BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG HUỲNH THANH HIẾU NGHIÊN CỨU GIẢM THIỂU Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG BẰNG BỘ XÚC TÁC BHKW6 CHO Ô TÔ THACO FD 2300A Chun ngành: Kỹ thuật Ơ tơ Máy kéo Mã số: 60.52.35 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2012 Cơng trình hồn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS DƯƠNG VIỆT DŨNG Phản biện 1: PGS.TS TRẦN THANH HẢI TÙNG Phản biện 2: PGS.TS LÊ ANH TUẤN Luận văn bảo vệ hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 25 tháng 03 năm 2012 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm thơng tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Trung tâm học liệu, Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Nhân loại đứng trước vấn nạn nhiễm môi trường Theo thống kê năm 2006 Tổ chức Y tế giới cho biết: có khoảng 777.000 người (châu Á 531.000 người) chết ô nhiễm khơng khí Nước ta có tốc độ thị hóa nhanh Do nhu cầu vận chuyển hàng hóa, vật liệu, lớn Bên cạnh ngày 1/1/2008, tồn quốc có 100.000 xe cơng nơng hàng chục nghìn xe tải q niên hạn sử dụng bị loại bỏ theo Chỉ thị số 46/2004/CT-TTg Nghị định số 23/2004/NĐ-CP Chính phủ Vì xe tải nhẹ chọn lựa số để thay cho xe kể Theo số liệu trung tâm đăng kiểm số thành phố Đà Nẵng, ngày 6,7,11 12 tháng 04 năm 2011, thống kê lượng ô tô tải sử dụng nhiên liệu Diesel chiếm tỉ lệ đến 62,40% tổng số xe tải sử dụng nhiên liệu Diesel Trong số xe sản xuất Việt Nam chiếm 61% Nồng độ khói trung bình lên đến 63,2% Một số xe nồng độ khói đến 100% Số xe sản xuất, lắp ráp Công ty ô tô Trường Hải chiếm 38%, nồng độ khói trung bình 48,7%.(phụ lục 2) Kiểm sốt khí thải phương tiện xe giới tham gia giao thông thành phố lớn yêu cầu cấp thiết Chính phủ ban hành Quyết định số 249/2005/QĐ-TTg ngày 10/10/2005 quy định tiêu chuẩn khí thải tương đương mức Euro Vì chọn đề tài “Nghiên cứu giảm thiểu ô nhiễm môi trường xúc tác BHKW6 cho ô tơ THACO FD 2300A” có ý nghĩa vơ quan trọng Là biện pháp hữu hiệu việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường nói chung xe tải nhỏ THACO nói riêng Góp phần thực nghiêm chỉnh tiêu chuẩn khí thải Euro mà phủ yêu cầu Đồng thời đáp ứng tiêu chuẩn khí thải cao tương lai MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Đánh giá mức độ giảm thiểu ô nhiễm môi trường tính kinh tế kỹ thuật lắp đặt xúc tác xe tải THACO FD 2300A Đẩy mạnh việc ứng dụng xúc tác ô tô sử dụng nhiên liệu Diesel để giảm thiểu ô nhiễm môi trường ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Bộ xúc tác khí thải BHKW6 lắp đường thải ô tô tải tự đổ, nhãn hiệu THACO FD 2300A; năm sản xuất: 2007; động kiểu N485QA; dung tích: 2156 cm3; cơng suất cực đại: 34,5 (kW)/ 3000 (vòng/phút) Luận văn tập trung nghiên cứu thực nghiệm xúc tác khí thải BHKW6 lắp đường thải ô tô tải tự đổ THACO FD 2300A PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Chú trọng nghiên cứu thực nghiệm để xác định mức độ giảm thiểu ô nhiễm xác định tổn hao nhiên liệu thực tế xe dùng xúc tác Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Bước đầu đặt móng cho việc nghiên cứu sử dụng xử lý khí thải cho tơ tải nhỏ sử dụng động Diesel Cơ sở để triển khai ứng dụng giải pháp cách rộng rãi Làm để nghiên cứu chế tạo xúc tác CẤU TRÚC LUẬN VĂN Chương 1: Tổng quan tình hình nhiễm khơng khí biện pháp xử lý nhiễm khí thải tơ gây Chương 2: Lý thuyết chế hình thành chất nhiễm khí thải động Diesel, tác hại chất ô nhiễm lựa chọn phương án xử lý Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm mức độ giảm thiểu nồng độ khói ô tô THACO FD 2300A có lắp xúc tác thiết bị đo DISMOKE 4000 xác định mức tiêu hao nhiên liệu thực tế đường Chương 4: Phân tích đánh giá kết thực nghiệm So sánh kết cho thực nghiệm có khơng có lắp xúc tác đường thải xe Rút kết luận, đề xuất giải pháp kiến nghị Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ CÁC BIỆN PHÁP GIẢM Ơ NHIỄM KHÍ THẢI DO Ơ TƠ GÂY RA 1.1.1 Ơ nhiễm khơng khí 1.1.2 Ơ nhiễm khơng khí tơ gây Việt Nam Theo nguồn tin cục bảo vệ môi trường năm 2006 cho biết hoạt động giao thông vận tải nguồn gây nhiễm Nước ta có tốc độ thị hóa nhanh Đồng hành với tốc độ lượng phương tiện giao thông vận tải tăng nhanh Sự tăng vọt phương tiện giao thông để đáp ứng nhu cầu đô thị hóa thể qua hình 1.1 Từ hình 1.1, ta thấy mức độ tăng nhanh lượng ô tô tải Cụ thể, từ tháng 07 năm 2007 có khoảng Hình 1.1 Số lượng phương tiện tham gia giao thơng 250 nghìn tơ tải đến tháng năm 2009 có 400 nghìn Tỉ lệ tăng bình quân năm gần 60% Như giữ nguyên tốc độ tăng 60%/năm đến tháng năm 2015, số xe tải 1.440.000 Sự tăng vọt phương tiện giao thông làm nồng độ phát thải chất ô nhiễm môi trường tăng đột biến Xe tải thải chất ô nhiễm chiếm tỉ lệ cao 87% NOx , 55% SO2 22% HmCn Còn CO VOC xe tải thải có tỉ lệ thấp 8% 2% Ngược lại, với xe con, chủ yếu xử dụng nhiên liệu xăng chất thải CO chiếm tỉ lệ 20% Cịn NOx chất ô nhiễm khác SO2, HmCn VOC chiếm xấp xỉ có 5% Như chất nhiễm xe tải gây NOx SO2 Ta kết luận Việt Nam nước bị ảnh hưởng ô nhiễm nặng Đặc biệt nhiễm khơng khí tơ gây 1.1.3 Ơ nhiễm khơng khí thành phố Đà Nẵng Đà Nẵng có 04 nút giao thơng (chân đèo Hải Vân, ngã ba Non Nước, ngã Ba Huế, ngã tư Hịa Cầm) tuyến đường giao thơng trọng yếu Các chất nhiễm CO, NO2, bụi tiếng ồn khu vực cao tiêu chuẩn cho phép từ 1÷2 lần Lưu lượng xe nút giao thông ngã Ba Huế thể hình 1.4 Theo số liệu thu thập từ trạm Đăng kiểm số thành phố Đà Nẵng (phụ lục số 2), số lượng tơ tải từ 2÷7 chiếm tỉ lệ 25,56%; nồng độ khói trung bình đến 63,31% Ơ tơ tải nhỏ hai chiếm đến 36,84% nồng độ khói trung bình lên đến 67,02% Như vậy, ta mạnh dạn kết luận ô nhiễm môi trường Đà Nẵng nguyên nhân hoạt động giao thơng mà chủ yếu xe tải nhỏ Được minh chứng thêm lần qua hình 1.6 1.7 Hình 1.4 Giao thơng ngã Hình 1.6 Xe tải nhỏ “ nối đuôi” Ba Huế - Thành Phố Đà Nẵng chạy đường phố Đà Nẵng 1.2 THỰC TRẠNG XE TẢI NHỎ Ở VIỆT NAM Hiện số lượng ô tô Việt Nam lớn, phần lớn ô tô tải tải nhỏ Nhưng hầu hết xe không trang bị xúc tác, xe xuất xưởng đạt tiêu chuẩn Euro Các xe sau thời gian ngắn sử dụng, khí xả xe có Hình 1.7 Khói từ xe tải nhỏ hoạt động đường phố Đà Nẵng độ khói lớn (phụ lục số 2) Vì Vậy biện pháp để xử lý nguồn khí thải khỏi động sử dụng xúc tác 1.3 CÁC BIỆN PHÁP GIẢM Ơ NHIỄM TRONG KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ DIESEL 1.3.1 Hồn thiện động Diesel 1.3.1.1 Sử dụng động Diesel (CDC) 1.3.1.2 Hồn thiện q trình đốt cháy nhiên liệu xy lanh 1.3.1.3 Sử dụng hệ thống phin lọc 1.3.1.4 Hồi lưu phận khí xả động Diesel 1.3.1.5 Hồi lưu khí xả kết hợp với xúc tác 1.3.2 Sử dụng nhiên liệu lượng a) Khí dầu mỏ hóa lỏng LPG b) Khí thiên nhiên c) Năng lượng điện d) Pin nhiên liệu 1.3.4 Xử lý khí thải động Diesel 1.3.4.1 Lọc phần tử rắn Lọc gốm monolithe; lọc sợi gốm; lọc lưới sợi gốm; lọc sợi thép mạ nhôm; lõi lọc kim loại xốp; lưới lọc tĩnh điện; lọc cách ngưng tụ nước 1.3.4.2 Xử lý khí thải cơng nghệ xúc tác a) Cơng nghệ xử lý khí thải Bluetec Khí NOx CO biến đổi thành nước khơng khí, cịn hạt PM hấp thụ trực tiếp qua màng lọc[13] b) Cơng nghệ xử lý khí thải Nissan Với cách kết hợp lớp hấp thu HC khoang xúc tác hấp thu khí NOX mà H2 CO giải phóng tiếp tục phản ứng với NOX tạo thành N2, CO2, H2O [14] c) Xúc tác chuyển hóa NOx Perovskite Perovskites lớp khoáng chất oxit hỗn hợp La1-X SrX COO3, La1-x Srx MnO3 Có thể dùng làm xúc tác để chuyển đổi NO thành NO2 khí thải động Diesel d) Xúc tác dùng công nghệ nano đơn Mazda Sử dụng công nghệ nano đơn để tạo xúc tác có cấu trúc kim loại giúp giảm sử dụng kim loại quý bạch kim hay palladium Tổng lượng kim loại sử dụng xúc tác giảm từ 70÷90% [22] Các cơng nghệ xử lý khí thải nêu công nghệ tiên tiến giới Giảm thiểu 95% NOX, 85÷95% PM [22] Tuy nhiên, cơng nghệ nghiên cứu đưa vào sử dụng nước phát triển Mỹ, Đức, Nhật Giá thành xúc tác cao Hiệu xúc tác đạt 35% với CO, 30% với HC 25% SOF [3] 1.4 XỬ LÝ KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ DIESEL BẰNG CÔNG NGHỆ XÚC TÁC Ở VIỆT NAM Việc nghiên cứu, chế tạo sử dụng xúc tác cho động sử dụng nhiên liệu Disel Việt Nam bắt đầu Ứng dụng cơng nghệ xúc tác khí thải nước ngồi vào nước ta tiến triển mức độ triễn lãm công nghệ, hội thảo thử nghiệm 1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG Việt Nam bị ô nhiễm nặng hoạt động giao thông vận tải Bộ xúc tác lắp động Diesel chủ yếu xe nhập từ nước ngoài, xe khách xe du lịch, xe tải tải nhỏ khơng có Hiện nay, xe xuất xưởng Việt Nam đạt tiêu chuẩn Euro 2, đa số xe qua sử dụng khơng đạt tiêu chuẩn khí thải Euro Việt Nam chuẩn bị áp dụng tiêu chuẩn Euro 4[9] Vì việc sử dụng xúc tác xe tải nhỏ để giảm thiểu ô nhiễm biện pháp cấp thiết Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 LÝ THUYẾT VỀ CƠ CHẾ HÌNH THÀNH CÁC CHẤT Ơ NHIỄM TRONG KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ DIESEL 2.1.1 Cơ chế hình thành oxyde nitơ (NOx) 2.1.1.1 Cơ chế hình thành monoxyde nitơ (NO) Cơ chế hình thành NO oxy hóa nitơ khơng khí với điều kiện hệ số dư lượng khơng khí xấp xỉ Sự hình thành NO phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ 2.1.1.2 Cơ chế hình thành dioxyde nitơ (NO2) NO2 hình thành từ NO chất trung gian sản phẩm cháy NO2 hình thành đường xả tốc độ tải thấp có diện oxy Tỷ lệ NO2/NOX cao tải thấp 2.1.1.3 Cơ chế hình thành protoxyde nitơ (N2O) N2O chủ yếu hình thành từ chất trung gian NH NCO chúng tác dụng với NO N2O hình thành vùng oxy hóa vùng có nồng độ nguyên tử H cao 2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hình thành oxyde nitơ (NOx) động Diesel Với động Diesel nói chung, nồng độ NOx tăng theo độ đậm đặc trung bình Trong trình cháy động Diesel độ đậm đặc trung bình phụ thuộc trực tiếp vào lượng nhiên liệu chu trình Do đó, chế độ tải lớn, nghĩa áp suất cực đại cao, nồng độ NO tăng 2.1.3 Cơ chế hình thành monoxyde carbon (CO) yếu tố ảnh hưởng 2.1.3.1 Cơ chế hình thành monoxyde carbon (CO) 2.1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hình thành CO a) Thành phần hỗn hợp b) Thành phần nhiện liệu c) Áp suất nạp d) Hệ số khí sót 2.1.4 Cơ chế hình thành hydrocarbure (HC) 2.1.4.1 Cơ chế hình thành hydrocarbon chưa cháy 2.1.4.2 Cơ chế hình thành hydrocarbure trình cháy động Diesel a) Đặc điểm phát sinh hydrocarbure khởi tạo hydrocarbua thơm đa nhân (HAP); ngưng tụ graphit hóa cấu trúc HAP; tạo hạt qua tác nhân ion hóa hợp thành phân tử nặng; tạo hạt qua tác nhân trung tính phát triển bề mặt hợp thành thành phần nặng Mơ tả hình thành bồ hóng qua bốn giai đoạn tóm tắt hình 2.17 a) Hình thành hạt bồ hóng b) Phát triển hạt bồ hóng c) Q trình oxy hóa hạt bồ hóng 2.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NỒNG ĐỘ CÁC CHẤT Ơ NHIỄM TRONG KHÍ XẢ ĐỘNG CƠ DIESEL Các yếu tố làm ảnh hưởng đến nồng độ chất ô nhiễm khí xả động Diesel bao gồm: góc phun sớm, dạng hình học buồng cháy, vận động rối buồng cháy, chế độ làm việc chế độ độ, nhiệt độ khí, tăng áp, hồi lưu khí xả nhiên liệu (khối lương riêng, thành phần thơm, số cétane, thành phần lưu huỳnh, chất phụ gia) 2.3 KẾT CẤU VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA BỘ XÚC TÁC BHKW6 2.3.1 Phạm vi sử dụng đặc tính kỹ thuật 2.3.2 Kết cấu xúc tác BHKW6 - Tổng thể xúc tác: xúc tác BHKW6 có chiều dài 200mm, chiều rộng có hai kích thước 140mm 90mm Chỗ nối với chi tiết đường ống thải có đường kính 50mm Vỏ xúc tác gồm có ba phần: hai đầu phần thân Các phần liên kết cứng hai mối hàn cách 50mm Vỏ xúc tác gồm có bốn lớp Lớp ngồi lớp thép không rỉ dày 2mm gọi lớp bảo vệ Tiếp đến lớp thép bên có chiều dày 1mm, vỏ bọc lớp cách nhiệt Lớp thứ ba lớp cách nhiệt Trong lưới thép bao bọc xung quanh khối xúc tác - Khối xúc tác: mặt cắt ngang khối xúc có cấu trúc dạng tổ ong, với tiết diện vng Có nhiều lỗ nhỏ song song nhằm tăng diện tích tiếp xúc khí xả khả khí vật liệu chế tạo khối xúc tác gốm cordiérite (2MgO, 2Al2O3, 5SiO2) Vật liệu có ưu điểm nhiệt độ nóng chảy cao (khoảng 1400°C) chịu nhiệt độ cao trình làm việc Khối xúc tác gồm có hai lõi Mỗi lõi có chiều dày 50mm, đặt cách 10mm - Lõi thứ có tác dụng oxy hóa-khử Lõi này, lớp kim loại phủ bên lớp kim loại xúc tác quý Pt Pd - Lõi thứ hai có tác dụng lọc bồ hóng Với lõi này, lớp kim loại phủ lên chất xúc tác có cấu trúc phức tạp từ ơxit kim loại kiềm thổ Các ơxit có khả bắt cháy khoảng từ 240÷3150C 2.3.3 Nguyên lý làm việc xúc tác BHKW6 - Lọc bồ hóng: khí thải từ động ra, qua lỗ nhỏ xúc tác Trên mặt thành lỗ có nhiều mấp mơ nên hạt bồ hóng bị giữ lại Những mấp mơ chất xúc tác có cấu trúc phức tạp từ ôxit kim loại kiềm thổ, với khả bắt cháy khoảng từ 240÷3150C Mặt khác, khí thải từ động Diesel có từ đến 17% nồng độ oxy nhiệt độ từ 240÷3150C Như vậy, hạt bụi than bị giữ lại bề mặt thành lỗ, xúc tác hấp thụ nhiệt độ khí xả động đạt đến nhiệt độ bắt cháy chất xúc tác, chất xúc tác kết hợp với lượng oxy khí xả đốt cháy bụi than, phá vỡ hạt rắn thành phân tử khí Phản ứng đốt cháy hạt rắn sau: SOF + O2 => CO2 + H2O (2.12) - Oxy hóa-khử: phản ứng khử chất xúc tác phản ứng sơ cấp lọc xúc tác Phản ứng sử dụng Pt Pd để giảm lượng NOx thải Khi phân tử NO NO2 tiếp xúc với chất xúc tác, tách nguyên tử nitơ khỏi phân tử giữ lại bề mặt nó, giải phóng phân tử oxy thành nguyên tử Các nguyên tử nitơ kết hợp với nguyên tử nitơ khác bị giữ lại bề mặt chất xúc tác để tạo thành phân tử N2 Phản ứng sau: 2NO => N2 + O2 2NO2 => N2 + 2O2 ( 2.13 ) Phản ứng oxy hóa phản ứng xúc tác thứ cấp lọc xúc tác Nó làm giảm lượng hydrocacbon carbon monoxit khơng cháy hết cách oxy hóa chúng qua xúc tác Pt Pd Các chất xúc tác kích thích tăng cường phản ứng carbon monoxit hydrocacbon với oxy cịn lại khí xả Phương trình phản ứng: 2CO + 2O2 => 2CO2 (2.14) HC + O2 => 2CO2 + H2O (2.15) Khi nhiệt độ từ 200÷3500C tốc độ chuyển đổi HC, CO thành CO2 H2O tăng nhanh, đạt tỉ lệ 80% Trong tốc độ chuyển đổi CO nhanh nhiệt độ từ 150÷2500C có tỉ lệ cao 85% Tốc độ chuyển đổi HC có chậm nhiệt độ từ 250÷3500C có tỉ lệ tương đương 80% Khi nhiệt độ 3500C tỉ lệ chuyển đổi CO HC không tăng Khi nhiệt độ 400°C, chất xúc tác xảy thêm phản ứng nữa, q trình oxy hóa dioxide lưu huỳnh thành triơxít lưu huỳnh kết hợp với nước tạo thành axit sulfuric Phương trình phản ứng: SO2+0.5O2 => SO3 + H2O => H2SO4 (2.16) Như Bồ hóng bị mắc lại Gộp đỡ PM CO HCS HAP SO2 NO CO2 H2O SO2 N2 Hình 2.26 Biểu diễn chuyển hóa chất ô nhiễm xúc tác vậy, nhờ đặc điểm cấu tạo hoạt động xúc tác mà khí thải từ động qua xúc tác bị giữ lại, đốt cháy, phân tích thành phân tử Rồi kết hợp với phân tử khác tạo nên chất có tính khơng độc Do xúc tác có tác dụng giảm thiểu nồng độ nhiễm khí thải Các chất nhiễm khí thải sau qua xúc tác chuyển hóa thành chất khơng nhiễm miêu tả hình 2.26 2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG Ở động Diesel nồng độ CO bé, chiếm tỉ lệ không đáng kể Nồng độ HC 20% nồng độ HC động xăng Còn nồng độ NOX động Diesel động xăng tương đương Ngược lại, bồ hóng chất nhiễm quan trọng khí xả động Diesel Nhưng khí xả động xăng hàm lượng bồ hóng thấp Việc nghiên cứu chế hình thành, yếu tố ảnh hưởng đến nồng độ ô nhiễm khí thải động Diesel, đặc biệt chế hình thành, phát triển yếu tố ảnh hưởng đến nồng độ bồ hóng sở lý luận quan trọng để lựa chọn phương pháp đo đạc, biện pháp hạn chế nồng độ chất ô nhiễm Chương 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 3.1 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CƠ BẢN CỦA XE THACO FD 2300A 3.2 PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN LẮP ĐẶT BỘ XÚC TÁC 3.2.1 Đặc điểm kết cấu đường ống thải xe THACO FD 2300 A 3.2.2 Các phương án lắp đặt xúc tác 3.2.2.1 Lắp xúc tác gần cổ gom khí thải (hình 3.2) 3.2.2.2 Lắp xúc tác xa cổ gom khí thải - sau đoạn cong nối 3.2.2.3 Lắp xúc tác xa cổ gom khí thải-sau ống đàn hồi PHƯƠNG ÁN 12 20 40 10 40 150 10 R5 R10 90 75 275 I 15 10 40 10 20 15 150 170 R5 30 100 200 Ø50 Ø10 20 10 100 665 Ø30 10 50 Ø50 Ø80 140 240 450 550 220 1750 Hình 3.2: Lắp xúc tác gần cổ gom khí thải 1.Mặt bích bắt vào lốc máy; Bộ xúc tác; Ống đàn hồi; Lỗ bắt hệ thống xả vào xác xi xe; 5,9 Dây đai dẹt; Bu lông liên kết dây đai với ống xả; Ống nối ống đàn hồi với tiêu âm; Bộ tiêu âm; 10 Ống xả khí thải môi trường Chọn phương án I để chế tạo lắp đặt hệ thống thải 3.3 GIA CÔNG CÁC CHI TIẾT THEO PHƯƠNG ÁN I 3.3.1 Gia cơng mặt bích 3.3.2 Nối hai mặt bích với xúc tác 3.3.3 Nối mặt bích với đoạn cong 3.3.4 Nối mặt bích với cổ gom khí thải 3.4 TIÊU CHUẨN Ơ NHIỄM VÀ QUY TRÌNH ĐO CỦA CÁC NƯỚC 3.4.1 Tiêu chuẩn liên bang Mỹ cho xe xe tải nhẹ 3.4.2 Tiêu chuẩn khí thải Châu Âu 3.4.3 Tiêu chuẩn khí thải Việt Nam 3.5 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM Chọn phương pháp thực nghiệm đo đạc nồng độ khí xả theo quy trình gia tốc tự để xác định độ khói trung bình khí thải hệ thống thải nguyên xe THACO FD2300 A hệ thống thải có lắp xúc tác BHKW6 Bảng 3.5 Qui định kiểm tra khí thải động cháy nén Hạng mục Phương pháp kiểm tra Nguyên nhân không đạt kiểm tra Độ khói - Sử dụng thiết bị đo khói a) Chiều rộng dải đo khí thiết bị đo số vịng quay động khói thải chênh lệch giá trị đo lớn - Đo theo chu trình gia tốc tự nhỏ nhất) quy định chu trình đo: vượt 10% HSU + Thời gian tăng tốc từ số vòng (K=0,5m-1) kết quay nhỏ đến lớn đo khói trung khơng vượt q giây Trong bình khơng lớn trường hợp động có kết cấu 66% HSU (K=2,5 đặc biệt không vượt giây m-1) vượt + Giá trị số vịng quay khơng tải 7% HSU (K=0,7 mcủa động nằm phạm vi ) kết đo quy định nhà sản xuất khói trung bình lớn nhỏ 1000 vịng/phút 66% HSU -1 + Giá trị số vòng quay lớn (K=2,5 m ) động không nhỏ 90% b) Kết đo khói số vịng quay lớn kiểm trung bình ba tra thực tế không nhỏ lần đo vượt 90% số vịng quay ứng với cơng 72% HSU suất cực đại theo quy định K=2,96 m -1 nhà sản xuất, trừ trường hợp đặc c) Các yêu cầu biệt điều kiện đo không đảm bảo ( Nguồn: Bộ Giao thông Vận tải) 3.6 THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM 3.6.1 Thiết bị đo nồng độ khí thải DISMOKE 4000 3.6.1.1 Các phận thiết bị DISMOKE 4000 Gồm có phận sau: thiết bị đo tốc độ, đo nhiệt độ dầu động cơ; thiết bị đo độ mờ đục; đầu thu khí thải từ hệ thống thải xe thử nghiệm; phần mền máy tính software version 1.02; máy in; hình; phím điều khiển phận phụ trợ khác 3.6.1.2 Nguyên lý đo nồng độ bồ hóng thiết bị DISMOKE 4000 3.6.2 Xe thực nghiệm 3.7 BỐ TRÍ THỰC NGHIỆM 3.7.1 Sơ đồ bố trí thực nghiệm đo khí thải xe THACO FD 2300A khơng có xúc tác 3.7.2 Sơ đồ bố trí thực nghiệm đo khí thải xe THACO FD 2300A có xúc tác 3.8 TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM 3.8.1 Các ý tiến hành thực nghiệm - Trong vịng bán kính khoảng 5m không đặt thiết bị điện thoại vô tuyến, điện tử ,thiết bị hàn, động điện Nhằm đảm bảo cho thiết bị đo hoạt động xác - Buồng đo độ mờ đục khơng đặt trực tiếp phía sau ống xả xe nguy làm bẩn kính - Nhiệt độ mơi trường thời điểm đo phạm vi 5÷500C Trong phịng đo phải đủ sáng Khơng đặt buồng đo độ mờ đục ánh nắng trực tiếp - Nếu hình lưu lượng khí khơng đủ, phải tiến hành kiểm tra: ống dẫn bị ngặt đầu thu khí thải bị chặn; lọc bị bẩn, cần làm thay - Chỉ phép dùng đầu thu khí thải DITEST tiêu chuẩn - Khi đạp ga phải ý bám theo tín hiệu dẫn hình Đảm bảo thời gian tăng tốc số vịng quay động 3.8.2 Cơng tác chuẩn bị 3.8.2.1 Chuẩn bị thiết bị DISMOKE 4000 3.8.2.2 Chuẩn bị xe ô tô THACO FD 2300A 3.8.3 Tiến hành thực nghiệm - Trường hợp 1: thực nghiệm đo nồng độ khói với hệ thống thải nguyên xe THACO FD 2300A - Trường hợp 2: thực nghiệm đo nồng độ khói lắp xúc tác theo phương án I xe THACO FD 2300A Quy trình đo khí xả: đo theo quy trình gia tốc tự Mỗi trường hợp ta đo 10 lần, kết in phiếu 3.8.3.1 Thực nghiệm đo nồng độ khói với hệ thống thải nguyên xe THACO FD 2300A Bước 1: Gắn thiết bị đo tốc độ động vào lốc máy Bước 2: Đưa thiết bị đo nhiệt độ dầu động vào cửa đo dầu động Bước 3: Đưa đầu thu khí thải vào đầu hệ thống khí thải nguyên thủy xe THACO FD 2300A, nối ống dẫn với thiết bị đo độ khói gắn vào thiết bị DISMOKE 4000 Bước 4: Cài đặt chế độ làm việc cho thiết bị DISMOKE 4000 thông qua phím chức từ F1 đến F6 Khởi động động để thực đo Thực nghiệm tiến hành vào ngày trời khơng nắng, nhiệt độ bên ngồi khoảng 26÷280C 3.8.3.2 Thực nghiệm đo nồng độ khói lắp xúc tác theo phương án I xe THACO FD 2300A Khi đo nồng độ khói với hệ thống thải nguyên xe THACO FD 2300A xong, ta chờ cho hệ thống thải nguội hẳn Lấy đầu thu khí thải khỏi ống xả Thiết bị đo nhiệt độ dầu, đo tốc độ động để nguyên Mở lấy hệ thống thải nguyên xuống Tiến hành lắp ráp chi tiết gia công lại với nối chúng với ống tiêu âm hệ thống nguyên Lắp đặt hệ thống thải vào xe, đưa đầu thu khí thải vào đầu hệ thống khí thải, hình 3.20 Các bước đo tương tự đo hệ thống thải nguyên Hình 3.20 Lắp đặt thiết bị đo nồng độ khói hệ thống thải xe THACO FD 2300A có xúc tác Bộ xúc tác; Cáp đo tốc độ động cơ; Ống đàn hồi;4 Bộ tiêu âm; Đầu thu khí thải 3.9 KẾT LUẬN CHƯƠNG Chương 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 4.1 SỐ LIỆU ĐO ĐƯỢC KHI KHÔNG LẮP BỘ XÚC TÁC 4.1.1 Số liệu hệ số hấp thụ K đo thiết bị DISMOKE 4000 Giá trị trung bình 10 lần đo Ktb=1,751m-1 4.1.2 Vẽ đồ thị biểu diễn hệ số hấp thụ K khơng có xúc tác 4.2 SỐ LIỆU ĐO ĐƯỢC KHI CÓ LẮP BỘ XÚC 4.2.1 Số liệu hệ số hấp thụ K đo thiết bị DISMOKE 4000 Giá trị trung bình 10 lần đo Ktb=1,019 m-1 4.1.2 Vẽ đồ thị biểu diễn hệ số hấp thụ K có xúc tác 4.3 SO SÁNH HỆ SỐ HẤP THỤ K KHI KHƠNG CĨ VÀ KHI CÓ LẮP BỘ XÚC TÁC 4.3.1 Đồ thị biểu diễn quan hệ hệ số hấp thụ K khơng có Hệ số hấp thụ K (m-1) có lắp xúc tác 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 Điểm đo thứ i Hình 4.3 Biểu diễn quan hệ hệ số hấp thụ K khơng có có lắp xúc tác Chú thích: - Đường màu xanh biểu diễn hệ số K không lắp xúc tác - Đường màu đỏ biểu diễn hệ số K lắp xúc tác Từ đồ thị hình 4.3 ta thấy nồng độ bồ hóng đường thải động khơng có lắp xúc tác ln ln lớn nồng độ bồ hóng đường thải động có lắp xúc tác 4.3.2 So sánh mức độ giảm thiểu nồng độ khí xả Mức độ giảm thiểu tính theo phần trăm hệ số hấp thụ K % Ktb = 1, 751 − 1, 019 100 = 41,8% 1, 751 Mức độ giảm thiểu nồng độ khói trung bình tính theo phần trăm: Ntb % = 52,9 − 35,5 100 = 32,89% 52,9 4.4 PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 4.4.1 Hiệu hấp thụ bồ hóng xúc tác phụ thuộc vào nhiệt độ Hệ số hấp thụ K (m-1) 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0 0 0 0 0 0 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2 2 3 3 3 Điểm đo thứ i Hình 4.4 Biểu diễn hệ số K phụ thuộc vào nhiệt độ làm việc xúc tác Theo kết thực nghiệm, xúc tác làm việc hiệu nhiệt độ xúc tác cao, điều thể hình 4.4 Ban đầu, khởi động động cơ, nhiệt độ động thấp tốc độ động thấp, động làm việc với hỗn hợp giàu Tốc độ động từ lần đo thứ đến lần đo thứ 1740 vòng/phút Đồng thời nhiệt độ xúc tác bắt đầu tăng dần từ nhiệt độ môi trường đến nhiệt độ làm việc Do khả hấp thụ bồ hóng xúc tác chưa cao Vì giá trị hệ số hấp thụ K lần đo (điểm đo từ đến 20) K tb÷ 20 = 1, 228 m-1 Nhưng lần đo thứ trở (điểm đo từ 21đến 40), nhiệt độ động cao, động làm việc với hỗn hợp nghèo, tốc độ động lớn Tốc độ trung bình động 2006 vịng/phút Q trình cháy xảy hồn tồn nên nồng độ bồ hóng thấp Mặc khác, động làm việc với hỗn hợp nghèo nên oxy với nhiệt độ cao buồng cháy oxy hóa phần bồ hóng hình thành Nhưng quan trọng lúc nhiệt độ xúc tác cao, phát huy tối đa khả chuyển hóa xúc tác Nên nồng độ bồ hóng đường thải giảm đáng kể Hệ số hấp thụ K trung bình lần đo 21 K tb ÷40 = 0,886 m-1 Ta thấy rõ ràng rằng, lần đo thứ (động bắt đầu làm việc, xúc tác bắt đầu tăng nhiệt độ làm việc) hệ số hấp thụ K tb÷4 = 1, 22 m-1 (vị trí vịng trịn màu đỏ) Ở lần đo thứ 10, tốc độ động cao, nhiệt độ xúc tác cao nên khả chuyển hóa xúc tác lớn Nồng độ bồ hóng giảm 36 đáng kể nên giá trị hệ số hấp thụ K nhỏ, K tb ÷ 40 = 0, 56 m-1 (vị trí vịng trịn màu xanh) 4.4.2 Vị trí lắp đặt xúc tác ảnh hưởng đến thời gian bắt đầu làm việc Khi lắp đặt xúc tác vào ô tô theo phương án I (bộ xúc tác gần họng xả động nhất) xúc tác nhanh nóng nhất, tức nhanh đạt nhiệt độ làm việc Điều có nghĩa khoảng thời gian từ xúc tác chưa làm việc đến bắt đầu làm việc nhỏ Vì giảm thiểu bồ hóng xe bắt đầu khởi động Đồng thời, xác tác gần họng xả động nhiệt độ xác tác cao nên hiệu xúc tác lớn 4.4.3 Giảm thiểu nồng độ nhiễm từ khí xả động Theo kết thực nghiệm có trên, sử dụng xúc tác BHKW6 lắp ô tô tải THACO FD 2300A đo theo chu trình gia tốc tự cắt giảm 32,89% nồng độ khói Như vậy, tất xe tải nhỏ trang bị xúc tác BHKW6 đạt u cầu tiêu chuẩn khí thải Bởi vì, xe có độ khói trung bình lớn là100% sử dụng xúc tác giảm 32,89%, nồng độ khói trung bình cịn lại 67,11% Trong qui định theo thơng tư 10/2009/TT-BGTVT nồng độ khói trung bình 72,0% Mặt khác, giảm thiểu nồng độ khói trung bình 30% có ý nghĩa quan trọng xe qua sử dụng đảm bảo tiêu chuẩn Euro 4.5 KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM TRÊN ĐƯỜNG ĐỂ XÁC ĐỊNH MỨC TIÊU HAO NHIÊN LIỆU THỰC TẾ - Xe có lắp xúc tác, tiêu hao nhiên liệu: lít/100km - Xe khơng lắp xúc tác, tiêu hao nhiên liệu : 8,4 lít/100km KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI KẾT LUẬN: Qua đo đạc, phân tích, đánh giá mức độ giảm thiểu nồng độ bồ hóng xúc tác BHKW6, thực nghiệm với thiết bị DISMOKE 4000 phịng thí nghiệm Động Ơ tơ trường Đại học Bách khoa-Đại học Đà Nẵng Được đo theo qui trình gia tốc tự theo qui định thơng tư 10/2009/TT-BGTVT việc kiểm tra khí thải động cháy nén Trên xe THACO FD 2.300A (có dung tích xi lanh 2.156 cm3, động N485QA, công suất 34,5 kw, tải trọng cho phép 990 kg, tải trọng toàn 3.045 kg), so sánh mức tiêu hao nhiên liệu thực nghiệm đường đô thị với tổng chiều dài 100 km, cho thấy: - Trong khoảng không gian gầm xe THACO FD 2300A lắp đặt xúc tác BHKW6 vị trí cách họng xả động 125mm phù hợp - Khi lắp xúc tác BHKW6 đường thải xe THACO FD 2300A cách họng xả động 125mm giảm thiểu độ khói 32,89% Đảm bảo xe đạt tiêu chuẩn khí thải Euro theo qui định - Lắp xúc tác BHKW6 ô tô THACO FD 2300A hoạt động đường thị nhiên liệu tiêu có tăng HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI: Những vấn đề cần hoàn thiện tiếp cho đề tài: - Nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng xúc tác BHKW6 đến tiêu kỹ thuật ô tô THACO FD 2300A - Nghiên cứu xác định tuổi thọ biện pháp bảo dưỡng xúc tác - Đo đạc nồng độ NOX lắp xúc tác - Nghiên cứu lắp đặt xúc tác cho ô tô tải nặng ô tô khách sử dụng nhiên liệu diesel Nghiên cứu chế tạo xúc tác dùng cho động Diesel đáp ứng nhu cầu thị trường ô tô Việt Nam KIẾN NGHỊ: Nên áp dụng xúc tác BHKW6 cho ô tô THACO FD 2300A lưu hành thành phố lớn Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh, Hải Phịng, Cần Thơ Đà Nẵng Tiến tới áp dụng đại trà xúc tác tất xe tải nhỏ, đảm bảo cắt giảm nhiễm khí thải đáp ứng yêu cầu tiêu chuẩn Euro Euro tương lai gần ` ... NGHIÊN CỨU Đánh giá mức độ giảm thiểu ô nhiễm môi trường tính kinh tế kỹ thuật lắp đặt xúc tác xe tải THACO FD 2300A Đẩy mạnh việc ứng dụng xúc tác ô tô sử dụng nhiên liệu Diesel để giảm thiểu ô nhiễm. .. tài “Nghiên cứu giảm thiểu ô nhiễm môi trường xúc tác BHKW6 cho tơ THACO FD 2300A? ?? có ý nghĩa vô quan trọng Là biện pháp hữu hiệu việc giảm thiểu nhiễm mơi trường nói chung xe tải nhỏ THACO nói... Nghiên cứu lắp đặt xúc tác cho ô tô tải nặng ô tô khách sử dụng nhiên liệu diesel Nghiên cứu chế tạo xúc tác dùng cho động Diesel đáp ứng nhu cầu thị trường ô tô Việt Nam KIẾN NGHỊ: Nên áp dụng xúc