Tìm kiếm tài liệu miễn phí

Nghiên cứu mô phỏng đánh giá hiệu quả bộ xúc tác ba thành phần trên động cơ phun xăng điện tử khi sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn E10-E20

Bài báo này nghiên cứu mô phỏng đánh giá hiệu quả bộ xúc tác ba thành phần trên động cơ phun xăng điện tử khi sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn E10-E20. Nghiên cứu mô phỏng được thực hiện trên phần mềm AVL-Boost,các điều kiện biên và điều kiện ban đầu được xác định bằng thực nghiệm trên băng thử. Kết quả chạy mô hình cho thấy, sai lệch giữa kết quả mô phỏng và kết quả thực nghiệm nhỏ hơn 5%.



Đánh giá tài liệu

0 Bạn chưa đánh giá, hãy đánh giá cho tài liệu này


  • 5 - Rất hữu ích 0

  • 4 - Tốt 0

  • 3 - Trung bình 0

  • 2 - Tạm chấp nhận 0

  • 1 - Không hữu ích 0

Mô tả

Tạp chí Khoa học và Công nghệ 124 (2018) 032-038

Nghiên cứu mô phỏng đánh giá hiệu quả bộ xúc tác ba thành phần trên
động cơ phun xăng điện tử khi sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn E10-E20
Simulate Three Way Catalyst Performance on Spark Injection Engine Using Ethanol-Gasoline Blend
Fuel E10-E20

Nguyễn Thế Lương
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội – Số 1, Đại Cồ Việt, Hai Bà Trưng, Hà Nội
Đến Tòa soạn: 10-7-2017; chấp nhận đăng: 25-01-2018
Tóm tắt
Bài báo này nghiên cứu mô phỏng đánh giá hiệu quả bộ xúc tác ba thành phần trên động cơ phun xăng điện
tử khi sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn E10-E20. Nghiên cứu mô phỏng được thực hiện trên phần mềm
AVL-Boost,các điều kiện biên và điều kiện ban đầu được xác định bằng thực nghiệm trên băng thử. Kết quả
chạy mô hình cho thấy, sai lệch giữa kết quả mô phỏng và kết quả thực nghiệm nhỏ hơn 5%. Kết quả
nghiên cứu mô phỏng trên động cơ phun xăng điện tử với ba loại nhiên liệu Ron95 (E0), E10 và E20 cho
thấy hiệu quả bộ xúc tác ba thành phần (TWC) có chung xu hướng, khi tăng ga từ 25% đến 100%, hiệu suất
xử lý CO, HC và NOx có xu hướng giảm, đặc biệt tại 100% tay ga, hiệu suất xử lý CO và HC giảm còn 1%.
Khi tăng tốc độ động cơ từ 20km/h đến 80km/h, hiệu suất xử lý CO, HC và NOx có xu hướng không rõ ràng,
tuy nhiên sự thay đổi hiệu suất xử lý trong khoảng 10%. Khi sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn E10, E20, hiệu
suất xử lý CO và HC có xu hướng cao hơn so với xăng Ron95 trong khi hiệu suất xử lý NOx thấp hơn, trung
bình hiệu suất xử lý CO và HC tăng là 3,2% và 4,15% đối với E10, 5,25% và 6,2% đối với E20, mức giảm
trung bình của hiệu suất xử lý NOx là 6,2% khi sử dụng E10 và 7,7% khi sử dụng E20.
Từ khóa: Bộ xúc tác ba thành phần (TWC), xăng pha cồn, hiệu suất xử lý, tốc độ, phần trăm tay ga.
Abstract
This paper simulated Three Way Catalysts (TWC) performance on spark injection engine (SI. Engine)) using
ethanol-gasoline blend fuel E10-E20, the simulation was done on AVL-Boost sorfware, the emperimetns
were carried on CD 20” bench to determine the initial and boundary conditions. The results showed that, the
error between simulation and experiment results were less than 5%. The simulation results on SI. Engine
with three kind of fuel Ron95 (E0), E10, E20 also showed that, the three way catalysts performance when
using ethanol-gasoline blend fuel E0, E10, E20 were same trend, when throttle increased from 25% to
100%, CO, HC, NOx treatment perfomance decreased strongly, the specially at throttle 100%, CO and HC
treatment perfomance decreased 1% rest. When the speed increased from 20 km/h to 80 km/h, CO, HC and
NOx treatment perfomance were not clear trend, the CO, HC and NOx treatment perfomance value varied
more or less than 10%. When using E10, E20, CO, HC treatment perfomance were higher than gasoline E0,
while NOx treatment perfomance was lower, the averagre CO and HC treatment perfomance increased
respectively 3,2% and 4,15% with E10, 5,25% and 6,2% with E20, the the averagre NOx treatment
perfomance decreased respectively 6,2% with E10 and 7,7% with E20.
Keywords: Three Way Catalysts (TWC), gasoline-ethanol, treatment perfomance, speed, throttle.

1. Đặt vấn đề*

loại nhiên liệu có khả năng thay thế nhiên liệu hóa
thạch là ethanol (C2H5OH), rất nhiều nước trên thế
giới như Bắc Mỹ, Brasil, Thụy Điển và Thái Lan đã
sử dụng nhiên liệu sinh học ethanol với tỷ lệ lên đến
100% (E100) [1-2]. Tại Việt Nam, đề án phát triển
nhiên liệu sinh học từ năm 2015, tầm nhìn đến năm
2025 đã được chính phủ Việt Nam phê duyệt, theo đó
nhiên liệu xăng sinh học E5 đã được đưa vào sử dụng
và xăng E10 sẽ được sử dụng vào 12/2017, rất nhiều
nghiên cứu về ảnh hưởng của nhiên liệu sinh học đến
tính năng kinh tế kỹ thuật và khí thải của động cơ đã
được chỉ ra. Lê Anh Tuấn và các cộng sự [3-4] đã
nghiên cứu ảnh hưởng của nhiên liệu xăng pha cồn
E5 đến E20 đến tính năng kinh tế và phát thải của xe

Số lượng các phương tiện trên thế giới và tại
Việt Nam không ngừng tăng trong những năm gần
đây, làm cho nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày càng
cạn kiện, tình trạng ô nhiễm môi trường từ khí thải
của phương tiện giao thông ngày càng nghiêm trọng.
Nhiều giải pháp kỹ thuật để giảm sự phụ thuộc vào
nguồn nhiên liệu hóa thạch và cắt giảm thành phần
khí thải độc hại đã được sử dụng, như sử dụng nhiên
liệu thay thế và nhiên liệu tái tạo. Một trong những
Địa chỉ liên hệ: Tel.: (+84) 962886464
Email: luong.nguyenthe@hust.edu.vn
*

32

Tạp chí Khoa học và Công nghệ 124 (2018) 032-038

máy và ô tô, kết quả cho thấy công suất xe máy khi
sử dụng E10 có xu hướng tăng nhẹ (lớn nhất khoảng
4,4%) trong khi suất tiêu hao nhiên liệu được cải
thiện (mức giảm lớn nhất là 6,25%). Với nhiên liệu
E15 và E20, công suất và tiêu hao nhiên liệu ít thay
đổi so với xăng thông thường (RON92), lượng phát
thải CO và HC giảm mạnh trong khi phát thải NOx và
CO2 tăng. Phạm Hữu Tuyến và các cộng sự cũng đã
báo cáo hiệu quả kinh tế kỹ thuật và phát thải của
động cơ khi sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn có tỷ lệ
lên đến E100 [5-6], kết quả nghiên cứu cho thấy khi
sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn với tỷ lệ cao, nếu
không thay đổi kết cấu của xe thì công suất động cơ
giảm, suất tiêu hao nhiên liệu tăng, khi sử dụng ECU
phụ nhằm đảm bảo  bằng 1 và góc đánh lửa sớm
hợp lý thì tính năng kinh tế kỹ thuật và phát thải của
động cơ được cải thiện đáng kể. Với việc các tiêu
chuẩn khí thải ngày càng nghiêm ngặt, để đáp ứng
các tiêu chuẩn khí thải trên, các giải pháp xử lý sau
cửa thải là giải pháp mang lại hiệu quả cao. Bộ xúc
tác ba thành phần (Three Way Catalysts - TWC) được
sử dụng trên động cơ xăng để xử lý các thành phần
khí thải CO, HC và NOx. Số lượng các nghiên cứu về
bộ xúc tác ba thành phần ở Việt Nam còn khá hạn
chế, hiện chỉ có một số ít các công trình nghiên cứu
về bộ xúc tác ba thành phần được công bố ở Việt
Nam, nghiên cứu của Hoàng Đình Long và các cộng
sự [7-8] về hiệu quả bộ xúc tác ba thành phần khi
khởi động lạnh và tối ưu hóa bộ xúc tác trên ôtô. Lê
Toát Đoa và cộng sự nghiên cứu hiệu quả bộ xúc tác
TWC trên động cơ cơ xăng. Hiện chưa có công trình
nghiên cứu nào đánh giá ảnh hưởng của nhiên liệu
xăng pha cồn đến hiệu quả bộ xúc tác ba thành phần.
Bài báo này sẽ nghiên cứu mô phỏng đánh giá hiệu
quả bộ xúc tác ba thành phần trên động cơ phun xăng
điện tử khi sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn E10-E20.
2. Mô hình mô phỏng

ra mô hình mô phỏng, trong đó TBA1, TBA2 là phần
tử điều kiện biên, CAT1 là phần tử bộ xúc tác.
Trong phần tử điều kiện biên TBA1 và TBA2:
Các thông số về nồng độ các thành phần khí thải, lưu
lượng khí thải, lam đa, nhiệt độ bộ xúc tác, áp suất
đường thải sẽ được khai báo, để thuận lợi cho quá
trình mô phỏng, khí mô phỏng bao gồm các thành
phần chính như sau: CO, C3H8, NO, CO2, H2O, O2 và
N2.
Phần tử bộ xúc tác CAT1: Khai báo các thông
số bộ xúc tác và các phương trình phản ứng xảy ra
trong bộ xúc tác.
Các phản ứng xảy ra trong bộ xúc tác ba thành
phần là phản ứng phức tạp giữa pha khí với pha khí
và giữa pha khí với pha rắn, trong đó phản ứng giữa
pha khí với khí chỉ xảy ra ở nhiệt độ trên 600oC [10].
Dưới tác dụng của chất xúc tác, phản ứng giữa pha
khí với pha rắn xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn, để thuận
tiện cho quá trình mô phỏng, chỉ phản ứng giữa pha
rắn với pha khí sẽ được nghiên cứu. Bộ xúc tác TWC
của hãng Emitec, với các kim loại quý được sử dụng
là Pt, Rh, CeO2 được sử dụng để tăng khả năng dự trữ
và giải phóng ôxy (OSC). Các phương trình phản ứng
xảy ra trong bộ xúc tác TWC bao gồm phản ứng ôxy
hóa CO, HC với ôxy và phản ứng khử NOx bởi CO.
Các phản ứng xảy ra trong bộ xúc tác TWC bao
gồm các phản ứng cơ bản sau:
Ce2O3 + 1/2 O2 → 2CeO2

(1)

2CeO2 + CO → Ce2O3 + CO2

(2)

14CeO2 + C3H8 → 7Ce2O3 + 3CO + 4H2O (3)
Rh + NO → RhO + 1/2N2

(4)

RhO + CO → Rh + CO2

(5)

Pt + 1/2O2 → PtO

(6)

PtO + CO → Pt + CO2

(7)

2.1. Đối tượng mô phỏng
Xe máy Piaggio Liberty 150 và bộ xúc tác của
hãng Emitec được lựa chọn làm đối tượng nghiên
cứu. Xe máy Piaggio Liperty 150 là động cơ một xy
lanh, dung tích 154,8 cm3, công suất tối đa 9,7kW ở
tốc độ 7750 v/ph, mô men cực đại 13Nm tại
6500v/ph. Bộ xúc tác của hãng Emitec có kích thước
50x60mm, số lỗ 200 lỗ/inh2, tỷ lệ kim loại quý
Pt:Rh = 5:1, 0,14g, lượng ceri sử dụng 0,71g.

10PtO + C3H8 → 10Pt + 3CO2 + 4H2O

(8)

Tốc độ của phản ứng từ 1 đến phản ứng 8 được
tính theo công thức của Langmuir – Hinshelwood, cụ
thể như sau:

2.2. Xây dựng mô hình

Tài liệu cùng danh mục Cơ khí - Chế tạo máy

Bài giảng Tra cứu lệnh trong AutoCAD 2007

Bài giảng Tra cứu lệnh trong AutoCAD 2007 trình bày những nội dung cụ thể sau: Các lệnh thiết lập bản vẽ, các lệnh vẽ cơ bản, các lệnh sao chép và biến đổi hình, các lệnh làm việc với lớp (layer), lệnh vẽ và kí hiệu mặt cắt, lệnh ghi và hiệu chỉnh văn bản,...và các nội dung liên quan khác. Mời các bạn cùng tham khảo.


Chuyển động của bùn cát vận chuyển bằng sức nước

Tham khảo sách 'chuyển động của bùn cát vận chuyển bằng sức nước', kỹ thuật - công nghệ, cơ khí - chế tạo máy phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả


Wireless Mesh Networks 2010 Part 7

Tham khảo tài liệu 'wireless mesh networks 2010 part 7', kỹ thuật - công nghệ, cơ khí - chế tạo máy phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả


Cooling and Lubrication System Maintenance Part 6

Tham khảo tài liệu 'cooling and lubrication system maintenance part 6', kỹ thuật - công nghệ, cơ khí - chế tạo máy phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả


Handling Machining Assembly Organisation Pneumatics Electronics Mechanics Sensorics phần 3

Các cửa hàng đệm là một bổ sung hữu ích cho một hệ thống dòng nguyên liệu như một phương tiện của các máy trạm hoặc máy tách. Đối với công suất tăng lên, một số tạp chí có thể được cài đặt song song, như trong ví dụ trên. Mức điền phải được theo dõi bởi các cảm biến (không được hiển thị). Các tạp chí được kích hoạt bởi các ổ đĩa khí nén như nhiều vị trí trụ hay khí nén bảng chỉ mục quay. ...


TRIBOLOGY - LUBRICANTS AND LUBRICATION Part 4

Tham khảo tài liệu 'tribology - lubricants and lubrication part 4', kỹ thuật - công nghệ, cơ khí - chế tạo máy phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả


Carbon Materials for Advanced Technologies Part 16

Tham khảo tài liệu 'carbon materials for advanced technologies part 16', kỹ thuật - công nghệ, cơ khí - chế tạo máy phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả


Tribology Handbook 2 2010 Part 1

Tham khảo tài liệu 'tribology handbook 2 2010 part 1', kỹ thuật - công nghệ, cơ khí - chế tạo máy phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả


Bruhn - Analysis And Design Of Flight Vehicles Structures Episode 2 Part 10

Tham khảo tài liệu 'bruhn - analysis and design of flight vehicles structures episode 2 part 10', kỹ thuật - công nghệ, cơ khí - chế tạo máy phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả


High Cycle Fatigue: A Mechanics of Materials Perspective part 32

High Cycle Fatigue: A Mechanics of Materials Perspective part 32. The nomenclature used in this book may differ somewhat from what is considered standard or common usage. In such instances, this has been noted in a footnote. Additionally, units of measurement are not standard in many cases. While technical publications typically adhere to SI units these days, much of the work published by the engine manufacturers in the United States is presented using English units (pounds, inches, for example), because these are the units used as standard practice in that industry. The graphs and calculations came in those units and no attempt was made to convert...


Tài liệu mới download

Từ khóa được quan tâm

Có thể bạn quan tâm

canadian health policy failures
  • 22/05/2013
  • 71.445
  • 395
Advances in Service Robotics Part 3
  • 07/12/2011
  • 52.737
  • 471

Bộ sưu tập

Danh mục tài liệu