BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Nguyễn Duy Tiến
NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ BỘ XÚC TÁC BA THÀNH PHẦN
CHO ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU XĂNG PHA CỒN
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:
1. PGS.TS. Nguyễn Thế Lương
2. PGS.TS. Trần Quang Vinh
Hà Nội – 2022
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu do tôi thực hiện. Luận án có sử dụng
một phần kết quả do tôi và nhóm nghiên cứu thực hiện trong Đề tài cấp Bộ “Nghiên
cứu thiết kế chế tạo bộ xúc tác ba thành phần phù hợp với xăng pha cồn (E5-E20) lắp
trên ôtô”, mã số B2016-BKA18 do PGS.TS Nguyễn Thế Lương làm Chủ nhiệm đề
tài, cơ quan chủ trì là Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Tôi đã được Chủ nhiệm đề
tài đồng ý cho sử dụng một phần kết quả nghiên cứu của Đề tài cấp Bộ này vào việc
viết luận án.
Tôi xin cam đoan 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.
TẬP THỂ HƯỚNG DẪN
Hà Nội, ngày tháng năm 2022
Người hướng dẫn 1
Người hướng dẫn 2
Nghiên cứu sinh
PGS.TS Nguyễn Thế Lương
PGS.TS Trần Quang Vinh
Nguyễn Duy Tiến
ii
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên cho phép tôi gửi lời cảm ơn chân thành đến Trường Đại học Bách
khoa Hà Nội, Phòng đào tạo, Viện Cơ khí Động lực, Bộ môn Động cơ đốt trong và
Trung tâm Nghiên cứu Động cơ, nhiên liệu và khí thải đã cho phép và giúp đỡ tôi
thực hiện luận án trong thời gian học tập, nghiên cứu tại Trường Đại học Bách khoa
Hà Nội.
Tôi xin chân thành cảm ơn hai giáo viên hướng dẫn là PGS.TS Nguyễn Thế Lương
và PGS.TS Trần Quang Vinh đã hướng dẫn tận tình và chu đáo về chuyên môn, giúp
tôi có thể thực hiện và hoàn thành luận án.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy cô phản biện, các thầy cô 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 cũng như đưa ra những định hướng nghiên cứu trong tương lai.
Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình bạn bè và đồng nghiệp,
những người đã luôn động viên khuyến khích trong suốt thời gian nghiên cứu và thực
hiện công trình này.
Nghiên cứu sinh
Nguyễn Duy Tiến
iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. ii
MỤC LỤC ................................................................................................................ vii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU .................................................................................. vii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................... viii
DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ .............................................................................. x
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ............................................................................ xiv
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
i. Lý do chọn đề tài ................................................................................................. 1
ii. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận án ................................................... 1
iii. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .................................................................... 2
iv. Phương pháp nghiên cứu.................................................................................. 3
v. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ........................................................................... 3
vi. Điểm mới của Luận án ...................................................................................... 3
vii. Bố cục của Luận án .......................................................................................... 4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ...................................................................................... 5
1.1. Tổng quan về phát thải trên động cơ xăng ...................................................... 5
1.1.1. Tình hình ô nhiễm môi trường do khí thải từ động cơ đốt trong ............. 5
1.1.2. Phát thải độc hại trong động cơ xăng và ảnh hưởng của chúng tới sức
khỏe con người và môi trường ........................................................................... 6
1.2. Các biện pháp giảm phát thải độc hại từ khí thải động cơ xăng ................. 8
1.2.1. Kiểm soát phát thải từ bên trong động cơ ................................................ 9
1.2.2. Sử dụng nhiên liệu thay thế ................................................................... 10
1.2.3. Xử lý khí thải sau cửa thải bằng bộ xúc tác khí thải ba thành phần ...... 11
1.3. Ảnh hưởng của nhiên liệu xăng pha cồn tới phát thải của động cơ và hoạt động
của BXT ............................................................................................................... 20
1.3.1. Ảnh hưởng của nhiên liệu xăng pha cồn tới phát thải của động cơ ....... 20
1.3.2. Ảnh hưởng của nhiên liệu xăng pha cồn tới hoạt động của BXT ......... 22
1.4. Tổng hợp các nghiên cứu nâng cao hiệu quả BXT ....................................... 26
1.4.1. Các nghiên cứu trong nước .................................................................... 26
1.4.2. Các nghiên cứu trên thế giới .................................................................. 28
1.5. Hướng tiếp cận và nội dung nghiên cứu của luận án .................................... 32
CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG BỘ XÚC TÁC KHÍ THẢI BA
THÀNH PHẦN TRÊN PHẦN MỀM AVL BOOST ............................................... 34
2.1. Cơ sở lý thuyết mô phỏng ............................................................................. 34
2.1.1. Lý thuyết về các phản ứng xúc tác diễn ra trong BXT .......................... 34
iv
2.1.2. Lý thuyết về đặc điểm lỗ rỗng trong khối xúc tác có cấu trúc dạng tổ ong
.......................................................................................................................... 36
2.1.3. Lý thuyết sự khuếch tán trong lớp vật liệu trung gian ........................... 38
2.1.4. Lý thuyết tính toán λ theo thành phần khí thải và lý thuyết tính toán lưu
lượng khí thải đi vào BXT ............................................................................... 40
2.1.5. Lý thuyết tính toán tốc độ của các phản ứng diễn ra trong bộ xử lý xúc tác
.......................................................................................................................... 41
2.1.6. Mô hình trao đổi nhiệt giữa khí thải và BXT ........................................ 44
2.2. Quy trình mô phỏng trên phần mềm AVL Boost.......................................... 44
2.3. Xây dựng mô hình mô phỏng BXT............................................................... 45
2.3.1. Xây dựng mô hình ................................................................................. 45
2.3.2. Nhập dữ liệu cho mô hình...................................................................... 46
2.4. Thực nghiệm xác định các thông số đầu vào của BXT ................................ 50
2.4.1. Đối tượng và nhiên liệu thử nghiệm ...................................................... 50
2.4.2. Chế độ thử nghiệm ................................................................................. 51
2.4.3. Trang thiết bị thử nghiệm ...................................................................... 52
2.4.4. Kết quả thử nghiệm ................................................................................ 52
2.4.5. Tính toán lưu lượng khí thải .................................................................. 54
2.5. Hiệu chuẩn mô hình mô phỏng ..................................................................... 55
2.6. Kết luận chương 2 ......................................................................................... 57
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ BỘ XÚC TÁC KHÍ THẢI
BA THÀNH PHẦN KHI SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU XĂNG PHA CỒN ................ 58
3.1. Đánh giá hiệu quả chuyển đổi các thành phần phát thải của BXTEMT khi sử
dụng nhiên liệu xăng pha cồn............................................................................... 59
3.2. Xác định hiệu suất mục tiêu của BXT cải tiến .............................................. 63
3.3. Nghiên cứu mô phỏng nâng cao hiệu quả BXT thông qua điều chỉnh các thông
số kỹ thuật của BXT ............................................................................................. 64
3.3.1. Ảnh hưởng của mật độ lỗ tới hiệu suất xử lý của BXT ......................... 64
3.3.2. Ảnh hưởng của thể tích BXT ................................................................. 65
3.3.3. Ảnh hưởng của lượng kim loại quý ....................................................... 67
3.3.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ Pt/Rh..................................................................... 68
3.4. Nghiên cứu nâng cao hiệu quả BXT thông qua sử dụng hệ xúc tác mới ...... 69
3.4.1. Nghiên cứu mô phỏng BXT khi sử dụng hệ xúc tác CuO-MnO2 .......... 70
3.4.2. Nghiên cứu kết hợp hệ xúc tác mới (CuO)0,3-(MnO2)0,7 với hệ xúc tác kim
loại quý Pt/Rh (BXTct) .................................................................................... 74
3.3. Kết luận chương 3 ......................................................................................... 77
CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA BỘ XÚC TÁC CẢI
TIẾN ......................................................................................................................... 79
4.1. Nghiên cứu chế tạo BXTct ............................................................................ 79