa hai khối của BXT. Trong 6 giây đầu tiên kể từ khi bắt đầu khởi động, việc phun nhiên liệu vào động cơ được hiệu chỉnh để tạo ra hỗn hợp đậm với tỉ lệ không khí nhiên liệu vào khoảng 9:1. Do hỗn hợp lúc này rất đậm, một lượng lớn CO và HC được thải qua BXT. Tại đây, không khí thứ cấp được bổ sung vào thông qua máy bơm, tạo hỗn hợp cháy và được đốt cháy

Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống đốt khí thải EGI [19]

nhờ tia lửa bugi trong buồng đốt. Sự tỏa nhiệt từ quá trình đốt cháy này làm tăng nhiệt độ khí và sấy nóng mạnh BXT. Với hệ thống này cần một số lưu ý sau:

Quản lý nhiệt độ BXT (CTM): Hệ thống có nhiệm vụ theo dõi nhiệt độ của BXT để quyết định hệ thống EGI có tiếp tục làm việc hay không. Sau quá trình khởi động lạnh, nhiệt độ tương đối thấp của khí thải đi vào BXT không đủ duy trì nhiệt độ làm việc của BXT. Do đó, ngay sau EGI, động cơ tiếp tục được vận hành với hỗn hợp đậm (tỉ lệ không khí nhiên liệu 11:1) và việc bổ sung không khí thứ cấp được tiếp tục để oxy hóa CO và HC giúp duy trì nhiệt độ làm việc của BXT.

Kích hoạt và kết thúc quá trình EGI và CTM tạo ra trường nhiệt độ thay đổi đáng kể trong BXT. Mô hình thời gian thực được sử dụng để xác định nhiệt độ tại một số điểm trong ống thải. Ngoài ra, hệ thống này sử dụng bộ đếm thời gian để tính toán nhiệt độ của hệ thống thải sau khi động cơ dừng. Mô hình có một số chức năng:

- Xác định xem EGI có cần được kích hoạt lại hay không. - Thiết lập sự làm giàu hỗn hợp không khí nhiên liệu sau khởi động để thực hiện quá trình CMT nhằm duy trì nhiệt độ làm việc của BXT.

- Xác định thời điểm kết thúc CTM và động cơ trở lại hoạt động bình thường vì nhiệt độ từ khí thải đủ cao để duy trì quá trình hoạt động bình thường của BXT. Thời gian của CTM bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như nhiệt độ môi trường xung quanh, tốc độ và tải trọng động cơ.

Cảm biến nhiệt độ khí thải: Cảm biến được sử dụng với chức năng chẩn đoán nhiệt độ trong hệ thống. Trong 15 giây kể từ khi khởi động, mức tăng nhiệt độ tối đa được ghi lại. Nếu mức nhiệt độ này vượt quá nhiệt độ cho phép (đảm bảo an toàn cho BXT) thì hệ thống CMT sẽ không được kích hoạt. Bugi sấy: Trong quá trình làm việc, bugi sấy được sấy nóng đến nhiệt độ bắt lửa (khoảng 1000oC với hỗn hợp EGI)

Phương pháp này có thể cung cấp nhiệt tương đối lớn để sấy nóng nhanh BXT và rút ngắn đáng kể thời gian không hoạt động của chất xúc tác. Tuy nhiên, phương pháp này phức tạp và có sự hình thành muội than làm tăng mài mòn các chi tiết và gây tắc BXT. Ngoài ra, BXT có thể không được sấy nóng thích hợp ở chế độ không tải của động cơ do lưu lượng khí thải thấp. Hơn nữa, sự cố đánh lửa đốt hỗn hợp khí trong ống thải có thể xảy ra. Do vậy, phương pháp này không phù hợp trang bị trên xe máy. 1.3.2 Cải tiến thiết kế BXT

Cùng với việc cải thiện hiệu suất chuyển đổi, độ bền nhiệt và độ bền vật lý của BXT, nhiều nghiên cứu cải tiến thiết kế BXT để giảm thời gian không hoạt động của BXT cũng đã được nghiên cứu và thực hiện. Một trong những giải pháp hữu ích để tăng tốc độ sấy nóng là giảm quán tính nhiệt và nhiệt dung của BXT. Điều này có thể được thực hiện bằng cách giảm độ dày các lá thép lõi BXT hoặc chiều dày thành của lõi BXT bằng gốm [23, 24].

Giảm độ dày các lá thép không chỉ giúp rút ngắn quá trình sấy nóng mà còn tăng diện tích bề mặt xúc tác và diện tích truyền nhiệt trên một đơn vị thể tích lõi BXT. Kết quả là, nhiệt dung của lõi BXT thấp hơn trong khi vẫn duy trì công suất chuyển đổi cần thiết. Độ dày thành đã giảm đáng kể trong các thập kỷ qua, từ 0,3 mm vào cuối những năm 1970 xuống còn 0,15 mm 10 năm sau, và ngày nay, độ dày của thành đã giảm xuống dưới 0.03 mm và mật độ lỗ 800 cpsi (lỗ/inch vuông) đang được sản xuất [25].

b Hình 1.5 Ảnh hưởng của mật độ lỗ đến hiệu quả xử lý của BXT [26]. a. Hiệu quả chuyển đổi CO b. Hiệu quả chuyển đổi HC c. Hiệu quả chuyển đổi NOx

Việc giảm chiều dày thành và tăng mật độ lỗ trong lõi BXT giúp tăng hiệu quả chuyển đổi của BXT, kết quả là làm giảm các thành phần độc hại trong khí thải của động cơ thải ra môi trường [26]. Ảnh hưởng của mật độ lỗ đến hiệu quả xúc tác được thể hiện trên hình 1.5.

Vật liệu xúc tác cũng rất quan trọng để rút ngắn thời gian không hoạt động của BXT. Nhiều nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc sử dụng paladium (Pd) trong BXT giúp giảm nhiệt độ xúc tác oxi hóa CO và HC xuống mức tương đối thấp [27]. BXT chỉ có thành phần kim loại quý Pd có ưu điểm là nhiệt độ làm vệc thấp hơn và chi phí thấp hơn so với BXT Platinum và Rhodium (Pt/Rh). Tuy nhiên hiệu quả chuyển đổi NOx kém hơn và yêu cầu kiểm soát lambda chính xác hơn cũng như độ nhạy cao hơn với các chất ô nhiễm lưu huỳnh [28]. Nghiên cứu của Michael Zammit và cộng sự [29] cũng chỉ ra rằng khi tăng hàm lượng phủ Pd lên lõi BXT từ 0,0125g/ml lên 0,0087g/ml thì thời gian để hiệu quả xử lý HC của BXT đạt tới 90% được rút ngắn 22s khi lắp BXT cách của thải 15,2 cm và giảm 6s khi lắp BXT cách cửa thải 30,5cm.

Việc sử dụng Pd cùng với các vật liệu xúc tác truyền thống Pt, Rh có thể mang lại hiệu quả trong việc giảm nhiệt độ làm việc của BXT, từ đó rút ngắn thời gian BXT không hoạt động và tăng hiệu suất chuyển đổi, nhưng việc giảm phát thải trong giai đoạn khởi động lạnh vẫn còn xa so với yêu cầu của tiêu chuẩn khí thải. 1.3.3 Tăng cường sấy nóng BXT bằng năng lượng khí thải 1.3.3.1 Quản lý nhiệt đường ống thải

Quản lý nhiệt đường ống thải bao gồm các biện pháp được sử dụng để đảm bảo khí thải khi vào BXT trong giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy có năng lượng đủ lớn để sấy nóng BXT bằng cách giảm tổn thất nhiệt từ khí thải ra môi trường. Để giảm tổn thất nhiệt từ khí thải ra ngoài môi trường, 2 biện pháp thường được áp dụng đó là sử dụng ống thải có tính truyền nhiệt thấp và rút ngắn khoảng cách từ cửa thải đến BXT.

Sử dụng ống thải với vật liệu có hệ số truyền nhiệt thấp, giảm diện tích bề mặt của ống thải có thể giảm mất mát nhiệt từ ống thải ra ngoài môi trường từ đó duy trì được phần lớn năng lượng khí thải từ cửa thải động cơ [31]. Phương pháp này đơn giản nhưng hiệu quả mang lại không cao do truyền nhiệt từ khí thải sang ống và từ ống ra môi trường không khí xung quanh vẫn là đáng kể. Một cách khác để bảo toàn năng lượng khí thải giúp sấy nóng nhanh BXT là sử dụng ống thải với cấu tạo hai lớp, giữa 2 lớp có khe hở không khí hoặc lớp cách nhiệt [32- 36]. Kết quả nghiên cứu cho thấy sự gia tăng đáng kể nhiệt độ khí thải tại cửa vào của BXT so với sử dụng ống vách đơn và thời gian sấy nóng BXT có thể rút ngắn xuống còn 35 giây.

Khi động cơ khởi động lạnh do nhiệt độ khí thải còn thấp nên hiệu quả sấy nóng BXT rất thấp. Bên cạnh đó do hệ thống thải còn lạnh nên mất nhiệt trên đường ống thải là rất lớn, trường nhiệt độ khí thải trên đường ống thải giảm mạnh theo chiều dài đường ống thải kể từ cửa thải. Do đó, để có nguồn năng lượng lớn sấy nóng BXT việc lắp đặt BXT gần cửa thải cũng là phương án tốt để tận dụng năng lượng khí thải cao sấy nóng BXT nhanh đạt tới nhiệt độ làm việc. Với kỹ thuật này BXT thường được đặt ngay sau cửa thải của động cơ. Lúc này, nhiệt độ khí thải tại cửa vào của BXT là rất cao gần như bằng với nhiệt độ tại cửa thải do sự mất nhiệt trên đường ống thải là gần như không đáng kể. Kết quả là quá trình sấy nóng BXT

được rút ngắn. Một số nghiên cứu về kỹ thuật này có thể kể đến [32, 37-41]. Các nghiên cứu này cho thấy thời gian BXT không làm việc có thể được rút ngắn xuống còn 20 giây và hàm lượng phát thải trong quá trình khởi động lạnh giảm đáng kể.

Các phương án kể trên nhìn chung đều có kết cấu đơn giản và mang lại hiệu quả khá cao. Tuy nhiên, khi động cơ hoạt động với tải cao, BXT phải tiếp xúc với khí thải có nhiệt độ cao quá mức, gây ảnh hưởng xấu đến độ bền lâu dài của BXT. Sử dụng vật liệu xúc tác có tính bền nhiệt cao có thể khắc phục được vấn đề này, tuy nhiên các vật liệu này thường khá đắt đỏ nên làm giá thành BXT quá cao, khó áp dụng đại trà trong thực tế. 1.3.3.2 Điều khiển đánh lửa muộn

Trong động cơ đốt cháy cưỡng bức, thời điểm đánh lửa có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của động cơ. Thời điểm đánh lửa tối ưu là thời điểm đánh lửa mà động cơ có thể tạo ra công suất cao, lượng tiêu thụ nhiên liệu thấp và không có tiếng gõ động cơ. Thời điểm đánh lửa sớm hơn hay muộn đi đều làm giảm công suất động cơ, tăng tiêu thụ nhiên liệu và năng lượng nhiệt bị lãng phí nhiều hơn trong khí thải. Tuy nhiên, với mục tiêu tăng nhiệt độ dòng khí thải trong giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy nhằm gia nhiệt nhanh cho BXT đạt tới nhiệt độ làm việc thì điều khiển đánh lửa muộn lại là một phương án được xem xét và nghiên cứu. Đánh lửa muộn làm quá trình cháy diễn ra trong điều kiện áp suất và nhiệt độ thấp hơn so với điều kiện thời gian đánh lửa bình thường, làm chậm tốc độ cháy, dẫn tới kéo dài quá trình cháy đến cuối hành trình giãn nở. Do đó, nhiệt năng được chuyển thành công cơ học hữu ích trong xylanh giảm trong khi nhiệt lượng được khí thải mang đi tăng lên, dẫn đến nhiệt độ và năng lượng khí thải cao hơn [42].

Theo Nghiên cứu của Chan và cộng sự [42], với các chiến lược điều khiển đánh lửa muộn thích hợp, thời gian không hoạt động của BXT được rút ngắn xuống từ 280 giây còn 30 giây ở tốc độ động cơ là 1730 vòng/phút và từ 270 còn 20 giây ở tốc độ động cơ 2000 vòng/phút. Cũng theo nghiên cứu này, lượng khí thải HC, CO và NOx thải ra môi trường trong giai đoạn khởi động lạnh giảm từ 65 đến 90%.

Mặc dù việc điều khiển đánh lửa muộn tạo ra khí thải có nhiệt lượng lớn, giúp sấy nóng nhanh BXT tới nhiệt độ làm việc, tuy nhiên việc đánh lửa muộn không những làm tăng mức tiêu thụ nhiên liệu mà còn yêu cầu quá trình điều khiển rất chính xác. Việc điều khiển sai góc đánh lửa (quá muộn) có thể làm nhiệt độ cuối quá trình thải là rất lớn. Điều này có thể dẫn tới cháy xupap thải và tạo muội than trên xupap thải và hư hỏng BXT. 1.3.4 Sấy nóng BXT bằng nguồn nhiệt bên ngoài

Vì năng lượng có sẵn của khí thải trong giai đoạn khởi động lạnh của động cơ không đủ để sấy nóng BXTtheo yêu cầu nên cần năng lượng bổ sung từ bên ngoài để sấy nóng nhanh BXT tới nhiệt độ làm việc. Điều này có thể được thực hiện bằng kỹ thuật đốt bổ sung hoặc sử dụng năng lượng từ nguồn điện năng. 1.3.4.1 Sử dụng buồng đốt bên ngoài

Hệ thống bao gồm một buồng đốt nằm ở phía trước BXT cùng với các thiết bị cấp nhiên liệu, không khí và đánh lửa thực hiện đốt hỗn hợp, tạo khí cháy có năng lượng cao đưa vào sấy nóng BXT. Hệ thống này hoạt động độc lập với chế độ hoạt động của động cơ nên không cần điều chỉnh động cơ. Hệ thống có thể cung cấp

nhiệt năng rất đáng kể để sấy nóng BXT. Công nghệ này có thể giúp giảm đến 90% lượng khí thải HC. Tuy nhiên, có một số vấn đề cần phải giải quyết đó là độ bền lâu dài, sự an toàn của hệ thống, sự phức tạp và chi phí cao nên không phù hợp với việc trang bị trên xe máy. 1.3.4.2 Sấy nóng BXT bằng năng lượng điện (EHC)

Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý sấy nóng bộ xúc tác bằng năng lượng điện sử dụng nhiệt điện trở Sơ đồ hệ thống được thể hiện trên hình 1.6. Hệ thống sấy nóng này thường

Phương pháp phổ biến nhất cho việc cung cấp nguồn năng lượng bên ngoài để sấy nóng BXT là sử dụng năng lượng điện từ ắc quy (sấy nóng bằng điện EHC). Việc sấy nóng BXT bằng năng lượng điện có thể được thực hiện theo 2 cách, đó là sử dụng dòng điện chạy qua một điện trở thuần để sinh nhiệt sấy nóng khí thải lưu thông qua nó sau đó sử dụng dòng khí thải đã được gia nhiệt để sấy nóng BXT hoặc sử dụng dòng điện cao tần trực tiếp làm BXT nóng lên. Sấy nóng BXT bằng năng lượng điện sử dụng nhiệt điện trở

bao gồm các bộ phận sau:

- Bộ phận cung cấp năng lượng: Sử dụng ắc quy của xe máy 12v; - Dây dẫn điện; - Bộ phận sinh nhiệt có thể sử dụng vòng trở nhiệt, đĩa nhiệt dạng tổ ong hoặc dây trở nhiệt; - Cảm biến nhiệt độ: Thường dùng loại cảm biến nhiệt độ kiểu tiếp xúc, sử dụng để đo nhiệt độ trước và sau BXT; - Bộ điều khiển nhiệt độ: Điều khiển đóng mở rơle. Khi động cơ khởi động lạnh, bộ điều khiển nhiệt độ điều khiển đóng rơle, khi đó dòng điện từ ắc quy chạy qua các trở nhiệt. Tại đây, năng lượng điện sẽ đốt nóng các trở nhiệt. Khi dòng khí thải chảy qua vùng không gian có các trở nhiệt có nhiệt

độ cao, nhiệt lượng sẽ được truyền từ trở nhiệt cho khí thải làm tăng năng lượng dòng khí thải trước khi đi vào BXT. Do đó, mặc dù ở giai đoạn khởi động lạnh nhưng nhiệt độ khí thải chảy qua BXT là khá cao tạo điều kiện thuận lợi cho việc sấy nóng BXT tới nhiệt độ làm việc trong thời gian ngắn. Để tăng hiệu quả sấy nóng BXT người ta thường bố trí lắp 2 BXT nối tiếp nhau (BXT lắp phía trước có kích thước nhỏ hơn nhằm rút ngắn thời gian gia nhiệt cho BXT) hoặc lắp bộ gia nhiệt ở cả phía trước và bên trong BXT.

Cảm biến nhiệt độ có chức năng truyền tín hiệu nhiệt độ của BXT về cho bộ điều khiển nhiệt độ. Khi nhiệt độ của BXT chưa đạt tới nhiệt độ làm việc, rơle điều khiển sẽ đóng lại kích hoạt hệ thống sấy nóng hoạt động. Ngược lại, khi nhiệt độ BXT đã đạt tới nhiệt độ làm việc rơle sẽ được điều khiển mở ra kết thúc quá trình sấy nóng.

Một số nghiên cứu quá trình sấy nóng BXT bằng dòng điện sử dụng điện trở nhiệt, có thể kể đến như nghiên cứu mô phỏng tính toán hiệu quả sấy của Fatemeh Mianzarasvand và các cộng sự [43]. Nghiên cứu đã đưa ra đánh giá so sánh hiệu quả sấy nóng của hệ thống khi không đốt nóng, đốt nóng lên 800K và 1000K. Kết quả mô phỏng chỉ ra hiệu quả xử lý ở các chiến lược sấy nóng khác nhau. Để đạt được hiệu suất chuyển đổi CO đến 60% thì cần đốt nóng điện trở nhiệt lên 1000K. Việc sấy nóng BXT với nhiệt độ của điện trở nhiệt 1000K đã rút ngắn được thời gian BXT đạt nhiệt độ làm việc hiệu quả khoảng 12 giây so với trường hợp không sấy từ lúc khởi động lạnh.

Nhiều nghiên cứu thực nghiệm đánh giá hiệu quả sấy nóng BXT bằng năng lượng điện so với các phương pháp khác với các chiến lược sấy nóng khác nhau cũng đã được thực hiện như nghiên cứu của Manuel Presti cùng cộng sự [44] và nghiên cứu của Lorenzo Pace cùng cộng sự [45]. Các nghiên cứu này cũng chỉ ra các kết quả tích cực.

Manuel Presti và cộng sự đã nghiên cứu hiệu quả sấy nóng BXT trên ô tô với 6 trường hợp khác nhau bao gồm:

Trường hợp 1: Sấy nóng BXT bằng năng lượng khí thải có điều khiển đánh lửa muộn.

Trường hợp 2: Sấy nóng BXT bằng năng lượng khí thải không có điều khiển đánh lửa muộn, động cơ được điều khiển để đảm bảo khả năng khởi động và tiết kiệm nhiên liệu.

Trường hợp 3: Sấy nóng BXT bằng năng lượng khí thải có điều khiển đánh lửa muộn sau 10 giây khởi động động cơ. Động cơ được điều khiển để đảm bảo khả năng khởi động và tiết kiệm nhiên liệu.

Trường hợp 4: Sấy nóng BXT với điện áp ắc quy 12V và thời gian sấy nóng 63 giây.

Trường hợp 5: Sấy nóng BXT với điện áp ắc quy 24V và thời gian sấy nóng 37 giây

Trường hợp 6: BXT được sấy nóng giống như trường hợp 3 kết hợp với sấy nóng BXT với điện áp ắc quy 24V, thời gian sấy trước và sau khởi động lần lượt là 15 giây và 37 giây.

Nhiệt độ trung bình của BXT với các chiến lược sấy nói trên được thể hiện

Hình 1.7 Hiệu quả sấy nóng BXT với các chiến lược sấy nóng khác nhau [45] Từ kết quả trên cho ta thấy với các chiến lược sấy khác nhau sẽ cho kết quả sấy nóng khác nhau. Khi sấy nóng BXT bằng ắc quy 24V và sấy trước khi khởi động 15 giây và tiếp tục sấy nóng BXT 37 giây sau khi khởi động bằng ắc quy 24V (trường hợp 6) mang lại hiệu quả rõ rệt.

trên hình 1.7

Nghiên cứu của Lorenzo Pace [45] về sấy BXT bằng điện với các chiến lược sấy khác nhau về thời gian sấy đã chỉ ra rằng khi tăng thời gian sấy thì hiệu quả sấy nóng cũng tăng theo, tuy nhiên mức độ tăng này giảm dần. Nguyên nhân là, sau khi khởi động lạnh, nhiệt độ khí thải và BXT đều còn thấp nên hiệu quả sấy nóng từ năng lượng điện là đáng kể. Càng về sau khi động cơ dần ổn định, nhiệt độ khí thải tăng lên khi đó hiệu quả sấy nóng từ năng lượng điện sẽ giảm xuống.

Như vậy có thể thấy EHC là một biện pháp có tiềm năng lớn trong việc giảm phát thải trong quá trình khởi động lạnh động cơ, tuy nhiên việc sử dụng điện trở nhiệt vẫn còn một số hạn chế. Việc sấy nóng gián tiếp BXT (gia nhiệt cho bộ phận sấy nóng từ đây truyền nhiệt đến khí thải rồi mới sử dụng năng lượng khí thải để sấy nóng BXT) làm tăng thời gian trễ của việc sấy nóng BXT đồng thời giảm hiệu suất chuyển đổi năng lượng từ điện sang nhiệt của BXT. Do đó để đạt được yêu cầu sấy nóng BXT đến nhiệt độ làm việc thì cần phải trang bị một bộ sấy nóng với công suất cao, tức là phải cần một ắc quy lớn, máy phát điện khỏe. Đây là một vấn đề nan giải đối với hệ thống lắp đặt trên xe máy.

Để giảm tổn thất nhiệt và tăng tốc độ sấy BXT trong quá trình sấy nóng BXT ta có thể chuyển từ việc sấy nóng gián tiếp BXT sang sấy nóng trực tiếp BXT bằng dòng điện cao tần.

1.4 Sấy nóng BXT bằng dòng điện cao tần 1.4.1 Cơ sở lý thuyết của việc đốt nóng bằng điện cao tần

Khi đặt một khối kim loại nhiễm từ như sắt, thép (vật nung) vào trong một từ trường biến thiên thì trong vật nung sẽ xuất hiện (cảm ứng) các dòng điện xoáy (dòng Foucault) đốt nóng vật nung.

Mạch cảm ứng được cấu tạo dựa trên nguyên lý của một máy biến áp, cuộn cảm ứng được chế tạo bằng đồng theo dạng xoắn ốc bọc xung quanh vật nung. Cuộn cảm ứng được coi như là cuộn sơ cấp, vật nung được coi như là cuộn thứ cấp máy biến áp. Khi ta cho dòng điện xoay chiều đi qua cuộn cảm ứng thì sẽ sinh ra từ thông biến thiên. Từ thông này khép kín qua vật nung, sản sinh ra một sức điện động cảm ứng E2 trong vật nung. Vật nung ở đây coi như là một dây dẫn, khép kín và thẳng góc với từ thông biến thiên nên xuất hiện một dòng điện cảm ứng nung nóng vật nung.

Như vậy khi lò làm việc thì xuất hiện hai sức điện động cảm ứng trong cuộn

cảm ứng E1 và trong vật nung E2.

Giá trị E1 và E2 được tính theo công thức [46]:

(1.1) (1.2) E1 = 4, 44. ΔΦ.f.n1.10-8 V E2 = 4, 44. ΔΦ.f.n2.10-8 V.

Trong đó:

ΔΦ: biến thiênt ừ thông, Wb f: tấn số làm việc, Hz n1: số vòng của cuộn cảm ứng (sơ cấp); n2: số vòng cảm ứng của cuộn thứ cấp (vật nung là một khối thống nhất nên có n2 =1);

Mức độ cảm ứng. Mức độ cảm ứng của vật nung là khác nhau tùy thuộc vào vị trí, tính chất của kim loại vật nung và tần số dòng điện. Mật độ dòng cảm ứng ở kim loại vật nung tại một điểm bất kỳ được xác định từ công thức sau [46]:

(1.3)

Trong đó:

, tương ứng là mật độ dòng cảm ứng tại hoành độ z và 0;

: độ từ thẩm của kim loại

: điện trở suất của kim loại trong lò; (Ω.mm2/m)

f: tần số làm việc, (Hz).

Phương pháp tạo ra nguồn điện cao tần

- Dùng máy phát điện tần số cao: Dựa vào nguyên lý, tần số dòng điện phụ

thuộc vào số cặp cực và số vòng quay theo công thức: trong đó, n là

tốc độ quay của rô tô (vòng/phút), p là số cặp cực. Như vậy để tạo ra dòng điện có

tần số cao ta dùng máy phát đồng bộ cực lồi số cặp cực lớn và số vòng quay rotor cao;

- Đèn phát tần số: Thường là đèn 3 cực chân không. Tần số từ vài chục đến hàng trăm MHz.

- Dùng mạch nghịch lưu thyristor chuyển dòng điện 1 chiều thành dòng cao

tần với tần số yêu cầu. 1.4.2 Sấy nóng BXT bằng dòng điện cao tần

Nguyên lý đốt nóng vật nung bằng dòng điện cao tần có thể được sử dụng để sấy nóng BXT với một số chú ý sau:

- Lõi BXT được sấy nóng phải được chế tạo từ vật liệu có khả năng nhiễm từ như sắt và thép. - Sử dụng 1 mạch nghịch lưu (mạch biến tần) để chuyển đổi dòng điện 1 chiều 12V thành dòng xoay chiều có tần số cao.

- Dòng cao tần được lựa chọn với tần số sao cho đảm bảo sấy nóng toàn bộ lõi BXT (vật nung). Như vậy, sử dụng dòng trung tần có tần số f=1.000 - 10.000Hz là thích hợp [46].

Lốn g

LBX T

(a)

(b)

Hình 1.8 Sơ đồ ống thải lắp BXT

(a) với hệ thống sấy nóng (b) sơ đồ quấn dây quanh BXT 1- Acquy 12V; 2- Mạch biến tần; 3- Các vòng dây cảm ứng; 4- BXT; 5- Ống thải Sơ đồ khái quát của mạch biến tần để biến đổi dòng điện 1 chiều từ acquy 12V

Hình 1.8 thể hiện sơ đồ bố trí BXT trên ống thải xe máy và hệ thống sấy nóng bằng năng lượng điện cao tần. Dòng điện 1 chiều từ acquy 1 được biến đổi thành dòng điện xoay chiều tần số cao nhờ mạch biến tần 2 rồi đi qua các vòng dây 3 quấn quanh lõi BXT 4 có kết cấu kiểu lá thép phủ chất xúc tác. Từ trường cao tần sẽ tạo ra trên các lá thép của lõi BXT dòng điện cảm ứng (dòng xoáy) nhờ tác dụng của từ thông biến thiên. Dòng điện này sẽ đốt nóng trực tiếp các lá thép nên quá trình đốt nóng rất nhanh do nhiệt sinh ra trực tiếp trên các lá thép mà không phải do truyền nhiệt từ ngoài vào.

thành dòng điện xoay chiều tần số cao được thể hiện trong hình 1.9.

Hình 1.9 Sơ đồ mạch biến tần, biến dòng 1 chiều thành dòng xoay chiều tần số cao

Trong đó:

V1: Nguồn điện một chiều 12V, 10A R3, R6: Phân áp cho cực G của FET M1 R4, R5: Phân áp cho cực G của FET M2 D1: Ổn định điện áp trên cực G của FET M2 D2: Ổn định điện áp trên cực G của FET M1 D3: Chống hồi tiếp, bảo vệ ngược cho M1 D4: Chống hồi tiếp, bảo vệ ngược cho M2 C1, L1, L2: Tạo dao động xoay chiều tần số cao Choke: Cuộn dây gia nhiệt.

Nguyên lý hoạt động của mạch biến tần: Khi cấp vào nguồn điện một chiều,

Transitor M1, M2 mở luân phiên tạo ra dao động xoay chiều với tần số:

Hz. (1.4)

Dao động này chạy qua cuộn dây gia nhiệt, từ đây tạo ra từ trường biến thiên trong lõi cuộn dây. Khi đặt lõi BXT bằng vật liệu nhiễm từ vào trong lõi của cuộn dây, nó tạo nên mạch thứ cấp ngắn mạch. Do tác động của từ trường được tạo ra bởi cuộn dây, các phân tử của vật thể dao động sinh ra ma sát, từ đó sinh ra nhiệt trong vật thể.

Leahey và cộng sự [47] đã áp dụng phương pháp sấy nóng bằng dòng điện cao tần theo nguyên lý trên để sấy nóng nhanh BXT lõi lá thép trên xe ô tô hạng nhẹ Peugeot 308 chạy dầu diesel trong quá trình khởi động lạnh và chạy ấm máy. Tác giả đã chỉ ra rằng nhờ quá trình sấy nóng trực tiếp BXT từ dòng điện cao tần đã rút ngắn được thời gian trễ hoạt động của BXT. Kết quả là tăng được hiệu quả xử lý xúc tác ở giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy và giảm phát thải độc hại ở giai đoạn này và do đó giảm phát thải độc hại của động cơ cho cả chu trình thử. Tuy nhiên, nghiên cứu của nhóm tác giả chưa chỉ rõ được diễn biến thay đổi nhiệt độ của lõi BXT trong quá trình sấy nên khó phân tích để đưa ra được chiến lược sấy tối

ưu bằng dòng điện cao tần để đạt hiệu quả xúc tác cao nhất với tiêu hao năng lượng điện thấp nhất.

Hình 1.10 Lõi BXT bằng Ceramic trộn hạt kim loại sử dụng sấy nóng bằng dòng cao tần

Do hiệu quả cao của việc sấy nóng BXT bằng năng lượng cao tần nên công nghệ này cũng đã được nghiên cứu áp dụng để sấy nóng các BXT lõi bằng Ceramic. Để thực hiện được điều này, đã có nhiều sáng chế đúc lõi BXT bằng Ceramic trộn với hạt kim loại [48] như chỉ ra trên hình 1.10. Trong từ trường biến thiên cao tần, các hạt kim loại bị đốt nóng do cảm ứng điện từ sẽ truyền nhiệt sấy nóng lõi BXT ceramic.

So với việc sấy nóng BXT bằng điện dùng dây điện trở có thể thấy việc sấy nóng trực tiếp BXT bằng dòng điện cao tần vừa có tác dụng sấy nóng nhanh lại giảm được mất mát năng lượng cho khí thải truyền ra ngoài. Do đó có thể giảm công suất của bộ sấy nóng, và không cần yêu cầu cao về dung lượng ắc quy và máy phát mạnh như hệ thống sấy nóng bằng dây điện trở. Đây là điểm rất thuận lợi cho việc trang bị BXT sấy nóng bằng dòng điện cao tần cho động cơ xe máy.

1.5 Hướng tiếp cận và nội dung nghiên cứu của đề tài

Qua nghiên cứu tổng quan về các giải pháp nâng cao hiệu quả xử lý khí thải của BXT, có thể thấy rằng sấy nóng nhanh BXT trong giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy là giải pháp hữu hiệu để giảm phát thải của động cơ trong giai đoạn này, góp phần giảm phát thải chung của động cơ trong chu trình sử dụng. Nhiều biện pháp sấy nóng nhanh BXT trong giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy đã được nghiên cứu ứng dụng cho BXT trên ô tô, trong đó sấy nóng bằng dòng điện cao tần cho thấy có tiềm năng và tính ưu việt lớn trong khi đó chưa có một nghiên nào về sấy nóng BXT xe máy trong giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy. Chính vì vậy, để giảm phát thải của xe máy trang bị BXT xử lý khí thải, NCS chọn giải pháp sấy nóng nhanh BXT trong giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy bằng dòng điện cao tần. Nghiên cứu được thực hiện trên xe máy Honda Lead 110 với các nội dung chính như sau:

- Nghiên cứu mô phỏng động cơ trong giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy để xác định thành phần, lưu lượng và nhiệt độ khí thải ra khỏi động cơ làm số liệu đầu vào cho việc nghiên cứu hiệu quả của BXT; - Nghiên cứu mô phỏng hệ thống thải để xác định trường nhiệt độ khí thải trên đường thải để xác định vị trí thích hợp lắp BXT nghiên cứu;

- Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng thí nghiệm để xác định các thông số đầu vào cho các mô hình mô phỏng, hiệu chỉnh và đánh giá độ tin cậy của các mô hình mô phỏng và động thời đánh giá hiệu quả của giải pháp nghiên cứu.

1.6 Kết luận chương 1

Hiệu quả xử lý của BXT bị ảnh hưởng rất lớn bởi nhiệt độ làm việc của nó. Trong giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy của động cơ, BXT chưa được sấy đến nhiệt độ làm việc hiệu quả nên phát thải ở giai đoạn này là rất lớn.

Sấy nóng nhanh BXT trong giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy là biện pháp hữu hiệu để tăng hiệu quả của BXT để giảm phát thải trong giai đoạn này.

Phương pháp đốt nóng trực tiếp BXT xe máy bằng dòng điện cao tần có tiềm năng lớn trong việc giảm phát thải trong giai đoạn khởi động lạnh, góp phần giảm phát thải chung của xe. Do đó, luận án sẽ nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp sấy nóng này đến hiệu quả chuyển đổi của BXT trong giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy để đưa ra chiến lược sấy nóng phù hợp.

CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG NHIỆT ĐỘNG HỌC VÀ PHÁT THẢI ĐỘNG CƠ XE MÁY

2.1 Giới thiệu

Hình 2.1 Sơ đồ bố trí động cơ - ống thải – bộ xúc tác

Việc nghiên cứu trạng thái nhiệt độ, phản ứng xúc tác chuyển đổi khí thải và đánh giá hiệu quả chuyển đổi khí thải của BXT trong giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy bằng mô phỏng sẽ tiết kiệm được nhiều thời gian và chi phí. Để có dữ liệu đầu vào phục vụ cho mô phỏng BXT, các thông số như nhiệt độ khí thải, thành phần các chất độc hại, lưu lượng khí thải có thể được xác định bằng thực nghiệm. Tuy nhiên, giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy là giai đoạn quá độ, các thông số này là không ổn định nên thực nghiệm xác định các thông số này làm điều kiện đầu vào cho mô hình BXT sẽ gặp nhiều khó khăn. Do đó, trong luận án này NCS sẽ xây dựng và nghiên cứu một mô hình mô phỏng tổng thể từ động cơ, ống thải đến BXT. Sơ đồ bố trí động cơ và hệ thống thải được trình bày ở hình 2.1. Để đơn giản trong quá trình nghiên cứu, tính toán và mô phỏng, mô hình tổng thể được chia thành ba mô hình con, lần lượt là: mô hình nhiệt động và phát thải của động cơ, mô hình truyền nhiệt của hệ thống thải và mô hình chuyển đổi xúc tác của BXT. Các thông số đầu ra từ mô hình mô phỏng trước sẽ được dùng làm thông số đầu vào cho các mô hình tiếp theo. Chi tiết mô hình hóa sẽ được trình bày trong chương này và chương tiếp theo.

Chương này trình bày mô hình tính toán nhiệt động cơ và mô hình tính toán phát thải của động cơ trong giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy. Mục đích của mô hình là tính toán nhiệt độ trung bình theo chu trình, lượng phát thải CO, HC và NOx trung bình theo chu trình, và lưu lượng trung bình của dòng khí thải làm dữ liệu đầu vào tính toán cho các mô hình tiếp theo.

Mô hình động cơ đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu và phát triển từ lâu. Từ giữa thế kỷ 20, đã có nhiều mô hình động cơ được phát triển để nghiên cứu các hiện tượng bên trong xylanh của động cơ. Có thể kể đến các mô hình đơn giản như tính toán chu trình lý tưởng [49], rồi đến mô hình nhiệt động học đầy đủ [50] và các mô hình đốt cháy đa chiều [51]. Mặc dù đã có những mô hình như vậy nhưng vẫn cần phải mô phỏng một mô hình động cơ cụ thể để nghiên cứu tính toán nhiệt độ,

nồng độ phát thải và lưu lượng của dòng khí thải trong giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy.

Các phần mềm mô phỏng động cơ quen thuộc và sẵn có hiện nay như AVL- Boost hay GT Power, … là các phần mềm hiện đại có độ tin cậy cao. Tuy nhiên, các phần mềm này chỉ thuận lợi áp dụng để tính toán các quá trình của động cơ ở chế độ ổn định, rất khó áp dụng để mô phỏng tính toán các quá trình chuyển tiếp như quá trình khởi động lạnh và chạy ấm máy. Code mở KIVA được các nhà nghiên cứu và phát triển động cơ xây dựng trên ngôn ngữ lập trình FORTRAN cho phép người dùng thay đổi để thực hiện các bài toán mô phỏng từ đơn giản đến phức tạp, 1 chiều đến 3 chiều và 4 chiều kể cả quá trình chuyển tiếp tùy theo yêu cầu nên thích hợp cho việc nghiên cứu quá trình khởi động lạnh của động cơ. Ferguson [52] cũng đã dựa trên Code này để phát triển mô hình mô phỏng quá trình chuyển tiếp của động cơ. Chính vì vậy, trong luận án này, NCS tính toán mô phỏng quá trình khởi động lạnh và chạy ấm máy của động cơ bằng cách phát triển các mô hình mô phỏng bao gồm mô hình nhiệt động học động cơ dựa trên mô hình của Ferguson, cộng với mô hình hình thành NOx, mô hình hình thành HC và mô hình hình thành CO và giải bằng phương pháp phần tử hữu hạn trên ngôn ngữ lập trình FORTRAN.

Bảng 2.1 Một số thông số của động cơ 110 lắp trên xe Honda Lead

Động cơ mô phỏng là động cơ lắp trên xe Honda Lead 110. Các thông số của động cơ được trình bày trong bảng 2.1.

STT Thông số kỹ thuật Giá trị Đơn vị

1 Dung tích xylanh 108 cm3

2 Đường kính xylanh 50 mm

3 Hành trình piston 55 mm

4 Tỉ số nén 11

5 Góc mở sớm xupap nạp 10 Độ

6 Góc đóng muộn xupap nạp 25 Độ

7 Góc mở sớm xupap thải 35 Độ

8 Góc đóng muộn xupap thải 5 Độ

9 Góc đánh lửa sớm 14 Độ

10 Chiều dài thanh truyền 100 mm

v/p 11 Tốc độ không tải 1730±100

Quá trình mô phỏng được thực hiện ở 4 chế độ hoạt động đặc trưng của động cơ bao gồm:

- Chế độ không tải chuẩn 1730 v/p: Đây là chế độ được nhà chế tạo thiết lập nhằm tiết kiệm tối đa nhiên liệu sử dụng.

- Chế độ không tải nhanh 2500 v/p: Trên ô tô có trang bị BXT, chế độ không tải nhanh được nhà chế tạo thiết lập nhằm nhanh chóng sấy nóng động cơ và BXT. Trên xe máy đang lưu hành ở Việt Nam thường không trang bị BXT và nhà chế tạo

không thiết lập chế độ chạy không tải nhanh. Tuy nhiên, tác giả đưa ra chế độ này nhằm nghiên cứu hiệu quả sấy nóng BXT, từ đó làm cơ sở để đưa ra phương án khuyến cáo cho việc sấy nóng BXT khi trang bị thiết bị này.

- Chế độ 10% tải 2500 v/p: Thói quen sử dụng xe máy của người Việt Nam là khởi hành xe ngay sau khi khởi động động cơ (không đợi động cơ nóng lên rồi mới đi) tương ứng với khoảng 10% tải. Do đó, nghiên cứu chế độ này sẽ thấy được đặc điểm phát thải cũng như hiệu quả xử lý của BXT ở chế độ khởi động lạnh khi lắp BXT trên xe máy với đặc điểm vận hành thực tế ở Việt Nam.

- Chế độ toàn tải: Vị trí lắp BXT ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả sấy nóng trong giai đoạn khởi động lạnh. Việc lắp đặt BXT gần với cửa thải có thể tận dụng năng lượng nhiệt tối đa của khí thải để sấy nóng BXT. Tuy nhiên khi động cơ vận hành ở chế độ tải cao và toàn tải thì năng lượng dòng khí thải rất lớn. Nó có thể làm hư hỏng hoặc già hóa nhanh BXT. Việc mô phỏng chế độ toàn tải là để lấy dữ liệu nhiệt độ và năng lượng khí thải ở chế độ này, làm cơ sở để đưa ra vị trí lắp đặt BXT phù hợp, đảm bảo BXT làm việc hiệu quả và lâu bền trong quá trình sử dụng. 2.2 Mô tả mô hình

Mô hình động cơ được nghiên cứu trong chương này bao gồm mô hình nhiệt động học không chiều đa vùng trong xylanh và các mô hình hình thành các thành phần độc hại của khí thải trong xylanh trong quá trình khởi động lạnh và chạy ấm máy của động cơ. Các mô hình này được tích hợp với nhau để nghiên cứu đặc tính nhiệt và đặc điểm hình thành các thành phần phát thải độc hại của khí trong xylanh động cơ. 2.2.1 Mô hình đa vùng mô phỏng diễn biến nhiệt động trong xylanh 2.2.1.1 Giới thiệu

Các mô hình mô tả các dòng chảy trong động cơ ngày càng phức tạp, có thể là mô hình dòng chảy gần như ổn định, mô hình nạp đầy và thải sạch và mô hình động lực học sóng [53]. Việc lựa chọn một mô hình thích hợp để phân tích chu trình nhiệt động học của động cơ phụ thuộc vào mục đích nghiên cứu. Trong số các mô hình kể trên, mô hình nạp đầy và thải sạch dựa trên việc giải các phương trình bảo toàn khối lượng và năng lượng của một thể tích nhiệt động cho phép xác định được các thông số nhiệt động và năng lượng của môi chất ở mỗi thời điểm một cách dễ dàng.

Mục tiêu của mô phỏng động cơ trong đề tài này là phân tích diễn biến thay đổi nhiệt năng, khối lượng và thành phần của chất khí thải trong quá trình khởi động lạnh. Do đó, cấu trúc chủ yếu của mô hình dựa trên sự bảo toàn năng lượng hơn là dựa trên phân tích đầy đủ về chuyển động của môi chất [54]. Trong trường hợp này, “nạp đầy và thải sạch” được chọn làm cơ sở cho mô phỏng. Mô hình này coi xylanh là "thể tích tính toán" hữu hạn với các vùng khí đã cháy và vùng hỗn hợp chưa cháy. Tác động của sóng và hiệu ứng động của dòng khí trong đường ống nạp thải không cần xét đến.

Mô hình được phát triển dựa trên mô hình hai vùng của Ferguson [52] và được mở rộng để tính chi tiết các vùng khí đã cháy. Trong mô hình này, bên cạnh vùng hỗn hợp chưa cháy trong quá trình cháy, vùng thể tích khí đã cháy được chia thành một số vùng theo khối lượng (hoặc mol) tùy theo đặc điểm của quá trình cháy. Có sự khác nhau về nhiệt độ giữa các vùng riêng biệt nhưng áp suất được giả định là

đồng nhất trong buồng cháy tại bất kỳ thời điểm nào. Tổn thất do truyền nhiệt và lọt khí được giả định là giống nhau đối với mỗi vùng. 2.2.1.2 Phương trình chính

Mục đích của việc phát triển một mô hình cháy đa vùng cho nghiên cứu này là tính đến chênh lệch nhiệt độ tồn tại giữa các vùng khí đã cháy, chênh lệch nhiệt độ 200K có thể tồn tại giữa vùng cháy đầu tiên và cuối cùng [55]. Điều này chủ yếu được sử dụng cho mô hình động học NOx để tính toán NOx chính xác hơn vì nhiệt độ cháy ảnh hưởng lớn tới sự hình thành NOx.

Hình 2.2 Hệ thống nhiệt động học hở của buồng đốt

Thể tích môi chất trong xylanh được coi là một hệ thống nhiệt động học mở, như minh họa trong Hình 2.2. Các phương trình chính trong mô hình là các phương trình bảo toàn khối lượng và năng lượng được áp dụng cho thể tích khí này. Các dạng vi phân của chúng đối với góc quay trục khuỷu được xác định như sau:

(2.1)

(2.2)

Trong đó m là tổng khối lượng khí bên trong xylanh; u, p lần lượt là năng (j: khí nạp, khí thải, khí thoát ra lượng riêng và áp suất của khí trong xylanh; do lọt khí) là khối lượng và entanpi của khí nạp, khí thải và khí thoát ra do lọt khí; Q là nhiệt lượng truyền cho khí trong xylanh; V là thể tích xylanh; là góc quay của trục khuỷu.

Cần thiết lập một tập hợp các phương trình vi phân mô tả tốc độ thay đổi của áp suất, nhiệt độ, công, và tổn thất nhiệt theo góc quay trục khuỷu. Bằng cách tích phân đồng thời các phương trình này từ khi bắt đầu quá trình nén cho đến khi kết thúc quá trình giãn nở sẽ thu được các thông số trên theo chu trình. Để thiết lập hệ

các phương trình vi phân này trước tiên ta cần xác định tất cả các số hạng trong công thức (2.2). a. Khối lượng khí trong xylanh

Trong quá trình làm việc của động cơ, ở thời kỳ nạp, xupap nạp mở và hòa khí được nạp vào xylanh động cơ, quá trình này kết thúc khi xupap nạp đóng. Ở thời kỳ nén, cháy giãn nở, các xupap đều đóng lúc này có sự lọt khí. Ở thời kỳ thải, khí thải được thải ra khỏi xylanh của động cơ. Như vậy, khối lượng của khí trong xylanh thay đổi theo góc quay của trục khuỷu. Có thể tính khối lượng khí trong xylanh theo 3 thời kỳ là nạp, nén-cháy giãn nở, thải. Khối lượng khí trong xylanh thay đổi theo góc quay của trục khuỷu và được tính như sau:

cho (nạp) (2.3)

cho (xupap đóng) (2.4)

cho (thải) (2.5)

Trong đó , lần lượt là thể tích riêng của khí chưa cháy và khí đã cháy;

là khối lượng khí trong xylanh khi bắt đầu nén;

là góc quay của trục khuỷu tương ứng với thời điểm xupap nạp

đóng và xupap thải mở;

là hệ số lọt khí phụ thuộc vào thiết kế.

là vận tốc góc của trục khuỷu tại thời điểm đang xét;

Với các chế độ ổn định, vận tốc góc của trục khuỷu là một hằng số. Nghiên cứu động cơ từ khi động cơ bắt đầu khởi động đến khi động cơ đạt tới các trạng thái ổn định, vận tốc góc của trục khuỷu biến thiên theo thời gian. Các giá trị vận tốc góc được đo bằng thực nghiệm. Trên cơ sở các kết quả thực nghiệm trên hình 4.16 ta xây dựng được hàm đa thức mô tả biến thiên vận tốc theo thời gian trên Bảng 4.3. Thể tích xylanh là một hàm của góc quay trục khuỷu và được xác định như

(2.6)

Trong đó:

Vc là thể tích buồng cháy (thể tích xylanh khi piston ở ĐCT);

là tỷ số nén;

λ là thông số kết cấu, là tỉ số giữa bán kính quay của trục khuỷu R và chiều dài thanh truyền L.

b. Năng lượng khí trong xylanh

Đối với n vùng cháy, tại bất kỳ thời điểm nào trong quá trình cháy và giãn nở,

thể tích riêng và nội năng riêng của toàn hệ thống có thể được viết như sau:

(2.7)

(2.8)

Trong đó:

và lần lượt là nội năng và thể tích riêng của khí chưa cháy ở nhiệt

độ Tu.

và lần lượt là nội năng riêng và thể tích riêng của khí đã cháy tại

mỗi vùng ở nhiệt độ Tbi.

. xbi là phần khối lượng của mỗi vùng khí đã cháy, từ đó

Đạo hàm các phương trình 2.7 và 2.8 theo góc quay trục khủyu ta thu được:

(2.9)

(2.10)

Vì cả υ và u đều là hàm của T và p, nên lấy vi phân các hàm này theo góc quay và sau đó thay đạo hàm logarit vào các phương trình này sẽ cho biểu thức xác

định , , , như sau:

(2.11)

(2.12)

(2.13)

(2.14)

c. Tốc độ cháy

Tốc độ đốt cháy của hòa khí được giả định là một hàm Wiebe [54]:

(2.15)

Trong đó và là thời gian bắt đầu cháy và thời gian cháy theo góc quay;

a, m là các hệ số thực nghiệm. d. Tổn thất nhiệt cho các bộ phận trong buồng cháy

Sự truyền nhiệt từ khí cháy đến piston, ống lót xylanh và nắp máy được biểu

thị bằng sự mất nhiệt của thể tích xylanh [56].

(2.16)

Đưa vào hệ số truyền nhiệt h, nhiệt lượng mất đi có thể viết là:

(2.17)

(2.18)

Trong đó:

lần lượt là diện tích tiếp xúc của hỗn hợp chưa cháy và đã

cháy với các phần tử của buồng đốt

Tw, j Tu, j là nhiệt độ của hỗn hợp chưa cháy và đã cháy Chỉ số j chỉ các chi tiết buồng cháy: p (piston), l (lót) và n (nắp máy). Diện tích tiếp xúc của khí cháy và khí chưa cháy với các chi tiết trong buồng đốt được xác định từ các công thức sau.

(2.19)

(2.20)

Diện tích bề mặt tiếp xúc của các bộ phận tạo thành buồng đốt với khí, có thể được biểu thị bằng các công thức sau:

cho buồng đốt bán cầu

cho đỉnh piston phẳng

cho diện tích bề mặt tuyến tính tiếp xúc với khí

Trong đó D là đường kính xylanh. Hệ số truyền nhiệt h được lấy từ Woschni [56] và được xác định từ công thức:

(W/m2K) (2.21)

(W/m2K) (2.22)

Trong đó:

p là áp suất xylanh (bar); D là đường xylanh (m); Tu, Tbi lần lượt là nhiệt độ khí không cháy và khí cháy (K).

cho quá trình trao đổi khí

cho các quá trình khác

cm là tốc độ trung bình của piston (m/s).

e. Tổn thất năng lượng do lọt khí

Tổn thất entanpi do lọt khí được giả định là:

(2.23)

2.2.1.3 Phương trình mô hình hóa tổng thể

Như vậy, tất cả các số hạng trong công thức (2.2) đã có thể được xác định từ sự kết hợp của các phương trình (2.3) đến (2.23). Trong các phương trình này, hệ số lọt khí C1 được xác định tùy theo loại động cơ và đặc tính vận hành,  là tốc độ góc của trục khuỷu động cơ trong quá trình chuyển tiếp được đo từ thực nghiệm,  thay đổi theo thời gian từ lúc khởi động lạnh đến khi đạt ổn định. Các biến số như m, V

và x là các hàm đã biết của góc quay trục khuỷu. Tất cả các biến , ,

, , , , , , , , , và là các đặc tính nhiệt động

, và [52]. Do đó, kết hợp các biểu thức này

học và là các hàm đã biết của p, với công thức (2.2) sẽ cho một phương trình tổng thể có dạng sau:

(2.24)

Xác định áp suất và nhiệt độ của n vùng đã cháy và vùng chưa cháy, cần thêm n+1 phương trình. Bằng cách đưa entropy của môi chất vào phân tích, có thể thấy rằng:

(2.25)

(2.26)

Trong đó ;

Entropi của khí chưa cháy và khí đã cháy cũng là hàm của T và p, do đó vi phân của chúng đối với góc quay là:

(2.27)

(2.28)

Thay

phương trình biểu thị mối quan hệ của ở phương trình (2.27) vào phương trình (2.25) sẽ cho ta một và các biến khác. Tương tự như

ở phương trình (2.28) vào phương trình (2.26) cho n phương

vậy, thay trình biểu thị mối quan hệ của và các biến khác.

Bằng cách xác định một số hàm tạm thời (A, B, C, D, E, và Φ) để làm cho phương trình trông gọn gàng hơn, một tập hợp các phương trình vi phân thường có thể được suy ra để mô tả tốc độ thay đổi của áp suất, nhiệt độ, công và nhiệt tổn thất theo góc quay trục khuỷu.

(2.29)

(2.30)

(2.31)

(2.32)

(2.33)

(2.34)

(2.35)

(2.36)

(2.37)

(2.38)

(2.39)

(2.40)

(2.41)

(2.42)

(2.43)

Giải các phương trình vi phân thường này bằng phương pháp Runge-Kutta bậc 4 sẽ cho p, Tu, Tbi và tổn thất nhiệt ở bất kỳ góc quay  nào. Chương trình giải được viết trên ngôn ngữ lập trình FORTRAN.

Trong nghiên cứu này áp suất xylanh trong quá trình nạp được giả định bằng áp suất trong đường ống nạp. Áp suất xylanh trong quá trình thải được giả định bằng áp suất trong ống thải. Áp suất xylanh trong quá trình trao đổi khí từ khi van thải mở (evo) đến khi piston ở điểm chết trên (180ogóc quay trục khuỷu) được lấy từ nghiên cứu của Hoang, D.L. [57], theo đó:

cho (2.44)

Trong đó và m là hệ số hình dạng được xác định theo [52, 57].

Qout

Nắp máy

Van hằng nhiệt

Qexh

Qhead

Qout

Qfriction

Qout

Qliner

Qpiston

xylanh

Piston

Bộ tản nhiệt

Qrings Qskirt

Qoil Qcon

Bơm nước

Qout

Bơm dầu

Bình chứa dầu, trục khuỷu và thanh truyền

Hình 2.3 Sơ đồ truyền nhiệt trong động cơ

2.2.1.4 Truyền nhiệt và sấy nóng động cơ

Phần này nhằm xác định nhiệt độ của piston, ống lót xylanh và nắp máy trong quá trình khởi động lạnh và chạy ấm máy nhằm phục vụ cho việc tính toán tổn thất nhiệt từ chất khí đến thành buồng đốt trong mô hình nhiệt động học. Sơ đồ các đường truyền nhiệt giữa mỗi thành phần chính trong động cơ xăng được thể hiện trong Hình 2.3. Mô hình truyền nhiệt cho các bộ phận chính của động cơ, được thiết lập theo Kaplan và Heywood [58]. a. Truyền nhiệt cho piston

Trong quá trình làm việc, piston nhận nhiệt từ khí cháy của động cơ, nhiệt sinh ra do ma sát giữa piston và xylanh. Piston mất nhiệt do truyền nhiệt cho xylanh, dầu bôi trơn và thanh truyền. Phương trình cân bằng nhiệt của piston được xác định theo phương trình sau:

(2.45)

Trong đó: : nhiệt độ của piston.

và : lần lượt là nhiệt dung của piston và thanh truyền.

: nhiệt lượng truyền nhiệt vào piston bao gồm nhiệt truyền từ khí cháy sang đỉnh piston, được tính từ công thức (2.17) và (2.18) và nhiệt lượng sinh ra từ ma sát giữa piston và thành xylanh. Tuy nhiên, do piston nóng lên nhanh hơn nhiều so với thành xylanh, nên nhiệt năng do ma sát sẽ được truyền chủ yếu vào thành xylanh. Tương tự, nhiệt sinh ra do ma sát chuyển động của piston-chốt-thanh truyền được truyền chủ yếu cho thanh truyền.

: nhiệt lượng truyền cho dầu bôi trơn từ bề mặt sau của piston, được

tính theo công thức truyền nhiệt đối lưu:

(2.46)

Trong đó h là hệ số truyền nhiệt đối lưu từ piston sang dầu; A là diện tích bề

mặt; Toil là nhiệt độ của dầu.

: nhiệt lượng truyền từ piston đến thành xylanh qua các xéc măng

và mép piston và có thể được tính như sau:

(2.47)

Trong đó nhiệt độ thành xylanh; U là hệ số truyền nhiệt tổng thể cho các

xéc măng và mép piston; A là diện tích truyền nhiệt.

Qcon: nhiệt lượng piston truyền cho thanh truyền và được tính từ công thức:

(2.48)

b. Truyền nhiệt cho dầu bôi trơn

Dầu bôi trơn nhận nhiệt từ nắp máy, thân máy, pison, thanh truyền và nhiệt do ma sát từ chuyển động của trục khuỷu, bơm dầu đồng thời truyền nhiệt ra ngoài môi trường xung quanh, phương trình cân bằng nhiệt của dầu có thể viết như sau:

(2.49)

là nhiệt lượng piston truyền cho dầu bôi trơn được tính theo công thức 2.46

: nhiệt lượng truyền từ nắp máy sang dầu bôi trơn bằng phương pháp đối lưu

được xác định từ công thức

Trong đó:

(2.50)

Trong đó: là nhiệt dung riêng của dầu; Thead là nhiệt độ nắp máy, Toil-in

là nhiệt độ dầu vào nắp máy

: nhiệt lượng truyền từ thân máy sang dầu bôi trơn bằng phương pháp

đối lưu và được xác định từ công thức

(2.51)

Trong đó: Tblock là nhiệt độ thân máy

và

: nhiệt lượng dầu nhận được do ma sát trong bơm dầu và trục khuỷu và có thể ước tính lần lượt là 10% và 11% tổng ma sát của động cơ theo Patton và cộng sự [59]. Trong điều kiện tốc độ động cơ chạy không tải, tổng ma sát của động cơ bằng công thực hiện của chu trình động cơ.

: nhiệt lượng dầu bôi trơn truyền cho môi trường.

Thanh truyền nhận nhiệt từ piston và ma sát chuyển động của trục khuỷu - thanh truyền đồng thời truyền nhiệt cho dầu bôi trơn. Nhiệt lượng truyền từ thanh truyền cho dầu bôi trơn được tính gần đúng bằng nhiệt lượng piston truyền cho thanh truyền Qcon và được tính theo công thức (2.48).

c. Truyền nhiệt khối xylanh

Xylanh nhận nhiệt từ khí cháy và nhiệt do ma sát giữa piston, xéc măng với lót xylanh đồng thời truyền nhiệt cho nước làm mát, dầu bôi trơn và môi trường xung quanh. Phương trình truyền nhiệt của khối xylanh được tính theo công thức:

(2.52)

Trong đó: (mc)blọk là nhiệt dung riêng của thân máy;

: nhiệt lượng truyền cho khối xylanh bao gồm nhiệt lượng từ khí cháy truyền cho xylanh được tính theo công thức (2.17) và (2.18) và nhiệt sinh ra từ ma sát giữa lót xylanh và piston; ma sát này chiếm 53% tổng ma sát của động cơ [59]; : nhiệt lượng xylanh truyền cho dầu bôi trơn và được tính theo (2.51)

: sự nhiệt lượng truyền từ khối xylanh đến dung dịch làm mát. Phương

trình truyền nhiệt tổng thể của chất làm mát trong khối xylanh là:

(2.53)

(2.54)

: nhiệt lượng truyền từ khối xylanh ra môi trường.

Trong đó: (h, A)blọck lần lượt là hệ số truyền nhiệt và diện tích truyền nhiệt từ thân máy đến mô trường.

Khi động cơ làm việc ổn định mất nhiệt từ thân máy sang môi trường xung quanh là đáng kể. Tuy nhiên, trong giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy, do nhiệt độ động cơ còn thấp nên phần mất nhiệt cho môi trường xung quanh là không đáng kể và có thể bỏ qua. Do đó, khi động cơ khởi động lạnh phương trình truyền nhiệt cho khối xylanh (công thức 2.52) có thể viết lại như sau.

(2.55)

d. Truyền nhiệt nắp máy

Nắp máy nhận nhiệt từ khí cháy trong xylanh và khí thải trên đường thải đồng thời truyền nhiệt cho nước làm mát, dầu bôi trơn và môi trường xung quanh. Phương trình truyền nhiệt của nắp máy được viết như sau:

(2.56)

Trong đó:

: nhiệt dung riêng của nắp máy.

: nhiệt lượng truyền từ khí trong xylanh sang nắp máy, được tính từ

phương trình. (2.17) và (2.18);

công thức: : nhiệt truyền từ khí thải đến nắp máy tại cửa thải và có thể được tính từ (2.57)

trong đó Aport là diện tích bề mặt bên trong của ống thải; Tg và Tport lần lượt là là hệ số truyền nhiệt trung bình giữa khí và

nhiệt độ khí và tường tại cửa thải; ống thải và có thể được tính như sau [60]: (2.58)

trong đó hevo và hevc lần lượt là hệ số truyền nhiệt giữa khí và thành cửa thải trong quá trình mở và đóng xupap thải và có thể được tính toán từ công thức [60]:

(2.59)

(2.60)

Trong đó Nuevo và Re lần lượt là số Nusselt và số Reynolds của khí tại cửa thải trong quá trình mở xupap thải; Nuevc và lần lượt là số Nusselt và số Reynolds trung bình tại cửa thải trong quá trình đóng xupap thải; d là đường kính cửa thải; kg là độ dẫn nhiệt của chất khí.

: nhiệt lượng truyền từ nắp máy vào nước làm mát. Phương trình truyền

nhiệt tổng thể của chất làm mát trong nắp máy là:

(2.61)

(2.62)

: nhiệt lượng truyền từ khối xylanh ra môi trường xung quanh. Tương tự như thân máy, khi động cơ khởi động lạnh và chạy ấm máy, nhiệt độ nắp máy còn thấp nên mất nhiệt cho môi trường là không nhiều và có thể bỏ qua. Khi đó phương trình (2.56) có thể viết lại như sau:

(2.63)

Các phương trình cân bằng nhiệt của tất cả các thành phần, tạo thành một tập hợp các phương trình vi phân thông thường thuần nhất. Phương pháp phần tử hữu hạn được sử dụng để giải hệ phương trình này, cho nhiệt độ của từng bộ phận động cơ, từ trạng thái ban đầu (điều kiện nhiệt độ môi trường). Nhiệt độ được giả định là ổn định trong một bước thời gian và được cập nhật ở mỗi bước thời gian tiếp theo. 2.2.1.5 Lưu lượng và nhiệt độ khí thải

Nhiệt độ khí thải tức thời và tốc độ dòng chảy tại cửa thải là các hàm của góc quay trục khuỷu. Tuy nhiên, nếu tính đến điều này sẽ làm cho mô hình mô phỏng truyền nhiệt của hệ thống khí thải trở nên phức tạp hơn nhiều, điều này nằm ngoài phạm vi của luận án nghiên cứu hiện tại. Do đó, nhiệt độ khí thải và tốc độ dòng chảy trung bình của chu trình được sử dụng thay thế. Tốc độ dòng khí thải trung bình theo chu trình có thể được tính như sau:

(2.64)

Trong đó:

: khối lượng khí cháy trong xylanh trước khi xupap thải mở;

: khối lượng khí sót còn lại trong xylanh (khối lượng khí đã cháy còn lại

trong xylanh sau khi thải hết);

rpm: tốc độ động cơ (v/p);

là số lượng xylanh (xe máy một xylanh nên =1).

Sự giãn nở của khí cháy từ áp suất xylanh đến áp suất ống thải không đổi trong quá trình thải có thể được coi là sự giãn nở đẳng hướng. Trong trường hợp này, nhiệt độ khí thải tức thời tại cửa thải trong quá trình thải được tính bởi công thức:

(2.65)

và p lần lượt là nhiệt độ và áp suất khí cháy trong xylanh; pa là áp

Trong đó suất ống thải; là tỷ lệ của các nhiệt dung riêng.

Trong quá trình thải, nhiệt độ khí thải tức thời tại cửa thải được giả định bằng nhiệt độ khí trong xylanh. Do đó, nhiệt độ khí trung bình theo chu kỳ tại cửa thải có thể được xác định bằng công thức:

(2.66)

2.2.2 Mô hình hóa sự phát thải ôxit nitơ từ động cơ

Mục đích của phần này là xây dựng và phát triển một mô hình con để mô phỏng dự đoán sự phát thải ôxít nitơ của động cơ. Các oxit nitơ NOx được tạo thành trong động cơ đốt trong là oxit nitric NO, oxit nitơ N2O và nitơ đioxit NO2. Tuy nhiên trong động cơ xăng, các số liệu thực nghiệm cho thấy nồng độ N2O và NO2 rất nhỏ so với nồng độ NO. Chúng chỉ chiếm một vài phần trăm trong tổng số oxit nitơ phát thải [54]. Do đó trong các nghiên cứu về phát thải NOx trong động cơ đánh lửa cưỡng bức, chỉ quan tâm đến phát thải NO, trong khi phát thải N2O và NO2 có thể bỏ qua. Trong luận án cũng chỉ xem xét đến sự phát thải NO.

Nhiên liệu sử dụng trong động cơ xăng không chứa hợp chất nitơ do đó nguồn phát thải NO chính là quá trình oxy hóa nitơ trong khí quyển theo cơ chế nhiệt. Cơ chế phức tạp này đã được nghiên cứu rộng rãi bởi nhiều nhà nghiên cứu như nghiên cứu của Heywood [54] và nghiên cứu của Raine [55]. Đối với quá trình đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu không khí gần như đẳng tích của động cơ đánh lửa cưỡng bức, cơ chế Zeldovich thường được sử dụng để mô tả sự hình thành NO.

(2.67)

(2.68)

(2.69)

Mỗi phản ứng trên thường xảy ra theo cả chiều thuận và chiều nghịch với các tương ứng; trong đó i = 1, 2, 3 được biểu thị cho hằng số tốc độ khác nhau và

các phản ứng trong phương trình (2.67), (2.68) và (2.69). Các giá trị của hằng số tốc độ được các nhà nghiên cứu đưa ra với công thức tính khác nhau. Trong luận án này, các hằng số tốc độ được sử dụng để đưa vào tính toán theo nghiên cứu của Heywood [54] theo đó:

ở nhiệt độ 2000 - 5000 K

ở nhiệt độ 300 - 5000 K

ở nhiệt độ 300 - 3000 K

ở nhiệt độ 1000 - 3000 K

ở nhiệt độ 300 - 2500 K

ở nhiệt độ 2200 - 4500 K

Tốc độ tạo thành NO qua phản ứng từ (2.67) đến (2.69) được tính bởi công thức:

(2.70)

Các ký hiệu trong ngoặc [] là nồng độ các chất (mol /cm3) Tương tự như vậy, tốc độ tạo thành N được tính bởi công thức:

(2.71)

Bởi vì nồng độ N ít hơn nhiều so với nồng độ của các thành phần khác phần mol), nó có thể được giả định ở trạng thái ổn định tức là: (~

(2.72)

Khi đó tốc độ hình thành [NO] trong phương trình (2.68) trở thành:

(2.73)

Trong đó

Trong động cơ, NO hình thành phía sau ngọn lửa hầu như luôn chiếm ưu thế hơn so với NO được tạo ra ở phía trước ngọn lửa. Do đó, có thể giả định rằng NO được hình thành trong vùng sau ngọn lửa khi đó [O], [O2], [OH], [H], và [N2] xấp xỉ bằng các giá trị cân bằng [54]. Các nồng độ cân bằng này có thể nhận được từ mô hình nhiệt động học. 2.2.3 Mô hình tính toán phát thải HC của động cơ

Quá trình hình thành phát thải HC trong động cơ đốt trong đã được các nhà nghiên cứu quan tâm từ lâu như Yildirim và cộng sự [61]; Yu và cộng sự [62]. Có

nhiều nhà nghiên cứu với nhiều lý thuyết khác nhau về sự hình thành HC đã được đề cập, tuy nhiên hiện tại sự hình thành phát thải HC trong động cơ đốt trong với các cơ chế sau được hầu hết các nhà nghiên cứu chấp nhận, đó là:

- Sự nén HC vào các khe hẹp (trong quá trình nén) và sự thoát của HC ra khỏi các khe hẹp ở hành trình giãn nở và thải.

- Sự hấp thụ và giải phóng của nhiên liệu trong màng dầu bôi trơn và trong lớp cáu cặn trên thành buồng cháy.

- Sự đốt cháy không hoàn toàn của hỗn hợp nhiên liệu và không khí do điều kiện cháy không thuận lợi, đặc biệt trong giai đoạn khởi động lạnh tỉ lệ hỗn hợp nhiên liệu không khí rất đậm.

Với động cơ tạo hỗn hợp đồng nhất (động cơ xăng), trong toàn bộ quá trình làm việc, cả 3 cơ chế trên đều đóng vai trò quan trọng [61]. Tuy nhiên, trong giai đoạn khởi động lạnh thì khác, nhân tố chính ảnh hưởng đến mức độ tạo HC là do sự cháy không hoàn toàn hỗn hợp không khí nhiên liệu, do ở giai đoạn này nhiệt độ động cơ còn thấp, hỗn hợp đậm và không đồng nhất, điều kiện cháy kém làm một lượng lớn HC được phát thải trong giai đoạn này. Như vậy, trong giai đoạn khởi động lạnh, cơ chế hình thành HC có thể được chia thành 3 giai đoạn sau:

1) Trước tiên, phần HC thoát khỏi sự cháy sẽ hoà trộn với khí đã cháy trong xylanh ở thời kỳ giãn nở.

2) Số HC này sau đó bị ô xi hóa một phần trong xylanh. 3) HC còn lại trong xylanh được thải ra cửa thải và bị ô xi hóa tiếp một phần

trước khi ra đường ống thải cùng khí thải.

Tóm lại, sau khi HC được hình thành trong quá trình cháy thông thường, một phần HC có thể được ôxy hoá trong quá trình giãn nở và quá trình thải, một phần HC lưu lại trong xylanh cùng với khí sót, một phần HC được ôxy hoá tiếp tại cửa thải và phần còn lại được thải ra ngoài. Sau đây sẽ mô tả chi tiết cơ chế tạo thành HC trong giai đoạn khởi động lạnh của động cơ. 2.2.3.1 Nguồn HC ban đầu

Nguồn HC ban đầu trong khí thể có thể chia thành hai nguồn chính: Nguồn

HC từ nhiên liệu và nguồn HC từ hỗn hợp không khí và nhiên liệu. a. Nguồn HC từ hỗn hợp không khí - nhiên liệu:

Nguồn HC này bao gồm HC không cháy từ các khe hẹp, từ các khu vực màng lửa bị dập tắt trên thành xylanh và do sự lọt khí tại cửa thải. Theo Hamrin và cộng sự [63] nguồn HC từ khe hẹp lớn hơn rất nhiều so với hai nguồn còn lại. Do vậy ta chỉ xét sự hình thành HC từ các khe hẹp, chủ yếu là khu vực giữa đầu piston và thành xylanh phía trên xéc măng thứ nhất.

Đặc điểm tạo thành HC từ các khe hẹp là, trong động cơ đốt cháy cưỡng bức, môi chất trong quá trình nén là hỗn hợp của hơi nhiên liệu và không khí có áp suất cao, bị nén vào các khe hẹp nên ở quá trình cháy phần hỗn hợp này không cháy được. Ở hành trình giãn nở, áp suất giảm làm phần hỗn hợp ở các khe hẹp chứa HC giải phóng và hoà trộn với khí đã cháy trong xylanh.

Để tính toán nguồn HC giải phóng ra từ thể tích khe hẹp ở đầu piston ta có

những giả thiết sau:

- Hỗn hợp khí đi vào và ra khỏi khe hẹp là khí lý tưởng với tỷ nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ và có thành phần giống như hỗn hợp khí với nhiên liệu ở hành trình nén.

- Áp suất trong khe hẹp bằng áp suất trong xylanh được tính từ mô hình nhiệt động.

- Hỗn hợp khí trong khe hẹp ở đầu piston được làm nguội đến nhiệt độ thành xylanh.

Khi đó lượng HC không cháy có thể được tính toán theo công thức sau:

(2.74)

Trong đó:

P: áp suất trong xylanh, Vcre: thể tích khe hẹp, Mgas: khối lượng mol của hỗn hợp khí cháy; R: hằng số khí; Tw: nhiệt độ xylanh; vgas: thể tích riêng của khí không cháy trong khe hẹp tại áp suất p và nhiệt độ Tw.

Lưu lượng hỗn hợp khí và HC không cháy ra khỏi thể tích khe hẹp có thể viết dưới dạng sau:

(2.75)

Trong đó,  là vận tốc góc của trục khuỷu. Thể tích khe hẹp và nhiệt độ thành Tw được giả thiết là không đổi trong một chu trình động cơ. Tuy nhiên, trong quá trình quá độ (ví dụ, chạy ấm máy) thì thể tích của khe hẹp thay đổi do sự giãn nở nhiệt khác nhau giữa piston và xylanh. Nhiệt độ của piston tăng nhanh hơn so với nhiệt độ của thành xylanh trong thời gian chạy ấm máy. Điều này gây ra sự thay đổi thể tích khe hẹp ở đầu piston. Giả thiết sự giãn nở của xylanh và piston là hàm tuyến tính của nhiệt độ, đường kính của chúng sẽ là:

(2.76) dpiston = dpiston, 0[1+ piston(Tpiston - Tpiston, 0)]

(2.77) dliner = dliner, 0[1+ liner(Tliner – Tliner, 0)]

Trong đó:

 - là hệ số giãn nở nhiệt; chỉ số 0 là giá trị ban đầu trước lúc khởi động động cơ.

Thể tích khe hẹp được giả thiết là tỷ lệ với hiệu số giữa đường kính của piston và xylanh, do vậy:

(2.78)

Như vậy theo phương trình (2.75) và (2.78), có thể tính được lưu lượng hỗn hợp chứa HC chưa cháy từ các khe hẹp đi vào xylanh ở một thời điểm bất kỳ sau khi quá trình cháy kết thúc. Từ đó có thể tính được lượng HC chưa cháy hoà trộn vào thể tích khí đã cháy trong xylanh. b. Nguồn HC từ nhiên liệu:

Các hydrocacbon từ nguồn nhiên liệu bao gồm HC đến từ quá trình hấp thụ và giải phóng khỏi các lớp dầu bôi trơn, cặn và nhiên liệu lỏng trên thành xylanh. Tuy nhiên, hai nguồn sau nhỏ hơn nhiều so với nguồn HC từ lớp dầu bôi trơn trên thành buồng đốt, đặc biệt là trong giai đoạn khởi động động cơ [53]. Do đó, trong luận án chúng được bỏ qua để đơn giản hóa mô hình.

Cơ chế hình thành HC từ nguồn này là trong quá trình nén, một phần nhiên liệu bay hơi trong hỗn hợp được màng dầu bôi trơn hấp thụ theo định luật Henry. Sau đó ở hành trình giãn nở và hành trình thải khi áp suất trong xylanh giảm thì phần nhiên liệu hấp thụ này được giải phóng và hoà trộn với khí đã cháy [63, 64]. Một phần hơi nhiên liệu được ôxy hoá. Tuy nhiên phần nhiên liệu trong lớp biên hoà trộn với khí lạnh ở giai đoạn cuối của chu trình có thể ít bị ôxy hoá và được thải ra ngoài ở dạng HC.

Để tính toán lượng HC hấp thụ và giải phóng khỏi lớp dầu trên thành xylanh người ta có thể giả thiết như sau:

- Sự khuếch tán của nhiên liệu trong màng dầu là không đáng kể vì hằng số khuếch tán trong pha lỏng nhỏ hơn nhiều so với giá trị tương ứng trong pha khí.

Lớp dầu bôi trơn

Vùng 6

Vùng 5

thành xylanh

Vùng 4

Vùng 3

Vùng 2

Vùng 1



Hình 2.4 Sơ đồ các vùng của lớp dầu bôi trơn

- Dòng chảy của hỗn hợp khí qua màng dầu là không đáng kể, có thể bỏ qua. - Môi trường hộp cacte là ổn định trong suốt chu trình động cơ.

Lớp màng dầu bôi trơn được chia thành một số vùng nhỏ theo hướng trục xylanh như trên hình 2.4 và bề mặt biên giữa pha lỏng và khí của mỗi vùng được giả thiết là đồng nhất. Phần khối lượng nhiên liệu khuếch tán trong mỗi vùng có thể được xác định bởi phương trình khuếch tán như sau [64]:

(2.79)

Trong đó:

là thành phần khối lượng của nhiên liệu trong lớp dầu, phụ thuộc vào Z và t

. Tại bề mặt thành xylanh tiếp xúc với lớp dầu thì Z=0, và tại bề

(bằng bề dầy màng dầu);

tức mặt lớp dầu tiếp xúc với môi chất thì - là hệ số khuếch tán. Điều kiện biên và điều kiện ban đầu:

(2.80)

(2.81)

là độ dày của lớp dầu.

(2.82)

Trong đó: Nồng độ hơi nhiên liệu được hấp thụ trong bề mặt lớp dầu có thể được xác định theo Định luật Henry:

(2.83)

Trong đó: H là hằng số Henry;

là phần mol của nhiên liệu trong lớp dầu ở lớp bề mặt;

p (t) là áp suất pha khí;

là phần mol của nhiên liệu trong pha khí.

p (t) và cho mỗi vùng cần được ước lượng cho hai trường hợp sau:

- Đối với vùng tiếp xúc với hỗn hợp trong xylanh tại thời điểm t, p (t) bằng áp bằng phần mol nhiên liệu trong xylanh. Cả hai đều có thể = 0 trong hành trình

suất trong xylanh và nhận được từ mô hình nhiệt động học với giả thiết rằng giãn nở và thải. - Đối với các vùng bên dưới của piston tại thời điểm t, p (t) và được xác

định là áp suất và phần mol của nhiên liệu trong không khí trong cacte.

Với giả thiết rằng khối lượng nhiên liệu bị hấp thụ trong lớp dầu nhỏ hơn khối lượng của dầu một cách tương đối xa, số hạng bên phải của Công thức (2.81) có thể nhận được từ biểu thức sau:

(2.84)

Trong đó, , và là khối lượng mol của nhiên liệu và của dầu động cơ.

Do đó, khối lượng nhiên liệu trong lớp dầu có thể được xác định từ tính toán số của Công thức (2.79) kết hợp với điều kiện biên và mô hình nhiệt động học theo từng giá trị góc quay trục khuỷu. 2.2.3.2 Sự ôxy hoá HC phía sau màng lửa

Sự ôxy hoá HC sau màng lửa có thể xảy ra trong quá trình giãn nở và thải. Sự

ôxy hoá này xảy ra trong xylanh (ở hành trình giãn nở) và tại cửa thải (trong quá trình thải tự do).

Tốc độ ôxy hoá HC được thực hiện theo phương trình sau [63]:

(2.85)

Trong đó: Các ký hiệu trong ngoặc vuông [] là nồng độ mol (mol/cm);

A- hằng số tỷ lệ; E - (cal/mol) năng lượng kích hoạt; CR - là hằng số hiệu chỉnh; T - là nhiệt độ khí (K); R- là hằng số khí (cal/mol.K);

Giá trị của các hằng số trong phương trình (2.85) như sau: A=7.7.1015, E=37230, a=1, b=1, R=1987. Hàm lượng ôxy trong phương trình này được tính theo mô hình nhiệt động, khi các sản vật cháy được giả định là cân bằng. 2.2.4 Mô hình tính toán phát thải CO của động cơ

Phát thải carbon monoxide trong khí thải nói chung là kết quả của sự thiếu oxy trong quá trình cháy trên cơ sở tổng thể hoặc cục bộ. Chúng được quyết định chủ yếu bởi tỷ lệ nhiên liệu-không khí. Hỗn hợp giàu nhiên liệu gây ra nồng độ CO cao. Sự hình thành CO trong động cơ là một trong những bước phản ứng chính trong cơ chế đốt cháy nhiên liệu phức tạp. Theo Heywood và cộng sự [54], trong quá trình đốt cháy, nồng độ CO tăng nhanh trong vùng ngọn lửa đến một giá trị lớn nhất và sau đó CO bị oxy hóa thành carbon dioxide (CO2) với tốc độ thấp hơn. Phản ứng oxi hóa CO chính là:

(2.86)

CO + OH = CO2 + H Heywood [54] cũng chỉ ra rằng, nồng độ CO trong khí cháy sau ngọn lửa ở nhiệt độ cao, rất gần với trạng thái cân bằng. Điều này diễn ra cho đến khi góc quay trục khuỷu ở khoảng 60 độ sau điểm chết trên. Do đó, để dự đoán nồng độ CO trong khí thải, có thể giả sử rằng nồng độ CO ở giữa quá trình cháy ở trạng thái cân bằng và sau đó CO được oxy hóa theo phản ứng (2.86), tốc độ phản ứng oxy được tính theo công thức:

(2.87)

Trong đó ký hiệu trong ngoặc [] là nồng độ, tính bằng mol/cm3. k là hệ số được tính theo công thức:

(2.88)

Trong đó T là nhiệt độ khí cháy (K).

2.3 Kết quả mô phỏng

Việc tính toán các thông số nhiệt động học và thành phần phát thải của khí thải động cơ tại cửa thải theo các mô hình toán mô tả ở trên được giải bằng phương pháp Runge-Kutta, dựa trên Code Fortran mở của Ferguson [52] với các thông số của

động cơ được cho trong bảng 2.1, các thông số điều kiện ban đầu và điều kiện biên đã mô tả ở trên. Trong đó, một số thông số đầu vào quan trọng được xác định từ thực nghiệm gồm tốc độ động cơ, lượng nhiên liệu cấp vào và áp suất đường nạp.

Tại thời điểm bắt đầu khởi động lạnh (trước khi động cơ nổ), các thông số như nhiệt độ, lưu lượng, năng lượng khí tại cửa nạp, cửa thải được xác lập với điều kiện ban đầu (nhiệt độ khí bằng nhiệt độ môi trường Ta, lưu lượng khí bằng 0). Ngay sau khi động cơ khởi động lạnh thành công, động cơ sẽ hoạt động ở chế độ chuyển tiếp (chạy ấm máy) và dần chuyển về các chế độ hoạt động ổn định đã định khác nhau (chế độ không tải chuẩn với tốc độ 1730v/p, không tải nhanh 2500v/p, 10% tải 2500v/p và toàn tải 7500v/p). Các thông số tốc độ động cơ, nhiệt độ và lưu lượng khí cũng thay đổi và đạt tới giá trị ổn định theo chế độ hoạt động của động cơ trong khi độ mở bướm ga và áp suất đường nạp của động cơ được coi là cố định trong quá trình chạy ấm máy tương ứng với mỗi chế độ ổn định nói trên.

Quá trình tính toán mô phỏng được thực hiện từ ngay sau khi động cơ khởi động lạnh thành công với các điều kiện đầu gồm nhiệt độ khí nạp bằng nhiệt độ môi trường, áp suất đường ống nạp pk bằng áp suất đường nạp sau bướm ga đo được từ thực nghiệm ở chế độ ổn định tương ứng, tốc độ động cơ là thông số vào của mỗi chu trình, thay đổi theo thời gian trong quá trình chạy ấm máy được xác định từ số liệu đo thực nghiệm, lượng nhiên liệu cấp vào được nhập thông qua tỉ lệ nhiên liệu- không khí tương đối là trị số nghịch đảo của hệ số dư lượng không khí lamda đo từ thực nghiệm ở chế độ khởi động lạnh và chạy ấm máy đang xét.

Trước hết, các mô hình được hiệu chỉnh theo các số liệu thực nghiệm để đảm bảo kết quả tính toán phù hợp với các số liệu thực nghiệm đo được. Sau khi hiệu chỉnh mô hình đảm bảo cho kết quả phù hợp với thực nghiệm ở các chế độ tính toán điển hình, mô hình sẽ được sử dụng để nghiên cứu tính toán các thông số cần thiết. 2.3.1 Hiệu chỉnh mô hình

Việc hiệu chỉnh và đánh giá độ chính xác của mô hình mô phỏng đã phát triển ở trên được thực hiện dựa trên việc so sánh kết quả tính toán mô phỏng với kết quả thực nghiệm ở chương 4. Dựa trên các kết quả thực nghiệm, các mô hình toán mô phỏng nhiệt động học và phát thải của động cơ được hiệu chỉnh để đảm bảo các kết quả mô phỏng có đủ độ tin cậy.

Trong quá trình mô phỏng nhiệt động học của động cơ, áp suất khí thể, nhiệt độ và lưu lượng khí xả được sử dụng làm thông số so sánh cho việc hiệu chỉnh mô hình. Việc hiệu chỉnh độ chính xác của mô hình tính toán nhiệt động học của động cơ có thể được thực hiện thông qua việc điều chỉnh mô hình cháy của động cơ. Trong luận án này, mô hình nhiệt động học của động cơ được hiệu chỉnh bằng cách điều chỉnh các thông số tốc độ cháy tại phương trình (2.15). Điều chỉnh hệ số a và độ dài thời gian cháy Ɵb sẽ làm thay đổi tốc độ cháy của động cơ, từ đó thay đổi sự biến thiên của nhiệt độ và áp suất trong xylanh và sẽ làm thay đổi nhiệt độ khí thải của động cơ. Khi áp suất khí thể và nhiệt độ khí thải từ mô phỏng có sai lệch lớn so với thực nghiệm ta có thể điều chỉnh mô hình bằng cách thay đổi hệ số thực nghiệm a và thời gian cháy ϴb trong công thức tính toán tốc độ cháy. Việc điều chỉnh này làm thay đổi tốc độ cháy trong động cơ đẫn tới thay đổi nhiệt độ và áp suất khí thể và do đó thay đổi nhiệt độ khí thải.

Trong mô hình phát thải của động cơ, hàm lượng các chất độc hại CO, HC và NO được sử dụng làm bộ thông số cho việc hiệu chỉnh mô hình. Việc hiệu chỉnh mô hình phát thải được thực hiện thông qua việc điều chỉnh hằng số tốc độ phản ứng k và năng lượng hoạt hóa E trong các công thức tính toán tốc độ phản ứng của các mô hình hình thành phát thải NO, CO và HC sao cho kết quả mô phỏng phù hợp với kết quả thực nghiệm.

Các kết quả tính toán mô phỏng lưu lượng và nhiệt độ khí thải cũng như hàm lượng các thành phần phát thải CO, HC và NO của các mô hình tương ứng sau khi hiệu chỉnh so với các kết quả thực nghiệm được thể hiện trên các hình 4-16 đến 4- 19 và 4-23 đến 4-25 ở chương 4. Có thể thấy các kết quả tính toán nhiệt độ, lưu lượng và hàm lượng các thành phần phát thải CO, HC, NO khá phù hợp với các số liệu đo thực nghiệm ở các chế độ làm việc của động cơ, sai lệch trung bình nhỏ hơn 5%. Từ đó có thể kết luận rằng mô hình đảm bảo độ tin cậy, cho phép sử dụng để nghiên cứu tính toán mô phỏng các thông số cần thiết. Dưới đây là kết quả tính toán các thông số liên quan đến đặc điểm và thành phần khí thải của động cơ ở các chế độ làm việc khác nhau. 2.3.2 Áp suất và nhiệt độ khí thể trong xylanh

Hình 2.5 Áp suất và nhiệt độ của khí thể trong xylanh động cơ

a. Chế độ không tải 1730v/p và chế độ 10% tải 2500 v/p, b. Chế độ toàn tải 7500 v/p

a b

Đồ thị cũng cho ta thấy áp suất lớn nhất ở chế độ toàn tải 7500 v/p là 53.5 bar, ở chế độ 10% tải 2500 v/p là 12 bar và không tải 1730 v/p là 8 bar. Như vậy, áp suất ở chế độ toàn tải là lớn hơn rất nhiều áp suất ở chế độ 10% tải và không tải. Sở dĩ có sự chênh lệch lớn như vậy là bởi vì ở động cơ xăng, việc điều chỉnh tải là dựa vào điều chỉnh lượng, để tăng tải người ta tăng hòa khí nạp vào động cơ và ngược lại. Ở chế độ không tải và 10% tải lượng không khí được hút vào xylanh là rất nhỏ, do đó áp suất cuối quá trình nén nhỏ (5.5 bar cho không tải và 8.5 bar cho 10% tải). Lượng hòa khí được cung cấp ở các chế độ này nhỏ, nhiệt độ động cơ thấp do vậy quá trình cháy diễn ra không mãnh liệt dẫn tới sự tăng áp suất của quá trình cháy là không lớn. Tổng hợp 2 yếu tố trên làm cho áp suất lớn nhất tại chế độ không tải và 10% tải nhỏ. Ngược lại, ở chế độ toàn tải lượng hòa khí được hút vào nhiều, áp suất cuối quá trình nén lớn khoảng 30 bar. Lượng hòa khí trong xylanh lớn, nhiệt độ cao làm cho quá trình cháy diễn ra mãnh liệt, áp suất trong xylanh tăng mạnh tổng hợp của 2 yếu tố trên làm cho áp suất lớn nhất ở chế độ toàn tải là rất lớn.

Sự phân bố nhiệt độ khí thể trong xylanh ảnh hưởng rất lớn tới sự hình thành các chất độc hại trong khí thải và nhiệt độ khí thải ra khỏi động cơ. Đồ thị biểu diễn

nhiệt độ của khí thể trong xylanh trong Hình 2.5 là phù hợp với đường nhiệt độ lý thuyết của động cơ. Nhiệt độ khí thể tại quá trình nạp cao hơn nhiệt độ đường nạp một chút do sự trao đổi nhiệt giữa khí nạp mới với khí sót và giữa khí thể với xylanh, piston và nắp máy. Nhiệt độ khí thể tăng dần ở thời kỳ nén và tăng nhanh khi bugi bật tia lửa điện bắt đầu cho quá trình cháy. Nhiệt độ tăng nhanh đến nhiệt độ lớn nhất sau đó giảm dần ở thời kỳ giãn nở sinh công và thời kỳ thải. Nhiệt độ khí thể giảm mạnh ở đầu quá trình nạp do có sự hòa trộn của khí nạp mới có nhiệt độ thấp với khí sót trong xylanh.

Không tảichuẩn

Hình 2.6 Nhiệt độ, lưu lượng và năng lượng khí thải tại cửa thải động cơ ở chế độ không tải chuẩn

Nhiệt độ của khí thể phụ thuộc nhiều vào tải trọng của động cơ, tải trọng lớn thì nhiệt độ của các chi tiết trong động cơ đều cao và nhiệt độ của khí thể cũng lớn hơn và ngược lại. Biểu đồ nhiệt độ trong Hình 2.5 hoàn toàn phù hợp với quy luật này. Nhiệt độ của khí thể ở chế độ không tải nhỏ hơn ở chế độ 10% tải và toàn tải. Như đã phân tích ở trên, ở chế độ tải nhỏ, lượng hòa khí nạp vào xylanh ít, quá trình cháy không mạnh, do đó nhiệt sinh ra thấp, nhiệt độ khí thể không lớn. Ở chế độ toàn tải, hòa khí nạp vào xylanh lớn, áp suất, nhiệt độ tại thời điểm bắt đầu cháy cao, quá trình cháy mạnh mẽ do đó nhiệt độ quá trình cháy tăng mạnh, nhiệt độ khí thể lớn. Nhiệt độ lớn nhất ở quá trình cháy cho chế độ không tải là 1830K trong đó ở chế độ 10% tải và toàn tải tương ứng là 2280K và 2550K. 2.3.3 Nhiệt độ, lưu lượng và năng lượng dòng khí thải

Nhiệt độ khí thải tại cửa thải của động cơ, phụ thuộc vào nhiệt độ khí thể trong xylanh và được coi là nhiệt độ trung bình theo chu trình. Nhiệt độ khí thải được mô tả trong công thức (2.66). Đồ thị Hình 2.6 thể hiện nhiệt độ khí tại cửa thải động cơ từ lúc khởi động lạnh đến khi động cơ ổn định ở chế độ không tải chuẩn 1730 v/p. Từ đồ thị ta có thể thấy rằng trong điều kiện khởi động lạnh và chạy không tải chuẩn, nhiệt độ khí thải ban đầu bằng với nhiệt độ môi trường Tg=Ta =303K trong 10 giây đầu tiên nhiệt độ khí thải Tg tăng mạnh. Sau đó, nhiệt độ tiếp tục tăng nhẹ cho đến ổn định ở khoảng 790K khi nhiệt độ thành xylanh tiến tới trạng thái cân bằng và động cơ làm việc ổn định. Khi khởi động lạnh, quá trình cháy chỉ diễn ra ở một số vùng trong xylanh động cơ nên nhiệt độ khí thể thấp, bên cạnh

Không tải nhanh

Hình 2.7 Nhiệt độ, lưu lượng và năng lượng khí thải tại cửa thải động cơ ở chế độ không tải nhanh

Hình 2.8 Nhiệt độ, lưu lượng và năng lượng khí thải tại cửa thải động cơ ở chế độ

10% tải

đó, nhiệt độ các chi tiết còn thấp làm cho khí thể mất nhiều nhiệt cho các chi tiết của động cơ do do nhiệt độ khí thể trong xylanh rất thấp bên cạnh đó, mất mát nhiệt từ xylanh đến cửa thải ban đầu là rất lớn do động cơ lạnh. Tổng hợp những điều trên làm nhiệt độ khí thải khi khởi động lạnh là rất nhỏ. Ngay sau đó, các vấn đề trên được cải thiện nhanh chóng. Nhiệt độ động cơ tăng, số vùng cháy tăng nhanh, mất nhiệt giảm. Tất cả những điều đó làm nhiệt độ khí thải tăng nhanh. Nhiệt độ động cơ và quá trình cháy dần đạt tới trạng thái ổn định do đó nhiệt độ khí thải cũng đạt tới trạng thái nhiệt ổn định.

Hình 2.7, 2.8 thể hiện nhiệt độ khí tại cửa thải động cơ từ lúc động cơ khởi động lạnh đến khi động cơ chạy ổn định các chế độ không tải nhanh 2500 v/p và 10% tải 2500 v/p. Về cơ bản, diễn biến nhiệt độ cũng tương tự như ở chế độ không tải chuẩn. Ở chế độ không tải nhanh 2500v/p, nhiệt độ khí thải từ nhiệt độ môi

trường Ta tăng nhanh trong 10 giây đầu tiên sau đó tăng nhẹ rồi ổn định ở 875K. Ở chế độ 10% tải 2500v/p nhiệt độ khí thải từ nhiệt độ môi trường Ta tăng nhanh trong 8 giây đầu tiên sau đó tăng nhẹ rồi ổn định ở 926K

Lưu lượng khí thải tăng nhanh ở chế độ khởi động sau đó tăng dần đến lưu lượng ổn định khi động cơ đạt trạng thái ổn định (hình 2.6- 2.8). Lưu lượng ổn định tại 0.32 g/s đối với không tải chuẩn, tại 0.48 g/s đối với không tải nhanh và 0.6 g/s đối với 10% tải.

Năng lượng khí thải tăng nhanh ở những giây đầu tiên sau đó đạt tới giá trị ổn định khi động có đạt tới trạng thái hoạt động ổn định (hình 2.6- 2.8). Năng lượng khí thải ổn định ở 174 J/s với chế độ không tải chuẩn, 315 J/s với chế độ không tải nhanh và 445J/s với chế độ 10% tải.

Hình 2.9 Nhiệt độ, lưu lượng và năng lượng khí thải tại cửa thải động cơ ở các chế độ ổn định khác nhau a. Nhiệt độ khí thải; b. Lưu lượng khí thải; c. Năng lượng khí thải

a b c

Khi động cơ hoạt động ổn định, nhiệt độ, lưu lượng và năng lượng khí thải tại cửa thải động cơ cũng đạt một giá trị ổn định và có một giá trị nhất định ở mỗi một chế độ hoạt động của động cơ. Hình 2.9 thể hiện nhiệt độ, lưu lượng và năng lượng khí thải tại các chế độ hoạt động ổn định khác nhau của động cơ. Từ biểu đồ hình 2.9 cho ta thấy, ở các chế độ toàn tải 7500v/p, 10% tải 2500v/p, không tải 2500v/p và không tải chuẩn 1730v/p, nhiệt độ khí thải lần lượt là: 1100, 926, 875 và 790K; lưu lượng khí thải lần lượt là: 6.95, 0.6, 0.48 và 0.32 g/s; năng lượng khí thải lần lượt là 6241, 445, 315 và 174 J/s.

Ở động cơ xăng, điều chỉnh tải bằng cách điều chỉnh lưu lượng khí nạp vào xylanh trong 1 chu trình. Do đó, lưu lượng khí thải (g/s) được quyết định bởi tải trọng và tốc độ động cơ. Tải sẽ ảnh hưởng tới lượng khí thải ra trong một chu trình còn tốc độ động cơ sẽ ảnh hưởng tới số chu trình trong một giây. Ở chế độ không tải chuẩn do tải trọng và tốc độ là nhỏ nhất (1730 v/p) nên lưu lượng khí thải cũng là nhỏ nhất 0,32 g/s; ở chế độ không tải nhanh (2500 v/p) có tốc độ lớn hơn tốc độ không tải chuẩn do đó có lưu lượng khí thải lớn hơn 0,48 (g/s); Chế độ 10% tải 2500 v/p có cùng tốc độ với chế độ không tải nhanh, tuy nhiên chế độ này chạy ở tải trọng lớn hơn, lượng hòa khí nạp vào xylanh cho một chu trình là lớn hơn, do đó

lưu lượng khí thải lớn hơn chế độ không tải nhanh (0,6g/s). Chế độ toàn tải 7500 v/p có tải trọng lớn nhất nên lượng hòa khí nạp vào xylanh nhiều nhất dẫn tới lượng khí thải cho một chu trình cũng là lớn nhất. Cùng với đó tốc độ động cơ cũng rất lớn 7500 v/p do đó lưu lượng khí thải là rất lớn (6,95 g/s).

Nhiệt độ khí tại cửa thải phụ thộc vào nhiệt độ khí thể tại thởi điểm bắt đầu quá trình thải và tổn thất nhiệt riêng (J/g khí thải) của khí thải từ trong xylanh đến cửa thải, tổn thất này phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ và lưu lượng của dòng khí thải. Lưu lượng càng lớn thì tổn thất nhiệt riêng càng nhỏ và ngược lại.

Chế độ không tải chuẩn, do nhiệt độ khí thể tại thời điểm bắt đầu thải là nhỏ nhất (1200K) cùng với việc lưu lượng thấp (0.32 g/s) nên làm giảm nhiệt do giãn nở lớn và mất nhiệt riêng nhiều, do đó nhiệt độ khí thải tại cửa thải ở chế độ này là thấp nhất (790K). So sánh chế độ không tải nhanh với chế độ không tải chuẩn ta thấy, nhiệt độ khí thể tại thời điểm bắt đầu thải ở chế độ không tải nhanh cao hơn (1318 so với 1250K), đồng thời lưu lượng của khí thải cũng cao hơn (0.48 so với 0.32 g/s), do đó nhiệt độ khí thải tại cửa thải ở chế độ không tải nhanh (875K) cao so với chế độ không tải chuẩn (790K). So sánh chế độ 10% tải 2500 v/p với chế độ không tải nhanh ta thấy. Chế độ 10% tải 2500 v/p có nhiệt độ khí thể tại thời điểm thải cao hơn ( 1370 K so với 1318 K), đồng thời có lưu lượng khí thải lớn hơn chế độ này (0.6 so với 0.48 g/s) do đó nhiệt độ khí thải tại cửa thải ở chế độ 10% tải 2500 v/p (926K) lớn hơn so với chế độ không tải nhanh (875K). Ở chế toàn tải, nhiệt độ khí thể tại thời điểm bắt đầu thải là rất lớn (trên 1500K), lưu lượng khí thải lớn (6.95 g/s) nên mất nhiệt riêng nhỏ do đó nhiệt độ khí thải tại cửa thải ở chế độ này là rất lớn (1100K).

Năng lượng khí thải được quyết định bởi nhiệt độ và lưu lượng của nó. Ở chế độ không tải chuẩn nhiệt độ khí thải nhỏ (Tg = 790K) và lưu lượng khí thải nhỏ ( = 0.32g/s) nên năng lượng khí thải qg = 174J/s là rất nhỏ. Chế độ không tải nhanh và 10% tải, nhiệt độ và lưu lượng khí thải có cải thiện tuy nhiên vẫn còn nhỏ do đó năng lượng khí thải cũng vẫn khá thấp so với toàn tải. Nhiệt độ lần lượt là 875 và 926K, lưu lượng lần lượt là 0.6 và 0.48 g/s, năng lượng khí thải lần lượt là 315 và 445 j/s. Ở chế độ toàn tải, do nhiệt độ khí thải lớn (Tg=1100K) và lưu lượng khí thải lớn ( =6.95 g/s) nên năng lượng khí thải ở chế độ này là rất lớn (6421 J/s).

Từ những dữ liệu trên có thể thấy, ở chế độ không tải và tải nhỏ, năng lượng dòng khí thải khá nhỏ so với tải lớn nên không sấy nóng nhanh được BXT đến nhiệt độ làm việc trong giai đoạn khởi động lạnh. Muốn sấy nóng nhanh BXT cần sấy nóng bổ sung BXT để BXT nóng nhanh nhằm tăng hiệu quả xử lý ở chế độ khởi động lạnh và chạy ấm máy. Đồng thời ta cũng thấy rằng, năng lượng khí thải ở chế độ toàn tải là rất lớn nên nếu BXT được lắp gần cửa thải có thể sẽ nhanh bị hư hỏng và già hóa.

Hình 2.10 Hàm lượng phát thải CO, HC, NOx của động cơ ở chế độ không tải chuẩn.

2.3.4 Nồng độ phát thải CO, HC và NO

Nồng độ các chất độc hại trong khí thải ở chế độ chạy không tải từ khi khởi động lạnh được thể hiện trên hình 2.10. Khi động cơ bắt đầu làm việc nồng độ HC là rất lớn (35000ppm) sau đó giảm nhanh trong 20 giây đầu tiên rồi giảm dần đến mức ổn định (5050 ppm) khi động cơ hoạt động ổn định. Khi bắt đầu khởi động lạnh, hỗn hợp được điều khiển đậm, nhiệt độ động cơ lúc này rất thấp nên mức độ phát thải HC tại thời điểm này là rất lớn (35000ppm), nguồn phát thải HC chủ yếu là do nhiên liệu chưa cháy và nhiên nhiên liệu giải phóng từ các khe kẽ trong buồng đốt. Sau đó nhiệt độ động cơ tăng, quá trình cháy được cải thiện hơn làm cho mức độ phát thải do nhiên liệu chưa cháy giảm mạnh kết quả là hàm lượng HC giảm mạnh trong 20 giây đầu kể từ khi khởi động. Sau đó, động cơ dần đi vào hoạt động ổn định, mức độ phát thải từ các khe hẹp giảm dần đến ổn định, mức độ ô xy hóa HC trên đường giãn nở tăng dần đến ổn định, theo sự tăng dần và ổn định của nhiệt độ khí thể. Do đó nồng độ HC cũng giảm dần đến mức độ ổn định (4753ppm).

Từ hình 2.10 cũng cho ta thấy nồng độ CO tăng nhanh và đạt đỉnh sau 6 giây khởi động với mức phát thải cao nhất 22150 ppm sau đó giảm nhanh rồi tiếp tục giảm dần tới mức độ phát thải ổn định 11860 ppm. Ban đầu khi động cơ mới khởi động, hỗn hợp đậm, lượng hỗn hợp tham gia cháy nhỏ nên hàm lượng phát thải CO sinh ra còn nhỏ. Sau đó, lượng hỗn hợp tham gia cháy tăng nhanh ở các chu trình tiếp theo trong điều kiện hỗn hợp vẫn còn khá đậm và nhiệt độ khí cháy lúc này chưa cao dẫn tới tốc độ oxy hóa CO thành CO2 diễn ra chậm nên nồng độ CO tăng nhanh sau màng lửa. Nồng độ CO đạt lớn nhất khi toàn bộ thể tích hỗn hợp trong xylanh đều cháy. Sau đó, do nhiệt độ động cơ tăng lên tốc độ oxy hóa CO thành CO2 tăng nhanh đồng thời hòa khí được hòa trộn đồng đều hơn, tỉ lệ nhiên liệu không khí được điều chỉnh nhạt dần khi chuyển từ chế độ khởi động sang chạy không tải. Tất cả các yếu tố đó làm nồng độ CO giảm nhanh rồi chuyển dần về mức phát thải ổn định.

Nồng độ NO tăng nhanh rồi tăng dần đến mức độ ổn định ở 132 ppm được thể hiện trên hình 2.10. Khi bắt dầu khởi động do hỗn hợp rất đậm và nhiệt độ động cơ rất thấp do đó NO chưa có điều kiện sinh ra. Sau khi khởi động động cơ, mặc dù

Hình 2.11 Hàm lượng phát thải CO, HC, NOx của động cơ ở chế độ không tải nhanh

Hình 2.12 Hàm lượng phát thải CO, HC, NOx của động cơ ở chế độ 10% tải

hỗn hợp tổng thể vẫn đậm tuy nhiên do hỗn hợp hòa trộn không đều do đó vẫn có những vùng hỗn hợp nhạt. Bên cạnh đó lúc này nhiệt độ động cơ tăng nhanh tạo điều kiện thuận lợi phát thải NO do đó nồng độ NO tăng nhanh trong giai đoạn này. Về sau, nhiệt độ động cơ dần ổn định do đó nồng độ NO tăng dần đến mức ổn định.

Hình 2.11-12 thể hiện nồng độ các chất độc hại trong khí thải ở chế độ không tải nhanh 2500v/p và khởi hành 10% tải 2500v/p từ khi khởi động lạnh. Nhìn chung, xu hướng phát thải độc hại ở 2 chế độ này là tương tự như chế độ chạy không tải chuẩn đã trình bày phía trên.

Từ kết quả phát thải CO, HC và NO từ động cơ và những phân tích ở trên ta có thể thấy, trong 50 giây đầu tiên từ khi bắt đầu khởi động lạnh, hàm lượng phát thải các chất độc hại CO và HC là rất lớn. Cần có biện pháp nhằm xử lý các thành phần này trước khi thải ra ngoài môi trường.

Hình 2.13 Hàm lượng phát thải CO, HC, NO của động cơ ở các chế độ chạy ổn định a. Phát thải CO; b. Phát thải HC; c. Phát thải NO

b c a

Hình 2.13–a mô tả nồng độ phát thải CO ở các chế độ ổn định khác nhau. Khi động cơ đã làm việc ổn định, nhiệt độ động cơ ổn định và khá lớn, hỗn hợp hòa khí khá đồng nhất do vậy lúc này mức độ phát thải CO phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ khí cháy và tỉ lệ nhiên liệu không khí nạp vào xylanh động cơ. Ở chế độ không tải chuẩn, nhiệt độ động cơ thấp hơn và hỗn hợp đậm hơn so với các trường hợp không tải nhanh và 10% tải nên nồng độ phát thải CO cao hơn (11860ppm so với 8183 và 7860 ppm). Ở chế độ không tải nhanh và 10% tải, trạng thái nhiệt và hòa khí tốt hơn nên nồng độ CO nhỏ hơn. Khi động cơ chạy toàn tải, để phát huy hết công suất động cơ, hỗn hợp được điều khiển phun đậm, do đó mức phát thải CO ở chế độ này là lớn nhất ở mức 16750 ppm.

Hình 2.13-b mô tả nồng độ phát thải HC ở các chế độ ổn định khác nhau. Theo như biểu đồ, tải càng tăng thì mức độ phát thải HC càng giảm. Ở chế độ không tải, nhiệt độ trung bình của khí thể là 790K và mức độ phát thải HC là 4753ppm, ở chế độ 10% tải tương ứng là 926K và 3184ppm, ở chế độ toàn tải tương ứng là 1100K và 2490ppm. Điều này là hoàn toàn hợp lý bởi khi tăng tải nhiệt độ khí thể tăng lên tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình cháy đặc biệt ở các khe kẽ, thêm vào đó nhiệt độ khí thể cao làm cho quá trình Oxy hóa HC trên đường giãn nở diễn ra mạnh mẽ hơn làm giảm nồng độ HC phát thải ra cửa thải.

Hình 2.13-c mô tả nồng độ phát thải NO ở các chế độ ổn định khác nhau. Ở chế độ không tải, nhiệt độ đỉnh của quá trình cháy là 1830K và mức độ phát thải NO là 113ppm, ở chế độ 10% tải tương ứng là 2280K và 285ppm, ở chế độ toàn tải tương ứng là 2550K và 1210ppm. Khi tăng tải làm tăng nhanh nhiệt độ quá trình cháy, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình sinh ra NO. Do đó khi tăng tải, phát thải NO tăng theo. 2.4 Kết luận chương 2

Đã phát triển thành công mô hình nhiệt động học đa vùng mô tả diễn biến thay đổi của các thông số nhiệt động của môi chất trong quá trình khởi động lạnh và chạy ấm máy của động cơ dựa trên mô hình không chiều hai vùng của Ferguson [52]. Mô hình đã tích hợp mô tả chi tiết về về truyền nhiệt và hình thành phát thải, v.v… cho phép xác định nhiệt độ, năng lượng khí thải và hàm lượng các thành phần

phát thải với độ tin cậy cao ở các chế độ làm việc khác nhau của động cơ làm thông số đầu vào cho các mô hình truyền nhiệt và xúc tác chuyển đổi khí thải.

Nhiệt độ và lưu lượng khí thải ở chế độ không tải chuẩn là khá nhỏ, có thể không đủ để sấy nóng nhanh BXT đến nhiệt độ làm việc hiệu quả trong quá trình khởi động lạnh và chạy ấm máy. Ở các chế độ không tải nhanh và 10% tải, nhiệt độ và lưu lượng khí thải tăng đáng kể.

Trong 50 giây đầu tiên của quá trình khởi động lạnh và chạy ấm máy, phát thải là rất lớn, cần có biện pháp nhằm nâng cao hiệu quả xử lý ở giai đoạn này nhằm giảm phát thải ở chế độ khởi động lạnh từ đó giảm phát thải chung cho động cơ.

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THẢI CÓ TRANG BỊ BXT ĐƯỢC SẤY NÓNG BẰNG DÒNG CAO TẦN 3.1 Giới thiệu

Lắp vào cửa thải của động cơ

Mô phỏng hệ thống thải được trang bị BXT xử lý khí thải là một công cụ hữu ích để tìm ra các giải pháp khả thi để kiểm soát nhiệt khí thải, đáp ứng các yêu cầu tiêu chuẩn khí thải ngày càng nghiêm ngặt. Các kết quả có thể thu được từ các thí nghiệm tuy nhiên các thí nghiệm dựa trên băng thử động cơ thường tốn kém và tốn nhiều thời gian. Mô phỏng một cách hiệu quả sẽ giúp giảm chi phí thí nghiệm và cho phép nghiên cứu chi tiết hơn ảnh hưởng của một số yếu tố đã bị bỏ qua hoặc khó thực hiện trong thí nghiệm.

Bình tiêu âm

BXT Hình 3.1 Sơ đồ bố trí BXT trên đường thải của xe máy

Hiệu quả của BXT được quyết định bởi các đặc điểm về kết cấu BXT và các điều kiện khí thải đi vào. Trong đó điều kiện khí thải thay đổi theo điều kiện hoạt động của động cơ và phụ thuộc vào cấu tạo của hệ thống thải bao gồm: kết cấu của ống thải và vị trí lắp đặt BXT. Do đó, xác định được trường nhiệt độ, nồng độ cũng như các phản ứng hóa học diễn ra trong BXT ở giai đoạn chạy ấm máy là rất quan trọng để cải thiện thiết kế BXT cũng như điều kiện sấy nóng để BXT nhanh đạt đến trạng thái làm việc hiệu quả. Điều này có thể đạt được dề dàng bằng kỹ thuật mô phỏng toán học vì các thông số trong pha khí và pha rắn trong BXT rất khó xác định bằng thực nghiệm và tốn kém.

Sơ đồ khối thể hiện bố trí BXT trên đường ống thải được mô tả như hình 3.1. Việc bố trí ống thải phụ thuộc nhiều vào không gian trên xe, đồng thời vị trí đặt BXT phải đảm bảo điều kiện nhiệt độ thích hợp của khí thải tại cửa vào của BXT, để BXT hoạt động với hiệu quả chuyển đổi cao và bền nhiệt. Do đó, BXT thường được lắp cách cửa thải một khoảng phù hợp được xác định dựa trên tính toán và thực nghiệm.

Trong giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy do nhiệt độ của khí thải còn thấp nên BXT chưa được sấy nóng đáng kể. Do vậy, hiệu quả xử lý xúc tác trong giai đoạn này thường rất nhỏ. Cần có biện pháp để sấy nóng BXT, từ đó tăng hiệu quả xử lý trong giai đoạn này. Biện pháp sấy nóng, công suất và thời gian sấy sẽ ảnh hưởng rất lớn tới việc rút ngắn thời gian không hoạt động của BXT. Do đó, việc tính toán công suất sấy nóng và chiến lược sấy nóng hợp lý là rất cần thiết.

Công việc mô hình hóa hệ thống thải bao gồm mô phỏng quá trình truyền nhiệt và phản ứng xúc tác chuyển đổi các thành phần khí thải, có thể mô tả đầy đủ

diễn biến của khí thải trong hệ thống thải ở các điều kiện vận hành động cơ khác nhau. Trong khi khí thải đi từ cửa thải dọc theo ống thải đến BXT, nó mất một phần nhiệt năng cho không khí xung quanh qua thành ống thải. Sự mất mát năng lượng phụ thuộc vào nhiệt độ của khí thải tại cửa thải, vật liệu, hình học và kết cấu của ống thải. Điều đó, ảnh hưởng đến nhiệt độ và năng lượng khí thải tại cửa vào của BXT và dẫn tới ảnh hưởng đến hiệu suất chuyển hóa của BXT. Do đó, việc mô hình hóa hệ thống thải phải bao gồm quá trình truyền nhiệt và chuyển hóa của khí thải trong tất cả các bộ phận của hệ thống thải. Tuy nhiên, trong điều kiện bình thường, quá trình chuyển hóa khí thải chủ yếu xảy ra trong BXT. Trong các bộ phận khác của hệ thống thải, sự chuyển hóa khí thải là rất thấp có thể bỏ qua.

Chương này, mô phỏng hệ thống thải của động cơ xe máy có trang bị BXT 3 thành phần, được sấy nóng bằng dòng điện cao tần, trong giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy, với các nội dung cơ bản sau:

- Lập mô hình và tính toán mô phỏng quá trình truyền nhiệt của khí thải chảy từ cửa thải đến cửa vào của BXT trong giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy của động cơ. Trong mô hình này, các biểu thức thực nghiệm về truyền nhiệt dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ với ảnh hưởng của hơi nước được nghiên cứu áp dụng. Mô hình dự đoán sự phân bố nhiệt độ của khí thải theo thời gian và không gian dọc theo ống thải. Từ đó xác định được vị trí thích hợp lắp đặt BXT và thông số khí thải đi vào BXT.

- Lập mô hình và tính toán mô phỏng quá trình truyền nhiệt và phản ứng xúc tác của khí thải trong BXT trong giai đoạn khởi động lạnh của động cơ với các chiến lược sấy nóng khác nhau bằng dòng điện cao tần. Trong mô hình này, trao đổi nhiệt đối lưu với ảnh hưởng của hơi nước cũng được đề cập. Mô hình dự đoán diễn biến thay đổi nhiệt độ của BXT và nồng độ của các thành phần khí thải tại cửa ra của BXT theo thời gian từ lúc khởi động. Từ đó, xác định được ảnh hưởng của việc sấy nóng bổ sung đến hiệu quả chuyển đổi khí thải của BXT nhằm tìm ra chiến lược sấy nóng tối ưu cho BXT.

3.2 Mô hình truyền nhiệt của hệ thống thải

Đã có nhiều công trình nghiên cứu mô phỏng quá trình truyền nhiệt trên đường thải. Từ các mô hình 1 chiều đến các mô hình nhiều chiều, có mô hình mô phỏng ống thải ở trạng thái ổng định, cũng có mô hình mô phỏng ống thải ở trạng thái không ổn định. Zang và cộng sự [65] và Wendland [66] đã phát triển các mô hình mô phỏng sự phân bố nhiệt độ ở trạng thái ổn định trong hệ thống thải. Tuy nhiên các nghiên cứu này chưa đưa ra quá trình truyền nhiệt với các trạng thái chuyển tiếp ở giai đoạn khởi động lạnh và ảnh hưởng của hơi nước tới quá trình trao đổi nhiệt.

Một số mô hình truyền nhiệt trong quá trình khởi động lạnh phải kể đến như Moore và Mondt [67]; Liu và cộng sự, [68]; Shayler và cộng sự [69]. Các mô hình này nhằm mục đích mô phỏng quá trình truyền nhiệt của khí thải trong hệ thống thải ở giai đoạn khởi động động cơ. Tuy nhiên, không nghiên cứu nào đề cập đến ảnh hưởng của hơi nước trong quá trình khởi động lạnh.

Khi động cơ khởi động lạnh, ảnh hưởng của hơi nước đến quá trình trao đổi

nhiệt trong BXT lớn hơn nhiều so với trong ống thải. Việc hiểu rõ về hiệu ứng này trong toàn bộ hệ thống thải là rất quan trọng và cần thiết cho việc nghiên cứu sự hoạt động của BXT trong giai đoạn này. Ở giai đoạn động lạnh và chạy ấm máy, khi nhiệt độ của ống thải và BXT thấp hơn nhiệt độ bão hòa của hơi nước trong khí thải, thì hiện tượng ngưng tụ hơi nước trên thành sẽ diễn ra. Sự giải phóng nhiệt do ngưng tụ sẽ được truyền đến ống thải, khiến cho ống thải nhận được nhiều nhiệt hơn. Khi nhiệt độ vách bằng hoặc cao hơn nhiệt độ bão hòa của hơi trong khí thải thì xảy ra hiện tượng bay hơi nước đồng thời lấy nhiệt từ ống thải. Hai quá trình này có thể xảy ra đồng thời tại một thời điểm nhất định trong ống thải, làm cho quá trình truyền nhiệt trở nên phức tạp hơn. Trong mô hình nghiên cứu, ảnh hưởng của hơi nước đến quá trình truyền nhiệt trên đường ống thải được mô hình hóa chi tiết dựa trên lý thuyết về ảnh hưởng của hơi nước lên hệ số truyền nhiệt bằng cách sử dụng các biểu thức thực nghiệm về trao đổi nhiệt với bề mặt ướt.

Ống thải được làm bằng thép mỏng nên chênh lệch nhiệt độ mặt trong và mặt ngoài ống không lớn. Đường kính ống nhỏ và chuyển động của dòng khí trong ống là chuyển động rối nên chênh lệch nhiệt độ khí tại các điểm khác nhau trên mặt cắt ngang không lớn. Do đó, có thể coi sự thay đổi nhiệt độ của khí thải và của ống thải theo không gian chỉ xảy ra dọc theo đường ống thải. Do đó, mô hình truyền nhiệt một chiều được áp dụng cho ống thải trong nghiên cứu này.

Bảng 3.1 Các thông số kết cấu của đường ống thải xe Honda Lead 110

Sơ đồ bố trí hệ thống thải cho nghiên cứu được trình bày trong Hình 3-1. Để đơn giản hóa vấn đề, đường ống thải được giả định có tiết diện hình tròn với độ dày ống đồng nhất, đường kính trong d1, đường kính ngoài d2. Đường ống được chia làm hai đoạn. Các thông số của đường ống thải được cho trong bảng 3.1

STT Thông số Giá trị Đơn vị đo

1 Chiều dài tổng 400 mm

2 Chiều dài đoạn ống 1 180 mm

3 Chiều dài đoạn ống 2 220 mm

4 Bán kính cong 35 mm

5 Đường kính trong 20 mm

6 Đường kính ngoài 22 mm

7 Vật liệu chế tạo Thép

Δx

Thành ống thải

qrda

qcva cd

Qcd

Q’cd

Q’g

qgp

Khí vào

Khí ra

Hình 3.2 Sơ đồ truyền nhiệt trên đường ống thải

3.2.1 Truyền nhiệt trong ống thải

Hình vẽ 3.2 biểu diễn quá trình truyền nhiệt trên đường ống thải và ảnh hưởng của các yếu tố tới quá trình truyền nhiệt. Điều kiện dòng chảy tại bất kỳ vị trí nào trong ống thải đều được mô tả bởi ba biến độc lập: vận tốc tức thời, mật độ và áp suất của dòng khí. Để đơn giản trong quá trình tính toán ta giả sử dòng chảy là dòng chảy ổn định và không chịu nén, mô hình áp dụng là mô hình một chiều. Khí thải mất nhiệt do truyền nhiệt vào thành ống thải. Phương trình năng lượng cho dòng khí thải có dạng sau:

(3.1)

Trong đó:

Tg: nhiệt độ khí thải x: tọa độ theo phương dọc trục của ống thải, x=0 tại cửa thải qgp: mật độ dòng nhiệt truyền từ khí thải vào ống thải

: khối lượng riêng của khí thải

: nhiệt dung đẳng áp của khí thải

Ống thải xe máy được coi là ống mỏng, hệ số dẫn nhiệt cao, nhiệt độ thành trong và thành ngoài của ống thải là xấp xỉ nhau nên gradient nhiệt độ theo phương hướng tâm trong ống có thể bỏ qua. Ống thải nhận nhiệt từ khí thải và truyền nhiệt cho môi trường bên ngoài. Do đó, phương trình năng lượng cho ống thải được viết dưới dạng:

(3.2)

Trong đó:

Tp: nhiệt độ của ống thải : lần lượt là mật độ dòng trao đổi nhiệt đối lưu và bức xạ từ ống

thải ra môi trường xung quanh.

Sự truyền nhiệt từ khí thải tới thành trong của ống thải bao gồm trao đổi nhiệt đối lưu, bức xạ nhiệt và dẫn nhiệt. Tuy nhiên do tốc độ chuyển động của dòng khí thải trong ống thải là khá lớn nên sự truyền nhiệt từ khí thải vào thành ống do quá trình trao đổi nhiệt đối lưu là chủ yếu, trao đổi nhiệt bức xạ và dẫn nhiệt là không đáng kể. Do đó, tính toán quá trình truyền nhiệt từ khí thải tới thành ống chỉ quan tâm tới trao đổi nhiệt đối lưu. Quá trình trao đổi nhiệt này bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi các yếu tố như tốc độ của dòng khí thải, đặc điểm và hình dáng của đường ống. Lượng nhiệt trao đổi được xác định như sau:

(3.3)

Trong đó:

d1: đường kính trong của ống thải hgp: hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giữa khí thải và thành ống và nó được xác định thông qua số Nusselt như sau:

(3.4)

Tg, Tp: lần lượt là nhiệt độ khí thải và nhiệt độ ống thải. Khi động cơ khởi động lạnh, nhiệt độ khí thải còn thấp do đó tồn tại một lớp màng mỏng nước bám lên bề mặt của ống thải ảnh hưởng lớn tới quá trình trao đổi nhiệt. Sau một thời gian làm việc nhiệt độ ống thải tăng lên, hơi nước được sấy nóng, bay hơi khỏi thành ống thải. Do đó ta sẽ xem xét quá trình trao đổi nhiệt từ khí thải vào ống thải trong 2 trường hợp, khi bề mặt ống thải còn tồn tại lớp màng mỏng nước và khi ống thải khô hoàn toàn. 3.2.1.1 Bề mặt truyền nhiệt ướt

Khi một động cơ khởi động lạnh, hơi nước có trong khí thải ngưng tụ trên bề mặt lạnh của ống thải tạo thành một lớp mỏng màng nước, sau đó lớp màng nước này được bốc hơi khi nhiệt độ của ống thải ở trạng thái cân bằng nhiệt với khí thải. Sự ngưng tụ và bốc hơi xảy ra đồng thời và quá trình chấm dứt khi các thành ống có nhiệt độ vượt quá nhiệt độ điểm sương của hơi nước. Trong trường hợp nhiệt độ thành ống là thấp hơn nhiệt độ bão hòa của hơi nước, sự ngưng tụ chiếm ưu thế hơn sự bay hơi và ngược lại. Các bề mặt ướt đóng vai trò trung gian trong việc truyền nhiệt từ khí thải tới thành ống. Hiện tượng truyền nhiệt trong giai đoạn động cơ khởi động lạnh là rất phức tạp vì nó liên quan đến pha lỏng và pha hơi. Để đơn giản hóa, ta sử dụng công thức thực nghiệm tính toán truyền nhiệt với bề mặt ẩm ướt. Có nhiều công thức thực nghiệm dùng để tính toán quá trình truyền nhiệt với bề mặt ẩm ướt. Công thức của Collier [70] và Spanding [71] thường được sử dụng để tính toán truyền nhiệt cho bề mặt ướt.

(3.5)

Trong đó:

(3.6)

(3.7)

(3.8)

Trong đó: là độ nhớt động lực, kg: hệ số dẫn nhiệt;

là tốc độ dòng khí thải. Nhiệt độ sử dụng để tính toán các công thức trên được xác định tại

3.2.1.2 Bề mặt truyền nhiệt khô

Khi ống thải đã được sấy nóng đầy đủ, hơi nước trên bề mặt ống thải đã bay hơi hết và ống thải là khô hoàn toàn khi đó các mối tương quan Nusselt cho một dòng chảy ổn định dựa trên tốc độ dòng chảy trung bình của dòng khí thải được sử

dụng. Có một số phương trình truyền nhiệt có sẵn. Trong số đó, phương trình truyền nhiệt được đề xuất bởi Gnielinski [72] là phổ biến nhất, theo đó: Nếu 104

(3.9)

Nếu Re<104

(3.10)

Trong đó hệ số ma sát f được mô tả bởi phương trình

(3.11)

Nhiệt độ xác định tại nhiệt độ Tg Ảnh hưởng của ống cong đến hệ số truyền nhiệt. Theo Hausen [73] đã đưa ra hệ số ảnh hưởng của ống cong đến hệ số truyền nhiệt như sau:

(3.12)

Ngoài ra hệ số dao động của khí Fpul với giá trị 1, 6÷3 [74] được đưa vào số Nu có ảnh hưởng tới hệ số truyền nhiệt, theo Hausen các phương trình (9), (10) trở thành. Nếu 104

(3.13)

Nếu Re<104

(3.14)

3.2.2 Truyền nhiệt từ bề mặt ống thải tới môi trường Sự truyền nhiệt từ bề mặt ống thải ra ngoài môi trường, bao gồm quá trình trao đổi nhiệt đối lưu, trao đổi nhiệt bức xạ và dẫn nhiệt. Quá trình trao đổi nhiệt do dẫn nhiệt là không đáng kể do đó ta chỉ xem xét đến quá trình trao đổi nhiệt đối lưu và bức xạ nhiệt. 3.2.2.1 Truyền nhiệt từ bề mặt ống thải tới môi trường do quá trình đối lưu

Dòng nhiệt truyền từ bề mặt ống thải tới môi trường xung quanh do quá trình đối lưu được xác định qua công thức:

(3.15)

Trong đó:

d2: đường kính ngoài của ống thải Tp: nhiệt độ ống thải Ta: nhiệt độ môi trường

: hệ số trao đổi nhiệt đối lưu, hcva được tính theo công thức:

(3.16)

Số Nu được xác định theo Churchill và Chu [75] như sau:

(3.17)

Trong đó:

(3.18)

, , là các thông số được xác định theo Trong đó, chiều dài ướt l=π.d2;

nhiệt độ

Tf=Tp-0.38(Tp-Ta).

β được tính theo nhiệt độ Ta các giá trị khác được tính theo nhiệt độ Tf trong đó: (3.19) 3.2.2.2 Truyền nhiệt từ bề mặt ống thải tới môi trường do quá trình bức xạ

Dòng nhiệt truyền từ bề mặt ống thải tới môi trường xung quanh bằng bức xạ được tính toán thông qua công thức:

(3.20)

Trong đó:

: hệ số bức xạ (độ đen của vật)

: hằng số bức xạ

d2: đường kính ngoài của ống thải Tp: nhiệt độ ống thải Ta: nhiệt độ môi trường

Điều kiện biên

Các điều kiện biên được xác định dựa trên các đặc điểm làm việc của động cơ. Khi động cơ khởi động lạnh, nhiệt độ ban đầu của ống thải bằng nhiệt độ môi trường xung quanh. Tại bất kỳ thời điểm nào, các thông số khí thải tại cửa thải đều được xác định. Các thông số này là kết quả đầu ra của mô hình động cơ đã được mô phỏng tính toán ở chương trước. Các điều kiện biên được tóm tắt dưới đây:

3.3 Tính toán công suất sấy nóng BXT bằng dòng điện cao tần

Việc chọn kích thước BXT được thực hiện trên cơ sở đảm bảo đủ thời gian tiếp xúc của dòng khí thải với chất hoạt tính, sức cản của BXT không lớn trong khi nhận được nhiều nhiệt từ khí thải. Thời gian tiếp xúc của dòng khí thải với chất hoạt tính tỉ lệ nghịch với tốc độ không gian VS của khí thải qua BXT, VS bằng tỉ số giữa lưu lượng thể tích của khí và thể tích BXT, trong thiết kế thường chọn trước thể tích BXT đảm bảo VS<1000.000/h [12, 76, 77]. Thể tích BXT nhỏ quá thì không đảm

bảo thời gian tiếp xúc của khí với chất xúc tác, nhưng nếu lớn quá thì sẽ làm chậm quá trình đốt nóng BXT và dẫn đến hiệu quả chuyển đổi không cao.

Sau khi chọn được thể tích BXT sẽ chọn đường kính D và tính ra chiều dài L của BXT. Đường kính lớn thì chiều dài nhỏ và tổn thất nhỏ nhưng khí thải sấy nóng BXT kém và ngược lại. D và L được lựa chọn sao cho sức cản (tổn thất áp suất) nhỏ hơn 5%, và BXT được sấy nóng tốt đảm bảo hiệu quả trung hòa khí thải đạt trên 90%. Thể tích và kích thước BXT nghiên cứu trong luận án này được chọn đảm bảo thỏa mãn các yêu cầu trên.

Theo tính toán mô phỏng tại chương 2, động cơ xe Honda Lead khi chạy toàn tải và tốc độ 7500V/p có lưu lượng khí thải 6.95 g/s tương ứng khoảng 36.000 l/h. Với lưu lượng này ta có thể chọn BXT có thể tích 57,7 cm3 (tương ứng tốc độ không gian bằng 624.000/h)

Bảng 3.2 Các thông số của BXT

Bộ xúc tác được đặt mua từ hãng Emitech. Bộ xúc tác có kết cấu gồm các lá thép hình sóng dày 0.05 mm phủ Al2O3 và chất xúc tác JM (gồm Pt, Pd, Rh và CeO2). BXT được đặt cách cửa thải 400mm, các thông số BXT được thể hiện trong bảng 3.2 có thể đảm bảo đáp ứng các yêu cầu này.

STT Thông số Giá trị Đơn vị đo

1 Mật độ cell 100

2 Tỉ trọng 1. 85 g/cm3

3 Đường kính lõi 35 mm

4 Chiều dài 60 mm

5 Thể tích 57.7 cm3

6 Khối lượng 95 g

7 Diện tích xúc tác 15 m2

8 Độ dày của thành 0.05 mm

9 Bề mặt hình học 3.2 m2/l

10 Khối lượng riêng của vật liệu 7.2 g/cm3

11 Nhiệt dung riêng khối lượng 0.11 cal/g.oC

12 Độ dẫn nhiệt 0.03 cal/cm.soC

13 Hệ số dãn nở nhiệt 12 10-6/oC

14 Lớp vật liệu phủ AL2O3

15 Vật liệu xúc tác Pt, Rh, Ce

16 Khối lượng kim loại quý 80 g/cu.ft3

17 Tỉ lệ kim loại quý Pt /Rh 18/1

Như đã trình bày ở trên, việc sấy nóng BXT ở chế độ khởi động lạnh và chạy ấm máy bằng năng lượng dòng khí thải là không đủ BXT nhanh đạt đến nhiệt độ làm việc hiệu quả bởi vì trong giai đoạn này năng lượng dòng khí thải là rất nhỏ. Việc sấy nóng BXT bằng nguồn nhiệt bên ngoài (sử dụng năng lượng nhiệt từ dòng điện cao tần) là một phương án khả thi và được nghiên cứu trong luận án này. Chiến lược sấy nóng bổ sung BXT (công suất sấy, thời điểm sấy và thời gian sấy) sẽ quyết định đến hiệu quả sấy nóng BXT trong giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy động cơ.

Công suất sấy càng lớn sẽ giúp sấy nóng BXT đạt nhiệt độ yêu cầu trong thời gian càng ngắn, tuy nhiên khi đó đòi hỏi mạch nung cồng kềnh, ắc quy khỏe và bộ phận phát điện mạnh mẽ. Ngược lại, nếu công suất mạch sấy nóng quá nhỏ sẽ làm tăng thời gian sấy nóng, tăng thời gian trễ hoạt động của BXT, hiệu quả xử lý ở giai đoạn khởi động lạnh không được cải thiện đáng kể.

Lượng nhiệt cần cấp cho BXT để nhiệt độ của nó tăng từ nhiệt độ ban đầu đến

(3.21)

nhiệt độ làm việc được xác định như sau: Qsấy = mBXT.CBXT.(TLV-TBĐ) Trong đó: TLV: nhiệt độ làm việc của BXT. Bộ xúc tác thực sự làm việc với hiệu quả cao khi nhiệt độ của nó đạt từ 250-3500C.

TBĐ: nhiệt độ ban đầu của BXT (nhiệt độ của BXT trước khi động cơ làm việc). Trước khi động cơ khởi động, nhiệt độ BXT bằng nhiệt độ môi trường.

mBXT: khối lượng lõi BXT; CBXT: nhiệt dung riêng của lõi BXT. Vật liệu lõi BXT bằng lá thép mỏng phủ Al2O3 và chất xúc tác JM (CBXT =360 J/(kg.độ)).

Giả thiết rằng cần sấy BXT từ nhiệt độ ban đầu 270C đến nhiệt độ làm việc 3000C khi đó cần cấp cho BXT một nhiệt lượng sấy là.

Qsấy = mBXT.CBXT.(TLV-TBĐ) = 95x10-3x360x273 = 9334J Trong giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy, giả thiết rằng quá trình trao đổi nhiệt giữa khí thải và BXT là không đáng kể. Quá trình sấy nóng BXT chỉ do năng lượng từ dòng điện cao tần. Công suất sấy nóng của BXT được xác định từ công thức.

(3.22)

Trong đó: Psấy: công suất của bộ sấy nóng T: thời gian sấy nóng BXT ɳ: hiệu suất nhiệt của bộ sấy nóng, hiệu suất nhiệt của bộ sấy nóng phụ thuộc chủ yếu vào tổn thất từ trường đến các vật có từ tính gần BXT. Trong nghiên cứu này vỏ BXT được làm bằng vật liệu phi từ tính do đó hiệu suất nhiệt của bộ sấy nóng có thể đạt tới 80%.

Như đã phân tích ở trên, trong 50 giây đầu tiên sau khi khởi động lạnh, lượng phát thải CO và HC là rất lớn. Tuy nhiên tại thời điểm này nhiệt độ và lưu lượng của khí thải là quá nhỏ, không đủ để đáp ứng sấy nóng nhanh BXT trong thời gian

này. Cần sấy nóng bổ sung BXT bằng năng lượng bên ngoài. Sử dụng dòng cao tần để sấy nóng BXT, việc sấy nóng này chỉ mang lại hiệu quả cao khi BXT đạt nhiệt độ làm việc trước 50 giây đầu tiên của quá trình khởi động.

Để rút ngắn thời gian sấy nóng thì cần tăng công suất mạch sấy nóng. Thời gian sấy càng ngắn thì yêu cầu công suất sấy càng cao và ngược lại. Việc tăng công suất sấy sẽ giúp rút ngắn quá trình sấy nóng BXT nhanh đạt tới nhiệt độ làm việc, tăng hiệu quả xử lý của BXT trong giai đoạn này. Tuy nhiên công suất sấy quá lớn dẫn tới ắc quy xe máy không thể đáp ứng. Vì vậy việc lựa chọn thời gian và công suất mạch sấy là rất quan trọng.

Giả thiết rằng sấy nóng BXT trong thời gian 30 giây, khi đó công suất tối thiểu của mạch sấy nóng cao tần là:

Qua quá trình thực nghiệm thấy rằng, sử dụng mạch sấy nóng với công suất 400 W vẫn đảm bảo khả năng làm việc của ắc quy.

Chiến lược sấy nóng cũng quyết định tới hiệu quả sấy nóng BXT. Thời gian sấy ngắn đồng nghĩa với lượng nhiệt sấy nhỏ chưa đủ để sấy nóng BXT đến nhiệt độ làm việc trong khi lúc này nhiệt khí thải vẫn còn thấp như vậy hiệu quả sấy nóng sẽ không đáng kể. Ngược lại, nếu sấy nóng quá dài, sấy nóng khi nhiệt khí thải đã đủ lớn là không cần thiết bởi khi đó quá trình sấy nóng tiêu tốn nhiều năng lượng của ắc quy trong khi hiệu quả mang lại không cao do lúc này nhiệt độ khí thải đã cao, nó thể đáp ứng được việc sấy nóng và duy trì nhiệt độ làm việc của BXT. Thời điểm sấy nóng BXT khác nhau cũng sẽ mang lại hiệu quả sấy nóng BXT khác nhau. Việc sấy nóng BXT trước khi khởi động động cơ có thể mang lại hiệu quả cao trong việc rút ngắn thời gian trễ hoạt động của BXT. Tuy nhiên, trường hợp này mang lại sự phiền phức cho người lái xe. Do đó, luận án chỉ nghiên cứu các chiến lược sấy nóng với thời điểm sấy nóng trùng với thời điểm khởi động động cơ.

Bảng 3.3 Các chiến lược sấy nóng khác nhau

Để đánh giá hiệu quả của việc sấy nóng, tác giả đã đưa ra các chiến lược sấy nóng khác nhau, nhằm đánh giá ảnh hưởng của công suất mạch sấy và thời gian sấy nóng khác nhau đến hiệu quả sấy nóng BXT. Các chiến lược sấy nóng được mô tả trong bảng 3.3.

STT Công suất sấy

Thời gian sấy (s) Thời điểm sấy (cùng lúc với khởi động đông cơ) (W)

400 400 400 200 200 200 1 2 3 4 5 6 10 20 30 30 40 50 X X X X X X

3.4 Mô hình trung hòa khí thải trong BXT có sấy nóng bằng dòng điện cao tần 3.4.1 Giới thiệu

Hiệu suất của BXT được quyết định bởi các đặc điểm kết cấu của nó và các điều kiện khí đầu vào BXT. Trong đó, nhân tố thứ hai thay đổi theo điều kiện hoạt động của động cơ và phụ thuộc vào cấu tạo của hệ thống và vị trí của BXT. Trong điều kiện động cơ khởi động lạnh, BXT tiếp xúc với sự thay đổi nhanh chóng về nhiệt độ khí thải và tốc độ dòng khí thải, có thể gây ra những ảnh hưởng tiêu cực đến độ bền và hiệu suất chuyển đổi của nó. Do đó, xác định được trường nhiệt độ, nồng độ cũng như các phản ứng hóa học tỏa nhiệt trong BXT khi động cơ khởi động lạnh là rất quan trọng để cải thiện thiết kế BXT và tính toán sấy nóng BXT nhanh đạt tới nhiệt độ làm việc. Điều này có thể đạt được một cách hiệu quả bằng kỹ thuật mô phỏng toán học vì các thông số của pha khí và pha rắn trong BXT rất khó xác định bằng thực nghiệm và tốn kém. Trong mô hình hóa BXT, tốc độ phản ứng động học của các chất phát thải là chìa khóa làm nên thành công cho mô hình mô phỏng các phản ứng xúc tác. Chúng được biểu thị dưới dạng tương quan toán học, thể hiện tốc độ phản ứng của các chất phát thải riêng lẻ, trên một đơn vị diện tích bề mặt BXT. Các yếu tố kiểm soát tốc độ phản ứng như thành phần và nhiệt độ hoạt hóa của các chất xúc tác tạo thành cơ sở của các mô hình BXT. Công trình tiên phong về điều này được thực hiện bởi Voltz và các cộng sự [76]. Các tác giả đã tiến hành các thí nghiệm với chất xúc tác là platin-alumina dạng viên và quá trình vận hành ổn định, biểu thức tốc độ động học suy ra cho các phản ứng oxy hóa CO và C3H6, trong môi trường oxy hóa. Các biểu thức Langmuir-Hinshelwood miêu tả cho việc ức chế CO, C3H6 và NO Những biểu thức này đã được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các mô hình trong các nghiên cứu sau này. Nghiên cứu của Oh và Cavendish [77] đã mở rộng phương pháp này để khảo sát hiệu suất của BXT trong các điều kiện khởi động. Các biểu thức sửa đổi đã thực tế hơn cho việc mô hình hóa các phản ứng oxy hóa phát thải CO và HC trong quá trình khởi động. Để lập mô hình chuyển đổi NOx phải kể đến nghiên cứu của Kress và cộng sự [78] là những người tiên phong ước tính động học nội tại của các phản ứng CO- O2 và CO-NO. Nghiên cứu của Sabramanlam và Varma [79] đã đưa ra động học phản ứng của các phản ứng CO-NO-O2-H2O đây là nghiên cứu đầu tiên xây dựng công thức lý thuyết về biểu thức tốc độ động học liên quan đến quá trình oxy hóa đồng thời CO và khử NO dựa trên dữ liệu thực nghiệm. Các biểu thức phản ứng có dạng tương tự cũng được nghiên cứu bởi Voltz và các cộng sự [76]. Trong các mô hình chuyển đổi NOx thì động học phản ứng CO-NO đã được sử dụng rộng rãi kể trước đến nay với ít hiệu chỉnh như các nghiên cứu [80-82]. Nghiên cứu của Oh và Cavendish [77] đã nghiên cứu mô phỏng sự trễ hoạt động của BXT trong giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy. Nghiên cứu đã đưa ra một số kiến thức cơ bản về quá trình trễ hoạt động của BXT trong giai đoạn khởi động. Các nghiên cứu [78, 83-85] đã mô phỏng sự chuyển đổi khí thải trong thời kỳ chạy ấm máy nhưng chỉ tập trung vào quá trình oxy hóa CO và HC.

Các mô hình đa chiều được nghiên cứu bởi Sugiura và các cộng sự [86], Baba và cộng sự [80] đã tính đến sự phân bố không đồng đều của khí thải vào

BXT. Các trường nhiệt độ và nồng độ bên trong BXT được coi là hai hoặc ba chiều. Kết quả là, các mô hình cho phép dự đoán trường nhiệt độ của lớp xúc tác và sự phân bố nồng độ khí từ lỗ này sang lỗ khác của BXT. Tuy nhiên, để có được độ chính xác tốt của dự đoán, các mô hình đa chiều yêu cầu xác định chính xác các điều kiện đầu vào bao gồm sự phân bố nhiệt độ và nồng độ khí tại mặt đầu vào của BXT. Điều này thường không dễ dàng. Một số nhà nghiên cứu thu được những dữ liệu này bằng cách tiến hành thử nghiệm như nghiên cứu của Baba và cộng sự [80] nhưng rất tốn kém và mất thời gian; nghiên cứu của Sugiura và cộng sự [86] đã khắc phục một phần vấn đề bằng cách dự đoán điều kiện dòng chảy vào BXT nhưng nồng độ khí và nhiệt độ vẫn chưa được đo. Hơn nữa, các mô hình đa chiều thường yêu cầu thời gian tính toán lớn để thực hiện. Nhìn chung, tài liệu về mô hình BXT đã đưa ra những hiểu biết nhất định về hành vi chuyển đổi của BXT trong các điều kiện khác nhau. Tuy nhiên, các mô hình xúc tác trong quá trình khởi động thường bỏ qua ảnh hưởng của hơi nước lên quá trình truyền nhiệt trong BXT, đây là yếu tố đặc biệt quan trọng trong giai đoạn khởi động lạnh của động cơ. Mô hình trong nghiên cứu này mô tả sự truyền nhiệt và các phản ứng hóa học của CO, HC và NOx trong BXT với các tác động của sự ngưng tụ hơi nước và sự bay hơi của nước trong quá trình sấy nóng BXT.

Trong giai đoạn đầu, khi động cơ mới khởi động lạnh, có hiện tượng ngưng tụ hơi nước có trong khí thải, trên bề mặt các lỗ của BXT. Khi nhiệt độ các lỗ của BXT vượt quá nhiệt độ điểm sương của hơi nước, hơi nước trên bề mặt các lỗ của BXT bắt đầu bay hơi. Quá trình bay hơi chấm dứt, khi nhiệt độ các lỗ của BXT trong BXT đạt tới trạng thái cân bằng nhiệt với khí thải. Hiện tượng này khá giống với trường hợp xảy ra trong ống thải, ngoại trừ việc bề mặt tiếp xúc với nước ngưng tụ và bốc hơi trong BXT là lớn hơn nhiều so với ở ống thải. Khi nhiệt độ BXT đạt đến nhiệt độ trong khoảng 250 ± 3500C, các phản ứng hóa học bắt đầu xảy ra và BXT khi đó bắt đầu làm việc [16].

• Ảnh hưởng của sự ngưng tụ hơi nước và sự hóa hơi nước ngưng tụ đối với sự

•

Tóm lại, mô hình BXT được phát triển trong nghiên cứu này bao gồm các BXT trong nghiên cứu của luận án được sấy bằng dòng cao tần và được bố trí để đảm bảo sấy nóng đều toàn bộ lõi BXT. Thêm nữa, BXT được cách nhiệt rất tốt giữa mặt ngoài và môi trường xung quanh và giả thiết dòng chảy được phân bố đều trên tiết diện ngang nên các thông số nhiệt độ và phản ứng xúc tác chỉ thay đổi dọc theo chiều dài BXT là chính, chênh lệch theo hướng kính sẽ rất nhỏ, có thể bỏ qua. Do đó, có thể lựa chọn mô hình 1 chiều cho nghiên cứu này mà không gây sai lệch lớn. Trong mô hình này, nhiệt độ BXT trên mặt phẳng vuông góc với đường tâm lõi là đồng nhất, chỉ có sự thay đổi nhiệt độ theo chiều dài lõi BXT do quá trình truyền và phản ứng xúc tác tỏa nhiệt của BXT. Nhiệt độ trung bình của BXT là nhiệt độ trung bình của toàn bộ lõi BXT. Trong quá trình sấy nóng bằng dòng điện cao tần, BXT được coi là đồng nhất, nhiệt lượng cung cấp cho mỗi đơn vị thể tích BXT là như nhau trên toàn BXT. điểm chính sau:

truyền nhiệt; Trao đổi nhiệt và trao đổi chất giữa khí thải và BXT;

•

• BXT được sấy nóng bằng dòng điện cao tần.

Phản ứng oxi hóa CO, HC và khử NOx và sự sinh nhiệt từ các phản ứng trung hòa;

Quá trình mô hình hóa mô phỏng BXT với các thông số kết cấu của BXT

được cho tại bảng 3.2 3.4.2 Mô tả mô hình 3.4.2.1 Các phản ứng hóa học

Các phản ứng diễn ra bên trong BXT thường rất phức tạp. Thông thường có hàng trăm các phản ứng xảy ra bên trong BXT, tùy thuộc vào thành phần khí thải, nhiệt độ, thành phần các chất phủ của BXT. Để đơn giản hóa trong quá trình tính toán ta chỉ xem xét các phản ứng liên quan tới việc làm giảm bớt các thành phần khí độc hại có trong khí thải động cơ. Các phản ứng oxy hóa CO, HC và H2 xuất hiện khi có sự tồn tại của ôxy và sự có mặt của chất xúc tác quá trình ô xy hóa. Các phản ứng hóa học xảy ra trong nhiều bước phức tạp, tuy nhiên tổng thể có thể coi như sau:

(3.23) CO + O2→CO2

(3.24) C3H6 + O2→ 3CO2 + 3H2O

(3.25) CH4 + 2 O2→CO2 + 2H2O

(3.26) H2 + O2 → H2O

Thành phần chính của oxit nitơ có trong khí thải của động cơ xăng là oxit nitric (NO) chiếm hơn 90% tổng lượng NOx [52]. Do đó, trong động cơ xăng, NO thường được coi là NOx. Các phản ứng khử NO cũng diễn ra khá phức tạp, có thể coi phản ứng khử NO gồm các phản ứng dưới đây [88]:

(3.27) NO + CO → N2 + CO2

(3.28) NO + H2 → N2 + H2O

(3.29)

NO + CxHy → N2 + CO2+H2O Trong BXT CO được xem là đối tượng chủ yếu tham gia vào quá trình khử NOx [87, 89] do đó phương trình (3.27) đóng vai trò chủ yếu trong quá trình khử NOx. Qua việc đánh giá các mô hình của BXT hiện có đều chỉ ra rằng cơ sở của các mô hình của BXT đó là các biểu thức động học phản ứng. Các biểu thức động học phản ứng được trình bày bởi Voltz [76]. 3.4.2.2 Biểu thức động học phản ứng

Có nhiều nghiên cứu đưa ra các biểu thức động học phản ứng khác nhau. Trong luận án này biểu thức động học phản ứng được sử dụng cho mô hình BXT dựa trên các biểu thức phổ biến của Voltz [76] và Sabramanlam [79]. Biểu thức tốc độ phản ứng (R1 đến R5) cho các thành phần khí tham gia vào năm phản ứng trên như sau:

(3.30) R1: CO + O2→CO2

(3.31) R2: C3H6 + O2→ 3CO2 + 3H2O

(3.32) R3: CH4 + 2 O2→CO2 + 2H2O

(3.33) R4: H2 + O2 → H2O

(3.34) R5: NO + CO → N2 + CO2

Các biểu thức hệ số động học được lấy từ các nghiên cứu của Voltz [76] và Oh

[77] và được liệt kê như sau:

(3.35)

(3.36)

(3.37)

(3.38)

(3.39)

Trong đó:

(3.40)

(3.41)

R1, R2, R3, R4, R5 lần lượt là tốc độ phản ứng của CO, C3H6, CH4, H2 và NO. Biểu thức hệ số động học phản ứng của oxy được tính toán từ việc cân bằng nồng độ oxy từ các phản ứng trên do đó ta có:

(3.42)

R6= 0.5R1+4, 5R2+2R3+0.5R4 Các hằng số tốc độ phản ứng kj(j=1, 5) có dạng

(3.43)

Trong đó, hệ số Aj và năng lượng kích hoạt Ej được xác định từ việc phân tích các dữ liệu thực nghiệm [77-79]. Thông qua các dữ liệu thực nghiệm ta có thể xác định được các hằng số tốc độ phản ứng như sau:

(3.44)

(3.45)

(3.46)

Mức độ ô xy hóa của H2 là tương đương với mức độ oxy hóa của CO do đó

k4=k1 [90].

(3.47)

Các hằng số cân bằng hấp thụ được lấy từ nghiên cứu của Voltz [76].

(3.48)

(3.49)

(3.50)

(3.51)

(3.52)

Mặc dù bản chất của dòng khí trong BXT là không ổn định ở tốc độ thấp trong quá trình khởi động động cơ tuy nhiên sự sai lệch là không nhiều do đó để thuận lợi cho quá trình mô phỏng tính toán ta coi như khí thải đi vào các lỗ của BXT là đồng nhất (thành phần, nhiệt độ và tốc độ vào các lỗ là như nhau)

Quá trình trao đổi nhiệt trong BXT gồm bức xạ nhiệt, dẫn nhiệt và trao đổi nhiệt đối lưu tuy nhiên quá trình bức xạ nhiệt và dẫn nhiệt trong pha khí là không đáng kể so với trao đổi nhiệt đối lưu nên trong quá trình tính toán chỉ tính đến trao đổi nhiệt đối lưu.

Do BXT được bọc cách nhiệt với môi trường nên trong quá trình tính toán coi BXT là đoạn nhiệt với môi trường bên ngoài.

Qsấy

Qcond

Q’cond

Qg-in

Dòng khí

Qg-out

Qcv

Qconden

Qreac

x

Hình 3.3 Mô hình truyền nhiệt trong lỗ của BXT

Q-dòng nhiệt, x- phân tố chiều dài lõi BXT

Dựa trên những giả thiết trên, có thể kết luận rằng không có sự dẫn nhiệt theo hướng xuyên tâm trong pha rắn của BXT, nhiệt độ và nồng độ khí trong tất cả lỗ của BXT là giống hệt nhau. Do đó, luận án sử dụng mô hình BXT một chiều để tính toán; toàn bộ BXT được coi như một kênh duy nhất để tính toán truyền nhiệt và mô hình hóa chuyển đổi. 3.4.2.3 Cơ sở chuyển đổi xúc tác

Trên hình vẽ 3.3 mô tả quá trình truyền nhiệt trong một lỗ của BXT. Trong đó: Qcv: nhiệt truyền từ khí thải vào thành BXT thông qua truyền nhiệt đối lưu; Qreac: nhiệt toả ra do phản ứng hoá học truyền vào tường; Q g-in: nhiệt lượng do dòng khí mang đến phân tố nghiên cứu; Qg-out: nhiệt do dòng khí mang ra phân tố nghiên cứu; Qcond: nhiệt dẫn đến phân tố nghiên cứu; Q’cond: nhiệt dẫn ra khỏi phân tố nghiên cứu; Qconden: nhiệt tỏa ra do ngưng tụ hơi Qsấy: nhiệt lượng do dòng điện cao tần sinh ra Các giả thiết khi mô phỏng tính toán Hình 3.3 Biểu diễn sơ đồ của các hiện tượng truyền nhiệt trong một lỗ của BXT. Có bốn phương thức truyền nhiệt đến thành BXT, đó là nhiệt nhận được từ bên ngoài do dòng điện cao tần sinh ra, nhiệt tỏa ra do hơi nước ngưng tụ trên bề mặt thành, đối lưu nhiệt từ khí vào thành và nhiệt tỏa ra do phản ứng tỏa nhiệt của các thành phần khí trên pha rắn.

Sự ngưng tụ hơi xảy ra trong giai đoạn đầu của giai đoạn khởi động lạnh khi nhiệt độ thành của BXT thấp hơn nhiệt độ bão hòa của hơi trong khí thải. Quá trình này đi kèm với sự giải phóng nhiệt hóa hơi truyền vào tường. Khi nhiệt độ thành BXT bằng hoặc cao hơn nhiệt độ bão hòa của hơi trong khí thải thì nước ngưng tụ trên bề mặt thành BXT bay hơi và lấy nhiệt từ thành BXT.

Tương tự như quá trình ngưng tụ và hóa hơi xảy ra trong ống thải, tác dụng của hơi nước đối với sự truyền nhiệt trong BXT cũng bị chi phối bởi sự truyền khối của hơi giữa khí thải và bề mặt thành ống BXT. Bỏ qua sự khuếch tán hơi nước trong chất khí theo phương x của BXT, phương trình bảo toàn khối lượng của hơi nước trong pha khí trong BXT có thể được viết như sau:

(3.53)

Trong đó:

: tỉ lệ phần trống của BXT; : khối lượng hơi nước trên một đơn vị thể tích khí thải;

: khối lượng hơi nước bão hòa ở nhiệt độ thành ống trên một đơn vị

thể tích khí thải và là hàm của nhiệt độ thành BXT; hDv: hệ số chuyển đổi hơi nước giữa khí và bề mặt BXT; S: diện tích hình học bề mặt trên một đơn vị thể tích của BXT; U: vận tốc khí tại mặt đầu vào của BXT; t: thời gian; x: tọa độ dọc theo BXT.

Giả sử rằng hơi nước ngưng tụ trên bề mặt của BXT không chảy, khi đó phương trình bảo toàn khối lượng của hơi nước trong pha rắn trên bề mặt của BXT được viết như sau:

(3.54)

Trong đó Cw là khối lượng nước lưu trên bề mặt thành trên một đơn vị thể tích của BXT.

Khi hơi nước ngưng tụ trên bề mặt của thành BXT, nhiệt ẩn hóa hơi của quá trình ngưng tụ được giải phóng cho thành BXT là:

(3.55)

Phương trình (3.55) cũng chỉ ra rằng, khi quá trình hóa hơi diễn ra trên bề mặt thành BXT thì nhiệt ẩn hóa hơi sẽ được lấy từ thành BXT. Điều này xảy ra khi cgv nhỏ hơn csv, nghĩa là nhiệt độ thành BXT lớn hơn nhiệt độ bão hòa của hơi trong khí thải.

Phương trình cân bằng năng lượng và khối lượng của pha khí trong BXT được viết dưới dạng:

(3.56)

(3.57)

Trong quá trình khởi động lạnh và chạy ấm máy, BXT được sấy nóng bằng dòng điện cao tần. Mặc dù năng lượng sinh ra từ dòng cao tần tại các vị trí khác nhau của BXT là khác nhau, tuy nhiên để đơn giản ta giả thiết rằng nhiệt sấy nóng từ dòng điện cao tần được phân bổ đồng đều cho lõi BXT. Khi đó, nhiệt lượng sấy nóng từ dòng cao tần cho phân tố nghiên cứu được xác định như sau:

(3.58)

Trong đó Stổng là tổng diện tích hình học bề mặt của BXT. Phương trình cân bằng khối lượng và năng lượng của pha rắn trong BXT được viết dưới dạng:

(3.59)

(3.60)

Trong đó:

, cps, Ts: lần lượt là khối lượng riêng, nhiệt dung riêng đẳng áp và nhiệt độ

của thành BXT;

, cpg, Tg: khối lượng riêng, nhiệt dung riêng đẳng áp và nhiệt độ của khí

thải.

ks: độ dẫn nhiệt của thành BXT. Scat: diện tích chất xúc tác trên một đơn vị thể tích của BXT; j: chỉ số ký hiệu thành phần khí j (j = 1 đối với CO, 2 đối với C3H6, 3 đối với CH4, 4 đối với H2, 5 đối với NO và 6 đối với O2);

): entanpi của phản ứng cháy và dấu “-” được tính cho phản ứng tỏa h: hệ số truyền nhiệt hDj: hệ số trao đổi chất Cj: nồng độ của khí j; (- nhiệt.

Giá trị entanpi của quá trình đốt cháy các khí thứ j được cho theo nghiên cứu [77, 89]

(3.61)

(3.62)

(3.63)

(3.64)

Bỏ qua các số hạng đạo hàm theo thời gian trong các công thức (3.53), (3.57) và (3.58) tức là:

, ,

Do đó, để xác định nồng độ khí theo thời gian và sự phân bố nhiệt độ trong BXT trong điều kiện khởi động lạnh của động cơ, ta phải giải hệ 6 phương trình sau:

(3.65)

(3.66)

(3.67)

(3.68)

(3.69)

Điều kiện biên Các điều kiện biên được xác định dựa trên các hiện tượng vật lý trong BXT. Tại mặt đầu vào của BXT, các thông số của dòng khí thải (vận tốc dòng khí thải, nhiệt độ khí thải, nồng độ các chất trong khí thải và nồng độ hơi nước) đã được lấy từ đầu ra của mô hình truyền nhiệt ống thải với vị trí BXT cách cửa thải 400 mm. Tại thời điểm ngay trước khi động cơ khởi động lạnh (thời gian t = 0), nhiệt độ thành của BXT bằng nhiệt độ môi trường xung quanh và không có nước lưu trữ trong đó. Do đó, các điều kiện biên là:

(3.70)

(3.71)

(3.72)

(3.73)

(3.74)

(3.75)

(3.76)

3.4.2.4 Hệ số trao đổi nhiệt và trao đổi chất Tương tự như các hiện tượng xảy ra trong ống thải, truyền nhiệt trong BXT bao gồm cả truyền nhiệt ở bề mặt ướt và truyền nhiệt ở bề mặt khô. Khi nhiệt độ của BXT là thấp hơn so với nhiệt độ bão hòa của hơi nước trong khí thải, khi đó xảy ra hiện tượng ngưng tụ hơi nước lên bề mặt của các lỗ của BXT và truyền nhiệt khi đó sẽ là truyền nhiệt với bề mặt ẩm ướt. Lúc này quá trình truyền nhiệt được tính toán tương tự như tính toán truyền nhiệt cho ống thải với bề mặt ướt và phương trình (3.5) được sử dụng. Tuy nhiên, khi nhiệt độ thành các lỗ của BXT vượt quá nhiệt độ điểm sương của hơi nước, hơi nước sẽ bốc hơi và khí thải, bề mặt các lỗ của BXT được làm khô khi đó truyền nhiệt trên bề mặt khô được tính toán. Các biểu thức tính toán về truyền nhiệt được lấy từ Baba [80]

(3.77)

Trong đó:

(3.78)

Hệ số trao đổi chất (hDj)

(3.79)

(3.80)

Hệ số khuếch tán Dj của khí thứ j được lấy từ nghiên cứu của Bird [90]:

(3.81)

Trong đó: a=2, 745.10-4; b = 2, 334.

3.4.2.5 Phương pháp giải mô hình

Dữ liệu đầu vào cho mô hình BXT bao gồm các thông số của khí thải như tốc độ dòng chảy, khối lượng, nhiệt độ, nồng độ của các chất ở cửa vào BXT, điều kiện biên và các thông số kỹ thuật của BXT. Thông số kỹ thuật của BXT được đưa ra trong bảng 3.2, trong đó các thông số chính cần thiết cho mô hình là kích thước, mật độ lỗ, độ dày thành, hàm lượng chất xúc tác và vật liệu cũng như đặc tính nhiệt của BXT.

Hệ phương trình được mô tả ở trên bao gồm 6 phương trình và 6 điều kiện , Tg, T s, Cgj và Csj (j=1, 6). Đây là những phương biên để giải cho 6 ẩn số là trình vi phân phi tuyến tính ngoại trừ phương trình (3.59) là một phương trình đại số phi tuyến tính điều chỉnh Tg, Ts, Cgi và Csi. Phương pháp sai phân hữu hạn được áp dụng để giải các phương trình này.

Đầu tiên, do sử dụng mô hình 1 chiều nên các thông số khí chỉ thay đổi theo hướng trục của BXT. Dựa trên tiêu chí ổn định được đưa ra bởi Thomas [91].

Trong đó là tính dẫn nhiệt của BXT.

Khi đó toàn bộ BXT được chia thành n đoạn bằng nhau theo phương hướng = 0.0025m)

trục của nó (trong trường hợp này là n = 24 với gia số không gian là bước thời gian được chọn ( =0.005 giây) để đảm bảo tiêu chí ổn định.

Các quá trình truyền nhiệt và trao đổi khối lượng trong một phân đoạn BXT và trong một bước thời gian được giả định là ổn định. Do đó các hoạt động của BXT được tính là một chuỗi các trạng thái gần như ổn định. Dựa trên các giả định trên, kết quả tại mỗi bước thời gian t, được đưa ra như sau:

Tại thời điểm ban đầu và . Nồng độ hơi nước tại mỗi bước

không gian được xác định từ Công thức (3.53) và điều kiện biên (3.71). Nhiệt độ khí Tg tại mỗi bước không gian được xác định từ Công thức (3.57) và phương trình điều kiện biên (3.73).

(3.82)

Trong đó ; là diện tích bề mặt truyền nhiệt của phân đoạn

BXT; là tốc độ dòng chảy của khí thải trong BXT.

Phương trình (3.68) thể hiện sự cân bằng khối lượng của mỗi loại khí thải j. ) của BXT cho ra mối tương quan về

Tích hợp phương trình này trên phân đoạn ( nồng độ khí như sau:

(3.83)

Trong đó

Phần mol n j của mỗi chất trên một đơn vị thể tích BXT là:

(3.84)

là thể tích của phân đoạn BXT.

Thay phương trình 3.83 vào phương trình 3.84 ta có:

(3.85)

Phương trình cân bằng khối lượng trở thành:

(3.86)

Trong đó: j chỉ số biểu thị cho loại khí j; M là khối lượng mol của khí thải. Phương trình (3.86) là một phương trình đại số phi tuyến tính, trong đó Rj là một hàm của Ts, i và Csj, i. Do đó, với điều kiện biên là phương trình (3.74), phương trình (3.84) cho tất cả các loại khí đã chọn j (j = 1, 6) chỉ chứa ẩn số Csj. Đây là một hệ thống gồm 6 phương trình đại số phi tuyến tính phụ thuộc lẫn nhau có thể được giải bằng cách sử dụng phương pháp Newton [92]. Nồng độ khí của mỗi chất được xác định từ phương trình. (3.81) với điều kiện biên là phương trình (3.74).

Trong bước thời gian tiếp theo,

được xác định từ công thức (3.66) với điều kiện biện là phương trình (3.72). Nhiệt độ bề mặt xúc tác Ts được xác định từ phương trình. (3.70) với điều kiện biên là phương trình (3.75) và phương trình (3.76) sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn [93] và tiêu chí ổn định bởi Thomas [91].

, , và Tính toán cho

trong bước thời gian tiếp theo được lặp lại theo cách tương tự như trong bước thời gian trước. Quy trình giải này được lặp lại cho toàn bộ bước không gian và bước thời gian của miền. Các phương trình được giải bằng ngôn ngữ lập trình FORTRAN để tìm ra tất cả giá trị các tham số quan tâm.

3.5 Kết quả mô phỏng

Việc tính toán các thông số nhiệt độ khí thải, nhiệt độ BXT và hàm lượng các chất phát thải cũng như hiệu quả xử lý của BXT theo các mô hình toán mô tả ở trên được thực hiện bằng phương pháp sai phân hữu hạn và được giải trên ngôn ngữ lập trình FORTRAN. Các thông số đầu vào gồm các thông số của động cơ được cho trong bảng 3.1 và 3.3, cùng các giả thiết, thông số điều kiện ban đầu và điều kiện biên được mô tả bên trên. Mô hình đã được hiệu chỉnh và đánh giá độ tin cậy dựa trên việc so sánh kết quả tính toán với thực nghiệm. Việc này được trình bày ở chương 4 thực nghiệm.

Dựa trên các kết quả thực nghiệm, các mô hình toán mô phỏng được hiệu chỉnh để đảm bảo các kết quả tính toán phù hợp với dữ liệu thực nghiêm đảm bảo mô hình đạt độ tin cậy yêu cầu.

Đề hiệu chỉnh mô hình truyền nhiệt trên đường ống thải, nhiệt độ khí thải trên đường ống thải được sử dụng làm thông số tham chiếu để hiệu chỉnh. Quá trình truyền nhiệt trên đường ống thải bị ảnh hưởng chủ yếu bởi hệ số truyền nhiệt. Do đó, để hiệu chỉnh mô hình truyền nhiệt trên đường thải ta có thể hiệu chỉnh hệ số truyền nhiệt thông qua việc lựa chọn các công thức tính Nu cho phù hợp. Hệ số truyền nhiệt h tỉ lệ thuận với Nu do đó khi nhiệt độ khí thải trên đường thải từ mô hình sai lệch so với thực nghiệm ta cần lựa chọn công thức tính Nu để đạt được hệ số truyền nhiệt h phù hợp.

Đề hiệu chỉnh mô hình BXT thì nhiệt độ khí thải, nồng độc các chất độc hại của khí thải ở cửa ra được sử dụng làm thông số tham chiếu để hiệu chỉnh mô hình. Độ chính xác của mô hình BXT được quyết định bởi tốc độ phản ứng tỏa nhiệt và quá trình truyền nhiệt của BXT. Để hiệu chỉnh mô hình BXT ta có thể hiệu chỉnh hệ số của hàm tốc độ phản ứng và hệ số truyền nhiệt để đảm bảo bộ thông số hiệu chỉnh của mô phỏng sát với thực nghiệm.

Hình 3.4 Phân bố nhiệt độ khí thải trên đường thải ở các chế độ làm việc ổn định

3.5.1 Nhiệt độ khí thải và BXT a) Nhiệt độ khí thải trong đường ống thải

Trong quá trình khí thải lưu động trong ống thải, năng lượng khí thải ở nhiệt độ cao truyền cho đường ống thải rồi truyền ra ngoài môi trường xung quanh. Khí thải mất nhiệt làm cho nhiệt độ của nó giảm dần dọc theo chiều dài của ống thải. Khi động cơ ở chế độ làm việc ổn định, nhiệt độ và lưu lượng khí thải ổn định. Nhiệt độ ống thải ở trạng thái cân bằng (ống thải nhận nhiệt từ khí thải và truyền nhiệt cho môi trường xung quanh, lượng nhiệt nhận vào bằng lượng nhiệt mất đi). Lúc này, không còn hơi nước trong đường ống thải. Tính toán quá trình truyền nhiệt

trên đường ống cho trường hợp này là truyền nhiệt với bề mặt khô. Hình 3.4 thể hiện trường nhiệt độ của khí thải trên đường ống thải theo các chế độ làm việc ổn định khác nhau. Nhiệt độ khí thải giảm dần dọc theo đường ống thải từ cửa thải của động cơ. Năng lượng khí thải mất mát trên đường thải giảm dần dọc theo chiều dài của nó làm cho tốc độ giảm nhiệt độ giảm dần. Tốc độ giảm nhiệt của khí thải phụ thuộc vào 2 yếu tố là chênh lệch nhiệt độ giữa khí với ống và lưu lượng của khí. Chênh lệch nhiệt độ càng cao thì mất nhiệt càng lớn và ngược lại. Lưu lượng khí thải càng cao thì mất nhiệt riêng càng nhỏ và ngược lại.

Chế độ không tải chuẩn có nhiệt độ khí thải tại cửa thải là nhỏ nhất đồng thời lưu lượng khí thải cũng là nhỏ nhất. tổng hợp lại, ta có mức tốc độ giảm nhiệt độ của khí thải ở trường hợp này là lớn nhất thể hiện bằng đường nhiệt độ của chế độ này có độ dốc lớn nhất. Ở chế độ không tải nhanh 2500 v/p và 10% tải 2500 v/p do chênh lệch về nhiệt độ và lưu lượng khí thải ở 2 chế độ này không nhiều (không tải nhanh có nhiệt độ thấp hơn và lưu lượng cũng thấp hơn) do đó tốc độ giảm nhiệt ở 2 trường hợp này gần như là bằng nhau. Ở chế độ toàn tải 7500v/p tổng hợp của 2 yếu tố là nhiệt độ và lưu lượng khí thải cao trong đó ảnh hưởng của yếu tố thứ 2 là mạnh mẽ hơn làm cho tốc độ giảm nhiệt độ ở chế độ toàn tải nhỏ hơn các trường hợp khác nên đường nhiệt ở chế độ này có độ dốc nhỏ hơn các chế độ khác.

Việc lựa chọn vị trí lắp đặt BXT ảnh hưởng rất lớn tới hiệu quả sấy nóng BXT ở chế độ khởi động lạnh và chạy ấm máy và mức độ quá nhiệt của BXT khi động cơ làm việc ở chế độ toàn tải. Lắp đặt BXT gần với cửa thải có thể tận dụng năng lượng khí thải để sấy nóng BXT trong giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy, tuy nhiên nhiệt độ và năng lượng nhiệt khí thải quá cao ở chế độ toàn tải có thể gây già hóa nhanh và hư hỏng cho BXT. Lắp BXT xa cửa thải có thể đảm bảo an toàn cho BXT không sợ bị quá tải chế độ toàn tải. Tuy nhiên, nhiệt độ và năng lượng khí thải ở chế độ khởi động lạnh và chạy ấm máy là rất thấp không có khả năng sấy nóng BXT tới nhiệt độ làm việc. Khi lựa chọn vị trí lắp đặt thì mức độ quá nhiệt của BXT khi động cơ làm việc toàn tải thường được ưu tiên lựa chọn. Tuổi thọ của BXT được đảm bảo khi nhiệt độ của khí thải đi vào không quá 923K [69].

Từ hình 3.4 ta có thể thấy, lựa chọn vị trí lắp BXT cách cửa thải 400 mm là hợp lý. Tại vị trí này nhiệt độ khí thải là 501K ở chế độ không tải chuẩn ổn định, 578K ở chế độ không tải nhanh ổn định, 630K ở chế độ 10% tải và 911K ở toàn tải. Như vậy, vị trí này vừa đảm bảo năng lượng khí thải ở chế độ không tải không quá nhỏ, vẫn có thể sấy nóng BXT vừa đảm bảo nhiệt độ khí thải đủ lớn ở tải nhỏ và không vượt quá giới hạn được khuyến cáo ở toàn tải.

Nhiệt độ khí thải trong ống thải ở các chế độ chuyển tiếp sau khởi động lạnh của động cơ (không tải chuẩn, không tải nhanh và 10%) được thể hiện tương ứng trên các hình 3.5, 3.6 và 3.7. Nhiệt độ này phụ thuộc vào nhiệt độ khí thải tại cửa thải và sự trao đổi nhiệt của khí thải trên đường thải. Cả 2 yếu tố này đều thay đổi theo thời gian kể từ khi bắt đầu khởi động lạnh nên nhiệt độ khí thải trong ống thải cũng vừa thay đổi theo thời gian vừa thay đổi dọc theo đường ống thải. Kết quả là nhiệt độ khí thải cuối ống thải trước khi vào BXT thấp hơn nhiều so với nhiệt độ tại cửa thải và tăng dần theo thời gian.

Hình 3.5 Nhiệt độ khí thải trên đường thải sau khởi động ở các thời điểm khác nhau với chế độ không tải chuẩn

Hình 3.5 mô tả đường nhiệt độ của khí thải dọc theo đường thải ở các thời điểm khác nhau sau khi khởi động lạnh ở chế độ không tải chuẩn. Tại thời điểm 10 giây sau khởi động lạnh, trên bề mặt đường thải vẫn tồn tại một lớp màng hơi nước mỏng, lớp màng này ngăn cản quá trình trao đổi nhiệt giữa khí thải và thành ống làm cho mất nhiệt từ khí thải cho thành ống giảm. Hiệu ứng này càng về cuối đường ống thải càng mạnh mẽ làm cho mất nhiệt càng giảm. Từ đó làm tốc độ giảm nhiệt của khí thải ở trường hợp này giảm, biểu thị bằng đường nhiệt độ có độ dốc nhỏ.

Hình 3.6 Nhiệt độ khí thải trên đường thải sau khởi động ở các thời điểm khác nhau với chế độ không tải nhanh

Từ giây thứ 20 trở đi hơi nước bay hơi hoàn toàn, truyền nhiệt là truyền nhiệt trên bề mặt khô. Càng về sau nhiệt độ đường thải càng tăng lên làm cho mất nhiệt càng giảm do đó tốc độ giảm nhiệt độ giảm xuống thể hiện bằng việc độ dốc của đường nhiệt độ giảm dần theo thời gian.

Hình 3.7 Nhiệt độ khí thải trên đường thải sau khởi động ở các thời điểm khác nhau với chế độ 10% tải 2500v/p

Hình 3.8 Nhiệt độ khí thải tại cửa thải và trước BXT ở các chế độ khác nhau từ khi khởi động lạnh

Hình 3.6, 3.7 mô tả đường nhiệt độ của khí thải dọc theo đường thải sau khi khởi động lạnh ở các thời điểm khác nhau với chế độ không tải nhanh và 10% tải. Đồ thị cho thấy rằng, diễn biến nhiệt độ ở 2 chế độ này tương tự như ở không tải chuẩn từ giây thứ 20 trở đi và có trị số cao hơn.

Hình 3.8 biểu diễn nhiệt độ của khí thải tại cửa thải và trước BXT ở các chế độ khác nhau từ khi khởi động lạnh. Sau khi khởi động lạnh, nhiệt độ khí thải tại cửa thải tăng nhanh ở những giây đầu tiên sau đó tăng dần đến nhiệt độ ổn định. Nhiệt độ khí tại cửa vào BXT tăng lên sau quá trình khởi động động cơ. Tuy nhiên tốc độ tăng nhiệt độ tại cửa vào của BXT chậm hơn so tại cửa thải. Nguyên nhân là do mất nhiệt nhiều khi động cơ mới khởi động lạnh. Tốc độ tăng nhiệt độ nhanh nhất là ở 10% tải 2500v/p và nhỏ nhất là ở chế độ không tải chuẩn.

Chênh lệch nhiệt độ khí tại cửa cửa thải và tại cửa vào BXT là khá lớn. Sự chênh lệch nhiệt độ này là do sự mất nhiệt trên đường ống thải. Để nâng cao nhiệt độ khí thải tại cửa vào BXT nhiều nghiên cứu đưa ra các giải pháp, nhằm giảm mất mát nhiệt, bằng cách quản lý nhiệt trên đường thải như: lắp BXT gần cửa thải, sử dụng ống thải 2 lớp, bọc cách nhiệt cho ống thải… b) Nhiệt độ lõi BXT khi không sấy

a b

Hình 3.9 Nhiệt độ khí thải đầu vào và nhiệt độ BXT trong giai đoạn khởi động lạnh

d c

Hình 3.9 thể hiện nhiệt độ khí thải tại cửa vào BXT và nhiệt độ trung bình của lõi BXT ở các chế độ khởi động lạnh và chạy ấm máy. Qua các đồ thị hình 3.9-a,b,c ta có thể thấy ở giai đoạn đầu của quá trình hoạt động của động cơ, sự chênh lệch nhiệt độ của lõi BXT với nhiệt độ khí thải đầu vào là khá lớn. Sự chênh lệch này là do BXT bằng kim loại nên quán tính nhiệt của nó lớn hơn nhiều chất khí, cần mất một thời gian nhất định để sấy nóng.

Tốc độ tăng nhiệt độ của lõi BXT là không cao mặc dù chênh lệch nhiệt độ giữa khí thải và lõi BXT là khá lớn. Nguyên nhân là do, khí thải mặc dù có nhiệt độ cao, nhưng bởi năng lượng của dòng khí thải quá thấp (do lưu lượng khí thải nhỏ) nên nhiệt lượng truyền cho BXT không nhiều đồng thời ở giai đoạn này các phản ứng xúc tác tỏa nhiệt bên trong lõi BXT còn ít dẫn tới nhiệt độ BXT tăng chậm.

Đồ thị hình 3.9-d so sánh nhiệt độ lõi BXT ở các chế độ khác nhau từ khi khởi động lạnh. Đồ thị cho thấy nếu xét mốc nhiệt độ bắt đầu làm việc hiệu quả của BXT ở 523K (250oC), nhiệt độ mà BXT chuyển đổi được 40-50% HC, thì ở chế độ 10% tải, nhiệt độ BXT đạt đến nhiệt độ làm việc hiệu quả sau 150 giây từ lúc khởi động lạnh. Như vậy với thói quen vận hành xe của người dân hiện nay (khởi hành ngay sau khi khởi động động cơ) thì phải sau 150 giây khởi hành xe BXT mới đạt tới nhiệt độ làm việc hiệu quả. Thời gian làm việc không hiệu quả 150” của BXT là quá

Hình 3.10 Nhiệt độ BXT ở các chế độ ổn định

dài. Ở các chế độ không tải chuẩn và không tải nhanh, BXT còn không đạt được nhiệt độ này trong thời gian khảo sát 200 giây.

Hình 3.10 thể hiện nhiệt độ của lõi BXT ở các chế độ làm việc ổn định khác nhau, theo đó nhiệt độ tại chế độ không tải chuẩn là rất thấp chỉ đạt 481K (so với nhiệt độ làm việc hiệu quả của BXT là 523K). Ở chế độ không tải nhanh trở lên, nhiệt độ ổn định của BXT đều lớn hơn nhiệt độ làm việc hiệu quả tối thiểu, đảm bảo BXT làm việc bình thường. Ở chế độ toàn tải, nhiệt độ lõi BXT đạt 905K, với nhiệt độ này BXT đảm bảo làm việc hiệu quả cao và vẫn đủ bền để làm việc lâu dài. c) Nhiệt độ lõi BXT khi có sấy bổ sung

Hình 3.11 Nhiệt độ lõi BXT ở chế độ không tải chuẩn với chiến lược sấy nóng 400W

Hình 3.11 thể hiện nhiệt độ trung bình của lõi BXT ở chế độ không tải chuẩn với chiến lược sấy nóng 400W. Qua hình 3.11 ta có thể thấy, ở chế độ không tải chuẩn do nhiệt độ khí thải rất thấp nên ngay sau khi BXT được sấy nóng, BXT mất nhiệt cho khí thải làm nhiệt độ của lõi BXT giảm xuống. Mặc dù nhiệt độ lõi BXT ở chế độ sấy lớn hơn nhiều so với không được sấy nhưng nhìn chung vẫn chưa đạt tới nhiệt độ làm việc hiệu quả (523K) trong thời gian nghiên cứu.

Hình 3.12 Nhiệt độ lõi BXT ở chế độ không tải chuẩn với chiến lược sấy nóng 200W

Hình 3.13 Nhiệt độ lõi BXT ở chế độ không tải nhanh với chiến lược sấy nóng 400W

Các đồ thị Hình 3.12 thể hiện nhiệt độ trung bình của lõi BXT ở chế độ không tải chuẩn với chiến lược sấy nóng 200W, thời gian dài hơn trường hợp sấy với công suất 400W. Các đồ thị cho thấy, dù sấy với thời gian dài nhất 50”, khi kết thúc quá trình sấy, nhiệt độ BXT vẫn chưa đạt tới nhiệt độ làm việc hiệu quả 523K. Lúc này nhiệt độ khí thải còn thấp nên nhiệt độ BXT lại giảm xuống rồi sau đó tăng theo độ tăng của nhiệt độ khí thải. Trong suốt thời gian khảo sát, nhiệt độ BXT chưa đạt tới nhiệt độ làm việc.

Hình 3.13 thể hiện nhiệt độ trung bình của lõi BXT ở chế độ không tải nhanh với chiến lược sấy nóng 400W, thời gian 10 giây, 20 giây, 30 giây. Qua hình 3.13 ta có thể thấy, ở các chế độ này nhiệt độ khí thải đã được cải thiện đáng kể so với không tải chuẩn nên ở cuối quá trình sấy, nhiệt độ BXT đã cao hơn. Đặc biệt là ở chế độ sấy 400W, 30 giây, kết thúc quá trình sấy nhiệt độ lõi BXT lớn hơn nhiệt độ khí thải, đạt đến 560K. Nếu so với nhiệt độ làm việc hoàn toàn hiệu quả 573K (300oC) thì chưa đạt, như nếu so với nhiệt độ bắt đầu làm việc hiệu quả 523K (250oC) thì đã vượt. Sau khi kết thúc quá trình sấy, lõi BXT mất nhiệt cho khí thải

Hình 3.14 Nhiệt độ lõi BXT ở chế độ không tải nhanh với chiến lược sấy nóng 200W

làm cho nhiệt độ của nó giảm xuống 525K rồi lại tăng theo nhiệt độ khí thải. Như vậy, có thể nói ở trường hợp sấy 400W, 30” ở chế độ không tải nhanh, nhiệt độ lõi BXT đạt được nhiệt độ làm việc hiệu quả sau 30 giây từ lúc khởi động lạnh.

Hình 3.15 Nhiệt độ lõi BXT ở chế độ 10% tải với chiến lược sấy nóng 400W

Hình 3.14 thể hiện nhiệt độ trung bình của lõi BXT ở chế độ không tải nhanh với chiến lược sấy nóng 200W, thời gian 30”, 40”, và 50”. Qua hình 3.14 ta có thể thấy, với thời gian sấy 50”, ở cuối quá trình sấy, nhiệt độ BXT cũng đạt đến nhiệt độ bắt đầu làm việc hiệu quả 523K và sau đó tăng theo nhiệt độ khí thải. Tức là, BXT duy trì được nhiệt độ làm việc hiệu quả từ giây thứ 50 trở đi.

Hình 3.15 thể hiện nhiệt độ trung bình của lõi BXT ở chế độ 10% tải với các chiến lược sấy nóng khác nhau ở công suất sấy 400W. Có thể thấy, ở chế độ 10% tải do nhiệt độ khí thải khá cao nên sau khi BXT được sấy nóng nhanh bằng dòng điện cao tần, lõi BXT tiếp tục được sấy nóng bằng nhiệt độ khí thải. Riêng trường hợp sấy nóng 400W sấy 30 giây, nhiệt độ lõi BXT đạt nhiệt độ bắt đầu làm việc

Hình 3.16 Nhiệt độ lõi BXT ở chế độ 10% tải với chiến lược sấy nóng 200W Hình 3.16 thể hiện nhiệt độ trung bình của lõi BXT ở chế độ 10% tải với chiến lược sấy nóng 200W thời gian 30”, 40” và 50”. Qua hình 3.16 ta có thể thấy, kết thúc quá trình sấy nóng BXT bằng dòng điện cao tần, lõi BXT tiếp tục được sấy nóng bằng nhiệt khí thải. Với thời gian sấy 50”, nhiệt độ BXT đạt nhiệt độ làm việc tại cuối quá trình sấy và sau đó tăng theo nhiệt độ khí thải, còn với thời gian sấy ngắn hơn, BXT đạt nhiệt độ làm việc hiệu quả sau 50”.

hiệu quả 523K sau 25s và tiếp tục tăng theo thời gian sấy đến 30” rồi sau đó tăng chậm theo nhiệt độ khí thải. Như vậy ở chế độ này BXT đạt nhiệt độ làm việc hiệu quả từ giây thứ 25 trở đi. Với thời gian sấy 20” và 10” thì BXT đạt nhiệt độ làm việc hiệu quả tương ứng sau 40” và 50”.

Như vậy, qua phân tích kết quả tính toán mô phỏng nhiệt độ BXT khi áp dụng các chiến lược sấy với công suất sấy 400W và 200W với các độ dài thời gian sấy khác nhau ở các chế độ làm việc khác nhau của động cơ có thể thấy để BXT đạt được nhiệt độ làm việc hiệu quả trong khoảng thời gian dưới 50” từ lúc khởi động lạnh thì nên áp dụng chiến lược sấy công suất sấy 400W trong thời gian 30” cho chế độ khởi động lạnh và chạy ấm máy không tải nhanh và chế độ khởi động lạnh 10% tải.

Ở các chiến lược sấy nóng khác, nhìn chung nhiệt độ lõi BXT đều không đạt tới nhiệt độ làm việc hiệu quả trong khoảng thời gian dưới 50 giây từ khi khởi động lạnh. 3.5.2 Hàm lượng các chất độc hại phía trước và sau BXT a) Hàm lượng khí thải trước và sau BXT khi không sấy bổ sung

Ở các chế độ khởi động lạnh và chạy ấm máy do nhiệt độ khí thải trên đường thải thấp nên quá trình oxy hóa CO và HC và khử NO trên đường thải là không đáng kể và như vậy hàm lượng các chất phát thải CO, HC và NO được coi là không thay đổi trên đường thải. Tức là, hàm lượng các chất phát thải tại cửa vào BXT bằng hàm lượng các chất phát thải tại cửa thải như đã trình bày ở trên.

Hình 3.17 mô tả diễn biến thay đổi của hàm lượng các chất độc hại trong khí thải phía trước và sau BXT ở chế độ không tải chuẩn theo thời gian từ lúc khởi động lạnh.

Hình 3.17 Hàm lượng các chất độc hại trong khí thải phía trước và sau BXT ở chế độ không tải chuẩn theo thời gian kể từ khi bắt đầu khởi động lạnh

Hình 3.18 Hàm lượng các chất độc hại trong khí thải phía trước và sau BXT ở chế độ không tải nhanh theo thời gian kể từ khi bắt đầu khởi động lạnh

Lúc đầu do nhiệt độ bộ xúc tác còn quá thấp, các phản ứng xúc tác trong BXT chưa diễn ra nên hàm lượng các chất độc hại không thay đổi khi qua BXT, các đường biểu diễn hàm lượng chất độc hại phía trước và sau BXT nằm chồng lên nhau. Sau đó khi nhiệt độ BXT tăng lên, các phản ứng oxy hóa CO, HC và khử NO bắt đầu diễn ra làm cho hàm lượng các chất độc hại giảm xuống đường biểu thị hàm lượng các chất độc hại phí sau BXT tách khỏi đường phía trước BXT và bắt đầu đi xuống. Tuy nhiên, do nhiệt độ BXT còn rất thấp, các phản ứng oxy hóa diễn ra không đáng kể do đó mặc dù hàm lượng CO, HC có giảm với mức độ nhỏ.

Hình 3.18 mô tả diễn biến của hàm lượng các chất độc hại trong khí thải, phía trước và sau BXT ở chế độ không tải nhanh theo thời gian kể từ lúc khởi động lạnh. Diễn biến hàm lượng các chất độc hại, phía trước và sau BXT tương tự như ở chế độ không tải chuẩn tuy nhiên lúc này các phản ứng trung hòa khí thải diễn ra mạnh mẽ hơn do đó các đường phía sau BXT tách khỏi đường phía trước và đi xuống với độ dốc cao hơn.

Hình 3.19 Hàm lượng các chất độc hại trong khí thải phía trước và sau BXT ở chế độ 10% tải theo thời gian kể từ khi bắt đầu khởi động lạnh

Hình 3.19 mô tả diễn biến của hàm lượng các chất độc hại trong khí thải phía trước và sau BXT ở chế độ 10% tải 2500 v/p theo thời gian kể từ khi bắt đầu khởi động lạnh. Hàm lượng các chất độc hại tại cửa vào BXT tương tự như ở cửa thải. Ban đầu, hàm lượng các chất độc hại phía sau BXT bằng phía trước BXT. Sau đó do nhiệt độ của bộ xúc tác tăng lên, BXT bắt đầu làm việc do đó, các chất độc hại được xử lý, hàm lượng của chúng giảm xuống. Về sau khi BXT đạt tới nhiệt độ nhất định, hiệu quả xử lý CO và NO tiệm cận tới một giá trị nhất định do đó hàm lượng phát thải CO và NO là ổn định.

Hình 3.20 So sánh hàm lượng phát thải CO trước và sau BXT ở các chế độ ổn định của động cơ

Qua những phân tích ở trên có thể thấy rằng hàm lượng phát thải độc hại trong giai đoạn không tải và khởi động lạnh là khá lớn. Đặc biệt trong khoảng 50 giây đầu sau khởi động lạnh, hàm lượng CO, HC và NO phía sau BXT khi nó chưa được sấy nóng bổ sung là khá lớn cần có biện pháp để giảm các thành phần độc hại này.

Hình 3.21 So sánh hàm lượng phát thải HC trước và sau BXT ở các chế độ ổn định của động cơ

Hình 3.20 thể hiện sự so sánh nồng độ phát thải CO ở các chế độ làm việc ổn định của động cơ. Qua đồ thị có thể thấy khi động cơ làm việc ổn định thì ở tất cả các chế độ hàm lượng CO thải đều giảm tuy nhiên mức độ giảm ở chế độ không tải chuẩn là nhỏ nhất do nhiệt độ BXT chưa đạt tới nhiệt độ làm việc hiệu quả. Ở chế độ toàn tải và 10% tải, do nhiệt độ BXT được sấy nóng đến nhiệt độ làm việc hiệu quả do đó mức giảm CO là rất lớn.

Hình 3.22 So sánh hàm lượng phát thải NOx trước và sau BXT ở các chế độ ổn định của động cơ

Hình 3.21 so sánh nồng độ phát thải HC ở các chế độ làm việc ổn định của động cơ. Tương tự như CO, ở chế độ không tải chuẩn do nhiệt độ BXT chưa đạt tới nhiệt độ làm việc hiệu quả nên mức giảm HC không nhiều. Ở chế độ toàn tải và 10% tải, do nhiệt độ BXT được sấy nóng đến nhiệt độ làm việc hiệu quả do đó mức giảm HC là rất lớn.

Hình 3.22 thể hiện sự so sánh nồng độ phát thải NOx ở các chế độ làm việc ổn định của động cơ. Tương tự như CO và HC, mức độ giảm NOx ở chế độ không tải là nhỏ nhất và ở chế độ toàn tải là lớn nhất.

Hình 3.23 Hàm lượng các chất độc hại trong khí thải phía trước và sau BXT ở chế

độ không tải chuẩn sấy 400W, 30 giây

b) Hàm lượng khí thải trước và sau BXT khi có sấy bổ sung

Hình 3.24 Hàm lượng các chất độc hại trong khí thải phía trước và sau BXT ở chế

độ không tải nhanh sấy 400W, 30 giây

Hình 3.23 thể hiện hàm lượng CO, HC và NO phía trước và sau BXT ở chế độ không tải chuẩn ở trường hợp sấy nóng 400W, 30 giây. Hàm lượng NO trong giai đoạn đầu sau khởi động lạnh là không thay đổi, do nhiệt độ BXT chưa đạt tới nhiệt độ xúc tác khử NO về sau nhiệt độ BXT tăng lên quá trình xúc tác khử NO xảy ra do đó hàm lượng chất này giảm xuống. Hàm lượng CO và HC không đổi trong 20 giây đầu tiên, sau đó giảm mạnh do BXT được sấy đến nhiệt độ oxy hóa CO và HC. Sau đó hàm lượng CO và HC tăng nhanh do lúc này nhiệt độ BXT giảm mạnh (hình 3.11). Về sau nhiệt độ BXT tăng lên tiệm cận nhiệt độ khí thải, phản ứng oxy hóa CO và HC diễn ra do đó hàm lượng CO, HC giảm. Tuy nhiên mức độ giảm không nhiều do lúc này nhiệt độ BXT chưa đạt tới nhiệt độ làm việc hiệu quả.

Hình 3.24 thể hiện hàm lượng CO, HC và NO phía trước và sau BXT ở chế độ không tải nhanh ở trường hợp sấy nóng 400W, 30 giây. Hàm lượng CO, HC và NO

Hình 3.25 Hàm lượng các chất độc hại trong khí thải phía trước và sau BXT ở chế độ 10% tải sấy 400W, 30 giây

trong khoảng 20 giây đầu sau khởi động lạnh là không thay đổi, do nhiệt độ BXT chưa đạt tới nhiệt độ làm việc nên hàm lượng các chất này không thay đổi khi qua BXT. Ở những giây tiếp theo do BXT tiếp tục được sấy nóng, nó bắt đầu làm việc do đó hàm lượng các chất này giảm mạnh, mức giảm lớn nhất tại 30 giây sau khởi động sau đó hàm lượng các chất này tăng lên một chút do lúc này nhiệt độ BXT giảm nhẹ. Cuối cùng hàm lượng các chất này giảm dần do BXT được khí thải sấy nóng. Trong trường hợp này có thể thấy BXT làm việc hiệu quả sau 30” từ lúc khởi động lạnh.

Hình 3.26 Hiệu quả xử lý của BXT ở chế độ không tải chuẩn khi chưa được sấy nóng bổ sung

Hình 3.25 thể hiện hàm lượng CO, HC và NO phía trước và sau BXT ở chế độ 10% tải ở trường hợp sấy nóng 400W, 30 giây. Hàm lượng CO, HC và NO trong khoảng 20 giây đầu sau khởi động lạnh là không thay đổi, do nhiệt độ BXT chưa đạt tới nhiệt độ làm việc. Do được sấy nóng bằng dòng cao tần nên nhiệt độ BXT tăng nhanh tới nhiệt độ làm việc ở những giây tiếp theo, các chất độc hại được xử lý làm cho hàm lượng các chất này giảm mạnh. 3.5.3 Hiệu quả xử lý của BXT a) Không sấy nóng bổ sung

Hình 3.27 Hiệu quả xử lý của BXT ở chế độ không tải nhanh khi chưa được sấy nóng bổ sung Hình 3.27 cho ta thấy rằng ở khoảng 130 giây đầu tiên ở chế độ không tải nhanh hiệu quả xử lý CO, HC và NO bằng không. Sau đó bắt đầu làm việc tuy nhiên hiệu quả xử lý lúc này còn rất thấp. Bộ xúc tác được coi chính thức làm việc hiệu quả tại 270 giây sau khởi động lạnh khi mà hiệu quả xử lý HC đạt 50%.

Hình 3.28 Hiệu quả xử lý của BXT ở chế độ 10% tải khi chưa được sấy nóng bổ sung Hình 3.28 thể hiện hiệu quả chuyển đổi CO, HC, NOx ở chế độ 10% tải của động cơ sau khởi động lạnh khi không sấy nóng bổ sung. Đồ thị cho thấy ở khoảng 100 giây đầu tiên hiệu quả xử lý CO, HC và NO bằng không, tức BXT chưa làm việc. Sau đó hiệu quả xử lý tăng dần và đạt 50% chuyển đổi HC tại 170 giây từ lúc khởi động lạnh. BXT được coi là làm việc hiệu quả tại thời điểm này.

Hình 3.26 cho ta thấy rằng ở chế độ không tải chuẩn, trong 300 giây sau khởi động lạnh do nhiệt độ khí thải quá thấp không thể sấy ấm BXT tới nhiệt độ làm việc do đó trong suốt thời gian này BXT hầu như chưa làm việc.

Qua các phân tích ở trên có thể thấy, khi bộ xúc tác không được sấy nóng bổ sung, ở chế độ 10% tải BXT sớm làm việc nhất nhưng cũng phải mất tới 170 giây để đưa BXT tới trạng thái hoạt động.

Hình 3.29 Thể hiện hiệu quả trung hòa khí thải ở các chế độ làm việc ổn định khác nhau của động cơ. Qua đồ thị có thể thấy, khác với các chế độ khởi động lạnh

Hình 3.29 Hiệu quả trung hòa khí thải của BXT ở các chế độ ổn định của động cơ Qua những phân tích ở trên có thể thấy rằng hiệu quả xử lý của BXT là khá cao ở các chế độ ổn định. Tuy nhiên, trong quá trình khởi động lạnh và chạy ấm máy, đặc biệt là ở 50 giây đầu tiên sau khởi động lạnh, khi mà phát thải từ động cơ là lớn nhất thì bộ xúc tác lại hầu như không làm việc do nhiệt độ thấp. Do đó, cần có biện pháp sấy nóng BXT trong giai đoạn này để tăng hiệu quả xử lý của BXT. Khi giải quyết được vấn đề phát thải lớn ở chế độ khởi động lạnh thì trang bị BXT sẽ là phương án có hiệu quả rất tốt để giảm phát thải cho xe máy. b) Có sấy nóng bổ sung

Hình 3.30 Hiệu quả trung hòa khí thải của BXT ở chế độ không tải chuẩn khi sấy 400W, 30 giây

và chạy ấm máy, ở chế độ ổn định, hiệu quả chuyển đổi CO, HC, NOx của BXT khá cao. Tuy nhiên, ở chế độ không tải chuẩn ổn định hiệu quả chuyển đổi HC mới chỉ đạt 35%, thấp hơn nhiều so với mức được coi là hoạt động hiệu quả 50%. Còn các chế độ khác BXT đều hoạt động hiệu quả.

Hình 3.31 Hiệu quả trung hòa khí thải của BXT ở chế độ không tải nhanh khi sấy 400W, 30 giây Hình 3.31 thể hiện hiệu quả trung hòa khi BXT được sấy nóng với công suất sấy nóng 400W và thời gian sấy nóng 30 giây ở chế độ không tải nhanh. Ở chế độ này, BXT bắt đầu làm việc sau khi sấy 20 giây, sau đó hiệu quả trung hòa HC tăng nhanh đến 60% ở cuối giai đoạn sấy 30”. Sau khi kết thúc quá trình sấy nóng, hiệu quả chuyển đổi giảm một chút rồi từ từ tăng nên có thể nói với chiến lược sấy này, BXT đạt hiệu quả sau 30” từ lúc khởi động lạnh.

Hình 3.32 Hiệu quả trung hòa khí thải của BXT ở chế độ 10% tải khi sấy 400W, 30 giây

Hình 3.30 thể hiện hiệu quả trung hòa khi BXT được sấy nóng với công suất sấy nóng 400W và thời gian sấy nóng 30 giây ở chế độ không tải chuẩn. Ở chế độ này, hiệu quả trung hòa của BXT tăng nhanh ở 20 giây, đạt đỉnh 50% chuyển đổi HC ở 30 giây sau đó giảm mạnh đến 0 và sau khoảng 17” thì lại bắt đầu tăng và chỉ đạt hiệu quả chuyển đổi HC khoảng 12% sau 300”. Từ 50 đến 150 giây hiệu quả trung hòa bằng 0 do nhiệt độ BXT giảm xuống dưới nhiệt độ làm việc. Như vậy, có thể nói sấy bổ sung trong 50” không cải thiện được hiệu quả của BXT ở chế độ không tải chuẩn.

Hình 3.32 thể hiện hiệu quả trung hòa khi BXT được sấy nóng với công suất sấy nóng 400W và thời gian sấy nóng 30 giây ở chế độ 10% tải. Có thể thấy, hiệu quả trung hòa HC tăng nhanh từ giây thứ 20, đạt 50% ở giây thứ 25, đạt đỉnh 70% ở giây thứ 30 ở cuối giai đoạn sấy, sau đó giảm một chút xíu do BXT mất nhiệt cho khí thải rồi lại tăng dần đến trên 95% ở cuối khoảng thời gian khảo sát 300”. Như vậy, với chiến lược sấy ở chế độ này, BXT làm việc hiệu quả ngay từ giây thứ 25 từ lúc khởi động lạnh và tiếp tục tăng cao sau khi đã dừng sấy.

Hình 3.33 Hiệu quả trung hòa HC ở chế độ không tải chuẩn với chiến lược sấy nóng 400W Hình 3.33 thể hiện hiệu quả trung hòa HC ở chế độ không tải chuẩn với các chiến lược sấy nóng 400W. Qua hình vẽ ta có thể thấy ở chế độ không tải chuẩn hiệu quả trung hòa HC ở tất cả các trường hợp đều thấp. Ở 50 giây đầu, các chiến lược sấy với thời gian 10”, 20” hầu như cho hiệu quả bằng 0. Trường hợp sấy 400W 30 giây mang lại hiệu quả cao nhất nhưng cũng chỉ đạt 50 % tại giây thứ 30 trong vài giây rồi giảm xuống 0. Hiệu quả trung bình trong thời gian chạy không tải 300” chỉ đạt vài phần trăm.

Để có cái nhìn tổng thể về ảnh hưởng của các chiến lược sấy đến hiệu quả chuyển đổi của BXT, dưới đây trình bày hiệu quả chuyển của BXT với các chiến lược sấy khác nhau. Ở giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy của động cơ xăng thì thành phần HC là đáng kể và được quan tâm nhiều nhất và khó chuyển đổi hơn CO nên một khi BXT đã chuyển đổi được HC thì nghĩa là CO cũng được chuyển đổi và với hiệu quả còn cao hơn hiệu quả chuyển đổi HC [13]. Do đó, để đánh giá ảnh hưởng của sấy bổ sung BXT đến hiệu quả chuyển đổi của BXT để đưa ra chiến lược sấy nóng hợp lý nhất sẽ chỉ cần tập trung nghiên cứu hiệu quả xử lý thành phần HC của BXT với các chiến lược sấy nóng khác nhau là đủ.

Hình 3.34 Hiệu quả trung hòa HC ở chế độ không tải chuẩn với chiến lược sấy nóng 200W Hình 3.34 thể hiện hiệu quả trung hòa HC ở chế độ không tải chuẩn với các chiến lược sấy nóng 200W. Có thể thấy hiệu quả chuyển đổi còn thấp hơn các chiến lược sấy với công suất 400W.

Hình 3.35 Hiệu quả trung hòa HC ở chế độ không tải nhanh với chiến lược sấy nóng 400W Hình 3.35 thể hiện hiệu quả trung hòa HC ở chế độ không tải nhanh với các chiến lược sấy nóng 400W. Trường hợp sấy nóng với 400W 30 giây có được hiệu quả trung hòa tốt nhất khi hiệu quả trung hòa đạt 63% ở giây thứ 30 mặc dù sau đó có giảm một chút nhưng lại tăng trở lại và vượt 85% ở giấy thứ 300 cuối giai đoạn khảo sát. Có thể nói BXT làm việc hiệu quả từ giây thứ 30 trở đi.

Qua hình 3.33 và 3.34 ta có thể thấy rằng việc sấy nóng BXT trong 50” không mang lại hiệu quả ở chế độ không tải chuẩn.

Hình 3.36 Hiệu quả trung hòa HC ở chế độ không tải nhanh với chiến lược sấy nóng 200W Hình 3.36 thể hiện hiệu quả trung hòa HC ở chế độ không tải nhanh với chiến lược sấy nóng 200W. Các chiến lược sấy này công suất sấy nhỏ hơn nhưng thời gian dai hơn chiến các chiến lược sấy 400W, có thể thấy hiệ quả chuyển đổi của BXT kém hơn các chiến lược 400W.

Hình 3.37 Hiệu quả trung hòa HC ở chế độ 10% tải với chiến lược sấy nóng 400W

Qua các phân tích hiệu quả chuyển đổi của BXT có sấy nóng ở chế độ không tải nhanh có thể thấy rằng hiệu quả của việc sấy nóng BXT khá tốt. Chiến lược sấy 400W 30 giây giúp BXT bắt đầu hoạt động hiệu quả từ giây thứ 30. So với không sấy, chiến lược này đã rút ngắn thời gian BXT làm việc kém hiệu quả từ 230” xuống 30” và đạt hiệu quả chuyển đổi cao 85% so với 60% ở cuối giai đoạn khảo sát 300”.

Hình 3.37 thể hiện hiệu quả trung hòa HC ở chế độ 10% tải với chiến lược sấy nóng 400W. Qua hình vẽ ta có thể thấy ở chế độ 10% tải hiệu suất trung hòa HC ở tất cả các trường hợp đều khá tốt. Trường hợp sấy nóng với 400W 30 giây có được hiệu quả trung hòa tốt nhất khi hiệu quả trung hòa đạt 70% ở giây thứ 30 sau đó giảm nhẹ rồi tiếp tục tăng. Nhìn chung BXT làm việc hiệu quả từ giây 25 trở đi.

Hình 3.38 Hiệu quả trung hòa HC ở chế độ 10% tải với chiến lược sấy nóng 200W Hình 3.38 thể hiện hiệu quả trung hòa HC ở chế độ 10% tải với chiến lược sấy nóng 200W. Có thể thấy ở chế độ 10% tải hiệu suất trung hòa HC khá tốt sau 50”. Tuy nhiên ở 50 giây đầu, hiệu quả rất nhỏ.

Qua những phân tích đánh giá hiệu quả trung hòa HC ở các chế độ hoạt động khác nhau của động cơ, sau khi khởi động lạnh, có thể thấy rằng ở chế độ không tải chuẩn hiệu quả trung hòa khí thải khi sấy nóng BXT là không cao. Tuy nhiên ở chế độ không tải nhanh và đặc biệt là ở chế độ 10% tải hiệu quả trung hòa khí thải đạt được là khá lớn ở trong 50 giây đầu tiên của quá trình khởi động lạnh. Cụ thể là chiến lược sấy 400W, 30” ở chế độ không tải nhanh đạt hiệu quả ở 30” trong khi chiến lược sấy 400W, 30” ở chế độ 10% tải đạt hiệu quả cao ở giây thứ 25 trở đi. 3.6 Kết luận chương 3

Đã xây dựng và phát triển thành công mô hình mô phỏng hệ thống thải xe máy Honda Lead trang bị BXT được sấy nóng bằng dòng điện cao tần để nghiên cứu hiệu quả BXT trong giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy và đã rút ra được các kết luận như sau:

- Vị trí hợp lý lắp BXT là cách cửa thải 400 mm, đảm bảo tận dụng năng lượng dòng khí thải ở các chế độ không tải và tải nhỏ, đồng thời không bị quá tải nhiệt ở chế độ toàn tải;

- Hiệu quả chuyển đổi của BXT trong giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy khá thấp, BXT hoàn toàn không làm việc trong 100” từ lúc khởi động lạnh.

- Việc sấy nóng bổ sung BXT không cải thiện đáng kể hiệu quả chuyển đổi ở chế độ khởi động lạnh và chạy ấm máy không tải chuẩn của động cơ nhưng rất hiệu quả ở chế độ khởi động lạnh không tải nhanh và đặc biệt hiệu quả ở chế độ 10% tải sau khởi động lạnh.

- Chiến lược sấy 400W, 30” ở chế độ không tải nhanh và 10% tải là phù hợp để tăng hiệu quả chuyển đổi của BXT. Chiến lược sấy 400W, 30” ở chế độ không tải nhanh giúp rút ngắn thời gian BXT làm việc kém hiệu quả từ 230” xuống 30” và đạt hiệu quả chuyển đổi cao 85% so với 60% ở cuối giai đoạn khảo sát 300”so với không sấy. Ở chế độ 10% tải, chiến lược sấy 400W, 30” giúp rút ngắn thời gian BXT hoạt động không hiệu quả từ 165” xuống 25”

CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

4.1 Mục đích thí nghiệm

- Đo, xác định một số thông số của động cơ theo thời gian thực (tốc độ, lamda, lượng tiêu hao nhiên liệu…) trong giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy để làm thống số vào cho các mô hình mô phỏng.

- Đo, xác định các thông số của khí thải (nhiệt độ, lưu lượng và thành phần khí thải tại cửa thải của động cơ, nhiệt độ và thành phần khí thải trước và sau BXT khi không sấy và có sấy BXT) và nhiệt độ lõi BXT theo thời gian thực trong quá trình khởi động lạnh và chạy ấm máy của động cơ để làm số liệu tham chiếu cho việc hiệu chỉnh các mô hình mô phỏng.

- Đo hàm làm lượng phát thải các chất độc hại theo chu trình thử khi có sấy và không sấy BXT nhằm đánh giá hiệu quả của chiến lược sấy nóng BXT bằng dòng điện cao tần đến phát thải của động cơ. 4.2 Trang thiết bị phục vụ thí nghiệm 4.2.1 Băng thử xe máy CD20 (Chassis dynamometer 20’’) 4.2.1.1 Giới thiệu

Thiết bị phân tích khí thải CEBII

Hệ thống lấy mẫu CVS

Băng thử chassis Dynamometer 20’’ do hãng AVL cung cấp, có chức năng thử nghiệm và kiểm tra xe ở các chế độ mô phỏng như quá trình thử nghiệm thực tế. Qua đó giúp cho quá trình nghiên cứu cải tiến xe máy và động cơ được dễ dàng.

Băng thử xe máy CD20”

Hình 4.1. Sơ đồ hệ thống thử nghiệm

Cân nhiên liệu AVL 733S

Băng thử gồm một động cơ điện công suất 23,9 kW dẫn động con lăn thông qua hộp số làm liền động cơ. Con lăn của băng thử có đường kính 20’’(508 mm), bề mặt con lăn được phủ một lớp tạo ma sát để dễ dàng dẫn động bánh xe máy, trên trục con lăn có gắn cảm biến đo tốc độ động cơ. Vì trục con lăn chính là trục động cơ điện cho nên từ tốc độ con lăn ta có thể xác định được tốc độ xe.

Bánh đà và đĩa phanh (phanh hơi) được gắn trên trục động cơ và con lăn có nhiệm vụ tích lũy năng lượng. Qua đó ổn định quá trình chạy của xe, giúp người lái theo chu trình thử được dễ dàng giảm tối thiểu các lỗi vượt ra ngoài miền dung sai cho phép của đường thử. Trên động cơ chính còn có cơ cấu đo lực dùng nguyên lý phanh điện xoay chiều.

Xe được giữ trên băng thử bằng cơ cấu kẹp bánh xe sử dụng khí nén, với áp suất nén 4, 5→10 bar. Nó có tác dụng giữ chặt xe trong suốt chu trình thử để đảm bảo cho người vận hành.

Quạt gió được gắn liền với băng thử nên có khả năng tạo ra tốc độ gió thay đổi theo tốc độ con lăn trên băng thử có tác dụng làm mát đông cơ trong quá trình thử nghiệm. 4.2.1.2 Sơ đồ hệ thống

Hình 4.2 Sơ đồ tổng quát của băng thử

Sơ đồ hệ thống băng thử được thể hiện trên hình 4.2. Quá trình thử nghiệm được giám sát trên giao diện phần mền MMI, các thông số tốc độ, lực kéo, công suất được hiển thị tức thời, ngoài ra người vận hành có thể theo dõi các thông số của quá trình thử nghiệm trên thiết bị điều khiển từ xa.

Băng thử xe máy có thể thực hiện được các chức năng chính sau: - Xác định tốc độ của xe. - Xác định lực tại bề mặt con lăn. - Xác định gia tốc và công suất của xe. - Mô hình hóa tải trọng trên đường trên băng thử. Ngoài ra băng thử còn kết hợp với hệ thống phân tích khí thải để phân tích thành phần khí thải động cơ.

Băng thử CD20’’ được điều khiển bằng phần mềm Zoller thông qua giao diện người máy MMI.

4.2.2 Tủ phân tích khí thải CEBII và các bộ phân tích 4.2.2.1 Nguyên lý làm việc của bộ phân tích CO

Hình 4.3 Sự ảnh hưởng của H2O tới kết quả đo CO

CO hấp thụ bức xạ hồng ngoại ở bước sóng khoảng 4, 7 µm vì thế sự có mặt và nồng độ của CO có thể xác định bởi sự giãn nở của CO tại buồng đo khi có tia hồng ngoại đi qua.

Khi cần đo lượng CO có trong khí mẫu, khí mẫu được đưa vào buồng (4). Sau đó cho đốt đèn hồng ngoại (1). Tia hồng ngoại đi qua buồng (4) và buồng (8), do buồng (4) có CO nên một phần tia hồng ngoại bị hấp thụ, còn buồng (8) chỉ có chứa N2 vì vậy tia hồng ngoại đi qua hoàn toàn. Để lượng hồng ngoại đi qua hai buồng là như nhau đĩa (3) được điều khiển quay, trên đĩa (3) có xẻ các rãnh sao cho thời gian cho tia hồng ngoại qua rãnh trong và rãnh ngoài là bằng nhau. Sau khi đi qua hai buồng (4) và (8), tia hồng ngoại tới buồng (5) và buồng (7). Trong hai buồng này có chứa toàn CO, lúc này tia hồng ngoại 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 thì chùm tia hồng ngoại đi qua buồng (4) đã bị hấp thụ một phần tại đó vì vậy sự hấp thụ tia hồng ngoại tại buồng (5) ít hơn buồng (7) do đó có sự chênh lệch áp suất giữa hai buồng. Sự chênh lệch áp suất này làm cho màng cao su bị cong, tiến hành đo độ cong có thể tính được độ chênh lệch áp suất. Qua tính toán chênh lệch áp suất sẽ biết được lượng CO đã hấp thụ tia hồng ngoại. Lượng CO đó chính là lượng CO có trong khí thải.

Khi đo CO trong khí thải bằng phương pháp hồng ngoại phải tính đến các điều kiện gây sai số. Đặc biệt là sự hấp thụ của nước. Vì vậy phải có biện pháp hiệu chỉnh giá trị đo. Thông thường hiệu chỉnh giá trị đo bằng cách lọc hết nước hoặc quy định giá trị ảnh hưởng của nước trong các khoảng đo. 4.2.2.2 Nguyên lý làm việc của bộ phân tích NO và NOx

100

Cấu tạo của hệ thống đo NO và NOx: 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. 2: Bộ phận chuyển đổi NO2 thành NO. 3: Buồng phản ứng đo NOx có các đường dẫn khí ôzôn và khí mẫu.

Hình 4.4 Sơ đồ cấu tạo của bộ phân tích NO và NOx.

4: Buồng phản ứng đo NO có các đường dẫn khí ôzôn và khí mẫu. 5: Bộ phận hủy ôzôn trước khi đưa ra ngoài môi trường. 6: Bộ phận đo cường độ sáng.

Nguyên tắc hoạt động: Thiết bị hoạt động dựa vào hiện tượng khí quang hóa để xác định hàm lượng NO và 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: NO + O3 = NO2* + O2

Không khí được đưa vào một đường và được cho qua bộ tạo ôzôn, O2 trong không khí được tạo thành O3 nhờ tia lửa điện và được đưa đến buồng phản ứng.

Để đo lượng NO có trong khí thải, khí thải được đưa trực tiếp vào buồng phản ứng. Trong buồng phản ứng có O3 vì vậy một phần NO có trong khí thải mẫu sẽ phản ứng với O3 và tạo ra NO2*, NO2 hoạt tính tồn tại không lâu trong điều kiện bình thường vì vậy nó sẽ tự động chuyển 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 thải mẫu.

Để đo lượng NOx có trong khí thải mẫu, cho tất cả khí thải mẫu đi qua một bộ chuyển đổi từ NO2 thành NO. Phần lớn NO2 chuyển đổi thành NO, sau đó tất cả khí thải đã qua chuyển đổi được đưa tới buồng phản ứng. Tương tự như với NO, trong buồng phản ứng một lượng NO có trong khí thải sẽ phản ứng với O3 và tạo thành NO2 hoạt tính. NO2 hoạt tính có năng lượng cao sẽ chuyển về mức năng lượng thấp và phát ra ánh sáng, căn cứ vào cường độ ánh sáng thu được ta tính ra được lượng NOx có trong khí thải.

101

Trong tất cả các phản ứng của bộ phân tích NO và NOx đều xảy ra với hiệu suất nhất định. Do đó để biết được chính xác lượng chất NO và NOx có trong khí thải ta phải xác định được hiệu suất của phản ứng. Muốn vậy ta phải biết được

lượng chất tham gia phản ứng. Chính vì vậy trong hệ thống CEBII có một bộ phận đo hiệu suất phản ứng tạo O3 và hiệu suất phản ứng tạo NO. 4.2.2.3 Nguyên lý làm việc của hệ thống đo CnHm

Hệ thống đo HC dựa vào hiện tượng khí hydrocacbon (CnHm) cháy trong môi trường đặc biệt sẽ tạo ra các ion. Đo lượng ion qua đó có thể xác định được lượng HC.

Hình 4.5 Sơ đồ cấu tạo hệ thống đo CnHm.

Cấu tạo của hệ thống đo CnHm:

Hệ thống đo HC có sơ đồ nguyên lý như hình vẽ, bao gồm các thành phần sau: 1. Hệ thống có ba đường dẫn khí vào. Một là đường dẫn khí mẫu vào, hai là đường dẫn khí cháy (hỗn hợp H/He), ba là đường khí tạo môi trường cháy.

2. Một buồng phản ứng có gắn cảm biến nhiệt độ. 3. Một bộ đánh lửa để sinh tia lửa mồi. 4. Một cặp cực điện được nối với một bộ khuếch đại và một bộ đo điện áp. 5. Một bộ cảm biến nhiệt độ PT100 6. Một bộ bơm khí nén tạo độ chân không để hút khí cháy ra. Nguyên lý hoạt động: Khí mẫu cần đo được đưa vào hệ thống với áp suất 580 mbar và lưu lượng 1500 l/h. Nó được hòa trộn với khí cháy (hỗn hợp H2/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 được trộn với nhau và đưa vào buồng cháy với áp suất là 680 mbar.

102

Trong buồng phản ứng hỗn hợp khí (20% O2, 80% N2) được bơm vào làm môi trường 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 về hai bản cực và tạo thành dòng điện trong mạch. Dòng điện được khuếch đại khi đi qua bộ khuếch 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 được sinh 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 trong khí mẫu.

Hình 4.6 Đồng hồ đo nhiệt độ kiểu tiếp xúc

Khi đo lượng HC có trong khí thải động cơ, các điều kiện đo rất được chú ý. Áp suất đầu vào phải đảm bảo chính xác, lưu lượng phải vừa đủ. Có như vậy thì quá trình đo mới đúng. Hệ thống sẽ đánh lửa 10 lần, trong 10 lần đó mà các điều kiện không đảm bảo thì hệ thống sẽ không đo được. Sau 10 lần đánh lửa mà không đo được thì hệ thống sẽ dừng lại và yêu cầu có sự kiểm tra sửa chữa. 4.2.3 Thiết bị đo nhiệt độ Đồng hồ đo nhiệt độ tiếp xúc bề mặt TM-902C

• Khoảng đo nhiệt độ: -50 0 C ~ 1300℃ (-580F ~ 23720F) • Độ phân giải: 1°C • Độ chính xác:

0℃ đến 500℃: ± (0.75% +1℃) 500℃ đến 750℃: ± (1% +1℃) 0℃ đến 20℃, ± 2℃ -20℃ đến -40℃ ± 3℃

Để lưu trữ kết quả đo nhiệt độ ta sử dụng một modul chuyển đổi các tín hiệu

103

analog sang tín hiệu số. Mô đun có 2 đầu, 1 đầu kết nối với cảm biến nhiệt độ, 1 đầu kết nối với máy tính. Quá trình đo, ghi kết quả lên máy tính được hiệu chỉnh thông qua việc so sánh với kết quả đo nhiệt độ tại đồng hồ hiển thị nhiệt độ đo.

4.2.4 Đo lưu lượng khí thải

Lưu lượng khí thải được tính toán thông qua lượng nhiên liệu tiêu thụ và hệ số dư lượng không khí λ. Hệ số dư lượng được xác định bằng cảm biến λ lắp trên đường thải của động cơ. Lượng nhiên liệu tiêu thụ được xác định thông qua độ rộng tia phụn, sơ đồ nguyên lý đo lượng nhiên liệu tiêu thụ được thể hiện trên hình 4.7.

Hình 4.7 Sơ đồ nguyên lý đo mức tiêu hao nhiên liệu

Trong quá trình hoạt động của động cơ, lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ được điều khiển trực tiếp thông qua xung phun. Độ rộng xung phun hoặc thời gian phun được điều khiển bởi mô đun điều khiển điện tử (ECM). Có mối tương quan chặt chẽ giữa độ rộng xung phun và lượng nhiên liệu phun vào. Do đó, đo độ rộng xung phun có thể xác định được lượng nhiên liệu tiêu thụ thực tế của động cơ. Phương pháp đo này có thể xác định mức tiêu thụ nhiên liệu tức thời cho từng chu trình hoạt động của động cơ.

Như trong hình 4.7 thiết bị ghi dữ liệu nhận tín hiệu xung phun từ ECM dưới dạng tín hiệu đầu vào kỹ thuật số. Bằng cách đo độ rộng của xung, có thể tính được lượng nhiên liệu phun vào động cơ. 4.3 Đối tượng, nhiên liệu và chế độ thử 4.3.1 Đối tượng thử nghiệm

104

Đối tượng thử nghiệm là động cơ lắp trên xe máy Honda Lead 110 của hãng Honda. Đây là động cơ phun xăng điện tử trên đường ống nạp, 4 kỳ, một xylanh, làm mát cưỡng bức bằng nước. Các thông số cơ bản của động cơ và xe máy thử nghiệm được trình bày trong Bảng 4.1.

Hình 4.8 Động cơ 110 lắp trên xe Honda Lead Bảng 4.1 Thông số kỹ thuật của động cơ thử nghiệm

Hộp số Vô cấp

Kiểu động cơ Đánh lửa cưỡng bức

Hệ thống nhiên liệu Phun xăng điện tử

Hệ thống làm mát Bằng nước

Tốc độ không tải 1700±100 v/p

Dung tích xylanh 108 cm3

Đường kính xylanh 50 mm

Hành trình piston 55mm

Tỉ số nén 11:1

Bảng 4.2 Các thông số kỹ thuật của xăng A95

4.3.2 Nhiên liệu thử nghiệm

Giá trị Thông số

765 Khối lượng riêng (kg/m3)

44, 04 Nhiệt trị thấp (MJ/kg)

14, 7 Hệ số không khí lý thuyết A/F (kg/kg)

0.35 Tốc độ cháy (m/s)

1, 3-7, 6 Giới hạn cháy (vol.%)

Nhiệt độ tự cháy; nhiệt độ ngọn lửa oC 257; 1720

Trị số ốc tan RON 95

105

Nhiên liệu xăng sử dụng cho các thí nghiệm là xăng A95 bán trên thị trường được mua cùng một thời điểm tại cửa hàng có uy tín để tránh sự không đồng nhất về chất lượng xăng giữa các thí nghiệm. Các thông số cơ bản của xăng A95 được nêu ra trong Bảng 4.2.

4.3.3 Chế độ thử nghiệm

Với mục tiêu nhằm đánh giá hiệu quả của BXT được sấy nóng bằng năng lượng điện cao tần ở chế độ khởi động lạnh và chạy ấm máy, các chế độ thử nghiệm được thực hiện bao gồm: ❖ Thử nghiệm với chế độ khởi động lạnh và chạy ấm máy với 2 trường hợp có sấy nóng và không sấy nóng - Khởi động lạnh và chạy ấm máy trong 300 giây và không có sấy nóng BXT bằng dòng điện cao tần. - Khởi động lạnh và chạy ấm máy trong 300 giây, có sấy nóng BXT bằng

dòng điện cao tần. ❖ Chạy theo chu trình thử ECE R40 với 2 trường hợp có sấy và không sấy. - Chạy theo chu trình thử ECE R40 với trường hợp không có sấy nóng BXT bằng dòng điện cao tần. - Chạy theo chu trình thử ECE R40 với trường hợp có sấy nóng BXT bằng

dòng điện cao tần. 4.4 Sơ đồ bố trí thí nghiệm

Hình 4.9 Sơ đồ khối bố trí BXT và hệ thống sấy nóng trên đường thải của động cơ thử nghiệm T1, T2, T3 cảm biến nhiệt độ kiểu tiếp xúc, G1, G2, G3 lấy mẫu khí thải.

Để đánh giá hiệu quả của BXT được sấy nóng từ dòng điện cao tần, trên đường thải của xe Hoda Lead 110 có trang bị thêm BXT và hệ thống sấy nóng BXT bằng dòng điện cao tần. Sơ đồ bố trí hệ thống được thể hiện trên hình 4.10 và 4.11

Để tận dụng được năng lượng nhiệt của khí thải và đảm bảo độ an toàn nhiệt của BXT khi động cơ chạy ở chế độ tải lớn đồng thời vị trí lắp phải đảm bảo kết cấu của xe. Do đó BXT được lắp trên đường thải, cách cửa thải của động cơ 400mm.

106

Để sấy nóng BXT, nghiên cứu sử dụng 1 mạch biến tần công suất 400W tại 12V, biến dòng điện 1 chiều 12V từ ắc quy thành dòng điện xoay chiều có tần số cao (5000Hz) tới cuộn dây quấn quanh lõi BXT.

Hình 4.10 Sơ đồ khối bố trí hệ thống trên xe thử nghiệm

Để xác định nhiệt độ của dòng khí thải và nhiệt độ BXT ta lắp các cảm biến nhiệt độ kiểu tiếp xúc tại các vị trí khác nhau trên hệ thống thải

Hình 4.11 Bố trí BXT trên đường thải

- T1: cách cửa thải 10 mm, đo nhiệt độ khí thải tại cửa của động cơ - T2: cách mặt đầu BXT 10 mm, đo nhiệt độ khí thải tại mặt đầu vào. - T3: cách mặt đầu lõi BXT 5 mm, đo nhiệt độ của lõi BXT.

107

Để đánh giá hiệu quả của việc sấy nóng BXT ở giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy ta cần xác định được hiệu quả của BXT ở giai đoạn này với các chiến lược sấy nóng khác nhau. Tính toán hiệu suất BXT cần biết nồng độ các chất độc hại vào BXT và nồng độ của chúng sau khi qua BXT. Do đó cần lấy mẫu khí thải trước và sau BXT (G1 lấy mẫu khí thải trước khi vào BXT, G2 lấy mẫu khí thải sau khi qua BXT). Để đánh giá mức độ phát thải các thành phần độc hại theo chu trình thử cần sử dụng toàn bộ khí thải từ động cơ qua tủ phân tích khí thải do đó cần lấy mẫu khí thải G3. Bố trí BXT trên đường thải và các vị trí lắp cảm biến cũng như lấy mẫu khí thải được thể hiện trên hình 4.11.

Hình 4.12 Sơ đồ cấu tạo BXT có sấy nóng bằng dòng điện cao tần

1. lõi BXT, 2. cảm biến nhiệt độ, 3 cuộn dây, 4: lớp cách điện, cách nhiệt bằng amiang, 5: lớp cách nhiệt bằng sợi thủy tinh, 6: vỏ BXT Bộ xúc tác được thiết kế đảm bảo được sấy nóng nhanh bằng dòng cao tần. Trong quá trình sấy nóng BXT bằng dòng điện cao tần, hiệu suất sấy nóng của hệ thống bị ảnh hưởng bởi sự mất mát năng lượng từ trường từ các vật liệu từ tính. Để giảm sự tổn hao này, vỏ bộ xúc tác được chế tạo bằng vật liệu phi từ tính (hợp kim nhôm). Trong quá trình mô phỏng, BXT được coi như đoạn nhiệt. Trong quá trình chế tạo BXT, lõi BXT được bọc cách nhiệt bởi một lớp sợi thủy tinh nhằm hạn chế sự truyền nhiệt từ lõi BXT ra môi trường xung quanh.

Hình 4.12 thể hiện cấu tạo của bộ xúc tác được lắp lên hệ thống thải của động cơ thử nghiệm và được sấy nóng bằng dòng điện cao tần. Các bộ phận của BXT bao gồm.

1. Lõi BXT được chế tạo từ vật liệu có từ tính; 2. Cảm biến nhiệt độ được lắp cách mặt đầu lõi BXT 10 mm, đo nhiệt độ lõi BXT;

3. Cuộn dây quấn quanh lõi xúc tác; 4. Lớp cách điện, được làm từ amiăng đảm bảo cách điện và chịu nhiệt; 5. Lớp cách nhiệt bằng sợi thủy tinh, cách nhiệt lõi với vỏ BXT giúp giảm hiện tượng mất nhiệt của lõi BXT trong quá trình làm việc.

6. Vỏ BXT được chế tạo bằng hợp kim nhôm (không có từ tính) nhằm giảm tồn thất năng lượng do cảm ứng từ.

108

Mạch biến tần sử dụng trong hệ thống được thiết kế với công suất 400W, mạch có chức năng biến dòng điện 1 chiều 12v của ắc quy thành dòng điện xoay chiều có tần số cao f=5000 Hz. Cấu tạo của mạch biến tần được thể hiện trong hình 4.13.

Nguồn từ ắc quy

Đến cuộn sấy nóng

Hình 4.13 Mạch biến tần sử dụng trong hệ thống

4.5 Kết quả thực nghiệm

Hình 4.14 Tốc độ vòng quay động cơ ở các chế độ khởi động lạnh và chạy ấm máy

109

Hình 4.14 biểu diễn số liệu đo tốc độ động cơ ở các chế độ khởi động lạnh và chạy ấm máy. Có thể thấy trong khoảng 0-20 giây, tốc độ tăng rất nhanh từ tốc độ khởi động, sau đó tốc độ tăng chậm dần và đạt tốc độ gần như ổn định sau 200 giây. Tốc độ vòng quay của động cơ được sử dụng làm thông số vào cho mô hình nhiệt động học và phát thải của động cơ. Để thuận lợi cho việc nhập dữ liệu trong mô hình tính toán, số liệu tốc độ được lập thành hàm số theo thời gian như chỉ ra trong bảng 4.3 dưới đây.

xác

Miền định

0-20 giây

21-200 giây

>200 giây

1730

+ 0.9216t +

- 15.247t

n = -0.0032t 1660.1

2500

- 24.307t

n = -0.0037t2 + 1.6686t + 2338.1

2500

- 20.333t

+ 3.8034t +

n = 0.3853t 193.75t + 842.77 n = 0.6172t 304.41t + 1080.7 n = 0.5159t 256.73t + 1064.2

n = -0.009t 2080.7

Chế độ chạy ấm máy Không tải chuẩn 1730v/p Không tải nhanh 2500 v/p 10% tải, 2500 v/p

Hình 4.15 Lưu lượng khí thải giữa thực nghiệm và mô phỏng ở các chế độ khởi động lạnh và chạy ấm máy

Bảng 4.3 Hàm số tốc độ động cơ ở các chế độ khởi động lạnh xác định từ số liệu thực nghiệm

110

Hình 4.15 so sánh kết quả tính toán trên mô hình mô phỏng và kết quả thực nghiệm về lưu lượng của khí thải tại cửa thải ở chế độ không tải. Sai lệch giữa kết quả tính toán và thực nghiệm ở chế độ không tải chuẩn không quá 3% và ở chế độ không tải nhanh là không quá 4.7%.

Hình 4.16 So sánh nhiệt độ khí thải ở cửa thải giữa thực nghiệm (tn) và mô phỏng (mp) ở các chế độ khởi động lạnh và chạy ấm máy

Hình 4.17 Phát thải các chất độc hại giữa thực nghiệm và mô phỏng ở chế độ không tải chuẩn

Hình 4.16 so sánh kết quả tính toán trên mô hình mô phỏng và kết quả thực nghiệm về nhiệt độ khí thải tại cửa thải cửa thải ở chế độ không tải. Sai lệch giữa kết quả tính toán và thực nghiệm ở chế độ không tải chuẩn không quá 6.5% và ở chế độ không tải nhanh là không quá 6%.

Hình 4.17 so sánh kết quả tính toán trên mô hình mô phỏng và kết quả thực nghiệm về hàm lượng các chất độc hại của khí thải tại cửa thải ở chế độ không tải chuẩn. Sai lệch giữa kết quả tính toán và thực nghiệm về phát thải CO không quá 3.4%, HC không quá 6.8% và NO không quá 3%.

111

Hình 4.18 so sánh kết quả tính toán trên mô hình mô phỏng và kết quả thực nghiệm về hàm lượng các chất độc hại của khí thải tại cửa thải ở chế độ không tải nhanh. Sai lệch giữa kết quả tính toán và thực nghiệm về phát thải CO không quá 6%, HC không quá 5.8% và NO không quá 6.7%.

Hình 4.18 Phát thải các chất độc hại giữa thực nghiệm và mô phỏng ở chế độ không tải nhanh

Hình 4.19 Nhiệt độ khí thải mô phỏng và thực nghiệm tại cửa thải và cửa vào BXT ở

chế độ không tải chuẩn

Các kết quả so sánh mô phỏng và thực nghiệm từ hình 4.15 đến 4.18 với một số sai lệch. Sai lệch này có thể do các nguyên nhân, như sai số phép đo trong thực nghiệm hay một số giả thiết mô phỏng trong mô hình. Tuy nhiên, với các sai lệch như trên (đều không quá 7%), có thể khẳng định rằng mô hình mô phỏng động cơ ở chế độ khởi động lạnh đủ tin cậy để sử dụng nghiên cứu quá trình nhiệt động học và phát thải của động cơ. Kết quả thực nghiệm cho ta thấy ở 50 giây đầu của quá trình khởi động lạnh, hàm lượng CO và HC là rất lớn.

Hình 4.19 so sánh kết quả tính toán trên mô hình mô phỏng và kết quả thực nghiệm về nhiệt độ khí thải tại cửa thải và tại cửa vào BXT ở chế độ không tải chuẩn. Sai lệch giữa kết quả tính toán và thực nghiệm về nhiệt độ khí thải tại cửa thải không quá 5.3%, tại cửa vào BXT không quá 6%.

112

Hình 4.20 so sánh kết quả tính toán trên mô hình mô phỏng và kết quả thực nghiệm về nhiệt độ khí thải tại cửa thải và tại cửa vào BXT ở chế độ không tải nhanh. Sai lệch giữa kết quả tính toán và thực nghiệm về nhiệt độ khí thải tại cửa thải không quá 5.3%, tại cửa vào BXT không quá 6.2%

Hình 4.20 Nhiệt độ khí thải mô phỏng và thực nghiệm tại cửa thải và cửa vào BXT ở chế độ không tải nhanh

Hình 4.21 Nhiệt độ lõi BXT mô phỏng và thực nghiệm khi không sấy ở chế độ không tải nhanh Hình 4.21 so sánh kết quả tính toán trên mô hình mô phỏng và kết quả thực nghiệm về nhiệt độ lõi BXT ở chế độ không tải nhanh khi không sấy. Sai lệch giữa kết quả tính toán không quá 2.6%

Các kết quả mô phỏng và thực nghiệm đều cho ta thấy, chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ khí thải tại cửa thải và cửa vào bộ xúc tác là khá lớn, sự chênh lệch lớn này là do lưu lượng khí thải ở các chế độ không tải là rất nhỏ do vậy, mất nhiệt riêng trên đường ống thải lớn. Các kết quả so sánh mô phỏng và thực nghiệm hình 4.19 và 4.20 với một số sai lệch. Sai lệch này có thể do các nguyên nhân, như sai số phép đo trong thực nghiệm hay một số giả thiết mô phỏng trong mô hình. Tuy nhiên, với các sai lệch như trên (đều không quá 6%), có thể khẳng định rằng mô hình mô phỏng đủ tin cậy để sử dụng nghiên cứu tính toán quá trình truyền nhiệt trên đường thải ở chế độ khởi động lạnh.

113

Hình 4.22 Hàm lượng CO trước và sau BXT, mô phỏng và thực nghiệm khi không sấy ở chế độ không tải nhanh

Hình 4.23 Hàm lượng HC trước và sau BXT, mô phỏng và thực nghiệm khi không sấy ở chế độ không tải nhanh

Hình 4.22 so sánh kết quả tính toán trên mô hình mô phỏng và kết quả thực nghiệm về hàm lượng CO trước và sau BXT ở chế độ không tải nhanh khi BXT không được sấy nóng. Cả mô phỏng và thực nghiệm đều cho ta thấy, hàm lượng HC ở giai đoạn đầu của quá trình khởi động lạnh là rất lớn. Hàm lượng CO giảm dần khi nhiệt độ động cơ tăng lên và đặc biệt giảm mạnh khi BXT bắt đầu làm việc. Sai lệch giữa kết quả tính toán và thực nghiệm về nồng độ CO phía trước BXT không quá 4.3%, phía sau BXT không quá 4.6%.

114

Hình 4.23 so sánh kết quả tính toán trên mô hình mô phỏng và kết quả thực nghiệm về hàm lượng HC trước và sau BXT ở chế độ không tải nhanh khi BXT không được sấy nóng. Mô phỏng và thực nghiệm đều cho thấy, hàm lượng HC là rất lớn ở 50 giây đầu tiên của quá trình khởi động lạnh. Sai lệch giữa kết quả tính toán và thực nghiệm về nồng độ HC phía trước BXT không quá 3.3%, phía sau BXT không quá 2.6%.

Hình 4.24 Hàm lượng NOx trước và sau BXT, mô phỏng và thực nghiệm khi không

sấy ở chế độ không tải nhanh

Hình 4.24 so sánh kết quả tính toán trên mô hình mô phỏng và kết quả thực nghiệm về hàm lượng NOx trước và sau BXT ở chế độ không tải nhanh khi BXT không được sấy nóng. Giai đoạn đầu của quá trình khởi động lạnh, nhiệt độ động cơ thấp do vậy phát thải NO thấp. Sau đó, nhiệt độ động cơ tăng lên hỗn hợp không còn đậm do đó hàm lượng NO tăng lên. Sau khởi động 130 giây, khi BXT bắt đầu làm việc, hàm lượng NO giảm mạnh. Sai lệch giữa kết quả tính toán và thực nghiệm về nồng độ NOx phía trước BXT không quá 3.2%, phía sau BXT không quá 5.4%.

Hình 4.25 Nhiệt độ lõi BXT mô phỏng và thực nghiệm khi sấy 400W, 30” ở chế độ không tải nhanh

115

Các kết quả so sánh mô phỏng và thực nghiệm từ hình 4.21 đến 4.24 với một số sai lệch. Sai lệch này có thể do các nguyên nhân, như sai số phép đo trong thực nghiệm hay một số giả thiết mô phỏng trong mô hình. Tuy nhiên, với các sai lệch như trên (đều không quá 7%), có thể khẳng định rằng mô hình mô phỏng xúc tác của BXT ở chế độ khởi động lạnh đủ tin cậy để sử dụng nghiên cứu quá trình xúc tác xử lý khí thải khi không sấy nóng.

Hình 4.26 Hàm lượng CO trước và sau BXT, mô phỏng và thực nghiệm khi sấy 400W, 30” ở chế độ không tải nhanh

Hình 4.25 so sánh kết quả tính toán trên mô hình mô phỏng và kết quả thực nghiệm về nhiệt độ lõi BXT ở chế độ không tải nhanh khi sấy 400W, 30”. Từ đồ thị ta có thể thấy, nhờ quá trình sấy nóng từ mạch cao tần, nhiệt độ BXT tăng nhanh trong 30 giây đầy của quá trình khởi động lạnh. Sai lệch giữa kết quả tính toán không quá 4.6%.

Hình 4.27 Hàm lượng HC trước và sau BXT, mô phỏng và thực nghiệm khi khi sấy 400W, 30” ở chế độ không tải nhanh

Hình 4.26 so sánh kết quả tính toán trên mô hình mô phỏng và kết quả thực nghiệm về hàm lượng CO trước và sau BXT ở chế độ không tải nhanh khi BXT sấy 400W, 30” theo đó khi BXT được sấy nóng, hàm lượng CO giảm mạnh kể từ giây thứ 20 của quá trình khởi động lạnh. Sai lệch giữa kết quả tính toán và thực nghiệm về nồng độ CO phía trước BXT không quá 4.4%, phía sau BXT không quá 5.6%.

116

Hình 4.27 so sánh kết quả tính toán trên mô hình mô phỏng và kết quả thực nghiệm về hàm lượng HC trước và sau BXT ở chế độ không tải nhanh khi BXT sấy 400W, 30”. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm đều chỉ ra rằng, ở 50 giây đầu của quá trình khởi động lạnh, hàm lượng HC ở chế độ không tải nhanh có giảm, tuy nhiên chưa đáng kể. Sai lệch giữa kết quả tính toán và thực nghiệm về nồng độ HC phía trước BXT không quá 1.2%, phía sau BXT không quá 6.8%.

Hình 4.28 Hàm lượng NOx trước và sau BXT, mô phỏng và thực nghiệm khi khi sấy 400W, 30” ở chế độ không tải nhanh

Hình 4.28 so sánh kết quả tính toán trên mô hình mô phỏng và kết quả thực nghiệm về hàm lượng NOx trước và sau BXT ở chế độ không tải nhanh khi BXT sấy 400W, 30”. Khi BXT được sấy nóng bằng dòng điện cao tần với công suất 400W, 30 giây thì hàm lượng NOx giảm nhanh kể từ 20 giây sau khởi động lạnh. Sai lệch giữa kết quả tính toán và thực nghiệm về nồng độ NOx phía trước BXT không quá 1.3%, phía sau BXT không quá 6.9%.

Hình 4.29 Hàm lượng phát thải độc hại của động cơ thử theo chu trình thử ECE R40, khởi động lạnh có sấy và không sấy BXT

117

Các kết quả so sánh mô phỏng và thực nghiệm từ hình 4.25 đến 4.28 với một số sai lệch. Sai lệch này có thể do các nguyên nhân, như sai số phép đo trong thực nghiệm hay một số giả thiết mô phỏng trong mô hình. Tuy nhiên, với các sai lệch như trên (đều không quá 7%), có thể khẳng định rằng mô hình mô phỏng xúc tác của BXT được sấy nóng ở chế độ khởi động lạnh đủ tin cậy để sử dụng nghiên cứu quá trình xúc tác xử lý khí thải khi BXT được sấy nóng với các chiến lược sấy nóng khác nhau.

Hình 4.29 thể hiện hàm lượng phát thải CO, HC và NOx theo chu trình thử ECE R40, khi khởi động lạnh có sấy 400W, 30 giây và không sấy BXT. Theo đó ở chương trình thử này, khi có sấy và không sấy hàm lượng CO tương ứng là 0.85 và 1.10 g/km giảm 22.7%; hàm lượng HC là 0.17 và 0.23 giảm 26.1%; hàm lượng NOx là 0.07 và 0.067 giảm 4.2%. Do được sấy nóng, BXT sớm làm việc. Đặc biệt BXT làm việc ngay trong 50 giây đầu của quá trình khởi động lạnh do đó một lượng lớn CO và HC được xử lý trong giai đoạn này. Hàm lượng phát thải CO và HC trong giai đoạn khởi động lạnh chiếm tỉ trọng lớn trong chu trình thử của động cơ cso trang bị BXT do đó việc giảm các thành này trong giai đoạn khởi động lạnh giúp giảm đáng kể cho cả chu trình. Hàm lượng NO trong giai đoạn khởi động lạnh không lớn, do đó việc BXT sớm làm việc ở giai đoạn này không mang nhiều tác dụng cho việc giảm NO cho cả chu trình.

Qua các hình 2.25 đến 2.29 có thể thấy hiệu quả giảm phát thải là đáng kể khi bộ xúc tác được sấy nóng trong giai đoạn khởi động lạnh của động cơ. Như vậy, sấy nóng BXT trong giai đoạn khởi động lạnh động cơ bằng dòng điện cao tần có ý nghĩa thực tiễn lớn trong việc giảm phát thải của động cơ trong giai đoạn khởi động lạnh từ đó giảm đáng kể hàm lượng phát thải theo chu trình. 4.6 Kết luận chương 4

- Đã đánh giá được mức độ chính xác và tin cậy của mô hình mô phỏng động cơ, mô hình mô hỏng hệ thống thải và mô hình bộ xúc tác. Qua việc so sánh kết quả mô phỏng với kết quả thực nghiệm có thể thấy, các mô hình được xây dựng là chính xác và đủ độ tin cậy.

- Đã tính toán, lựa chọn và đánh giá được hệ thống sấy nóng bộ xúc tác ba thành phần bằng dòng cao tần lắp trên động cơ xe máy giúp rút ngắn thời gian làm nóng lõi xúc tác, nâng cao hiệu suất chuyển đổi, giảm phát thải xe máy trong giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy

- Sấy nóng BXT với công suất sấy 400W trong 30 giây là biện pháp hiệu quả để tăng hiệu quả BXT ở chế độ không tải nhanh trở đi;

- Hiệu quả giảm CO và HC là đáng kể cho cả chu trình thử, hàm lượng CO giảm 22.7%; hàm lượng HC giảm 26.1%.

118

- Sấy nóng BXT có hiệu quả giảm phát thải không đáng kể ở chế độ không tải chuẩn.

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Kết luận:

- Đề tài đã xây dựng và phát triển thành công mô hình nhiệt động và hình thành phát thải của động cơ, mô hình truyền nhiệt trên đường thải và mô hình bộ xúc tác ba thành phần trên động cơ xe máy được sấy nóng nhanh tại chế độ khởi động lạnh và chạy ấm máy. Các mô hình đều được hiệu chỉnh với số liệu thực nghiệm đảm bảo độ tin cậy để tính toán.

- Đã tính toán mô phỏng được năng lượng nhiệt khí thải và hàm lượng phát thải các chất độc hại trong giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy. Hàm lượng các chất độc hại trong giai đoạn này khá lớn, đặc biệt là trong 50 giây đầu kể từ lúc khởi động lạnh trong khi nhiệt độ và lưu lượng khí thải tại cửa thải khá thấp, không đủ để sấy nóng nhanh BXT tới nhiệt độ làm việc. - Đã tính toán được sự phân bố nhiệt độ khí thải dọc theo đường thải, từ đó xác định được vị trí hợp lý lắp BXT là cách cửa thải 400mm.

- Đã mô phỏng được quá trình trao đổi nhiệt và phản ứng xúc tác của BXT ở các trường hợp không sấy và có sấy nóng BXT. Theo đó, đã tính toán được hàm lượng các chất độc hại phía sau BXT cũng như hiệu quả xử lý của BXT. Trong 50 giây đầu tiên của quá trình khởi động lạnh và chạy ấm máy, hiệu quả xử lý của BXT khi không được sấy nóng gần như bằng không, hàm lượng các chất độc hại gần như không thay đổi trong thời gian này.

- Đã đưa ra được phương pháp và chiến lược sấy nóng BXT hợp lý bằng dòng điện cao tần để nâng cao hiệu quả xử lý của BXT. Theo đó, BXT được sấy nóng bằng dòng cao tần với công suất sấy nóng 400W thời gian sấy nóng 30 giây ngay sau khi khởi động động cơ. Hiệu quả phương án này khá lớn với chế độ không tải nhanh và 10% tải. Ở chế độ không tải nhanh tốc độ 2500 v/p có sấy, BXT làm việc hiệu quả ngay từ giây thứ 30 của quá trình chạy ấm máy so với giây thứ 230 khi không sấy nóng và tăng đáng kể hiệu quả chuyển đổi của BXT trong thời gian khảo sát 300”. Còn ở chế độ 10% tải, tốc độ 2500 v/p có sấy nóng, BXT làm việc hiệu quả ngay từ giây thứ 25 của quá trình chạy ấm máy so với giây thứ 160 khi không sấy nóng, làm hàm lượng CO, HC và NOx đều giảm mạnh.

- Bản luận án đã đạt được mục tiêu đặt ra; hiệu quả của phương án sấy nóng bộ xúc tác trong giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy mở ra những hướng nghiên cứu mới nhằm giảm phát thải độc hại từ xe máy sản xuất tại Việt Nam.

119

Hướng phát triển: Nghiên cứu ứng dụng sấy nóng BXT bằng dòng điện cao tần trang bị cho xe máy sản xuất tại Việt Nam, nhằm giảm phát thải độc hại từ xe máy. Nghiên cứu điều khiển mạch nung cao tần tích hợp điều khiển vòng lặp kín trong ECU của động cơ.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] vtv.vn 7/4/2019. [2] J. Kašpar, P. Fornasiero, N. Hickey, (2003), Automotive catalytic converters: current status and some perspectives, Catalysis Today 77 (4), pp. 419–449 [3] Yung-Chen Yao a, Jiun-Horng Tsai a, Hui-Fen Ye a & Hung-Lung Chiang, (2009), Comparison of Exhaust Emissions Resulting from Cold- and Hot-Start Motorcycle Driving Modes, Journal of the Air & Waste Management Association, 59 (11), pp.1339-1346. [4] Hsi-Hsien Yang, Lien-Te Hsieh, Hsu-Chung Liu, Hsiao-Hsuan Mi, (2005) Polycyclic aromatic hydrocarbon emissions from motorcycles, Atmospheric Environment 39 (1), pp.17-25. [5] Boer, C. D. De, Stokes, J. and Lake, T. H, (1993), Advanced Gasoline Combustion Systems for Fuel Economy and Emissions, Worldwide Engine Emission Standards and How to Meet Them, papers presented at an IMechE Seminar. [6] Kashiwaya, M., Kosuge, T., Nakagawa, K. and Okamoto, Y, (1990), The effect of atomisation of fuel injectors on engine performance, SAE paper 900261. [7] Brown, C. N. and N. Ladommatos, (1991), The Effects of Mixture Preparation and Trapped Residuals on the Performance of a Spark-Ignition Engine with Air-Shrouded Port Injectors, at Low Load and Low Speed, Vol.205, Part D. [8] Ohyama, Y., Yamauchi, T., and Ohsuga, M, (1996), Mixture Formation During Cold Starting and Warm-up in Spark Ignition Engines. SAE SP-1161. [9] Lorusso, J. A., Kaiser, E. W. and Lavoie, G. A, (1981), Quench layer contribution to exhaust hydrocarbons from a spark-ignited engine. Combustion Science and Technology, Vol. 25, pp. 121-125. [10] Li-Wei Jia, Mei-Qing Shen a, Jun Wang, Man-Qun Lin, (2005), Influence of ethanol–gasoline blended fuel on emission characteristics from a four-stroke motorcycle engine, Journal of Hazardous Materials A123, pp. 29–34 [11] Ahmed Hassaneen and Ibrahim Lotfy, (2005), Conversion Efficiency of a 2- Way Catalyst Fitted in a Used Vehicle without Feedback Emission Control System, SAE Technical Paper. 2005-01-2164 [12] Hu et al., (2008), Three-way catalyst meeting euro III emission standards for motorcycles, Chinese Journal of Catalysis, Vol. 29, pp. 677-679 [13] Sangbeom Kim, Sungkun Kim, Yongjung Park, Youngbum Kim, Hyunsoo Kim and Seungseok Lee, (2007), The optimization of Exhaust and Catalytic Converter System for ULEV-II using the Robust Design, SAE Technical Paper, 2007-01-0560 [14] Degobert, P, (1995), Automobiles and Pollution. Paris: Society of Automotive Engineers, Inc.

120

121

[15] Manqun Lin et al., (2009), Influence factor analysis of light-off tests for motorcycle catalytic converters, SAE Technical Paper No. 2009-32-0023. [16] Burch, S.D., T.F. Porter, M.A. Keyser, M.J. Brady, and K.F. Michaels (1995), Redungcing cold start emissions by catalytic converter thermal management. SAE paper 950409. [17] Kollman, K., Abthoff, J., Zahn, W., Bischof, H. and Gohre, J, (1994), Secondary Air Injection with a New Developed Electrical Blower for Reduced Emissions. SAE paper 940472. [18] Crane, M. E., Thing, R. H., Podnar, D. J., and Dodge, L. G, (1997), Reduced Cold Start Emissions Using Rapid Exhaust Port Oxidation (REPO) in a Spark- Ignition Engine. SAE paper 970264 [19] D. Eade, R. G. Hurley, and B. Rutter (1995), Fast Light-Off of Underbody Catalysts Using Exhaust Gas ignition, Society ot Automotive Engineers, Inc. [20] Ma, T., Collings, N., and Hands, T, (1992), Exhaust Gas Ignition (EGI) - A New Concept for Rapid Lightoff of Automotive Exhaust Catalyst. SAE 920400 [21] Collings, N., Ma, T. and Ball, D, (1993), Catalyst Temperature Sensing for Exhaust Gas Ignition (EGI), SAE Transaction paper,. SAE paper 930938. [22] Eade, D., Hurley, R. G., Rutter, B., Inman, G. and Bakshi, R, (1995), Fast Light-Off of Underbody Catalysts Using Exhaust Gas Ignition (EGI), SAE paper 952417. [23] Gulati, S. T, (1991), Ceramic Converter Technology for Automotive Emissions Control. SAE paper 911736. [24] H. Santos, M. Costa, (2008), Evaluation of the conversion efficiency of ceramic and metallicthree way catalytic converters, Energy Conversion and Management 49, pp. 291–300 [25] Bruck, R. et al, (1999), The Necessity of Optimising the Interactions of Advanced Post-Treatment Components in Order to Obtain Compliance with SULEV-Legislation. SAE 1999-01-0770. [26] Nguyễn Duy Tiến, Nguyễn Thế Lương, La Vạn Thắng, Đinh Xuân Thành, (2017), Nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng của kết cấu hình học BXT ba thành phần đến các tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải của xe máy phun xăng điện tử, Tạp chí KH&CN Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội số 41/ [27] Schlatter, J. C. and Taylor, K, (1977), Platinum and Palladium Addition to Supported Rodium Catalysts for Automotive Emission Control. Journal of Catalyst, vol. 49, pp42-50 [28] Lindner, D., Yperen, R., Lox, E.S., Ostgathe, K. and Kreuzer, T., (1996), Reduction of Exhaust Emissions by Using Pd-based Three-Way Catalysts. SAE paper 960802. [29] Michael Zammit and Jeffrey Wuttke, (2012), The Effects of Catalytic Converter Location and Palladium Loading on Tailpipe Emissions, SAE International by National Cheng Kung Univ, 2012-01-1247

122

[30] Hadded, O. and Grigg, D. J, (1995), Emission Control Technology for Gasoline Vehicles for ULEV and EC Stage 3 Emissions Legislation. Paper c496/091/95, 1995 Vehicle Thermal Management Systems Conference Proceedings. [31] Blumer, T. D. and Richmond, R. P, (1995), Thermal Management of the Front Module of an Automotive Exhaust System for Reduced Cold-Start Emissions, Paper C496/068/95, Vehicle Thermal Management Systems Conference Proceedings. IMechE. [32] Koilmann, K., Abthoff, J. and Zahn, W, (1994), Concepts for Ultra Low Emissions Vehicles. SAE paper 940469. [33] Konstantinidis, P. A., Koltsakis, G. C. and Stamatelos, A. M, (1997), Computer Aided Assessment and Optimization of Catalyst Fast Light-off Techniques, Proc. Instn. Mech. Engrs., Vol. 211, Part D. [34] Liu, Z., Hoffmanner, A. L., Skowron, J. F. and Miller, M. J, (1995), Exhaust Transient Temperature Response, SAE paper 950617. [35] Rjasanow, S, (1995), Heat Transfer in an Insulated Pipe, Journal of Engineering Mechanics, Vol. 29, pp33-49 [36] Ball, D. J, (1992), Distribution of Warm-up and Underfloor Catalyst Volumes, SAE paper 922338. [37] Bressler, H., Rammoser, D., Neumalar, H. and Terres, F (1996), Experimental and Predictive Investigation of a Close Coupled Catalytic Converter with Pulsating Flow, SAE paper 960564. [38] Heck, R. M., Hu, Z., Smaling, M., Amundsen, A. and Bourke, M. C, (1995), Close Coupled Catalyst System Design and ULEV Performance After 1050oC Aging, SAE paper 952415. [39] Moore, W. R. and Mondt, R. J, (1993), Predicted Cold Start Emission Rductions Resulting from Exhaust Thermal Energy Conservation to Quicken Catalytic Converter Light-off, SAE paper 931087. [40] Summers, J. C., Skowron, J. F. and Miller, M. J, (1993), Use of Light-off Catalysts to Meet the California LEV & ULEV Standards, SAE paper 930386. [41] Langen, P., Theissen, M., Mallog, J. and Zielinski, R, (1994), Heated Catalytic Converter Completing Technologies to Meet LEV Emission Standards, SAE paper 940470. [42] Chan, S. H. and Hoang, D. L, (2000), A Practical Approach for Rapid Catalyst Lightoff by Means of Strategic Engine Control, (Accepted for Pro. Instn. Mech. Engrs., Part D, Journal of Automobile Engineering, UK, 2000) [43] Fatemeh Mianzarasvand, Alireza Shirneshan, Masoud Afrand, (2017), Effect of electrically heated catalytic converter on emission characteristic of a motorcycle engine in cold-start conditions, Applied Thermal Engineering 127, pp. 453–464, [44] Manuel Presti and Lorenzo Pace, (2013), Cold Start Thermal Management with Electrically Heated Catalyst, SAE Technical Paper, 2013-24-0158 [45] Lorenzo Pace and Manuel Presti, (2011), An Alternative Way to Reduce Fuel Consumption During Cold Start, SAE Technical Paper, 2011-24-0178

(1986). - Applied Internal Combustion Engines

(1980), Sources

123

[46] Lê Văn Doanh – Nguyễn Thế Công – Trần Văn Thịnh, (2009), Điện tử công suất Lý thuyết – Thiết kế - Ứng dụng, Tập I, Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật. [47] Nickolas Leahey, Rob Crawford, John Douglas, Jennifer Bauman, (2018), Induction Heating of Catalytic Converter Systems and its Effect on Diesel Exhaust Emissions during Cold Start, SAE Technical Paper 2018-01-0327. [48] Robin Crawford, C. and John Douglas, B. (2015), Catalytic converter structures with induction heating. US patent: US 20150075137A1. [49] Nguyễn Tất Tiến, (2000) Nguyên lý Động cơ đốt trong. NXB Giáo dục, Hà Nội. [50] Primus, R. J. and Wong, V. W, (1985), Performance and Combustion Modelling of Heterogeneous Charge Engines. SAE paper 850343. [51] Schapertons, H. and Lee, W, (1985), Multidimensional Modelling of Knocking Combustion in SI Engines, SAE paper 850502. [52] Ferguson, C. R. thermosciences. John Wiley & Sons. [53] Benson, R. S, (1982), Thermodynamics and Gas Dynamics of Internal Combustion Engines, Vol. 1 & 2, Oxford University Press, 1982. [54] Heywood, J. B, (1988), Internal Combustion Engine Fundamentals, McGraw Hill, New York, p930. [55] Raine, R., Stone, C. R., and Gould, J, (1995), Modelling of Nitric Oxide Formation in Spark Ignition Engines with a Multizone Burned Gas, Combustion and Flame, vol 102, pp241-255. [56] Wochni, G (1967), A Universally Applicable Equation for Instantaneous Heat Transfer Coefficient in the Internal Combustion Engine, SAE 670931. [57] Hoang, D.L, (2001), Experimental and Theoretical Investigation of Cold-Start Exhaust Behaviour under Strategic Engine Control, PhD Thesis, Nanyang Technological University. [58] Kaplan, J. A. and Heywood, J. B, (1991), Modelling the Spark Ignition Engine Warm-up Process to Predict Component Temperatures and Hydrocarbon Emissions, SAE Transaction 910302. [59] Patton, K. J., Nitschke, R. G., and Heywood, J. B, (1989), Development and Evaluation of a Performance and Efficiency Model for Spark-Ignition Engines, SAE paper 890836. [60] Caton, J. A. and Heywood. J. B, (1981), An Experimental and Analytical Study of Heat Transfer in an Engine Exhaust Port, Int. J. Heat Mass Transfer, Vol. 24, No. 4, 1981. [61] Yildirim, A., Gul, M., Ozatay, E., and Karamangil, I, (2006), Simulation of Hydrocarbon Emissions from an SI Engine, SAE paper 2006-01-1196. [62] Yu, R. C., V. W. Wong and S. M. Shahed, of hydrocarbon emissions from direct injection diesel Engines, SAE paper 800048 [63] Hamrin, Douglas A. and Heywood, John B, (1995), Modeling of Engine -out Hydrocarbon Emission for Prototype Production Engines, SAE paper 950984

124

[64] M. Ihsan Karamangil, et. al, (2013), Mathematical modeling of hydrocarbon emissions from oil film for different fuels, Fuel xxx(2013) xxx–xxx - Article in press. [65] Zang, Y., Phaneuf, K., Hanson, R. and Showalter, N, (1992), Computer Modeling on Exhaust System Heat Transfer, SAE paper 920262. [66] Wendland, D. W, (1993), Automotive Exhaust System Steady State Heat Transfer, SAE 931085. [67] Moore, W. R. and Mondt, R. J, (1993), Predicted Cold Start Emission Rductions Resulting from Exhaust Thermal Energy Conservation to Quicken Catalytic Converter Light-off, SAE paper 931087. [68] Liu, Z., Hoffmanner, A. L., Skowron, J. F. and Miller, M. J, (1995), Exhaust Transient Temperature Response, SAE paper 950617. [69] Shayler, P. J., Hayden, D. J. and Ma, T, (1999), Exhaust System Heat Transfer and Catalytic Converter Performance, SAE paper 1999-01-0453. [70] Collier John G, (1972), Convective boiling and condensation, New York: McGraw-Hill Book Company. [71] Spanding D.B., Afgan N.H., (1989), Heat and Mass Transfer in Gaso-line and Diesel Engines, Hemisphere, New York, [72] Gnielinski, V, (1976), New equations for heat and mass transfer in turbulent pipe and channel flow, Int. Chem. Eng., Vol. 16, 1976, pp359-368. [73] Hausen H., (1983), Heat Transfer in Counter Flow, Parallel Flow and Cross Flow, McGraw-Hill, New York, [74] Moore W.R., Mondt R.J., (1993), Predicted cold start emission reductions resulting from exhaust thermal energy conservation to quicken catalytic converter light-off, SAE paper 931087. [75] Churchill S.W., Chu H.H.S., (197518), Correlating equations for laminar and urbulent free convection from a horizontal cylinder, Int. J. Heat Mass Transfer 1049±1053. [76] Voltz, S. E., Morgan, C. R., Liederman, D. and Jacob, S. M, (1973), Kinetic Study of Carbon Monoxide and Propylene Oxidation on Platinum Catalysts, Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev., Vol. 12, No. 4, 1973. [77] Oh, S. H. and Cavendish, J. C, (1985), Mathematical Modelling of Catalytic Converter Lightoff, AICheE Journal, Vol. 31, No. 6. [78] Kress, J. W., Otto, N. C., Bettman M., Wang, J. B. and Varma, A, (1980), Diffusion-Reaction of CO, NO and O2 in Automotive Exhaust Catalysts, AIChE Journal, 1980. [79] Sabramanlam Ohyama, Y., Yamauchi, T., and Ohsuga, M, (1996), Mixture Formation During Cold Starting and Warm-up in Spark Ignition Engines, SAE 960065, Engine Emissions and Emissions Measurement, SAE SP-1161. [80] Baba, N., Ohsawa, K. and Sugiura, S, (1996), Numerical Approach for Improving the Conversion Characteristics of Exhaust Catalysts Under Warming-Up Condition, SAE paper 962076.

125

[81] Koltsakis, G. C., Konstantinidis, P. A. and Stamatelos, A. M, (1997), Development and Application Range of Mathematical Models for 3-Way Catalytic Converters, Applied Catalysis B: Environmental 12 (1997), pp.161-191. [82] Konstantinidis, P. A., Koltsakis, G. C. and Stamatelos, A. M, (1997), Computer Aided Assessment and Optimization of Catalyst Fast Light-off Techniques, Proc. Instn. Mech. Engrs., Vol. 211, Part D. [83] Oh, S. H. and Cavendish, James. C, (1982), Transients of Monolithic Catalytic Converter: Response to Step Change in Feedstream Temperature as Related to Controlling Automobile Emissions, Ind. Eng. Prod. Res. Dev. Vol. 21, pp.29-37. [84] Psyllos, A. and Philippopoulos, C, (1992), Modelling of Monolithic Catalytic Converters Used in Automotive Pllution Control, Appl. Math. Modelling. Vol. 16, September 1992. [85] Psyllos, A. and Philippopoulos, C, (1993), Modelling of Monolithic Converters with Axial Catalyst Distribution, Appl. Math. Modelling, Vol. 17, 1993. [86] Sugiura, S., Ijuin, K., Yamada, T., Yaegashi, T. and Baba, N, (1995), A Multi- for Predicting Warm-up Characteristic of Dimensional Numerical Method Automobile Catalytic Converter Systems, SAE paper 952413. [87] Cooper, B.J., Keck, L, (1980), NiO Incorporation in Three-Way Catalyst Systems, SAE paper 800461. [88] Siemund S., Leclerc J.P., Schweich D., Prigent M., Castagna F., (1996), Three-way monolithic converter: simulation versus experiments, Chemical Engineering Science 15 3709±3720. [89] Stetter, J. R. and K. F.Blurton, (1980), Catalytic oxidation of CO and H2 mixtures in air, Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev., 19, 214 [90] Bird, R.B., W.E. Stewart, E.N Lightfoot, (1960), Transport phenomena, New York. Joh Wiley & Sons, PP.780 [91] Thomas, L. C, (1992), Heat transfer, New Jersey: Prentice Hall. [92] Woodford, C.(1992), Solving Linear and Non-linear Equations. Ellis Horwood. [93] Mitchell, A.R, and Griffiths, D.F, (1980), The Finite Difference Method in Partial Differential Equations, John Wiley & Sons, ISBN 0‐471‐27641‐3

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN

126

1. Hoàng Đình Long, Nguyễn Kim Kỳ, (2015), Nghiên cứu hiệu quả bộ xúc tác xe máy trong giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy, Tạp chí khoa học công nghệ số 27/2015, Tr 46÷50 2. Nguyễn Kim Kỳ, Hoàng Đình Long, (2016), Nghiên cứu trường nhiệt độ khí thải trên đường ống thải của động cơ xe máy cỡ nhỏ ở chế độ không tải và toàn tải, tạp chí cơ khí việt nam số đặc biệt tháng 9/2016 Tr 108÷111 3. Nguyễn Kim Kỳ, Hoàng Đình Long, (2020) Nghiên cứu ảnh hưởng của việc sấy nóng bộ xúc tác khí thải xe máy đến hiệu quả xử lý khí thải trong giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy, Tạp chí cơ khí Việt Nam số đặc biệt tháng 10/ 2020, T284÷290 4. Hoàng Đình Long, Nguyễn Kim Kỳ, (2021), Nghiên cứu thực nghiệm sấy nóng bộ xúc tác khí thải xe máy bằng dòng điện cao tần để giảm phát thải độc hại trong giai đoạn khởi động lạnh và chạy ấm máy, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 5/2021, ISSN 2615-9910. 5. Hoàng Đình Long, Nguyễn Kim Kỳ, Đinh Xuân Thành, (2021), Ảnh hưởng của chiến lược sấy nóng đến nhiệt độ làm việc hiệu quả của bộ xúc tác chuyển đổi khí thải trên xe máy, Tạp chí KH&CN Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, số 3, Tập 57, tháng 6/2021, ISSN 1859-3585.

PHỤ LỤC

PHỤ LỤC 1 CÁC SỐ LIỆU PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU

Phụ lục 1.1. Thông số cơ bản của động cơ lắp trên xe Honda Lead 110

STT

Thông số kỹ thuật

Giá trị

Đơn vị

108

1 Dung tích xylanh

2 Đường kính xylanh

3 Hành trình piston

Tỉ số nén

5 Góc mở sớm xupap nạp

Độ

6 Góc đóng muộn xupap nạp

Độ

7 Góc mở sớm xupap thải

Độ

8 Góc đóng muộn xupap thải

Độ

9 Góc đánh lửa sớm

Độ

100

10 Chiều dài thanh truyền

11 Tốc độ không tải

1700±100

v/p

Phụ lục 1.2. Thông số cơ bản của đường ống thải trên xe Honda Lead 110

STT

Thông số

Giá trị

Đơn vị đo

400

Chiều dài tổng

180

Chiều dài đoạn ống 1

220

Chiều dài đoạn ống 2

Bán kính cong

Đường kính trong

Đường kính ngoài

Thép

Vật liệu chế tạo

Phụ lục 1.3. Thông số cơ bản của BXT

STT Thông số Giá trị Đơn vị đo

1 Mật độ cell 100

2 Tỉ trọng 1. 85 g/cm3

3 Đường kính lõi 35 mm

4 Chiều dài 60 mm

5 Thể tích 57.7 cm3

6 Khối lượng 95 g

7 Diện tích xúc tác 15 m2

8 Độ dày của thành 0.05 mm

9 Bề mặt hình học 3.2 m2/l

10 Khối lượng riêng của vật liệu 7.2 g/cm3

11 Nhiệt dung riêng khối lượng 0.11 cal/g.oC

12 Độ dẫn nhiệt 0.03 cal/cm.soC

13 Hệ số dãn nở nhiệt 12 10-6/oC

14 Lớp vật liệu phủ AL2O3

15 Vật liệu xúc tác Pt, Rh, Ce

16 Khối lượng kim loại quý 80 g/cu.ft3

17 Tỉ lệ kim loại quý Pt /Rh 18/1

PHỤ LỤC 2 CÁC SỐ LIỆU KẾT QUẢ MÔ PHỎNG

Phụ lục 2.1. Kết quả tính toán mô phỏng áp suất và nhiệt độ khí thể trong xylanh ở các chế độ không tải chuẩn 1730 v/p, không tải nhanh 2500 v/p, 10% tải 2500 v/p sau 300” từ lúc khởi động lạnh và toàn tải ổn định ở 7500v/p

Pkt- không tải chuẩn (bar)

Tkt- không tải chuẩn (K)

P- không tải nhanh (bar)

T- không tải nhanh (K)

Pkt- 10% tải (bar)

Góc quay TK (độ) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185 190 195 200

Thể tích xl (cm3) 10.80 11.06 11.84 13.14 14.92 17.18 19.89 23.01 26.50 30.33 34.44 38.81 43.37 48.07 52.88 57.75 62.62 67.46 72.22 76.87 81.37 85.70 89.82 93.71 97.36 100.75 103.86 106.69 109.23 111.47 113.41 115.06 116.40 117.45 118.20 118.64 118.79 118.64 118.20 117.45 116.40

1.06 0.90 0.71 0.56 0.44 0.36 0.32 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29

912 869 777 681 600 532 465 410 381 370 349 346 346 347 347 347 348 348 348 349 349 349 350 350 350 350 351 351 351 351 351 352 352 352 352 353 353 353 353 353 354

1.11 0.99 0.78 0.62 0.48 0.40 0.35 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32

Tkt- 10% tải (K) 982 905 837 770 676 588 502 430 393 380 359 354 354 355 355 355 356 356 356 357 357 357 358 358 358 358 359 359 359 359 359 360 360 360 360 361 361 361 361 361 362

1.15 0.97 0.76 0.55 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42

Pkt- toàn tải (bar) 1.21 1.10 1.00 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98

Tkt- toàn tải (K) 1012 943 873 803 705 613 523 449 410 396 375 369 369 370 370 371 371 371 372 372 372 373 373 373 373 374 374 374 374 375 375 375 375 376 376 376 376 377 377 377 377

954 890 813 734 645 565 487 422 388 376 355 351 351 351 352 352 353 353 353 353 354 354 354 355 355 355 355 356 356 356 356 356 357 357 357 357 358 358 358 358 359

115.06 113.41 111.47 109.23 106.69 103.86 100.75 97.36 93.71 89.82 85.70 81.37 76.87 72.22 67.46 62.62 57.75 52.88 48.07 43.37 38.81 34.44 30.33 26.50 23.01 19.89 17.18 14.92 13.14 11.84 11.06 10.80 11.06 11.84 13.14 14.92 17.18 19.89 23.01 26.50 30.33 34.44 38.81 43.37 48.07 52.88 57.75 62.62 67.46 72.22 76.87 81.37

205 210 215 220 225 230 235 240 245 250 255 260 265 270 275 280 285 290 295 300 305 310 315 320 325 330 335 340 345 350 355 360 365 370 375 380 385 390 395 400 405 410 415 420 425 430 435 440 445 450 455 460

0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.31 0.32 0.34 0.36 0.38 0.41 0.44 0.48 0.53 0.59 0.65 0.74 0.84 0.96 1.11 1.30 1.54 1.83 2.19 2.61 3.11 3.63 4.15 4.57 5.14 5.89 6.70 7.41 7.88 8.04 7.90 7.53 6.99 6.36 5.70 5.06 4.48 3.95 3.50 3.12 2.79 2.52 2.29 2.11 1.95 1.81

354 354 354 355 355 356 360 364 368 373 379 385 392 400 409 419 429 441 454 469 484 502 521 541 562 584 605 625 666 701 742 822 964 1134 1318 1499 1640 1730 1829 1877 1895 1889 1864 1828 1785 1744 1694 1649 1609 1573 1540 1504

0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.32 0.34 0.35 0.37 0.39 0.42 0.45 0.49 0.53 0.58 0.64 0.72 0.81 0.92 1.05 1.23 1.45 1.73 2.07 2.48 2.98 3.55 4.17 4.76 5.26 5.92 6.79 7.74 8.57 9.12 9.30 9.14 8.71 8.08 7.34 6.58 5.84 5.15 4.54 4.02 3.57 3.19 2.87 2.61 2.39 2.20 2.04

359 359 359 359 360 361 365 371 376 381 386 391 397 406 416 427 440 454 469 486 505 525 547 571 596 621 646 669 718 759 806 904 1088 1295 1511 1709 1858 1973 2051 2081 2070 2037 1993 1944 1890 1841 1791 1746 1703 1662 1624 1588

0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.42 0.44 0.47 0.50 0.54 0.58 0.63 0.69 0.77 0.86 0.97 1.11 1.27 1.48 1.73 2.05 2.44 2.92 3.49 4.14 4.82 5.50 6.46 7.78 9.28 10.64 11.58 11.96 11.79 11.19 10.31 9.30 8.25 7.25 6.34 5.55 4.86 4.28 3.79 3.38 3.05 2.77 2.54 2.35 2.18

362 362 362 363 363 364 368 376 381 386 391 396 401 410 421 433 447 462 479 498 518 541 565 591 618 646 674 699 752 798 850 960 1171 1404 1641 1849 2005 2123 2201 2219 2187 2136 2079 2022 1961 1906 1856 1811 1767 1722 1681 1644

0.98 0.98 0.98 1.00 1.05 1.10 1.15 1.22 1.31 1.40 1.52 1.65 1.81 2.01 2.24 2.53 2.88 3.31 3.85 4.51 5.33 6.34 7.58 9.06 10.75 12.56 15.27 18.67 22.02 25.11 26.71 30.00 39.09 49.60 53.59 50.92 44.89 38.43 32.68 27.89 23.94 20.70 18.05 15.87 14.08 12.59 11.36 10.33 9.47 8.74 8.12 7.60

378 378 378 378 379 380 384 393 398 404 409 415 420 430 443 457 472 489 508 528 551 576 603 632 662 693 724 752 807 870 857 1047 1234 1546 1865 2143 2351 2473 2492 2473 2421 2358 2292 2229 2160 2098 2041 1990 1941 1892 1847 1807

85.70 89.82 93.71 97.36 100.75 103.86 106.69 109.23 111.47 113.41 115.06 116.40 117.45 118.20 118.64 118.79 118.64 118.20 117.45 116.40 115.06 113.41 111.47 109.23 106.69 103.86 100.75 97.36 93.71 89.82 85.70 81.37 76.87 72.22 67.46 62.62 57.75 52.88 48.07 43.37 38.81 34.44 30.33 26.50 23.01 19.89 17.18 14.92 13.14 11.84 11.06 10.80

465 470 475 480 485 490 495 500 505 510 515 520 525 530 535 540 545 550 555 560 565 570 575 580 585 590 595 600 605 610 615 620 625 630 635 640 645 650 655 660 665 670 675 680 685 690 695 700 705 710 715 720

1.70 1.60 1.52 1.45 1.39 1.34 1.29 1.26 1.22 1.20 1.17 1.15 1.12 1.10 1.08 1.06 1.06 1.06 1.06 1.06 1.06 1.06 1.06 1.06 1.06 1.06 1.06 1.06 1.06 1.06 1.06 1.06 1.06 1.06 1.06 1.06 1.06 1.06 1.06 1.06 1.06 1.06 1.06 1.06 1.06 1.06 1.06 1.06 1.06 1.06 1.06 1.06

1471 1441 1414 1389 1366 1355 1344 1332 1320 1307 1294 1280 1267 1253 1238 1229 1222 1215 1209 1202 1196 1189 1183 1176 1170 1163 1157 1150 1144 1137 1131 1124 1117 1110 1103 1096 1088 1081 1072 1064 1055 1045 1035 1024 1012 999 985 970 953 936 919 912

1554 1524 1499 1481 1463 1449 1435 1420 1405 1389 1373 1357 1340 1329 1319 1310 1302 1294 1286 1279 1271 1264 1256 1248 1241 1233 1226 1218 1210 1202 1194 1186 1178 1170 1161 1152 1142 1132 1122 1111 1099 1087 1073 1058 1042 1025 1009 993 978 964 957 954

1.91 1.80 1.70 1.62 1.55 1.49 1.43 1.40 1.36 1.32 1.29 1.25 1.21 1.17 1.13 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11

2.04 1.92 1.82 1.73 1.65 1.63 1.60 1.57 1.53 1.48 1.43 1.36 1.29 1.22 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15 1.15

1610 1579 1556 1542 1528 1512 1496 1479 1462 1444 1426 1408 1390 1381 1372 1364 1355 1347 1339 1330 1322 1314 1305 1297 1289 1280 1272 1263 1255 1246 1237 1228 1219 1209 1199 1189 1179 1167 1155 1143 1129 1115 1099 1081 1062 1042 1025 1008 994 982 982 982

7.16 6.78 6.45 6.17 5.94 5.75 5.29 4.71 4.09 3.48 2.91 2.40 1.95 1.61 1.36 1.21 1.21 1.21 1.21 1.21 1.21 1.21 1.21 1.21 1.21 1.21 1.21 1.21 1.21 1.21 1.21 1.21 1.21 1.21 1.21 1.21 1.21 1.21 1.21 1.21 1.21 1.21 1.21 1.21 1.21 1.21 1.21 1.21 1.21 1.21 1.21 1.21

1770 1736 1708 1693 1675 1653 1627 1597 1573 1552 1531 1511 1492 1482 1472 1463 1454 1445 1436 1426 1417 1408 1399 1390 1381 1371 1362 1352 1343 1333 1323 1312 1302 1291 1279 1267 1254 1240 1226 1210 1193 1175 1157 1137 1119 1097 1077 1058 1040 1024 1015 1012

Phụ lục 2.2. Kết quả tính toán mô phỏng nhiệt độ khí thải tại cửa thải, lưu lượng khí thải, năng lượng khí thải ở các chế độ khởi động lạnh không tải chuẩn 1730 v/p, không tải nhanh 2500 v/p, 10% tải 2500v/p

10% tải 2500 v/p Lưu lượng kt (g/s)

Không tải chuẩn 1730 v/p Năng Lưu Tkt tại lượng lượng cửa thải kt (J/s) kt (g/s) (K) 0 0.000 132 0.321 166 0.342 173 0.345 176 0.344 178 0.344 180 0.343 181 0.342 182 0.342 182 0.342 182 0.341 183 0.341 183 0.340 183 0.340 183 0.339 183 0.339 183 0.338 182 0.338 182 0.338 182 0.337 182 0.337 182 0.336 182 0.336 181 0.335 181 0.335 181 0.334 181 0.334 181 0.334 181 0.333 180 0.333 180 0.332 180 0.332 180 0.331 180 0.331 179 0.331 179 0.330 179 0.330 179 0.329 179 0.329 178 0.328 178 0.328 178 0.327 178 0.327 178 0.327

300 670 737 750 760 766 771 775 777 779 781 782 783 783 784 784 785 785 785 785 786 786 786 786 786 786 787 787 787 787 787 787 787 787 788 788 788 788 788 788 788 788 788 788

Thời gian 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185 190 195 200 205 210 215

Không tải nhanh 2500 v/p Năng Lưu lượng lượng kt kt (J/s) (g/s) 0 218 288 305 312 317 321 323 324 325 326 326 327 327 327 327 326 326 326 326 325 325 325 324 324 324 323 323 323 322 322 322 321 321 321 320 320 319 319 319 318 318 318 317

Tkt tại cửa thải (K) 300 701 798 823 836 846 852 857 861 863 865 867 868 869 869 870 870 871 871 871 871 872 872 872 872 872 872 873 873 873 873 873 873 873 873 874 874 874 874 874 874 874 874 874

0.000 0.485 0.517 0.520 0.520 0.519 0.518 0.517 0.516 0.516 0.515 0.514 0.514 0.513 0.512 0.512 0.511 0.510 0.510 0.509 0.508 0.508 0.507 0.506 0.506 0.505 0.504 0.504 0.503 0.502 0.502 0.501 0.500 0.500 0.499 0.498 0.498 0.497 0.496 0.496 0.495 0.494 0.494 0.493

Tkt tại cửa thải (K) 300 789 873 886 896 902 907 911 913 915 917 918 919 919 920 920 921 921 921 921 922 922 922 922 922 922 923 923 923 923 923 923 923 923 924 924 924 924 924 924 924 924 924 924

Năng lượng kt (J/s) 0 339 423 436 442 447 449 451 452 453 454 454 454 454 454 453 453 453 452 452 451 451 451 450 450 449 449 448 448 447 447 446 446 445 445 444 444 443 442 442 441 441 440 440

0.000 0.601 0.640 0.644 0.644 0.643 0.642 0.640 0.640 0.639 0.638 0.637 0.636 0.635 0.635 0.634 0.633 0.632 0.631 0.630 0.630 0.629 0.628 0.627 0.626 0.625 0.625 0.624 0.623 0.622 0.621 0.621 0.620 0.619 0.618 0.617 0.616 0.616 0.615 0.614 0.613 0.612 0.611 0.611

220 225 230 235 240 245 250 255 260 265 270 275 280 285 290 295 300

788 789 789 789 789 789 789 789 789 789 789 789 789 790 790 790 790

0.326 0.326 0.325 0.325 0.324 0.324 0.323 0.323 0.323 0.322 0.322 0.321 0.321 0.320 0.320 0.319 0.319

177 177 177 177 176 176 176 176 176 175 175 175 175 175 174 174 174

874 874 875 875 875 875 875 875 875 875 875 875 875 875 876 876 876

0.492 0.492 0.491 0.490 0.490 0.489 0.488 0.488 0.487 0.486 0.486 0.485 0.484 0.484 0.483 0.482 0.482

317 316 316 316 315 315 314 314 314 313 313 313 312 312 311 311 311

924 925 925 925 925 925 925 925 925 925 925 925 925 926 926 926 926

0.610 0.609 0.608 0.607 0.606 0.606 0.605 0.604 0.603 0.602 0.602 0.601 0.600 0.599 0.598 0.597 0.597

439 439 438 438 437 437 436 436 435 434 434 433 433 432 432 431 431

Phụ lục 2.3. Kết quả tính toán mô phỏng hàm lượng phát thải CO, HC, NOx ở các chế độ khởi động lạnh không tải chuẩn 1730 v/p, không tải nhanh 2500 v/p, 10% tải 2500v/p

NOx (ppm)

CO (ppm)

10% tải HC (ppm)

NOx (ppm)

Thời gian (s)

CO (ppm) 0 0 5 21108 10 18535 15 16213 20 14579 25 13610 30 12805 35 12411 40 12077 45 11884 50 11860 55 11860 60 11860 65 11860 70 11860 75 11860 80 11860 85 11860 90 11860 95 11860 100 11860 105 11860 110 11860 115 11860 120 11860 125 11860 130 11860

Không tải chuẩn HC (ppm) 39982 21391 14654 11801 9906 8821 7941 7440 7095 6801 6546 6324 6128 5954 5799 5660 5591 5533 5481 5433 5388 5348 5310 5275 5242 5211 5183

NOx (ppm) 6 45 78 97 104 111 115 119 121 123 125 126 127 128 128 129 129 129 129 130 130 130 130 130 130 131 131

Không tải nhanh HC (ppm) 36496 19760 13335 10501 8727 7626 6795 6301 5961 5670 5418 5199 5005 4833 4679 4543 4476 4420 4368 4320 4275 4229 4187 4148 4112 4077 4045

CO (ppm) 0 21647 17169 13896 11850 10458 9438 8900 8443 8200 8184 8184 8184 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183

65 122 157 172 183 191 197 201 205 207 209 211 212 213 214 214 215 215 215 216 216 216 217 217 217 217

0 21841 16362 12356 10438 9459 8742 8364 8042 7868 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860

36141 19351 12905 10062 8283 7177 6344 5849 5507 5215 4963 4743 4548 4376 4221 4085 4018 3961 3909 3861 3817 3776 3739 3704 3671 3641 3612

108 179 226 245 259 270 278 285 289 293 295 297 299 300 301 302 303 303 304 304 305 305 305 306 306 306

135 11860 140 11860 145 11860 150 11860 155 11860 160 11860 165 11860 170 11860 175 11860 180 11860 185 11860 190 11860 195 11860 200 11860 205 11860 210 11860 225 11860 230 11860 235 11860 240 11860 245 11860 250 11860 255 11860 260 11860 265 11860 270 11860 275 11860 280 11860 285 11860 290 11860 295 11860 300 11860

5156 5130 5107 5084 5063 5043 5024 5005 4988 4972 4956 4941 4927 4913 4900 4887 4853 4842 4832 4822 4812 4803 4794 4785 4777 4769 4761 4753 4753 4753 4753 4753

131 131 131 131 131 131 132 132 132 132 132 132 132 132 132 132 133 133 133 133 133 133 133 133 133 133 133 133 133 133 134 134

8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183

4015 3987 3961 3935 3912 3889 3868 3848 3828 3810 3792 3776 3760 3744 3730 3716 3677 3665 3653 3642 3632 3621 3611 3602 3592 3583 3575 3567 3567 3567 3567 3567

217 218 218 218 218 218 218 219 219 219 219 219 219 220 220 220 220 220 220 221 221 221 221 221 221 221 221 222 222 222 222 222

7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860

3585 3560 3536 3514 3493 3473 3453 3435 3418 3402 3386 3371 3357 3343 3330 3318 3283 3272 3262 3252 3242 3233 3224 3216 3207 3199 3192 3184 3184 3184 3184 3184

307 307 307 307 308 308 308 308 309 309 309 309 309 310 310 310 311 311 311 311 311 311 312 312 312 312 312 312 313 313 313 313

Phụ lục 2.4. Kết quả tính mô phỏng nhiệt độ khí thải dọc ống thải từ cửa thải ở các chế độ Phụ lục 2.4.1 Chế độ ổn định

Nhiệt độ khí thải (K) dọc ống thải ở chế độ ổn định

Chiều dài ống thải từ cửa thải (cm) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Không tải chuẩn 1730v/p 789 728 687 651 617 588 555 522 489 456 423 390 357

Không tải nhanh 2500v/p 876 815 775 739 705 677 644 611 578 545 513 480 447

10% tải 2500v/p 925 865 824 789 755 727 694 662 629 597 564 532 499

100% tải 7500v/p 1100 1053 1026 1004 984 969 950 930 911 892 873 854 835

Phụ lục 2.4.2 khởi động lạnh không tải chuẩn

Nhiệt độ khí thải (K) dọc ống thải sau khoảng thời gian khởi động lạnh

Chiều dài ống thải từ cửa thải (cm) 0 5 10 15 20 25 30 35 40

Sau 10" 737 675 625 580 536 492 448 403 359

Sau 20" 760 699 651 608 565 522 480 437 394

Sau 100" 786 730 686 648 610 571 533 495 457

Sau 200" 788 735 694 659 624 588 553 518 483

Ổn định 789 728 687 651 617 588 555 522 489

Sau 50" 781 722 674 633 592 550 509 467 426

Phụ lục 2.4.3 Khởi động lạnh không tải nhanh

Nhiệt độ khí thải (K) dọc ống thải sau khoảng thời gian khởi động lạnh

Chiều dài ống thải từ cửa thải (cm) 0 5 10 15 20 25 30 35 40

Sau 10" 804 736 692 649 605 567 529 492 454

Sau 20" 838 771 727 683 639 601 563 525 487

Sau 100" 871 807 766 726 685 651 616 582 547

Sau 200" 874 812 772 737 699 667 636 604 572

Ổn định 876 815 775 739 705 677 644 611 578

Sau 50" 866 798 754 710 667 629 591 554 516

Phụ lục 2.4.4 Khởi động lạnh 10% tải

Nhiệt độ khí thải (K) dọc ống thải sau khoảng thời gian khởi động lạnh

Chiều dài ống thải từ cửa thải (cm) 0 5 10 15 20 25 30 35 40

Sau 10" 873 803 758 713 667 628 588 549 510

Sau 20" 896 828 784 740 696 658 620 582 544

Sau 100" 922 857 816 775 734 699 664 629 594

Sau 200" 924 862 821 786 748 716 684 652 620

Ổn định 925 865 824 789 755 727 694 662 629

Sau 50" 917 849 806 763 719 682 645 607 570

Phụ lục 2.5. Nhiệt độ khí thải tại cửa vào BXT ở các chế độ khởi động lạnh

Không tải chuẩn

Không tải nhanh

10% tải

T cửa thải (K)

T trước BXT (K)

T cửa thải (K)

T trước BXT (K)

T cửa thải (K)

T trước BXT (K)

300 670 737 750 760 766

300 330 359 380 394 402

300 390 454 475 487 494

300 789 873 886 896 902

300 449 510 536 544 549

Thời gian (s) 0 5 10 15 20 25

300 733 804 827 838 847

30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185 190 195 200 205 210 215 220 225 230 235 240 245 250 255 260 265 270 275 280 285

771 775 777 779 781 782 783 783 784 784 785 785 785 785 786 786 786 786 786 786 787 787 787 787 787 787 787 787 788 788 788 788 788 788 788 788 788 788 788 789 789 789 789 789 789 789 789 789 789 789 789 790

408 413 418 421 426 429 432 436 440 443 447 450 452 454 456 458 460 462 464 465 467 468 469 471 472 473 475 476 478 479 480 481 482 483 484 485 486 487 488 489 489 490 491 492 493 494 494 495 496 497 498 499

853 858 861 864 866 867 868 869 869 870 870 871 871 871 871 872 872 872 872 872 872 873 873 873 873 873 873 873 873 874 874 874 874 874 874 874 874 874 874 875 875 875 875 875 875 875 875 875 875 875 875 875

499 504 508 512 516 519 522 527 530 533 535 537 539 541 543 545 547 549 551 554 555 556 558 560 561 563 564 566 567 568 569 570 571 572 573 574 575 576 577 578 578 579 580 581 582 583 583 584 585 586 587 588

907 911 913 915 917 918 919 919 920 920 921 921 921 921 922 922 922 922 922 922 923 923 923 923 923 923 923 923 924 924 924 924 924 924 924 924 924 924 924 925 925 925 925 925 925 925 925 925 925 925 925 926

554 558 561 565 570 573 576 578 581 584 586 588 590 592 594 595 597 599 600 603 604 605 607 608 610 611 611 613 615 616 617 617 619 620 620 622 623 624 626 626 628 629 630 632 632 633 635 635 636 637 637 638

290 295 300

790 790 790

499 500 501

876 876 876

588 589 590

926 926 926

640 640 641

Phụ lục 2.6. Nhiệt độ BXT ở các chế độ khởi động lạnh và sấy khác nhau Phụ lục 2.6.1 Chế độ khởi động lạnh không tải chuẩn 1730v/p

Nhiệt độ BXT sấy 400W (K)

Nhiệt độ BXT sấy 200W (K)

Sấy 10"

Sấy 20"

Sấy 30" Sấy 30"

Sấy 40"

Sấy 50"

Nhiệt độ kt trước BXT (K) 300 359 380 394 402 408 413 418 421 426 429 432 436 440 443 447 450 452 454 456 458 460 462 464 465 467 468 469 471 472 473 475 476 478 479 480 481 482 483 484 485

Nhiệt độ BXT không sấy (K) 300 303 305 308 311 314 317 320 324 327 330 334 338 342 346 351 356 360 365 370 375 379 384 388 393 397 401 406 410 413 417 421 425 428 431 435 438 441 444 447 450

Thời gian (s) 0 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185 190 195 200 205

300 386 383 383 386 390 393 397 401 405 410 413 417 421 425 428 432 436 439 442 445 447 450 452 454 457 458 460 462 464 465 467 469 470 472 473 474 476 477 478 479

300 387 429 470 456 447 440 435 433 431 430 430 431 432 434 436 438 440 443 445 447 449 452 454 456 458 459 461 463 464 466 467 469 470 472 473 474 476 477 478 479

300 386 428 469 509 536 513 495 481 470 462 456 452 449 448 447 448 448 449 450 451 453 454 456 457 459 461 462 463 465 466 468 469 471 472 473 475 476 477 478 479

300 348 370 392 412 428 424 423 422 422 423 425 426 428 431 433 436 439 441 444 446 449 451 453 455 457 459 461 462 464 466 467 469 470 472 473 474 476 477 478 479

300 348 370 392 413 433 453 473 465 458 452 448 445 444 443 444 445 446 447 449 450 452 453 455 457 459 460 462 463 465 466 468 469 470 472 473 475 476 477 478 479

300 348 370 392 412 432 453 473 493 513 500 487 477 470 465 461 459 457 456 456 456 457 458 459 460 461 462 463 464 466 467 468 470 471 472 473 475 476 477 478 480

210 215 220 225 230 235 240 245 250 255 260 265 270 275 280 285 290 295 300

486 487 488 489 489 490 491 492 493 494 494 495 496 497 498 499 499 500 501

452 455 458 460 462 465 467 469 471 473 475 477 479 481 483 485 486 488 490

481 482 483 484 485 486 486 487 488 489 490 491 492 493 493 494 495 496 496

Phụ lục 2.6.2 Chế độ khởi động lạnh không tải nhanh 2500 v/p

Nhiệt độ BXT sấy 400W (K)

Nhiệt độ BXT sấy 200W (K)

Sấy 10"

Sấy 20"

Sấy 30"

Sấy 40"

Sấy 50"

Thời gian (s) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130

Nhiệt độ kt trước BXT (K) 300 390 454 475 487 494 499 504 508 512 516 519 522 527 530 533 535 537 539 541 543 545 547 549 551 554 555

Nhiệt độ BXT không sấy (K) 300 304 308 311 315 320 326 332 338 345 352 359 366 373 380 387 394 401 408 415 422 428 435 441 447 453 458

300 352 400 412 425 437 448 458 467 475 482 488 494 500 505 510 514 518 522 525 528 531 534 536 539 541 544

300 352 401 443 484 485 487 489 493 496 499 503 506 509 513 516 519 522 525 528 530 533 535 538 540 542 544

300 352 401 443 483 523 553 543 536 531 528 526 525 525 526 527 528 529 531 532 534 536 538 540 542 544 546

300 333 362 384 406 426 444 455 464 473 480 487 493 499 504 509 514 518 521 525 528 531 534 536 539 541 544

300 333 362 385 406 426 447 467 487 490 495 499 503 507 511 515 518 521 524 527 530 532 535 537 540 542 544

300 333 362 384 406 426 446 466 486 506 526 525 524 524 525 526 527 529 531 532 534 536 538 540 542 543 545

135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185 190 195 200 205 210 215 220 225 230 235 240 245 250 255 260 265 270 275 280 285 290 295 300

556 558 560 561 563 564 566 567 568 569 570 571 572 573 574 575 576 577 578 578 579 580 581 582 583 583 584 585 586 587 588 588 589 590

463 468 473 477 482 486 490 493 497 500 503 507 509 512 515 518 520 522 525 527 529 531 533 535 537 539 540 542 544 545 547 549 550 551

546 548 550 552 554 556 557 559 560 562 563 565 566 567 568 570 571 572 573 574 575 576 576 577 578 579 580 581 582 582 583 584 585 585

546 548 550 552 554 556 557 559 561 562 563 565 566 567 569 570 571 572 573 574 575 576 576 577 578 579 580 581 582 582 583 584 585 586

547 549 551 553 554 556 558 559 561 562 564 565 566 567 569 570 571 572 573 574 575 576 576 577 578 579 580 581 582 582 583 584 585 586

546 548 550 552 554 556 557 559 560 562 563 565 566 567 568 570 571 572 573 574 575 576 576 577 578 579 580 581 582 582 583 584 585 585

546 548 550 552 554 556 557 559 561 562 563 565 566 567 569 570 571 572 573 574 575 576 576 577 578 579 580 581 582 582 583 584 585 586

547 549 551 553 554 556 558 559 561 562 564 565 566 567 569 570 571 572 573 574 575 576 576 577 578 579 580 581 582 582 583 584 585 586

Phụ lục 2.6.3 Chế độ khởi động lạnh 10% tải 2500 v/p

Nhiệt độ BXT sấy 400W (K)

Nhiệt độ BXT sấy 200W (K)

Nhiệt độ kt trước BXT (K)

Sấy 10"

Sấy 20"

Sấy 30"

Sấy 40"

Sấy 50"

300 449 510 536 544 549 554 558 561 565

Nhiệt độ BXT không sấy (K) 300 305 308 314 320 327 335 343 351 360

Thời gian (s) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

300 361 409 430 450 468 483 497 508 518

Sấy 30" 300 361 409 452 492 531 563 561 561 561

300 361 409 452 492 502 511 519 527 533

300 342 370 394 414 434 455 473 489 503

300 342 370 394 414 435 455 475 495 505

300 342 370 394 414 434 454 474 494 514

50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185 190 195 200 205 210 215 220 225 230 235 240 245 250 255 260 265 270 275 280 285

570 573 576 578 581 584 586 588 590 592 594 595 597 599 600 603 604 605 607 608 610 611 611 613 615 616 617 617 619 620 620 622 623 624 626 626 628 629 630 632 632 633 635 635 636 637 637 638

370 379 389 399 409 419 429 438 447 456 465 473 480 488 494 501 507 513 518 523 528 533 537 541 545 549 552 556 559 562 565 568 571 573 576 578 581 583 586 588 590 593 595 597 599 601 603 605

527 535 543 549 555 560 564 569 572 576 579 582 584 587 589 591 593 596 597 599 601 603 604 606 607 609 610 611 613 614 615 616 617 618 620 621 622 623 624 625 627 628 629 630 631 632 633 634

540 545 551 556 560 564 568 572 575 578 580 583 585 588 590 592 594 596 598 600 601 603 605 606 607 609 610 611 613 614 615 616 617 618 620 621 622 623 624 625 627 628 629 630 631 632 633 634

562 564 566 568 570 572 575 577 579 581 583 585 587 589 591 593 595 597 598 600 602 603 605 606 607 609 610 612 613 614 615 616 617 618 620 621 622 623 624 625 627 628 629 630 631 632 633 634

515 525 534 542 549 555 561 566 570 574 577 580 583 586 588 591 593 595 597 599 601 603 604 606 607 609 610 611 613 614 615 616 617 618 620 621 622 623 624 625 627 628 629 630 631 632 633 634

516 527 535 543 550 556 561 566 570 574 577 580 583 586 588 591 593 595 597 599 601 603 604 606 607 609 610 611 613 614 615 616 617 618 620 621 622 623 624 625 627 628 629 630 631 632 633 634

534 540 546 552 557 562 566 570 573 577 579 582 585 587 589 592 594 596 598 599 601 603 604 606 607 609 610 611 613 614 615 616 617 618 620 621 622 623 624 625 627 628 629 630 631 632 633 634

290 295 300

640 640 641

607 609 611

635 636 636

Phụ lục 2.7. Hiệu quả trung hòa khí thải khi không sấy và sấy 30”, 400W Phụ lục 2.7.1 Thành phần CO, HC, NOx sau BXT ở chế độ không tải chuẩn khi không sấy và sấy BXT 30”, 400W

Hàm lượng CO (ppm)

Hàm lượng HC (ppm)

Hàm lượng NOx (ppm)

Sau BXT không sấy

Trước BXT

Sau BXT sấy 30", 400W

Trước BXT

Sau BXT không sấy

Sau BXT sấy 30", 400W

Trước BXT

Sau BXT không sấy

Sau BXT sấy 30", 400W

Thời gian (s) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180

0 21108 18535 16213 14579 13610 12805 12411 12077 11884 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860

21108 21391 18535 14654 16213 11801 9906 14330 8821 8435 7941 4146 7440 7212 7095 9549 6801 10924 6546 11626 6324 11849 6128 11860 5954 11860 5799 11860 5660 11860 5591 11860 5533 11860 5481 11860 5433 11860 5388 11860 5348 11860 5310 11860 5275 11860 5242 11860 5211 11860 5183 11860 5156 11859 5130 11851 5107 11832 5084 11805 5063 11768 5043 11722 5024 11667 5005 11604 4988 11534 4972 11458

21391 14654 11801 9906 8821 7941 7440 7095 6801 6546 6324 6128 5954 5799 5660 5591 5533 5481 5433 5388 5348 5310 5275 5242 5211 5183 5156 5130 5107 5084 5063 5043 5024 5005 4988 4972

21391 14654 11801 9905 7098 4327 5769 6518 6692 6546 6324 6128 5954 5799 5660 5591 5533 5481 5433 5388 5348 5310 5275 5242 5211 5183 5156 5130 5107 5083 5058 5031 5004 4975 4946 4915

0 45 78 97 104 111 115 119 121 123 125 126 127 128 128 129 129 129 129 130 130 130 130 130 130 131 131 131 131 131 131 131 131 132 132 132 132

0 45 78 97 104 111 115 119 121 123 125 126 127 128 128 129 129 129 129 130 130 130 130 130 130 131 131 131 131 131 131 131 131 132 131 131 130

185 190 195 200 205 210 215 220 225 230 235 240 245 250 255 260 265 270 275 280 285 290 295 300

11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860

11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11858 11849 11833 11812 11785 11753 11717 11677 11635 11610

11377 11291 11201 11106 11009 10913 10817 10722 10626 10530 10434 10337 10239 10140 10041 9940 9838 9735 9631 9525 9419 9311 9202 9137

4956 4941 4927 4913 4900 4887 4875 4864 4853 4842 4832 4822 4812 4803 4794 4785 4777 4769 4761 4753 4753 4753 4753 4753

4956 4941 4927 4913 4900 4887 4875 4864 4853 4842 4832 4822 4812 4803 4794 4785 4776 4764 4750 4734 4723 4711 4696 4687

4885 4854 4824 4793 4763 4732 4701 4670 4639 4608 4577 4545 4513 4481 4449 4416 4383 4350 4316 4288 4266 4245 4223 4211

132 132 132 132 132 132 132 132 133 133 133 133 133 133 133 133 133 133 133 133 133 133 134 134

132 132 132 132 132 132 132 132 131 130 129 128 127 125 124 122 121 119 117 116 114 112 111 110

129 127 126 124 122 120 117 115 113 110 108 106 103 101 99 96 94 92 90 87 85 83 80 79

Phụ lục 2.7.2 Thành phần CO, HC, NOx sau BXT ở chế độ không tải nhanh khi không sấy và sấy BXT 30”, 400W

Hàm lượng CO (ppm)

Hàm lượng HC (ppm)

Hàm lượng NOx (ppm)

Sau BXT không sấy

Sau BXT sấy 30", 400W

Trước BXT

Sau BXT không sấy

Sau BXT sấy 30", 400W

Trước BXT

Sau BXT không sấy

Sau BXT sấy 30", 400W

Trước BXT

19760 13335 10501 8513 5130 2614 2983 3224 3347 3374 3339 3268 3166 3034 2898 2799 2701 2601

0 65 122 157 172 183 191 197 201 205 207 209 211 212 213 214 214 215 215

0 65 122 157 130 36 7 13 20 27 32 35 38 38 37 35 33 31 29

Thời gian (s) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0 21647 17169 13896 11850 10458 9438 8900 8443 8200 8184 8184 8184 8183 8183 8183 8183 8183 8183

0 21647 17169 13896 10651 4779 1758 2299 2700 3023 3291 3463 3559 3577 3518 3424 3313 3191 3060

19760 13335 10501 8727 7626 6795 6301 5961 5670 5418 5199 5005 4833 4679 4543 4476 4420 4368

95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185 190 195 200 205 210 215 220 225 230 235 240 245 250 255 260 265 270 275 280 285 290 295 300

8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183

8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8167 8076 7920 7710 7461 7182 6886 6578 6266 5956 5650 5352 5065 4789 4525 4275 4038 3813 3601 3402 3214 3037 2871 2715 2568 2430 2300 2178 2063 1955 1853 1757 1666 1614

2922 2782 2639 2497 2355 2216 2080 1948 1829 1717 1613 1513 1423 1337 1259 1185 1117 1055 998 946 897 852 810 772 737 705 675 647 621 596 572 549 527 507 487 467 449 431 414 398 382 372

4320 4275 4229 4187 4148 4112 4077 4045 4015 3987 3961 3935 3912 3889 3868 3848 3828 3810 3792 3776 3760 3744 3730 3716 3702 3689 3677 3665 3653 3642 3632 3621 3611 3602 3592 3583 3575 3567 3567 3567 3567 3567

4320 4275 4229 4187 4148 4112 4077 4045 4015 3987 3956 3905 3837 3756 3664 3564 3459 3352 3242 3132 3023 2916 2810 2707 2608 2511 2418 2329 2242 2159 2080 2003 1930 1860 1792 1728 1666 1607 1553 1502 1452 1423

2501 2401 2299 2199 2101 2004 1910 1819 1735 1655 1580 1507 1440 1376 1317 1260 1207 1158 1112 1069 1029 991 956 923 893 864 837 812 787 764 742 720 700 680 660 641 623 606 590 574 559 550

215 216 216 216 217 217 217 217 217 218 218 218 218 218 218 219 219 219 219 219 219 220 220 220 220 220 220 220 220 221 221 221 221 221 221 221 221 222 222 222 222 222

215 216 216 216 217 217 217 217 212 205 195 183 170 157 143 131 118 107 96 87 78 70 62 56 50 45 40 36 32 29 26 23 21 19 17 15 14 13 11 10 9 9

26 24 22 20 18 16 14 12 11 10 9 8 7 6 5 5 4 4 4 3 3 3 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Phụ lục 2.7.3 Thành phần CO, HC, NOx sau BXT ở chế độ 10% tải khi không sấy và sấy BXT 30 giây 400W

Hàm lượng CO (ppm)

Hàm lượng HC (ppm)

Hàm lượng NOx (ppm)

Sau BXT không sấy

Sau BXT sấy 30", 400W

Trước BXT

Sau BXT không sấy

Sau BXT sấy 30", 400W

Trước BXT

Sau BXT không sấy

Sau BXT sấy 30", 400W

Trước BXT

Thời gian (s) 0

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185 190 195 200 205 210 215 220 225 230 235 240 245 250 255 260

21841 16362 12356 10438 9459 8742 8364 8042 7868 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860

21841 16362 12356 10438 9459 8742 8364 8042 7868 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7827 7615 7245 6767 6226 5662 5085 4553 4051 3588 3167 2789 2453 2157 1896 1668 1469 1295 1143 1011 895 801 716 639 570 508 452 402 357 317 281 251 224

19351 12905 10062 8283 7177 6344 5849 5507 5215 4963 4743 4548 4376 4221 4085 4018 3961 3909 3861 3817 3772 3683 3546 3376 3185 2978 2775 2573 2378 2191 2014 1850 1698 1557 1429 1312 1205 1107 1019 938 870 805 745 689 637 588 543 501 462 426 394 364

19351 12905 10062 7744 4227 1907 1818 1729 1627 1505 1375 1253 1139 1035 939 863 796 736 682 632 586 545 507 472 438 407 379 354 331 309 289 273 258 243 228 216 205 195 185 176 167 159 151 143 136 129 122 116 110 104 99 94

108 179 226 245 259 270 278 285 289 293 295 297 299 300 301 302 303 303 304 304 305 305 305 306 306 306 307 307 307 307 308 308 308 308 309 309 309 309 309 310 310 310 310 310 311 311 311 311 311 311 312 312

108 179 226 245 259 270 278 285 289 293 295 297 299 300 301 302 303 303 304 295 273 243 210 177 146 118 95 76 60 47 37 29 23 18 14 11 9 7 6 4 4 3 2 2 2 1 1 1 1 1 0 0

108 179 226 152 33 5 5 6 6 5 5 4 3 3 2 2 2 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

21841 16362 12356 8548 3473 1108 1117 1090 1057 1010 942 870 797 727 658 593 536 485 440 399 362 329 299 271 245 222 202 184 168 153 140 129 119 110 101 93 87 81 76 71 66 61 57 53 49 46 43 40 37 34 31 29

19351 12905 10062 8283 7177 6344 5849 5507 5215 4963 4743 4548 4376 4221 4085 4018 3961 3909 3861 3817 3776 3739 3704 3671 3641 3612 3585 3560 3536 3514 3493 3473 3453 3435 3418 3402 3386 3371 3357 3343 3330 3318 3306 3294 3283 3272 3262 3252 3242 3233 3224 3216

265 270 275 280 285 290 295 300

7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860 7860

200 178 158 141 125 111 99 92

27 25 24 22 21 20 19 18

3207 3199 3192 3184 3184 3184 3184 3184

337 311 287 265 245 227 210 200

89 85 81 77 75 72 68 67

312 312 312 312 313 313 313 313

0 0 0 0 0 0 0 0

Phụ lục 2.7.4 Hiệu quả trung hòa CO, HC, NOx ở chế độ không tải chuẩn khi không sấy và sấy BXT 30 giây, 400W

Hiệu suất trung hòa kt (%)- Không sấy

NOx

Hiệu suất trung hòa kt (%)-Sấy 30", 400W CO

NOx

Thời gian (s) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 2 38 68 42 21 8 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 2 2 3 3 4

0 0 0 0 0 20 46 22 8 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 2

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 2 2 2

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1

0 0 0 0 0 0 0 1 2 2 3 4 6 7 8 9 11 12 13 15 16 17 18

5 6 6 7 8 9 10 10 11 12 13 14 14 15 16 17 18 19 20 21 21 22 23

2 2 2 3 3 4 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 11

3 5 6 8 10 11 13 15 17 19 20 22 24 26 28 29 31 33 35 36 38 40 41

190 195 200 205 210 215 220 225 230 235 240 245 250 255 260 265 270 275 280 285 290 295 300

Phụ lục 2.7.5 Hiệu quả trung hòa CO, HC, NOx ở chế độ không tải nhanh khi không sấy và sấy BXT 30 giây, 400W

Hiệu suất trung hòa kt (%)- Không sấy

Hiệu suất trung hòa kt (%)-Sấy 30", 400W

NOx

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 10 54 81 74 68 63 60 58 57 56 57 58 60 61 61 62 62 62 63

0 0 0 0 2 33 62 53 46 41 38 36 35 34 35 36 37 39 39 40 40 40 40

0 0 0 0 24 80 96 93 90 87 85 83 82 82 83 83 84 86 86 86 86 86 87

Thời gian (s) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 86 87 88 89 90

91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 140 145 150 155

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 3 6 9

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 2 2 3 4 4 6 11 16 22

63 63 64 64 64 65 65 65 66 66 66 67 67 67 68 68 68 69 69 69 70 70 71 71 71 72 72 72 73 73 73 74 74 74 75 75 75 76 76 76 76 77 77 77 78 78 78 78 79 80 82 83

41 41 41 42 42 42 43 43 43 44 44 45 45 45 46 46 46 47 47 47 48 48 49 49 49 50 50 50 51 51 52 52 52 53 53 54 54 54 55 55 55 56 56 56 57 57 57 58 58 60 62 63

87 87 87 88 88 88 88 88 89 89 89 89 90 90 90 90 90 91 91 91 91 91 92 92 92 92 92 92 93 93 93 93 93 93 94 94 94 94 94 94 94 95 95 95 95 95 95 95 96 96 96 97

12 16 20 23 27 31 35 38 41 45 48 51 53 56 58 61 63 65 67 69 70 72 73 75 76 77 79 80 80

3 5 7 10 12 15 17 20 22 25 27 30 32 34 36 39 41 43 45 47 48 50 52 53 55 56 58 59 60

28 34 40 46 51 56 61 65 68 72 75 77 80 82 84 85 87 88 89 90 91 92 93 94 94 95 95 96 96

84 85 86 86 87 88 88 89 90 90 91 91 91 92 92 92 93 93 93 94 94 94 94 95 95 95 95 95 95

65 66 67 68 70 71 72 73 74 74 75 76 77 77 78 78 79 80 80 81 81 82 82 83 83 83 84 84 85

97 98 98 98 98 98 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100

160 165 170 175 180 185 190 195 200 205 210 215 220 225 230 235 240 245 250 255 260 265 270 275 280 285 290 295 300

Phụ lục 2.7.6 Hiệu quả trung hòa CO, HC, NOx ở chế độ 10% tải khi không sấy và sấy BXT 30”, 400W

Hiệu suất trung hòa kt (%)- Không sấy

Hiệu suất trung hòa kt (%)-Sấy 30", 400W

NOx

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 18 63 87 87 86 87 87 88 89 90 91 92 92

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 7 41 70 69 69 69 70 71 72 74 75 77 79

0 0 0 0 38 87 98 98 98 98 98 98 99 99 99 99 99

Thời gian (s) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80

93 94 94 95 95 96 96 97 97 97 97 98 98 98 98 98 98 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 99 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100

80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 89 90 91 91 92 92 93 93 93 94 94 94 94 95 95 95 95 96 96 96 96 96 97 97 97 97 97 97 97 98 98 98 98 98

99 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100

85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185 190 195 201 205 210 215 220 225 230 235 240 245 250 255 260 265 270 275 280 285 290 295 300

0 0 0 0 3 8 14 21 28 35 42 48 54 60 65 69 73 76 79 81 84 85 87 89 90 91 92 93 94 94 95 95 96 96 97 97 97 98 98 98 98 99 99 99

0 0 0 0 0 1 4 8 13 18 23 28 33 38 42 47 51 55 58 61 64 67 70 72 74 76 77 79 81 82 83 85 86 87 88 89 90 90 91 92 92 93 93 94

0 0 0 3 10 20 31 42 52 61 69 75 80 85 88 91 93 94 95 96 97 98 98 99 99 99 99 99 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100

Phụ lục 2.8. Hiệu quả trung hòa HC ở các chế độ khởi động và sấy BXT Phụ lục 2.8.1 Hiệu quả trung hòa HC ở chế độ khởi động lạnh không tải chuẩn

Hq trung hòa HC (%) -Sấy 400W

Hq trung hòa HC (%) -Sấy 200W

Sấy 10"

Sấy 20"

Sấy 30"

Sấy 40"

Sấy 50"

Hq trung hòa HC (%) -Không sấy

Thời gian(s) 0

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185 190 195 200 205 210 215 220 225 230 235 240

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 2 2 2 3 3 4

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 2 2 2 3 3 4 4 4

0 0 0 0 13 51 26 10 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 2 2 2 3 3 3 4 4 5 5 6

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 2 2 2 3 3 4

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 2 2 2 3 3 4 4 4

0 0 0 0 0 0 0 0 5 19 14 5 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 2 2 2 3 3 4 4 4 5 5 6

245 250 255 260 265 270 275 280 285 290 295 300

0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1

4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9

5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10

6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 11

4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9

5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10

6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 12 12

Phụ lục 2.8.2 Hiệu quả trung hòa HC ở chế độ khởi động lạnh không tải nhanh

Hq trung hòa HC (%) -Sấy 400W

Hq trung hòa HC (%) -Sấy 200W

Sấy 10"

Sấy 20"

Sấy 30"

Sấy 40"

Sấy 50"

Hq trung hòa HC (%) -Không sấy

Thời gian(s) 1 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 3 5

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 4 7 11 15 19 23 27 31 34 37 40 43 46 48 51 53 55 57 59 61 62 64 65

0 0 0 0 0 3 4 5 7 8 11 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 42 44 47 49 51 54 56 57 59 61 63 64 65

0 0 0 0 0 25 64 54 47 42 38 36 35 34 35 36 37 39 40 42 43 45 47 49 51 53 55 56 58 60 61 63 64 66

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 3 7 10 14 19 23 27 30 34 37 40 43 45 48 50 53 55 57 59 61 62 64 65

0 0 0 0 0 0 0 0 2 5 8 11 13 17 20 24 27 30 33 36 39 42 44 47 49 51 53 55 57 59 61 62 64 65

0 0 0 0 0 0 0 0 2 14 32 35 34 34 34 35 37 38 40 42 43 45 47 49 51 53 55 56 58 60 61 63 64 66

170 175 180 185 190 195 200 205 210 215 220 225 230 235 240 245 250 255 260 265 270 275 280 285 290 295 300

7 9 12 14 17 19 22 24 27 29 31 34 36 38 40 42 44 46 48 50 51 53 55 56 58 59 60

67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 76 77 78 78 79 79 80 81 81 82 82 82 83 83 84 84 84

Phụ lục 2.8.3 Hiệu quả trung hòa HC ở chế độ khởi động lạnh 10% tải

Hq trung hòa HC (%) -Sấy 400W

Hq trung hòa HC (%) -Sấy 200W

Sấy 10"

Sấy 20"

Sấy 30"

Sấy3 0"

Sấy 40"

Sấy 50"

Thời gian(s) 1 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95

Hq trung hòa HC (%) - Không sấy 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 2 8 17 26 35 44 51 57 62 67 71 74 76 79

0 0 0 0 3 12 20 27 35 42 48 54 59 63 67 71 73 76 78 80

0 0 0 0 3 33 70 69 69 69 69 71 72 74 75 77 78 80 81 82

0 0 0 0 0 0 0 0 4 12 22 33 42 50 57 63 68 71 75 77

0 0 0 0 0 0 0 0 6 14 24 34 43 51 58 63 68 72 75 78

0 0 0 0 0 0 0 0 6 20 40 48 55 60 65 69 72 75 77 79

83 84 85 86 87 88 89 89 90 91 91 92 92 92 93 93 94 94 94 94 95 95 95 95 96 96 96 96 96 97 97 97 97 97 97 97 98 98 98 98 98

80 81 83 84 86 87 88 89 89 90 91 91 92 92 93 93 94 94 94 94 95 95 95 95 96 96 96 96 96 97 97 97 97 97 97 97 98 98 98 98 98

80 82 83 85 86 87 88 89 89 90 91 91 92 92 93 93 94 94 94 94 95 95 95 95 96 96 96 96 96 97 97 97 97 97 97 97 98 98 98 98 98

81 83 84 85 86 87 88 89 90 90 91 91 92 92 93 93 94 94 94 94 95 95 95 95 96 96 96 96 96 97 97 97 97 97 97 97 98 98 98 98 98

100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185 190 195 200 205 210 215 220 225 230 235 240 245 250 255 260 265 270 275 280 285 290 295 300

0 0 1 4 7 12 16 22 27 32 37 41 46 50 54 58 61 64 67 69 71 74 75 77 79 80 82 83 84 86 87 88 89 89 90 91 92 92 93 93 94

81 82 84 85 86 87 88 89 90 90 91 91 92 92 93 93 94 94 94 94 95 95 95 95 96 96 96 96 96 97 97 97 97 97 97 97 98 98 98 98 98

82 83 84 85 86 87 88 89 90 90 91 92 92 92 93 93 94 94 94 94 95 95 95 95 96 96 96 96 96 97 97 97 97 97 97 97 98 98 98 98 98

PHỤ LỤC 3 CÁC SỐ LIỆU KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

Phụ lục 3.1 Lưu lượng và nhiệt độ khí thải tại cửa thải và tại cửa vào BXT

Lưu lượng và nhiệt độ khí thải - Không tải chuẩn

Lưu lượng và nhiệt độ khí thải -Không tải nhanh

Nhiệt độ trước BXT (K)

Nhiệt độ tại cửa thải (K)

Nhiệt độ trước BXT (K)

Thời gian (s)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185 190 195 200

Lưu lượng (g/s) mp 0.000 0.321 0.342 0.345 0.344 0.344 0.343 0.342 0.342 0.342 0.341 0.341 0.340 0.340 0.339 0.339 0.338 0.338 0.338 0.337 0.337 0.336 0.336 0.335 0.335 0.334 0.334 0.334 0.333 0.333 0.332 0.332 0.331 0.331 0.331 0.330 0.330 0.329 0.329 0.328 0.328

tn 0.000 0.307 0.316 0.328 0.327 0.327 0.326 0.328 0.327 0.327 0.326 0.326 0.328 0.325 0.324 0.324 0.325 0.323 0.322 0.317 0.316 0.313 0.313 0.312 0.312 0.311 0.311 0.310 0.309 0.309 0.308 0.308 0.307 0.307 0.306 0.306 0.305 0.305 0.304 0.303 0.303

Nhiệt độ tại cửa thải (K) mp 300 670 737 750 760 766 771 775 777 779 781 782 783 783 784 784 785 785 785 785 786 786 786 786 786 786 787 787 787 787 787 787 787 787 788 788 788 788 788 788 788

tn 296 602 690 708 720 729 737 744 748 754 756 758 759 760 761 763 764 765 766 766 767 768 770 771 771 771 772 774 776 775 776 777 777 777 777 778 778 779 779 780 780

mp 300 334 363 384 398 406 412 417 422 425 430 433 436 440 444 447 451 454 456 458 461 463 464 465 466 467 468 470 471 472 474 475 477 478 479 480 482 482 483 484 485

Lưu lượng (g/s) mp 0.151 0.503 0.518 0.520 0.520 0.519 0.518 0.517 0.516 0.516 0.515 0.514 0.514 0.513 0.512 0.512 0.511 0.510 0.510 0.509 0.508 0.508 0.507 0.506 0.506 0.505 0.504 0.504 0.503 0.502 0.502 0.501 0.500 0.500 0.499 0.498 0.498 0.497 0.496 0.496 0.495

tn 0.186 0.542 0.559 0.568 0.567 0.554 0.547 0.546 0.545 0.543 0.542 0.541 0.545 0.539 0.538 0.537 0.541 0.535 0.534 0.523 0.522 0.517 0.516 0.514 0.513 0.512 0.511 0.510 0.509 0.508 0.507 0.506 0.505 0.504 0.503 0.502 0.501 0.500 0.499 0.498 0.496

tn 302 351 393 407 414 418 423 427 429 434 438 441 444 446 449 451 453 455 457 459 461 462 464 466 467 469 471 472 474 475 476 477 477 479 481 482 483 483 485 486 487

300 733 804 827 838 847 853 858 861 864 866 867 868 869 869 870 870 871 871 871 871 872 872 872 872 872 872 873 873 873 873 873 873 873 873 874 874 874 874 874 874

580 707 770 804 814 820 821 824 829 831 833 836 840 843 843 845 847 849 850 852 854 855 854 853 855 856 854 853 855 856 856 858 859 859 859 862 864 864 866 866 867

300 390 454 475 487 494 499 504 508 512 516 519 522 527 530 534 537 540 542 545 547 549 550 551 552 554 555 556 558 560 561 563 564 566 567 569 570 571 571 571 572

369 408 437 458 472 480 486 491 496 499 504 507 510 514 518 521 525 528 530 532 535 538 537 535 535 536 537 537 538 539 540 540 542 543 545 547 548 550 551 553 554

0.302 0.302 0.301 0.301 0.300 0.300 0.299 0.299 0.298 0.298 0.297 0.296 0.296 0.295 0.292 0.292 0.291 0.291 0.290 0.290

788 788 788 788 789 789 789 789 789 789 789 789 789 789 789 789 790 790 790 790

780 780 782 782 781 782 783 783 783 783 783 784 785 786 786 786 785 787 788 788

485 486 487 488 489 490 491 493 493 495 496 497 498 499 500 501 501 503 504 505

488 489 490 491 492 494 494 496 497 498 498 500 500 501 502 502 503 505 505 506

0.494 0.494 0.493 0.492 0.492 0.491 0.490 0.490 0.489 0.488 0.488 0.487 0.486 0.486 0.485 0.484 0.484 0.483 0.482 0.482

0.495 0.494 0.493 0.492 0.491 0.490 0.489 0.488 0.487 0.486 0.485 0.484 0.483 0.482 0.476 0.475 0.474 0.473 0.472 0.471

874 874 874 874 875 875 875 875 875 875 875 875 875 875 875 875 875 876 876 876

869 867 869 870 871 872 872 873 871 871 872 872 874 873 873 874 877 878 876 876

571 572 574 574 575 576 577 579 580 581 582 583 584 585 585 586 587 588 589 590

205 210 215 220 225 230 235 240 245 250 255 260 265 270 275 280 285 290 295 300

0.327 0.327 0.327 0.326 0.326 0.325 0.325 0.324 0.324 0.323 0.323 0.323 0.322 0.322 0.321 0.321 0.320 0.320 0.319 0.319

555 557 559 559 560 560 561 560 561 562 563 564 565 565 568 568 570 571 571 572

Phụ lục 3.2 Thành phần khí thải của động cơ ở các chế độ khởi động lạnh

Thành phần khí thải mô phỏng và thực nghiệm (ppm)-Không tải chuẩn

Thành phần khí thải mô phỏng và thực nghiệm (ppm)-Không tải nhanh

CO tn

HC tn

NOx mp

HC tn

NOx tn

Thời gian (s)

0 45 78 97

0 21459 21391 22841 17699 14654 13535 15871 11801 10491 9066 9906 14157 8125 8821 13627 7600 7941 13029 7125 7440 12627 6975 7095 12457 5875 6801 12250 5250 6546 12146 5375 6324 12219 5125 6128 12285 5150 5954 12299 5050 5799 12537 4875 5660 12439 5025 5591 12244 5025 5533 12540 4875 5481 12541 4900 5433 12630 4900 5388 12585 4875 5348 12517 4875 5310 12708 4775 5275 12952 4775 5242 12727

0 0 46 21647 24658 19760 19071 73 17169 15137 13335 12193 9567 91 13896 12566 10501 7945 8727 6975 7626 6555 6795 6114 6301 5715 5961 5400 5670 5148 5418 5119 5199 4804 5005 4825 4833 4720 4679 4825 4543 4489 4476 4489 4420 4615 4368 4489 4320 4510 4275 4615 4229 4489 4187 4489 4148 4510 4112

104 103 11850 11045 9962 111 112 10458 9520 9438 115 120 9356 8900 119 125 9147 8443 121 128 8450 8200 123 131 8533 8184 125 132 8590 8184 126 133 8891 8184 127 133 8768 8183 128 134 8534 8183 128 134 8409 8183 129 134 8536 8183 129 134 8614 8183 129 134 8532 8183 129 135 8661 8183 130 135 8510 8183 130 135 8517 8183 130 135 8415 8183 130 135 8598 8183 130 135 8554 8183 130 135

0 65 122 157 172 183 191 197 201 205 207 209 211 212 213 214 214 215 215 215 216 216 216 217 217

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120

0 21108 18535 16213 14579 13610 12805 12411 12077 11884 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860

0 71 134 163 177 188 195 201 210 216 218 219 224 224 226 226 226 226 226 225 226 227 228 227 227

125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185 190 195 200 205 210 215 220 225 230 235 240 245 250 255 260 265 270 275 280 285 290 295 300

11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860 11860

12936 12459 12445 12643 12417 12119 12155 12481 12161 12069 12037 12028 11811 12265 12084 11899 11870 11811 11789 11941 12172 12240 11740 11885 11848 12045 11816 11873 11811 11936 11845 12045 11897 11978 11785 11734

5211 5183 5156 5130 5107 5084 5063 5043 5024 5005 4988 4972 4956 4941 4927 4913 4900 4887 4875 4864 4853 4842 4832 4822 4812 4803 4794 4785 4777 4769 4761 4753 4753 4753 4753 4753

4775 4775 4775 4775 4775 4775 4775 4875 4875 4650 4650 4875 4875 4775 4775 4875 4775 4775 4750 4775 4650 4650 4650 4550 4550 4700 4525 4550 4525 4575 4650 4650 4525 4525 4525 4550

131 135 131 135 131 135 131 135 131 135 131 135 131 135 131 135 132 135 132 136 132 136 132 136 132 136 132 136 132 136 132 136 132 136 132 136 132 136 132 136 133 136 133 136 133 136 133 136 133 136 133 137 133 137 133 137 133 137 133 137 133 137 133 137 133 137 133 137 134 137 134 137

8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183 8183

8824 8596 8696 8779 8747 8805 8472 8481 8514 8304 8504 8398 8903 8581 8540 8549 8532 8776 8604 8519 8705 8604 8519 8685 8781 8980 9409 9042 8830 8974 8796 8659 8348 8708 8480 8808

4077 4045 4015 3987 3961 3935 3912 3889 3868 3848 3828 3810 3792 3776 3760 3744 3730 3716 3702 3689 3677 3665 3653 3642 3632 3621 3611 3602 3592 3583 3575 3567 3567 3567 3567 3567

4405 4384 4405 4426 4405 4405 4405 4405 4405 4489 4447 4405 4405 4489 4489 4405 4405 4489 4405 4405 4300 4405 4300 4300 4300 4216 4216 4300 4195 4216 4195 4279 4300 4300 4216 4069

217 217 217 218 218 218 218 218 218 219 219 219 219 219 219 220 220 220 220 220 220 220 220 221 221 221 221 221 221 221 221 222 222 222 222 222

227 227 227 227 227 228 228 228 228 228 228 228 228 228 228 226 227 230 232 229 228 231 229 229 227 228 228 227 227 228 231 232 233 233 230 229

Phụ lục 3.3 Nhiệt độ lõi BXT và thành phần khí thải sau BXT ở chế độ khởi động lạnh không tải nhanh – không sấy

Không tải nhanh - Không sấy

Thời gian (s)

T lõi BXT (K) tn mp

CO trước BXT (ppm) mp

CO sau BXT (ppm) tn

HC trước BXT (ppm) mp

HC sau BXT (ppm) mp

NOx trước BXT (ppm) tn

NOx sau BXT (ppm) tn

0 65

0 300 300 0 5 304 312 21647 25383 21647 23515 19760 20580 19760 21591 10 308 316 17169 16485 17169 16827 13335 13778 13335 12379 15 311 321 13896 13822 13896 13859 10501 10696 10501 9793 8727 8891 8727 8051 20 315 327 11850 12242 11850 12046 7626 7709 7626 6922 25 320 333 10458 11361 10458 11169 6795 6877 6795 6145 9438 10392 30 326 339 6301 6339 6301 5935 8900 9578 35 332 346

9438 10961 8900 10048

0 65 122 157 172 183 191 197

0 93 142 165 180 191 203 211

0 88 122 129 157 156 172 176 183 191 191 199 197 205

40 338 352 45 345 358 50 352 365 55 359 371 60 366 378 65 373 384 70 380 390 75 387 396 80 394 402 85 401 408 90 408 414 95 415 420 100 422 426 105 428 431 110 435 437 115 441 442 120 447 447 125 453 451 130 458 456 135 463 460 140 468 464 145 473 468 150 477 472 155 482 476 160 486 479 165 490 482 170 493 485 175 497 488 180 500 491 185 503 494 190 507 496 195 509 499 200 512 501 205 515 503 210 518 506 215 520 508 220 522 510 225 525 512 230 527 514 235 529 515 240 531 517 245 533 519 250 535 521 255 537 522 265 540 525 270 542 527 275 544 528 280 545 530 285 547 531 290 549 532 295 550 534 300 551 534

8443 9634 8200 9305 8184 10322 8184 9527 8184 9707 8183 8511 8183 8320 8183 8378 8183 8990 8183 8522 8183 8577 8183 8910 8183 8620 8183 8930 8183 8767 8183 8654 8183 9476 8183 9200 8183 9266 8183 8981 8183 9290 8183 9648 8183 9329 8183 9579 8183 9024 8183 8643 8183 9298 8183 8963 8183 8752 8183 8185 8183 8908 8183 8778 8183 8422 8183 8418 8183 8151 8183 8091 8183 8331 8183 8387 8183 8187 8183 8100 8183 7870 8183 7977 8183 8081 8183 8087 8183 8106 8183 8096 8183 8167 8183 8144 8183 8110 8183 8156 8183 8119 8183 8106

5961 5993 5961 5698 5670 5697 5670 5648 5418 5442 5418 5306 5199 5219 5199 5271 5005 5023 5005 4921 4833 4849 4833 4819 4679 4694 4679 4773 4543 4555 4543 4702 4476 4564 4476 4611 4420 4696 4420 4828 4368 4678 4368 4714 4320 4588 4320 4607 4275 4571 4275 4640 4229 4665 4229 4792 4187 4648 4187 4874 4148 4667 4148 4815 4112 4659 4112 4812 4077 4654 4077 4851 4045 4593 4045 4777 4015 4654 4015 4779 3987 4689 3987 4707 3961 4560 3956 4626 3935 4584 3905 4356 3912 4564 3837 4224 3889 4500 3756 4058 3868 4505 3664 3997 3848 4491 3564 3889 3828 4458 3459 3750 3810 4348 3352 3544 3792 4337 3242 3552 3776 4582 3132 3581 3760 4472 3023 3489 3744 4590 2916 3360 3730 4588 2810 2939 3716 4344 2707 2752 3702 4483 2608 2961 3689 4551 2511 2535 3677 4579 2418 2601 3665 4465 2329 2479 3653 4590 2242 2410 3642 4474 2159 2119 3632 4491 2080 2212 3621 4487 2003 2146 3611 4573 1930 2351 3592 4483 1792 2095 3583 4461 1728 1870 3575 4573 1666 2230 3567 4485 1607 2002 3567 4502 1553 2002 3567 4582 1502 2110 3567 4692 1452 2362 3567 4553 1433 2291

201 205 207 209 211 212 213 214 214 215 215 215 216 216 216 217 217 217 217 217 218 218 218 218 218 218 219 219 219 219 219 219 220 220 220 220 220 220 220 220 221 221 221 221 221 221 221 222 222 222 222 222

217 221 223 224 225 225 226 226 226 226 227 227 227 227 227 227 227 227 228 228 228 228 228 228 228 228 228 228 228 228 229 229 229 229 229 229 229 229 229 229 229 229 229 229 230 230 230 230 230 230 230 230

201 209 205 213 207 215 209 217 211 219 212 220 213 221 214 222 214 222 215 223 215 223 215 223 216 224 216 224 216 224 217 225 217 225 217 225 217 225 212 220 205 209 195 191 183 173 170 156 157 143 143 128 131 117 118 108 107 102 94 86 79 73 65 60 54 50 46 42 37 36 37 36 35 34 32 30 28 26 23 21 20

96 87 78 70 62 56 50 45 40 36 32 29 26 23 21 17 15 14 13 11 10 9 9

8443 9127 8200 8796 8184 9253 8184 8800 8184 8095 8183 8378 8183 8203 8183 8277 8183 8815 8183 8389 8183 8400 8183 8696 8183 8518 8183 8553 8183 8500 8183 8360 8183 8967 8183 8866 8183 8461 8167 7897 8076 7926 7920 7750 7710 7224 7461 7011 7182 6273 6886 5913 6578 5980 6266 5475 5956 4915 5650 4310 5352 4514 5065 4137 4789 3630 4525 3298 4275 3100 4038 2968 3813 2964 3601 2895 3402 2667 3214 2549 3037 2422 2871 2391 2715 2312 2568 2182 2300 1972 2178 1868 2063 1781 1955 1702 1853 1616 1757 1547 1666 1468 1631 1441

Phụ lục 3.4 Nhiệt độ lõi BXT và thành phần khí thải sau BXT ở chế độ khởi động lạnh không tải nhanh – sấy 30”, 400W

Kết quả thí nghiệm đo nhiệt độ lõi BXT và thành phần khí thải sau BXT - không tải nhanh, sấy 30", 400W

T lõi BXT (K)

HC trước BXT (ppm)

Thời gian (s)

CO trước BXT (ppm) mp

CO sau BXT (ppm) tn

HC sau BXT (ppm) tn

NOx trước BXT (ppm) tn

NOx sau BXT (ppm) tn

558

tn 1174

3 84

mp 300 352 401 443 483 523 553 543 536 531 528 526 525 525 526 527 528 529 531 532 534 536 538 540 542 544 546 547 549 551 553 554 556 558 559 561 562 564 565 566 567 569 570 571

tn 300 7611 361 21647 22167 21647 22043 19760 18620 19760 18727 65 425 17169 17716 17169 17565 13335 12165 13335 12827 122 476 13896 13964 13896 14292 10501 9729 10501 10165 157 8049 172 509 11850 11695 10651 11047 4612 183 5175 525 10458 10402 2339 191 2390 9438 9675 531 2452 197 2834 8900 9358 530 2880 201 3537 8443 9163 524 3042 205 3793 8200 8644 518 3035 207 3882 8184 8660 516 3119 209 3992 8184 8642 514 2916 211 4036 8184 8811 512 2850 212 4192 8183 8602 512 2780 213 4055 8183 8717 512 2637 214 3950 8183 8796 513 2508 214 3690 8183 8866 514 2384 215 3779 8183 8761 515 2308 215 3608 8183 8689 516 2209 215 3563 8183 8743 517 2106 216 3381 8183 8807 519 2008 216 3288 8183 8449 520 1877 216 3156 8183 8630 522 1747 217 2911 8183 8609 524 1658 217 2705 8183 8611 525 1596 217 2587 8183 8429 527 1635 217 2479 8183 8577 529 1601 217 2271 8183 8805 531 1514 218 2114 8183 8634 532 1469 218 1961 8183 8514 534 1393 218 1846 8183 8603 535 1301 218 1756 8183 8805 537 1184 218 1729 8183 8750 538 1150 218 1651 8183 8559 540 1133 219 1621 8183 8730 541 1056 219 1549 8183 8575 542 1053 219 1390 8183 8667 544 1036 219 1483 8183 8553 545 974 219 1353 8183 8611 546 923 219 1214 8183 8668 547 808 220 1138 8183 8601 548 869 220 1146 8183 8697 549 871 220 1067 8183 8661 550 772 220 1004 8183 8893 551

8727 8249 8513 7626 7303 5130 6795 6560 2614 6301 6103 2983 5961 5798 3224 5670 5382 3347 5418 5145 3374 5199 4969 3339 5005 4796 3268 4833 4655 3166 4679 4496 3034 4543 4387 2898 4476 4355 2799 4420 4288 2701 4368 4264 2601 4320 4208 2501 4275 4172 2401 4229 4136 2299 4187 3762 2199 4148 3690 2101 4112 3690 2004 4077 3690 1910 4045 3690 1819 4015 3690 1735 3987 3690 1655 3961 3690 1580 3935 3690 1507 3912 3690 1440 3889 3762 1376 3868 3690 1317 3848 3690 1260 3828 3690 1207 3810 3762 1158 3792 3762 1112 3776 3690 1069 3760 3690 1029 991 3744 3762 956 3730 3690 923 3716 3600 893 3702 3600

4779 1758 2299 2700 3023 3291 3463 3559 3577 3518 3424 3313 3191 3060 2922 2782 2639 2497 2355 2216 2080 1948 1829 1717 1613 1513 1423 1337 1259 1185 1117 1055 998 946 897 852 810 772 737

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185 190 195 200 205 210 215

mp 7 0 65 65 121 122 121 147 157 158 167 130 139 56 36 182 28 7 194 30 13 202 31 20 208 36 27 212 39 32 214 41 35 215 42 38 215 42 38 216 40 37 216 38 35 217 36 33 217 33 31 217 31 29 217 28 26 217 26 24 218 24 22 218 22 20 218 20 18 218 18 16 218 17 14 218 15 12 218 14 11 218 13 10 218 12 9 219 11 8 219 10 7 219 10 6 219 9 5 219 9 5 219 8 4 219 8 4 219 7 4 219 7 3 219 7 3 219 7 3 219 6 2 219 6 2 220 6 2 220

6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6

220 225 230 235 240 245 250 255 260 265 270 275 280 285 290 295 300

572 573 574 575 576 576 577 578 579 580 581 582 582 583 584 585 585

552 553 554 555 556 556 557 558 559 560 561 561 562 563 563 563 563

8183 8904 8183 8565 8183 8545 8183 8733 8183 8908 8183 8539 8183 8513 8183 8497 8183 8798 8183 8675 8183 8430 8183 8370 8183 8512 8183 8412 8183 8349 8183 8349 8183 8349

705 675 647 621 596 572 549 527 507 487 467 449 431 414 398 388 388

1016 946 901 913 868 847 901 876 818 850 779 761 818 797 226 350 350

3689 3690 3677 3600 3665 3600 3653 3600 3642 3528 3632 3510 3621 3600 3611 3492 3602 3510 3592 3528 3583 3600 3575 3600 3567 3600 3567 3510 3567 3366 3567 3510 3567 3510

864 837 812 787 764 742 720 700 680 660 641 623 606 590 574 565 565

736 220 666 220 662 220 699 220 648 221 703 221 717 221 597 221 622 221 519 221 594 221 559 221 603 222 488 222 475 222 482 222 482 222

220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220 220

2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật cơ khí động lực: Nghiên cứu giảm phát thải độc hại của xe máy bằng phương pháp sấy nóng bộ xử lý khí thải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ***

NGUYỄN KIM KỲ

NGHIÊN CỨU GIẢM PHÁT THẢI ĐỘC HẠI

CỦA XE MÁY BẰNG PHƯƠNG PHÁP SẤY NÓNG BỘ XỬ LÝ KHÍ THẢI

Ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực

Mã số: 9520116

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS Hoàng Đình Long

UẤN HÀ NỘI – 2021

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN

1.2 Các phương pháp kiểm soát phát thải của xe máy 1.2.1 Kiểm soát phát thải từ bên trong động cơ

1.4 Sấy nóng BXT bằng dòng điện cao tần 1.4.1 Cơ sở lý thuyết của việc đốt nóng bằng điện cao tần

1.5 Hướng tiếp cận và nội dung nghiên cứu của đề tài

1.6 Kết luận chương 1

CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG NHIỆT ĐỘNG HỌC VÀ PHÁT THẢI ĐỘNG CƠ XE MÁY

2.1 Giới thiệu

2.3 Kết quả mô phỏng

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THẢI CÓ TRANG BỊ BXT ĐƯỢC SẤY NÓNG BẰNG DÒNG CAO TẦN 3.1 Giới thiệu

3.2 Mô hình truyền nhiệt của hệ thống thải

3.3 Tính toán công suất sấy nóng BXT bằng dòng điện cao tần

3.4 Mô hình trung hòa khí thải trong BXT có sấy nóng bằng dòng điện cao tần 3.4.1 Giới thiệu

3.5 Kết quả mô phỏng

CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

4.5 Kết quả thực nghiệm

Hình 4.20 Nhiệt độ khí thải mô phỏng và thực nghiệm tại cửa thải và cửa vào BXT ở chế độ không tải nhanh

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN

PHỤ LỤC

PHỤ LỤC 1 CÁC SỐ LIỆU PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU

Phụ lục 1.1. Thông số cơ bản của động cơ lắp trên xe Honda Lead 110

STT

Thông số kỹ thuật

Giá trị

Đơn vị

Phụ lục 1.2. Thông số cơ bản của đường ống thải trên xe Honda Lead 110

PHỤ LỤC 2 CÁC SỐ LIỆU KẾT QUẢ MÔ PHỎNG

Phụ lục 2.1. Kết quả tính toán mô phỏng áp suất và nhiệt độ khí thể trong xylanh ở các chế độ không tải chuẩn 1730 v/p, không tải nhanh 2500 v/p, 10% tải 2500 v/p sau 300” từ lúc khởi động lạnh và toàn tải ổn định ở 7500v/p

Phụ lục 2.2. Kết quả tính toán mô phỏng nhiệt độ khí thải tại cửa thải, lưu lượng khí thải, năng lượng khí thải ở các chế độ khởi động lạnh không tải chuẩn 1730 v/p, không tải nhanh 2500 v/p, 10% tải 2500v/p

Phụ lục 2.3. Kết quả tính toán mô phỏng hàm lượng phát thải CO, HC, NOx ở các chế độ khởi động lạnh không tải chuẩn 1730 v/p, không tải nhanh 2500 v/p, 10% tải 2500v/p

Phụ lục 2.4. Kết quả tính mô phỏng nhiệt độ khí thải dọc ống thải từ cửa thải ở các chế độ Phụ lục 2.4.1 Chế độ ổn định

Phụ lục 2.4.2 khởi động lạnh không tải chuẩn

Phụ lục 2.4.3 Khởi động lạnh không tải nhanh

Phụ lục 2.4.4 Khởi động lạnh 10% tải

Phụ lục 2.5. Nhiệt độ khí thải tại cửa vào BXT ở các chế độ khởi động lạnh

Phụ lục 2.6. Nhiệt độ BXT ở các chế độ khởi động lạnh và sấy khác nhau Phụ lục 2.6.1 Chế độ khởi động lạnh không tải chuẩn 1730v/p

Phụ lục 2.6.2 Chế độ khởi động lạnh không tải nhanh 2500 v/p

Phụ lục 2.6.3 Chế độ khởi động lạnh 10% tải 2500 v/p

Phụ lục 2.7. Hiệu quả trung hòa khí thải khi không sấy và sấy 30”, 400W Phụ lục 2.7.1 Thành phần CO, HC, NOx sau BXT ở chế độ không tải chuẩn khi không sấy và sấy BXT 30”, 400W

Phụ lục 2.7.2 Thành phần CO, HC, NOx sau BXT ở chế độ không tải nhanh khi không sấy và sấy BXT 30”, 400W

Phụ lục 2.7.3 Thành phần CO, HC, NOx sau BXT ở chế độ 10% tải khi không sấy và sấy BXT 30 giây 400W

Phụ lục 2.7.4 Hiệu quả trung hòa CO, HC, NOx ở chế độ không tải chuẩn khi không sấy và sấy BXT 30 giây, 400W

Phụ lục 2.7.5 Hiệu quả trung hòa CO, HC, NOx ở chế độ không tải nhanh khi không sấy và sấy BXT 30 giây, 400W

Phụ lục 2.7.6 Hiệu quả trung hòa CO, HC, NOx ở chế độ 10% tải khi không sấy và sấy BXT 30”, 400W

Phụ lục 2.8. Hiệu quả trung hòa HC ở các chế độ khởi động và sấy BXT Phụ lục 2.8.1 Hiệu quả trung hòa HC ở chế độ khởi động lạnh không tải chuẩn

Phụ lục 2.8.2 Hiệu quả trung hòa HC ở chế độ khởi động lạnh không tải nhanh

Phụ lục 2.8.3 Hiệu quả trung hòa HC ở chế độ khởi động lạnh 10% tải

82 83 84 85 86 87 88 89 90 90 91 92 92 92 93 93 94 94 94 94 95 95 95 95 96 96 96 96 96 97 97 97 97 97 97 97 98 98 98 98 98

PHỤ LỤC 3 CÁC SỐ LIỆU KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

Phụ lục 3.1 Lưu lượng và nhiệt độ khí thải tại cửa thải và tại cửa vào BXT

Phụ lục 3.2 Thành phần khí thải của động cơ ở các chế độ khởi động lạnh

Phụ lục 3.3 Nhiệt độ lõi BXT và thành phần khí thải sau BXT ở chế độ khởi động lạnh không tải nhanh – không sấy

Phụ lục 3.4 Nhiệt độ lõi BXT và thành phần khí thải sau BXT ở chế độ khởi động lạnh không tải nhanh – sấy 30”, 400W

Có thể bạn quan tâm

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Cơ sở lý luận và thực tiễn kiểm sát việc giải quyết các vụ án kinh doanh, thương mại về tranh chấp hợp đồng tín dụng theo thủ tục giám đốc thẩm của Viện kiểm sát nhân dân ở Việt Nam

Luận án Tiến sĩ: Cơ sở lý luận và thực tiễn kiểm sát việc giải quyết các vụ án kinh doanh, thương mại về tranh chấp hợp đồng tín dụng theo thủ tục giám đốc thẩm của Viện kiểm sát nhân dân ở Việt Nam

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Chất lượng công chức quản lý nhà nước về kinh tế cấp huyện ở thành phố Hà Nội

Luận án Tiến sĩ: Chất lượng công chức quản lý nhà nước về kinh tế cấp huyện ở thành phố Hà Nội

Luận án Tiến sĩ: Xây dựng đội ngũ giảng viên trẻ theo tư tưởng Hồ Chí Minh ở các trường sĩ quan quân đội hiện nay

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Xây dựng đội ngũ giảng viên trẻ theo tư tưởng Hồ Chí Minh ở các trường sĩ quan quân đội hiện nay

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Các điều kiện thúc đẩy sự ra đời tiền kỹ thuật số (CBDC) của Ngân hàng Nhà nước Việt Nam

Luận án Tiến sĩ: Các điều kiện thúc đẩy sự ra đời tiền kỹ thuật số (CBDC) của Ngân hàng Nhà nước Việt Nam