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

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÔN HỌC CAD/CAM_CNC

Tham khảo sách 'giới thiệu chung về môn học cad/cam_cnc', kỹ thuật - công nghệ, cơ khí - chế tạo máy phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả


Heat and Mass Transfer Modeling and Simulation Part 1

Tham khảo tài liệu 'heat and mass transfer modeling and simulation part 1', kỹ thuật - công nghệ, cơ khí - chế tạo máy phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả


Sổ tay tính toán cơ khí P2

Source: HANDBOOK OF MECHANICAL ENGINEERING CALCULATIONS SECTION 2 STEAM CONDENSING SYSTEMS AND AUXILIARIES Design of Condenser Circulating-Water Systems for Power Plants 2.1 Designing Cathodic-Protection Systems for Power-Plant Condensers 2.7 Steam-Condenser Performance Analysis 2.12 Surface-Condenser Circulating-Water Pressure Loss 2.20 Surface-Condenser Weight Analysis 2.22 Steam-Condenser Air Leakage 2.16 Steam-Condenser Selection 2.17 Air-Ejector Analysis and Selection 2.18 Weight of Air in Steam-Plant Surface Condenser 2.23 Barometric-Condenser Analysis and Selection 2.24 Cooling-Pond Size for a Known Heat Load 2.26 DESIGN OF CONDENSER CIRCULATING-WATER SYSTEMS FOR POWER PLANTS Design a condenser circulating-water system for a turbine-generator steam station located on a river bank. Show how to choose a suitable piping system and cooling arrangement. Determine...


Ebook Kỹ thuật đo lường kiểm tra trong chế tạo cơ khí: Phần 2

Nối tiếp nội dung phần 1 cuốn sách "Kỹ thuật đo lường kiểm tra trong chế tạo cơ khí", phần 2 trình bày các nội dung: Lý thuyết sai số - Phương pháp xử lý kết quả đo thực nghiệm, chọn phương án đo. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.


The Coming of Materials Science Part 4

Tham khảo tài liệu 'the coming of materials science part 4', kỹ thuật - công nghệ, cơ khí - chế tạo máy phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả


Nguyên tắc hoạt động của hệ thống treo từ lưu biến

Hệ thống treo từ lưu biến không sử dụng van điện cơ và những thành phần động mà hoạt động dựa trên một loại chất lỏng thông minh mang tên từ lưu biến (MR) có khả năng phản ứng với từ trường.


Giáo trình công nghệ hàn - chương 6 - Đặc điểm và phân loại hàn

Tham khảo sách 'giáo trình công nghệ hàn - chương 6 - đặc điểm và phân loại hàn', kỹ thuật - công nghệ, cơ khí - chế tạo máy phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả


Giáo trình Kỹ thuật sấy: Phần 2 - Hoàng Văn Chước

 Giáo trình Kỹ thuật sấy: Phần 2 cung cấp cho bạn đọc các kiến thức về thiết bị sấy khí động, sấy tầng sôi, sấy phun; thiết bị sấy kiểu tháp và thùng quay; các thiết bị sấy khác; các thiết bị phụ trợ của thiết bị sấy; kiểm tra và tự động hóa quá trình sấy.


GVHD - CATIA (Phần 3) part 11

Tham khảo tài liệu 'gvhd - catia (phần 3) part 11', kỹ thuật - công nghệ, cơ khí - chế tạo máy phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả


Hệ Thống Điện - Mạch Điện - Hệ Thống Điện Ô Tô (Phần 2) part 2

Tham khảo tài liệu 'hệ thống điện - mạch điện - hệ thống điện ô tô (phần 2) part 2', kỹ thuật - công nghệ, cơ khí - chế tạo máy phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả


Tài liệu mới download

Từ khóa được quan tâm

Có thể bạn quan tâm

the development decade
  • 25/04/2013
  • 76.243
  • 713
clean coal technology
  • 25/04/2013
  • 39.424
  • 419
Flash Memories Part 4
  • 08/01/2012
  • 55.914
  • 762
Thermochemical Processes Episode 10
  • 26/10/2011
  • 64.293
  • 430
Tribology in Machine Design
  • 17/07/2012
  • 88.606
  • 353

Bộ sưu tập

Danh mục tài liệu