Luận án Nghiên cứu tái sinh bộ lọc muội than và giảm phát thải cho động cơ diesel 1 xilanh lắp trên máy nông nghiệp

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU TÁI SINH BỘ LỌC MUỘI THAN VÀ GIẢM PHÁT THẢI CHO ĐỘNG CƠ DIESEL 1 XILANH LẮP TRÊN MÁY NÔNG NGHIỆP

Ngành:

Kỹ thuật cơ khí động lực

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án này tập trung giải quyết vấn đề phát thải độc hại từ động cơ diesel, đặc biệt là các động cơ sử dụng trong máy nông nghiệp tại Việt Nam, vốn thường là công nghệ cũ, thiếu hệ thống xử lý khí thải hiện đại và không đáp ứng các tiêu chuẩn phát thải quốc tế như Tier 2. Phát thải dạng hạt (PM) từ động cơ diesel gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng và ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe con người, trong khi các tiêu chuẩn về khí thải ngày càng được thắt chặt trên toàn cầu.

Để khắc phục các hạn chế này, nghiên cứu đề xuất và phát triển hệ thống EDDr (Enhanced Diesel Emission Reduction system with active regeneration), bao gồm tái luân hồi khí thải (EGR), bộ oxy hóa diesel (DOC) và bộ lọc muội than diesel (DPF) có chức năng tái sinh chủ động. Mục tiêu chính là giảm phát thải PM, NOx, CO, HC cho động cơ diesel 1 xilanh loại TV165RL được sử dụng phổ biến trong nông nghiệp Việt Nam, đồng thời đảm bảo khả năng tái sinh bộ lọc DPF để duy trì hiệu suất động cơ và kéo dài tuổi thọ hệ thống.

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp lý thuyết, mô phỏng và thực nghiệm. Các mô hình mô phỏng bằng phần mềm AVL Boost và Ansys Fluent được phát triển để đánh giá ảnh hưởng của các thành phần EDDr đến hiệu suất kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động cơ, cũng như tối ưu hóa cấu trúc DPF và vị trí cấp nhiệt tái sinh. Hệ thống EDDr đã được thiết kế, chế tạo và lắp đặt thành công trên động cơ TV165RL để tiến hành thử nghiệm.

Kết quả thực nghiệm cho thấy hệ thống EDDr giúp giảm đáng kể lượng phát thải: CO, NOx+HC và PM giảm lần lượt 26,7%, 12,1% và 74% so với tiêu chuẩn Tier 2 của động cơ nguyên bản. Khả năng tái sinh chủ động của DPF cũng được chứng minh hiệu quả, giúp giảm khói 76%, NOx 2,3%, CO 5,5% và HC 5,5% tại chế độ làm việc tối ưu. Luận án khẳng định EDDr là giải pháp khả thi, mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao, giúp động cơ diesel nông nghiệp Việt Nam đạt tiêu chuẩn phát thải Tier 2 và mở ra hướng đi mới trong kiểm soát ô nhiễm khí thải.

Mục lục chi tiết:

• Mở đầu
• Chương 1. Nghiên cứu tổng quan
  • 1.1 Giới thiệu chung
    • 1.1.1 Tổng quan về phát thải động cơ diesel
    • 1.1.2 Ảnh hưởng của phát thải của động cơ diesel tới môi trường và con người
    • 1.1.3 Các tiêu chuẩn kiểm soát phát thải cho động cơ diesel
    • 1.1.4 Thực trạng phát thải của các động cơ máy nông nghiệp tại Việt Nam
    • 1.1.5 Phương pháp giảm phát thải cho động cơ diesel
  • 1.2 Phát thải dạng hạt, tro và các yếu tố ảnh hưởng tới sự hình thành
    • 1.2.1 Phát thải dạng hạt
    • 1.2.2 Các yếu tổ ảnh hưởng tới sự hình hành phát thải dạng hạt
    • 1.2.3 Nguồn và thành phần của tro
    • 1.2.4 Hoạt động xúc tác của tro thành bồ hóng
  • 1.3 Nguyên lý làm việc bộ lọc hạt
    • 1.3.1 Kết cấu Bộ lọc hạt
    • 1.3.2 Cơ chế thu thập hạt lọc
    • 1.3.3 Vật liệu bộ lọc DPF
  • 1.4 Các nghiên cứu trong và ngoài nước
    • 1.4.1 Các nghiên cứu ngoài nước
    • 1.4.2 Các nghiên cứu trong nước
  • 1.5 Kết luận chương 1
• Chương 2: Cơ sở lý thuyết và nghiên cứu mô phỏng
  • 2.1 Giới thiệu chung
  • 2.2 Xây dựng mô hình mô phỏng động cơ TV 165RL có trang bị hệ thống giảm phát thải EDDr sử dụng AVL Boost
    • 2.2.1 Xây dựng mô hình động cơ nguyên bản
    • 2.2.2 Mô hình chọn lựa kích thước sơ bộ của bộ DPF
    • 2.2.3 Mô hình EDD
    • 2.2.4 Mô hình EDDr
    • 2.2.5 Nhập dữ liệu cho mô hình
    • 2.2.6 Khai báo biến và thực hiện mô phỏng
    • 2.2.7 Hiệu chỉnh mô hình và đánh giá độ tin cậy
  • 2.3 Xây dựng mô hình cụm DOC-DPF sử dụng Ansys Fluent
    • 2.3.1 Mô hình bộ DOC-DPF
    • 2.3.2 Mô hình khảo sát ảnh hưởng của kích thước lỗ lọc đến độ tắc lọc của bộ DPF
    • 2.3.3 Mô hình chọn lựa vị trí đặt nguồn nhiệt tái sinh
    • 2.3.4 Mô hình tái sinh lọc
  • 2.4 Kết quả mô phỏng và thảo luận
    • 2.4.1 Động cơ nguyên bản tại chế độ toàn tải và chế độ định mức
    • 2.4.2 Động cơ trang bị bộ DOC-DPF tại chế độ định mức
    • 2.4.3 Động cơ trang bị bộ EGR-DOC-DPF
    • 2.4.4 Động cơ trang bị bộ tái sinh lọc DPFr
    • 2.4.5 Ảnh hưởng của việc tắc lọc DPF đến phân bố áp suất và nhiệt độ trong cụm ống thải
    • 2.4.6 Ảnh hưởng của các vị trí nguồn nhiệt tới khí động học trong bộ xúc tác
    • 2.4.7 Ảnh hưởng của vị trí nguồn nhiệt tới vấn đề tái sinh
  • 2.5 Kết luận chương 2
• Chương 3. Thiết kế, chế tạo và lắp đặt hệ thống EDDr
  • 3.1 Giới thiệu chung
  • 3.2 Thiết kế chung hệ thống EDDr
    • 3.2.1 Cấu tạo chung
    • 3.2.2 Nguyên lý làm việc
  • 3.3 Cải tạo đường ống thải
  • 3.4 Thiết kế hệ thống EGR
    • 3.4.1 Cơ sở tính toán và thiết kế van EGR
    • 3.4.2 Lắp đặt hệ thống EGR
  • 3.5 Thiết kế và lắp đặt bộ DOC - DPF
    • 3.5.1 Mô hình tổng quan
    • 3.5.2 Chọn lựa lõi bộ xúc tác
  • 3.6 Thiết kế, chế tạo vỏ bộ xúc tác DOC-DPF
  • 3.7 Tính toán, thiết kế hệ thống cấp nhiệt tái sinh
    • 3.7.1 Chọn lựa hệ thống tạo nhiệt tái sinh
    • 3.7.2 Cải tạo và lắp đặt hệ thống cung cấp nhiệt tái sinh
  • 3.8 Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển hệ thống EDDr
    • 3.8.1 Sơ đồ tổng quát
    • 3.8.2 Các cảm biến và cơ cấu chấp hành
    • 3.8.3 Thiết kế ECU điều khiển
  • 3.9 Kết luận chương 3
• Chương 4. Nghiên cứu thực nghiệm
  • 4.1 Mục đích thử nghiệm
  • 4.2 Đối tượng và phạm vi thử nghiệm
    • 4.2.1 Đối tượng thử nghiệm
    • 4.2.2 Phạm vi thử nghiệm
  • 4.3 Sơ đồ bố trí trang thiết bị và quy trình thử nghiệm
    • 4.3.1 Sơ đồ bố trí
    • 4.3.2 Thử nghiệm
  • 4.4 Kết quả thí nghiệm và thảo luận
    • 4.4.1 Động cơ nguyên bản
    • 4.4.2 Động cơ trang bị EDD tại 1800 v/p
    • 4.4.3 Động cơ trang bị bộ lọc tái sinh.
  • 4.5 Kết luận chương 4
• Kết luận chung và hướng phát triển của đề tài