Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu nâng cao hiệu quả bộ xúc tác ba thành phần cho động cơ sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:149

Thêm vào BST

Báo xấu

23
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật cơ khí "Nghiên cứu nâng cao hiệu quả bộ xúc tác ba thành phần cho động cơ sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn" trình bày các nội dung chính sau: Xây dựng mô hình mô phỏng bộ xúc tác khí thải ba thành phần trên phần mền AVL Boost; Nghiên cứu nâng cao hiệu quả bộ xúc tác khí thải ba thành phần khi sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn; Nghiên cứu đánh giá hiệu quả của bộ xúc tác cải tiến.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu nâng cao hiệu quả bộ xúc tác ba thành phần cho động cơ sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn

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
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 i
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 ii
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 iii
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 iv
4.1.1. Chuẩn bị lõi kim loại ............................................................................. 80 4.1.2. Điều chế lớp kim loại nền Al2O3-CeO2-ZrO2 ....................................... 80 4.1.3. Điều chế lớp vật liệu xúc tác ................................................................. 85 4.1.4. Đặc tính cấu trúc và hình thái bề mặt của lõi sử dụng xúc tác CuO-MnO2 .......................................................................................................................... 88 4.2. Thử nghiệm đánh giá ảnh hưởng của việc trang bị BXT tới các tính năng kinh tế, kỹ thuật và phát thải của xe ............................................................................. 92 4.3. Thử nghiệm đánh giá hiệu quả của BXTct khi sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn ........................................................................................................................ 94 4.3.1. Tại chế độ ổn định ................................................................................. 95 4.3.2. Hiệu quả chuyển đổi của BXT khi thử nghiệm theo chu trình thử ECE R40 + EUDC .................................................................................................. 104 4.4. So sánh đánh giá chi phí vật liệu cấu thành lên lõi xúc tác ........................ 105 4.5. Kết luận chương 4 ....................................................................................... 106 KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .............................................. 107 KẾT LUẬN CHUNG ......................................................................................... 107 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ..................................................................................... 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 108 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ................. 114 PHỤ LỤC ............................................................................................................... 115 PHỤ LỤC 1. KẾT QUẢ HIỆU CHUẨN MÔ HÌNH BXTEMT .................................. 1 PHỤ LỤC 2. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG NÂNG CAO HIỆU QUẢ BXT KHI SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU XĂNG PHA CỒN .................................................................. 2 PL2.1. Kết quả mô phỏng với BXTEMT .................................................................. 2 PL2.2. Kết quả mô phỏng với BXTđc ................................................................... 3 PL2.3. Kết quả mô phỏng với BXTm .................................................................... 5 PL2.3. Kết quả mô phỏng với BXTct .................................................................... 6 PHỤ LỤC 3. TRANG THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG QUÁ TRÌNH THỬ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ BỘ XÚC TÁC ................................................................... 7 PL3.1. Trang thiết bị thử nghiệm ........................................................................... 7 PL3.2. Băng thử xe máy CD20’’ (Chassis Dynamometer 20”) ............................. 8 PL3.3. Hệ thống lấy mẫu khí thải với thể tích không đổi CVS ............................. 8 PL3.5. Dụng cụ đo nhiên liệu 733S ..................................................................... 11 PL3.6. Thiết bị đo nhiệt độ................................................................................... 12 PL3.7. Thiết bị đo hệ số dư lượng không khí λ ................................................... 13 PHỤ LỤC 4. CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH CẤU TRÚC VÀ HÌNH THÁI BỀ MẶT BỘ XÚC TÁC......................................... 14 PL4.1. Thiết bị phân tích cấu trúc vật liệu RIGAKU RINT-2100CMT .............. 14 PL4.2. Kính hiển vi điện tử Hitachi, SU6600 EVACSEQ .................................. 14 v
PL4.3. Kính hiển vi điện tử quét với quang phổ tia X Hitachi SU8230 .............. 15 PL4.4. Thiết bị xác định diện tích bề mặt của vật liệu bằng phương pháp BET, máy ASAP 2010........................................................................................................... 16 PL4.5. Thiết bị xác định thành phần vật liệu theo phương pháp phân tích quang phổ XPS, GVL298 ............................................................................................... 17 vi
MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU STT Ký hiệu Tên gọi Đơn vị 1 λ Hệ số dư lượng không khí - 2 δ Chiều dầy lớp vật liệu trung gian m 3 ԑwcl Độ xốp của lớp vật liệu trung gian - 4 ρL Mật độ pha khí trên lớp vật liệu trung gian % 5 wkL Khối lượng chất khí k kg 6 ∆hs Thay đổi hiệu suất % 7 ∆hs% Mức độ thay đổi hiệu suất % Tỷ lệ khối lượng giữa không khí và nhiên liệu nạp vào động 8 A/F - cơ 9 CPSI Mật độ lỗ trong lõi xúc tác cell/ in2 10 CPSM Mật độ lỗ trong lõi xúc tác cell/ m2 11 dhyd Chiều rộng thông qua của 1 lỗ (cell) trong bộ xúc tác m 12 E Năng lượng hoạt hóa của phản ứng kJ/mol 13 ge Suất tiêu thụ nhiên liệu g/kW.h 14 GHSV Vận tốc không gian h-1 15 Gnl Lưu lượng khối lượng nhiên liệu kg/h 16 Gkn Lưu lượng khối lượng không khí kg/h 17 Gkt Lưu lượng khối lượng khí thải kg/h 18 HSi (x) Hiệu suất chuyển đổi của phát thải i khi sử dụng nhiên liệu x % 19 K Tham số tốc độ phản ứng kmol/m2.s 20 Ne Công suất của động cơ tại từng chế độ làm việc kW 21 r Tốc độ phản ứng mol/(l.s) 22 R Hằng số khí lý tưởng Jmol⁻¹K⁻¹ 23 s Khoảng cách giữa các lỗ (cell) trong bộ xúc tác m 24 tkt Nhiệt độ khí thải C 25 T Nhiệt độ phản ứng  26 ya Phần trăm của chất khí a trong hỗn hợp % 27 zb Thành phần kim loại/ ô xít b trên bề mặt lớp kim loại nền % vii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT STT Ký hiệu Diễn tả 1 ADAC Tổ chức xe máy và xe hơi của Đức 2 ADR37/01 Chu trình thử tiêu chuẩn của Australia 3 AMA Chu trình kiểm tra độ bền động cơ 4 AUCI AVL User Coding Interface - giao diện lập trình trên AVL Boost Brunauer Emmett Teller - Phương pháp xác định diện tích bề mặt 5 BET theo phương pháp phân tích bề mặt riêng 6 BGTVT Bộ Giao thông vận tải 7 BXT Three Way Catalyst - Bộ xử lý khí thải ba thành phần Bộ xúc tác cải tiến, sử dụng trong quá trình mô phỏng, thực nghiệm, 8 BXTct được phát triển từ BXTm, sử dụng kết hợp vật liệu xúc tác mới CuO- MnO2 và xúc tác kim loại quý Pt/Rh Bộ xúc tác điều chỉnh, sử dụng trong quá trình mô phỏng, được phát 9 BXTđc triển từ BXTEMT sau khi thay đổi một số thông số kỹ thuật 10 BXTEMT Bộ xúc tác cơ sở, được cung cấp bởi hãng Emitec Bộ xúc tác mới, sử dụng trong quá trình mô phỏng, được phát triển 11 BXTm từ BXTđc, sử dụng vật liệu xúc tác mới CuO/MnO2 12 CCCs Lõi xúc tác được lắp gần cửa thải 13 CD20” Chassis dynamometer 20’’ - Băng thử xe máy 14 CEB II Emissions Bench - Thiết bị phân tích khí thải 15 CHK Bộ chế hòa khí 16 CO Monoxit cacbon 17 CO2 Dioxit cacbon 18 CNG Compressed Natural Gas - Khí thiên nhiên nén 19 CXT Đường thải xe có lắp bộ xúc tác 20 CVS Contant Volume System - Thiết bị lấy mẫu với thể tích không đổi 21 ĐCĐT Động cơ đốt trong Tỷ lệ phần trăm thể tích của ethanol trong nhiên liệu xăng pha cồn từ 22 E0-E100 0 – 100% 23 ECU Electronic Control Unit - Bộ điều khiển điện tử Energy dispersive X-ray spectroscopy - Xác định thành phần nguyên 24 EDS tố bằng phương pháp phân tích phổ 25 EPMA Electron Probe Micro Analyzer - Phép vi phân điện cực điện tử 26 EURO3 Tiêu chuẩn phát thải EURO3 của Châu Âu 27 H2O Hơi nước 28 H/C Tỷ lệ nguyên tử hydro/cacbon trong phân tử nhiên liệu Hydro carbon - Thành phần nhiên liệu cháy không hết, còn dư trong 29 HC khí thải 30 GDP Tổng thu nhập quốc dân của mỗi quốc gia 31 KXT Đường thải xe không lắp bộ xúc tác viii
32 LNG Liquefied Natural Gas - Khí thiên nhiên hóa lỏng 33 LPG Liquefied Petroleum Gas- Khí dầu mỏ hóa lỏng Maximum brake torque - Góc đánh lửa sớm tối ưu theo tiêu chí mô 34 MBT men lớn nhất Methyl tertiary butyl ether - Hợp chất pha vào xăng để tăng chỉ số 35 MTBE octan 36 NCS Nghiên cứu sinh 37 NMs Catalyst nanomaterials – Lớp xúc tác kim loại quý 38 NOx Thành phần khí thải gồm NO2, NO, N2O 39 OSC Lớp vật liệu xúc tác giải phóng và hấp thụ ô xy 40 Pd Paladium - kim loại quý trong bộ xúc tác 41 PM Phát thải dạng hạt 42 Pt Platinum - kim loại quý trong bộ xúc tác 43 PXĐT Hệ thống nhiên liệu phun xăng điện tử 44 QCVN Quy chuẩn Việt Nam 45 SBXT Các thông số đo tại phía sau bộ xúc tác 46 SEM Scanning Electron Microscope - Kính hiển vi điện tử 47 SO2 Oxit lưu huỳnh - Thành phần trong phát thải của động cơ 48 TBXT Các thông số đo tại phía trước bộ xúc tác Differential Thermal Analysis - Phân tích nhiệt vi sai, sử dụng để 49 TG-DTA phân tích thành phần vật liệu 50 THC Tổng lượng hydrocacbon trong khí thải động cơ 51 TPR Temperature Programmed Reduction - Đặc tính khử theo nhiệt độ 52 Rh Rhodium - kim loại quý trong bộ xúc tác 53 US-FTP 75 Chu trình kiểm tra khí thải của Mỹ 54 XPS Photoelectron Spectroscopy - Phân tích quang phổ 55 XRD X-Ray Diffraction – Nhiễu xạ tia X 56 WHO World Health Organization - Tổ chức y tế thế giới 57 ZEV Zero Emission Vehicle – Xe ô tô không phát thải ix
DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1. Phát thải của động cơ xăng theo λ [5] ................................................................... 6 Hình 1.2. Cấu tạo của BXT [22].......................................................................................... 11 Hình 1.3. So sánh hoạt tính xúc tác của chất xúc tác Pt-Rh/CeO2 với có (nét liền) và không có (nét đứt) bổ sung Ba và Zr, khi thử nghiệm ở 950°C trong 40 giờ [25] ........................ 13 Hình 1.4. Ảnh cấu trúc lớp phủ sau khi tiếp xúc với nhiệt độ cao [25] ............................... 14 Hình 1.5. So sánh hoạt tính xúc tác của a) Rh/γ-Al2O3 và (b) Rh/ZrO2]/γ-Al2O3 sau khi xử lý nhiệt ở 1100oC trong không khí trong 1 giờ [26] ............................................................ 14 Hình 1.6. Ảnh hưởng của xăng có chì đối với hiệu suất của BXT thông thường [27] ....... 15 Hình 1.7. Hình ảnh cấu trúc bề mặt của Pt/γ- Al2O3 sau khi tiếp xúc với khí thải mô phỏng có chứa chì (0,33 g/l) [27] ................................................................................................... 16 Hình 1.8. Ảnh (SEM) của một lớp Zn, Ca, và Mg phốt phát trên bề mặt xúc tác [29] ....... 16 Hình 1.9. Ảnh (SEM) lớp xúc tác bị tích tụ phốt pho, hình thành cụm Pt [30]................... 17 Hình 1.10. Ảnh hưởng của mật độ lỗ (số cell) đến hiệu quả làm việc BXT [36]................ 18 Hình 1.11. Vị trí đặt BXT trên đường thải [37]................................................................... 18 Hình 1.12. Bố trí cảm biến ô xy trên đường thải [37] ......................................................... 19 Hình 1.13. Hiệu quả của BXT theo hệ số dư lượng không khí λ [38]................................. 19 Hình 1.14. Hiệu quả chuyển đổi các thành phần phát thải phụ thuộc mức độ dao động của hệ số dư lượng không khí λ [10].......................................................................................... 19 Hình 1.15. Ảnh hưởng của tỷ lệ ethanol tới hệ số dư lượng không khí tương đương (a) và hệ số nạp (b) [42] ..................................................................................................................... 21 Hình 1.16. Ảnh hưởng của tỷ lệ ethanol tới phát thải CO, HC và CO2 [42] ....................... 21 Hình 1.17. Ảnh hưởng của tỷ lệ ethanol tới phát thải NOx [43] .......................................... 21 Hình 1.18. Hàm lượng phát thải khi giữ nguyên lượng nhiên liệu cung cấp [55] ............... 22 Hình 1.19. Khí thải hữu cơ từ xe chạy 100% cồn, động cơ 8 xylanh [57] .......................... 22 Hình 1.20. Hiệu quả chuyển hóa axetan-đêhít và foman-đêhít của BXT trên động cơ chạy 100% cồn [57] ..................................................................................................................... 23 Hình 1.21. Hình ảnh SEM bề mặt BXT khi sử dụng xăng thông thường [58] .................... 24 Hình 1.22. Hình ảnh SEM bề mặt BXT khi sử dụng nhiên liệu xăng E10 [58] .................. 24 Hình 1.23. Lượng phát thải VOCs (a) và tiềm năng phá hủy tầng ô zôn (b) khi sử dụng RON95, E15 và E30 trong trường hợp có (C) và không có (NC) BXT [59] ...................... 25 Hình 1.24. Sơ đồ sấy nóng BXT bằng dòng điện cao tần [24] ............................................ 26 Hình 1.25. So sánh phát thải của xe theo chu trình thử ECE R40 trong hai trường hợp có và không có sấy [24] ................................................................................................................ 26 Hình 1.26. Khả năng chuyển hóa CO của xúc tác nano Au trên chất nền MgO và ZrO2 [61] ............................................................................................................................................. 27 Hình 1.27. Hiệu suất chuyển hóa CO và p-xylence của xúc tác Pt-CuO với các chất nền khác nhau [62] .............................................................................................................................. 27 Hình 1.28. Quy trình công nghệ chế tạo lõi BXT gốm nguyên khối theo phương pháp cán lăn [65]................................................................................................................................. 28 Hình 1.29. Chế tạo lõi xúc tác kim loại nguyên khối bằng cách cuộn [65]......................... 29 Hình 1.30. Hiệu quả chuyển đổi NO của một số mẫu xúc tác Cu/Mn [76] ......................... 30 x
Hình 1.31. Hiệu quả chuyển đổi NO theo nhiệt độ trên các mẫu CuMn/AC-1, CuMn/AC-2, CuMn/AC-3 [76] ................................................................................................................. 31 Hình 1.32. Hiệu quả khử NO bởi CO trong môi trường có và không có ô xy ở các nhiệt độ khác nhau [77] ..................................................................................................................... 31 Hình 1.33. Hiệu quả ô xy hóa CO đối với các xúc tác CuO/MnO2 [78] ............................. 32 Hình 2.1. Các bước của cơ chế phản ứng xúc tác [79] ........................................................ 35 Hình 2.2. Cấu trúc của khối monolith dạng tổ ong [79] ...................................................... 36 Hình 2.3. BXT với các lỗ ô vuông được phủ lớp vật liệu trung gian [79] .......................... 38 Hình 2.4. Mô hình trao đổi nhiệt trong lỗ của BXT với Qi-dòng nhiệt, x- phân tố chiều dài lõi BXT [24] ........................................................................................................................ 44 Hình 2.5. Giao diện phần mềm AVL Boost [78] ................................................................ 45 Hình 2.6. Mô hình BXT trên AVL-Boost [79] .................................................................... 46 Hình 2.7. Màn hình nhập dữ điều khiển liệu chung ............................................................ 46 Hình 2.8. Nhập dữ liệu điền kiện biên. ................................................................................ 47 Hình 2.9. Màn hình nhập dữ liệu phần tử BXT ................................................................... 48 Hình 2.10. Sơ đồ bố trí vị trí lấy mẫu khí thải và các cảm biến .......................................... 51 Hình 2.11. Sơ đồ hệ thống thử nghiệm ................................................................................ 52 Hình 3.1. Nội dung, mục tiêu và quy trình mô phỏng ......................................................... 58 Hình 3.2. Hiệu suất chuyển đổi của BXTEMT với thành phần CO khi sử dụng nhiên liệu RON95, E10 và E20 ............................................................................................................ 60 Hình 3.3. Hiệu suất chuyển đổi của BXTEMT với thành phần HC khi sử dụng nhiên liệu RON95, E10 và E20 ............................................................................................................ 60 Hình 3.4. Hiệu suất chuyển đổi của BXTEMT với thành phần NOx khi sử dụng nhiên liệu RON95, E10 và E20 ............................................................................................................ 61 Hình 3.5. Hiệu suất chuyển đổi trung bình của BXTEMT trên bốn đường đặc tính với các thành phần phát thải khi sử dụng nhiên liệu RON95, E10 và E20 ...................................... 61 Hình 3.6. Yêu cầu hiệu suất chuyển đổi các thành phần phát thải của BXTct so với BXTEMT ............................................................................................................................................. 64 Hình 3.7. Ảnh hưởng khi thay đổi mật độ lỗ (cell) tới hiệu quả chuyển đổi các thành phần phát thải của BXT, tại chế độ 50% tải, tốc độ 50 km/h, nhiên liệu RON95 ....................... 65 Hình 3.8. Hiệu suất xử lý BXT theo GHSV qua BXT, Tbxt =500oC, =1(RON95) ........... 66 Hình 3.9. Hiệu suất xử lý BXT theo thể tích lõi, Tbxt =500oC, =1 (RON95), lưu lượng khí thải 22,2 kg/h (50% tải, 50 km/h) ........................................................................................ 67 Hình 3.10. Hiệu suất xử lý BXT theo lượng kim loại quý, Tbxt = 500oC, GHSV =250.000h-1 (50% tải, 50 km/h), mật độ lỗ 400 cell, =1 (RON95) ....................................................... 67 Hình 3.11. Hiệu suất xử lý BXT theo tỷ lệ kim loại quý (Pt/Rh), Tbxt = 500oC, GHSV = 250.000h-1 (50% tải, 50 km/h), mật độ lỗ 400 cell, =1 (RON95)...................................... 68 Hình 3.12. So sánh hiệu suất BXTđc và hiệu suất mục tiêu của BXTct ............................. 69 Hình 3.13. Hiệu suất của BXT (CuO)x-(MnO2)1-x (x=0; 0,3; 0,5; 0,7; 1) tại =1 (RON95), Tbxt = 500oC, GHSV= 250.000h-1 ((50% tải, 50 km/h) ....................................................... 72 Hình 3.14. Hiệu suất BXTm theo nhiệt độ, tại =1 (RON95), GHSV= 250.000h-1 (50km/h, 50% tải) ............................................................................................................................... 72 Hình 3.15. Hiệu suất BXTm theo GHSV tại Tbxt = 500oC, λ=1 (RON95) .......................... 73 xi
Hình 3.16. Hiệu suất BXTm theo hệ số dư lượng không khí λ, Tbxt = 500oC, GHSV= 250.000h-1 (50km/h, 50% tải) .............................................................................................. 73 Hình 3.17. Hiệu suất của BXTct theo lượng kim loại quý Pt/Rh bổ sung, tại =1 (RON95), Tbxt = 500oC, GHSV= 250.000h-1 (50km/h, 50% tải) .......................................................... 74 Hình 3.18. Hiệu suất chuyển đổi các thành phần phát thải của BXTct, tại 50% tải khi sử dụng nhiên liệu RON95, E10, E20 ............................................................................................... 75 Hình 3.19. So sánh hiệu suất giữa ba BXT tại =1 (RON95), Tbxt=5000C, GHSV= 250.000h- 1 (50km/h, 50% tải) .............................................................................................................. 76 Hình 4.1. Quy trình phủ xúc tác lên bề mặt lõi kim loại [90].............................................. 79 Hình 4.2. Ngâm tẩy rửa làm sạch bề mặt lõi xúc tác ........................................................... 80 Hình 4.3. Nghiền bột kim loại Al2O3-CeO2-ZrO2 ............................................................... 81 Hình 4.4. Hoà tan Al(NO3)3.9H2O trên máy khuấy từ ........................................................ 81 Hình 4.5. Khuấy dung dịch trước khi phủ ........................................................................... 82 Hình 4.6. bốn giai đoạn đầu trong quá trình phủ nhúng ..................................................... 83 Hình 4.7. Ngâm lõi trong dung dịch .................................................................................... 83 Hình 4.8. Sơ đồ gá đặt lõi trên máy phủ quay ..................................................................... 84 Hình 4.9. Lõi xúc tác sau quá trình phủ quay ...................................................................... 84 Hình 4.10. Dung dịch CuNO3 và Mn(NO3)2 sau khi hoà tan .............................................. 85 Hình 4.11. Lõi xúc tác CuO-MnO2 (đen) sau khi phủ......................................................... 86 Hình 4.12. Sơ đồ hòa tan Pt, Rh .......................................................................................... 86 Hình 4.13. Nhỏ dung dịch NH4OH vào dung dịch muối Rh, Pt.......................................... 87 Hình 4.14. XRD của (a) kim loại nền- FeCrAl; (b) α-Al2O3 washcoat/lõi kim loại; (c) γ- Al2O3-CeO2-ZrO2/lõi kim loại ............................................................................................. 89 Hình 4.15. Ảnh SEM lớp phủ kim loại nền Al2O3-CeO2-ZrO2 trên lõi kim loại (a) mặt cắt ngang lớp phủ; (b) ảnh chụp bề mặt lớp phủ ....................................................................... 90 Hình 4.16. Ảnh EDS phân bố và tỷ lệ kim loại Al, Ce, Zr trên lõi kim loại ....................... 90 Hình 4.17. XRD của a) CuO/Al2O3-CeO2-ZrO2; b)(CuO)0,7(MnO2)0,3/Al2O3-CeO2-ZrO2 c)(CuO)0,5(MnO2)0,5/Al2O3-CeO2-ZrO2; d) (CuO)0,3(MnO2)0,7/Al2O3-CeO2-ZrO2 e) MnO2/Al2O3-CeO2-ZrO2/lõi kim loại .................................................................................. 91 Hình 4.18. Ảnh EDS phân bố Cu và Mn trên mẫu kim loại nền Al2O3-CeO2-ZrO2 (a) mẫu chụp EDS; (b) Phân bố hạt Cu, (c)Phân bố hạt Mn ............................................................. 91 Hình 4.19. XPS của kim loại quý phủ trên lõi kim loại nền (a) Pt 4f và (b) Rh 3d phủ trên CuO-CeO2--Al2O3/FeCrAl ................................................................................................. 92 Hình 4.20. Độ suy giảm công suất và mức tăng suất tiêu thụ nhiên liệu của xe khi trang bị BXTEMT và BXTct so với trường hợp nguyên bản .............................................................. 93 Hình 4.21. Mức độ thay đổi phát thải của xe khi trang bị BXTEMT và BXTct so với trường hợp nguyên bản ................................................................................................................... 94 Hình 4.22. Chu trình ECE R40 +EUDC.............................................................................. 95 Hình 4.23. Phát thải và hiệu suất chuyển đổi thành phần CO của BXTct khi sử dụng các mẫu nhiên liệu RON95, E10 và E20 ........................................................................................... 98 Hình 4.24. Phát thải và hiệu suất chuyển đổi thành phần HC của BXTct khi sử dụng các mẫu nhiên liệu ............................................................................................................................. 99 Hình 4.25. Phát thải và hiệu suất chuyển đổi thành phần NOx của BXTct khi sử dụng các xii
mẫu nhiên liệu ................................................................................................................... 100 Hình 4.26. Mức độ thay đổi hiệu suất của BXTct khi sử dụng nhiên liệu E10 và E20 so với khi sử dụng RON95 theo chế độ làm việc ......................................................................... 100 Hình 4.27. Sai lệch hiệu suất trung bình tại 50% tải giữa mô phỏng và thực nghiệm của BXTct khi sử dụng nhiên liệu RON95, E10 và E20 ......................................................... 101 Hình 4.28. So sánh hiệu suất chuyển đổi trung bình trên bốn đặc tính của BXT cơ sở (BXTEMT) và BXT cải tiến (BXTct) .................................................................................. 102 Hình 4.29. So sánh sự thay đổi hiệu suất chuyển đổi trung bình trên bốn đặc tính của BXTEMT và BXTct khi sử dụng E10, E20 so với khi sử dụng RON95 ............................................ 103 Hình 4.30. So sánh hiệu suất chuyển đổi trung bình trên bốn đặc tính theo kỳ vọng (BXTct- kv) và thực tế đạt được (BXTct-tt) của BXTct .................................................................. 103 Hình 4.31. Nhiệt độ của BXT theo chu trình ECE R40+EUDC khi sử dụng nhiên liệu E0 và E20 ..................................................................................................................................... 104 Hình 4.32. Hệ số dư lượng không khí theo chu trình ECE R40+EUDC khi sử dụng nhiên liệu E0, E10 và E20 ........................................................................................................... 104 Hình 4.33. Hiệu quả xử lý của BXT đối với từng nhiên liệu ............................................ 105 xiii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Kết quả sau khi thử nghiệm bền với các mẫu washcoat khác nhau [57] ............ 23 Bảng 1.2. Khả năng chuyển hóa các hdrocacbon với các xúc tác kim loại [63] ................. 27 Bảng 1.3. Hiệu suất chuyển đổi của NOx với C3H6 trên các ô xít kim loại [75] ................. 30 Bảng 2.1. Các phần tử của mô hình ..................................................................................... 46 Bảng 2.2. Dữ liệu điều khiển chung .................................................................................... 47 Bảng 2.3. Dữ liệu điều kiện biên ......................................................................................... 47 Bảng 2.4. Dữ liệu về phần tử BXTEMT ................................................................................ 48 Bảng 2.5. Dữ liệu nhập vào cơ chế phản ứng [68, 69] ........................................................ 49 Bảng 2.6. Thông số kỹ thuật xe Piaggio Liberty 150 .......................................................... 50 Bảng 2.7. Tính chất của nhiên liệu xăng và xăng pha cồn [17]........................................... 50 Bảng 2.8. Chế độ tải và tốc độ thử nghiệm ......................................................................... 51 Bảng 2.9. Thông số kỹ thuật các thiết bị đo ........................................................................ 52 Bảng 2.10. Kết quả thử nghiệm khí thải khi sử dụng nhiên liệu RON95............................ 53 Bảng 2.11. Kết quả thử nghiệm khí thải khi sử dụng nhiên liệu E10 .................................. 53 Bảng 2.12. Kết quả thử nghiệm khí thải khi sử dụng nhiên liệu E20 .................................. 54 Bảng 2.13. Tỷ số A/F của các nhiên liệu xăng pha cồn [81] ............................................... 54 Bảng 2.14. Lưu lượng khí thải tại các chế độ làm việc ....................................................... 55 Bảng 2.15. Phát thải và hiệu suất của BXTEMT tại 50% tải ................................................. 56 Bảng 2.16. Sai lệch hiệu suất chuyển đổi các thành phần phát thải của BXT giữa mô phỏng và thực nghiệm .................................................................................................................... 56 Bảng 3.1. Kết quả mô phỏng hiệu suất chuyển đổi của BXTEMT tại 25% tải...................... 59 Bảng 3.2. Kết quả mô phỏng hiệu suất chuyển đổi của BXTEMT tại 50% tải...................... 59 Bảng 3.3. Kết quả mô phỏng hiệu suất chuyển đổi của BXTEMT tại 75% tải...................... 59 Bảng 3.4. Kết quả mô phỏng hiệu suất chuyển đổi của BXTEMT tại 100% tải.................... 59 Bảng 3.5. Thay đổi hiệu suất BXTEMT khi sử dụng nhiên liệu E10 và E20 so với khi sử dụng nhiên liệu RON95 ................................................................................................................ 61 Bảng 3.6. So sánh sự thay đổi phát thải và mức độ thay đổi hiệu suất BXT khi xe sử dụng nhiên liệu E10 và E20 so với khi sử dụng nhiên liệu RON95 ............................................. 62 Bảng 3.7. Hiệu suất mục tiêu của BXTct khi sử dụng nhiên liệu E10, E20........................ 63 Bảng 3.8. So sánh hiệu suất mục tiêu của BXTct và hiệu suất của BXTEMT khi sử dụng nhiên liệu E10, E20 ....................................................................................................................... 63 Bảng 3.9. Mức độ thay đổi diện tích bề mặt và độ giảm thể tích thông qua BXT khi sử dụng các lõi có mật độ lỗ khác nhau [82] ..................................................................................... 64 Bảng 3.10. Các thông số kỹ thuật của BXTđc so với BXTEMT ........................................... 68 Bảng 3.11. Dữ liệu các thông số của BXTm ....................................................................... 70 Bảng 3.12. Dữ liệu cơ chế phản ứng BXTm [10,84-89] ..................................................... 71 Bảng 3.13. So sánh hiệu suất chuyển đổi các thành phần phát thải giữa BXTEMT và BXTm, tại =1, Tbxt = 500oC, GHSV= 250.000h-1........................................................................... 74 Bảng 3.14. So sánh sự thay đổi suất giữa BXTEMT và BXTct tại =1, Tbxt=5000C, GHSV= 250.000h-1 ............................................................................................................................ 76 xiv
Bảng 3.15. Dữ liệu về phần tử BXTct ................................................................................. 76 Bảng 4.1. Khối lượng Mn(NO3)2.6H2O và CuNO3.3H2O ................................................... 85 Bảng 4.2. Các thông số của BXTct sau quá trình nhúng phủ .............................................. 88 Bảng 4.3. Diện tích bề mặt của (CuO)0,3- (MnO2)0,7 phủ trên kim loại nền Al2O3-CeO2-ZrO2 ............................................................................................................................................. 89 Bảng 4.4. Công suất và suất tiêu hao nhiên liệu của xe trong ba trường hợp thử nghiệm .. 93 Bảng 4.5. Phát thải của xe trong ba trường hợp thử nghiệm ............................................... 93 Bảng 4.6. Các điểm thử nghiệm tại chế độ ổn định............................................................. 95 Bảng 4.7. Nồng độ phát thải trước, sau và hiệu suất chuyển đổi của BXTct đối với các thành phần phát thải khi sử dụng nhiên liệu RON 95 ................................................................... 96 Bảng 4.8. Nồng độ phát thải trước, sau và hiệu suất chuyển đổi của BXTct đối với các thành phần phát thải khi sử dụng nhiên liệu E10 .......................................................................... 96 Bảng 4.9. Nồng độ phát thải trước, sau và hiệu suất chuyển đổi của BXTct đối với các thành phần phát thải khi sử dụng nhiên liệu E20 .......................................................................... 97 Bảng 4.10. So sánh hiệu suất chuyển đổi giữa mô phỏng (MP) và thực nghiệm (TN) của BXTct tại 50% tải khi sử dụng nhiên liệu RON95, E10 và E20 ....................................... 101 Bảng 4.11. Hiệu suất chuyển đổi trung bình trên bốn đặc tính của BXTEMT và BXTct khi sử dụng nhiên liệu RON95, E10 và E20. ............................................................................... 102 Bảng 4.12. Phát thải và hiệu suất BXTct theo chu trình ECE-R40 + EUDC với từng nhiên liệu ..................................................................................................................................... 105 Bảng 4.13. So sánh tổng chi phí vật liệu cấu thành lên lõi xúc tác ................................... 106 xv
MỞ ĐẦU i. Lý do chọn đề tài Nhằm giảm sự phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóa thạch, cũng như nhiều nước trên thế giới, Việt Nam đã xây dựng lộ trình và đưa ra các chính sách nhằm phát triển nhiên liệu sinh học với mục tiêu gia tăng tỷ lệ thay thế nhiên liệu xăng - diesel truyền thống. Cụ thể, theo đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025, Việt Nam đã sử dụng nhiên liệu xăng E5 (5% ethanol, 95% RON92) thay thế hoàn toàn cho nhiên liệu RON92 (từ 1/1/2018), các nhiên liệu có tỷ lệ ethanol cao hơn như E10, E20 cũng đang được thí điểm và tiến tới sẽ được sử dụng rộng rãi trong tương lai gần. Hiện nay, để giảm thiểu các thành phần độc hại do phát thải từ động cơ, giải pháp hiệu quả và đang được sử dụng rộng rãi nhất đó là trang bị các thiết bị xử lý khí thải. Đối với động cơ đốt cháy cưỡng bức, bộ xử lý khí thải 3 thành phần, sau đây gọi tắt là bộ xúc tác - BXT, đang được sử dụng rất phổ biến. Về lý thuyết hiện nay, BXT chỉ phát huy hiệu quả chuyển đổi đối với các thành phần phát thải độc hại khi đáp ứng đồng thời hai điều kiện sau: Thứ nhất, lõi BXT được sấy nóng hoàn toàn tới nhiệt độ khoảng 350C. Thứ hai, hòa khí của động cơ gần với điều kiện lý tưởng λ = 1 nhằm có cả môi trường ô xy hoá và môi trường khử trong hỗn hợp khí thải. Trong khi đó, khi sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn, do tỷ lệ A/F (không khí/nhiên liệu) của ethanol nhỏ hơn so với nhiên liệu xăng truyền thống nên khi tỷ lệ ethanol trong hỗn hợp nhiên liệu càng cao, hòa khí của động cơ có xu hướng càng nhạt. Trên các xe sử dụng hệ thống nhiên liệu phun xăng điện tử thông thường (được thiết kế sử dụng với nhiên liệu xăng truyền thống nên trên xe chưa được trang bị cảm biến đo nồng độ cồn), bộ điều khiển điện tử (ECU) của động cơ có xu hướng điều chỉnh lượng nhiên liệu phun để đảm bảo hệ số dư lượng không khí λ luôn xấp xỉ bằng 1. Tuy nhiên, dữ liệu trong ECU được tính toán trên cơ sở nhiên liệu xăng truyền thống nên khi sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn, ECU không thể điều khiển chính xác λ=1 như mong muốn. Ngoài ra nhiệt độ khí thải cao hơn, phát sinh các thành phần mới trong khí thải động cơ cũng là những yếu tố có thể ảnh hưởng tới hiệu quả chuyển đổi của BXT. Bên cạnh đó, sau hơn 30 năm hình thành và phát triển, cùng với những chính sách khuyến khích của Chính phủ, sự nỗ lực của các doanh nghiệp, hiện ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đã đạt được những thành tựu nhất định, đã xuất hiện nhiều nhãn hiệu xe “Made in Việt Nam”. Tuy nhiên các sản phẩm đã được nội địa hóa mang hàm lượng công nghệ rất thấp, chưa làm chủ được các các công nghệ cốt lõi như công nghệ chế tạo động cơ, hệ thống điều khiển, hệ thống xử lý khí thải… Vì vậy nghiên cứu sinh chọn đề tài “Nghiên cứu nâng cao hiệu quả bộ xúc tác ba thành phần cho động cơ sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn” nhằm từng bước làm chủ công nghệ về vật liệu xúc tác. Từ đó thiết kế chế tạo BXT mới không chỉ thích ứng với nhiên liệu xăng pha cồn mà còn giúp nâng cao hiệu quả và giảm giá thành chế tạo BXT. ii. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của luận án • Mục tiêu nghiên cứu của luận án: 1
- Đánh giá được ảnh hưởng của nhiên liệu xăng pha cồn tới hiệu quả của BXT. - Nâng cao hiệu quả của bộ xúc thông qua cải tiến các thông số kết cấu, bổ sung thêm các thành phần mới vào lớp vật liệu trung gian, sử dụng vật liệu xúc tác mới. - Tính toán, thiết kế, chế tạo BXT mới có hiệu suất cao, giá thành giảm, phù hợp khi sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn. • Nội dung nghiên cứu: - Nghiên cứu tổng quan phát thải độc hại và các giải pháp giảm phát thải độc hại trong động cơ đốt xăng. - Nghiên cứu tổng quan các giải pháp nâng cao hiệu quả BXT. - Nghiên cứu xây dựng mô hình mô phỏng BXT trên AVL-Boost. - Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiên liệu xăng pha cồn tới hiệu quả của BXT. - Nghiên cứu nâng cao hiệu quả BXT thông qua cải tiến các thông số kỹ thuật, sử dụng vật liệu xúc tác mới. - Nghiên cứu chế tạo và thực nghiệm đánh giá hiệu quả của BXT cải tiến khi sử dụng xăng pha cồn. iii. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu • Đối tượng nghiên cứu của luận án bao gồm: - Xe thử nghiệm: Quá trình nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện trên xe máy Liberty 150 của hãng Piaggio Việt Nam. - Các BXT sử dụng trong quá trình nghiên cứu: + Bộ xúc tác của hãng Emitec được lựa chọn là bộ xúc tác cơ sở (BXTEMT), sử dụng làm cơ sở để xây dựng mô hình cũng như nghiên cứu mô phỏng đánh giá ảnh hưởng của nhiên liệu xăng pha cồn tới hiệu quả của BXT. + Bộ xúc tác điều chỉnh (BXTđc), được thiết lập dựa trên cơ sở BXTEMT, sử dụng trong nghiên cứu mô phỏng nâng cao hiệu quả BXT thông qua giải pháp điều chỉnh các thông số kỹ thuật. + Bộ xúc tác mới (BXTm), được thiết lập trên cơ sở kế thừa BXTđc, sử dụng trong quá trình nghiên cứu mô phỏng sử dụng vật liệu xúc tác mới. + Bộ xúc tác cải tiến (BXTct) được phát triển trên cơ sở BXTm, sử dụng kết hợp giữa xúc tác kim loại quý và vật liệu xúc tác mới, quá trình mô phỏng giúp xác định các thông kỹ thuật của BXT. Quá trình thực nghiệm nhằm kiểm chứng các kết quả mô phỏng cũng như đánh giá hiệu quả chuyển đổi của BXT theo các chế độ làm việc và nhiên liệu sử dụng. - Bên cạnh đó, hiện nay xăng pha cồn với tỷ lệ ethanol thấp (≤20%) đã được sử dụng rộng rãi tại nhiều quốc gia trên thế giới. Trong tương lai gần, đây cũng là các nhiên liệu sẽ được sử dụng rộng rãi ở nước ta. Ngoài ra, khi sử dụng nhiên liệu có tỷ lệ ethanol thấp thì ethanol đóng vai trò như phụ gia pha trộn với xăng và thông thường kết cấu động cơ không cần thay đổi. Vì vậy để hướng tới các phương tiện đang được sử dụng hiện nay, nhiên liệu sử dụng trong quá trình nghiên cứu được lựa chọn là các mẫu nhiên liệu có tỷ lệ ethanol ≤20%. Cụ thể bao gồm các nhiên liệu RON95, E10 và E20. 2
• Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu mô phỏng chỉ thực hiện trên mô hình BXT, trong đó các tham số điều kiện biên của mô hình được xác định bằng thực nghiệm. Nghiên cứu thực nghiệm chỉ giới hạn trong phạm vi phòng thí nghiệm với xe thử nghiệm vận hành ở các chế ổn định, theo chu trình thử tiêu chuẩn ECE R40+ EUDC. Quá trình đánh giá kiểm nghiệm bền BXT không được thực hiện do giới hạn thời gian và kinh phí. Các yếu tố khác có thể ảnh hưởng tới quá trình làm việc của BXT như sự gia tăng lượng hơi nước, xuất hiện các thành phần mới trong khí thải (cồn chưa cháy, alđêhít…) sẽ nằm ngoài phạm vi nghiên cứu của luận án. iv. Phương pháp nghiên cứu Luận án sử dụng kết hợp giữa nghiên cứu mô phỏng và thực nghiệm, trong đó: - Nghiên cứu mô phỏng sẽ làm cơ sở đánh giá, cải tiến BXT khi sử dụng xăng pha cồn. - Nghiên cứu thực nghiệm nhằm kiểm chứng các kết quả mô phỏng cũng như đánh giá hiệu quả chuyển đổi của BXTct tại các chế độ làm việc của động cơ khi sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn. v. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn • Ý nghĩa khoa học: - Luận án đã xây dựng thành công mô hình mô phỏng BXT khi sử dụng xăng pha cồn trên phần mềm AVL-Boost và đánh giá ảnh hưởng của nhiên liệu này tới hiệu quả chuyển đổi của BXT. - Nghiên cứu ứng dụng vật liệu xúc tác mới thay thế một phần xúc tác kim loại quý, qua đó không những giúp nâng cao hiệu quả mà còn giảm giá thành chế tạo BXT. • Ý nghĩa thực tiễn: - Bộ xúc tác cải tiến có hiệu suất cao, phù hợp sử dụng với nhiên liệu xăng pha cồn sẽ góp phần nâng cao chất lượng khí thải của các phương tiện giao thông vận tải. - Việc chế tạo thành công BXT cũng góp phần nâng cao năng lực nghiên cứu, làm chủ và phát triển các công nghệ lõi trong ngành công nghiệp ô tô. - Các kết quả đạt được trong luận án cũng sẽ cơ sở khoa học giúp các cơ quan quản lý nhà nước nghiên cứu nâng cao tỷ lệ phối trộn ethanol trong nhiên liệu. Qua đó giúp gia tăng lượng ethanol tiêu thụ, góp phần sớm hoàn thành mục tiêu của của Đề án phát triển nhiên liệu sinh học của Chính phủ. vi. Điểm mới của Luận án - Đây là công trình nghiên cứu đầu tiên ở Việt Nam thực hiện nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của nhiên liệu xăng pha cồn tới hoạt động của BXT. - Phát triển vật liệu xúc tác mới giúp cải thiện hiệu quả của BXT, phù hợp với nhiên liệu xăng pha cồn. - Xây dựng thành công quy trình công nghệ chế tạo BXT bao gồm nhúng phủ lớp vật liệu trung gian và lớp vật liệu xúc tác trên lõi kim loại theo phương pháp phủ 3
quay. vii. Bố cục của Luận án Luận án được thực hiện với những nội dung chính như sau: - Mở đầu - Chương 1. Tổng quan - Chương 2. Xây dựng mô hình mô phỏng bộ xúc tác khí thải ba thành phần trên phần mền AVL Boost - Chương 3. Nghiên cứu nâng cao hiệu quả bộ xúc tác khí thải ba thành phần khi sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn - Chương 4. Nghiên cứu đánh giá hiệu quả của bộ xúc tác cải tiến - Kết luận chung và hướng phát triển của đề tài. 4