LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 201… Học viên thực hiện iv LỜI CẢM ƠN Quá trình học tập và làm luận văn tại trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật đã giúp em học hỏi rất nhiều kiến thức từ quí thầy cô và bạn bè. Những kiến thức này đã hỗ trợ em rất nhiều về chuyên môn cũng nhƣ thái độ trong công việc sau này.
Có đƣợc kết quả nhƣ ngày hôm nay, em xin chân thành cảm ơn thầy TS. Trần Thanh Thƣởng đã dành nhiều sự quan tâm, tận tình hƣớng dẫn, tạo mọi điều kiện thuận lợi để em có thể hoàn thành luận văn. Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong Ban Giám Hiệu, phòng Đào tạo Sau Đại Học, các Thầy khoa cơ khí Động lực và các bạn trong lớp cao học CKD15B – Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí minh đã tận tình giúp đỡ, và tạo điều kiện tốt nhất để em hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Trọng Thức đã giành nhiều thời gian để hỗ trợ, giúp em xác định hƣớng đi để hoàn thành luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy TS. Trần Ngọc Đảm cùng tất cả các thành viên Phòng nghiên cứu năng lƣợng và môi trƣờng đã hết lòng giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Xin đƣợc cảm ơn bậc sinh thành, ngƣời thân trong gia đình đã luôn là nguồn động viên trong suốt quá trình học tập, phấn đấu. Xin chân thành cảm ơn.
Học viên thực hiện v TÓM TẮT Việc tìm ra những giải pháp công nghệ để giảm thiểu nồng độ các chất độc hại trong khí thải ô tô là một trong những vấn đề đƣợc quan tâm hàng đầu của các nhà sản xuất ô tô cũng nhƣ giới nghiên cứu hiện nay. Những nghiên cứu về công nghệ Plasma phi nhiệt để xử lý khí thải ô tô đã đƣợc tiến hành rất nhiều. Và đề tài này tập trung thiết kế thêm mạch điều khiển cƣờng độ xử lý của mô hình xử lý khí thải bằng công nghệ Plasma nhằm tƣơng thích hóa mô hình với chiếc ô tô để có thể ứng dụng thực tiễn hiệu quả. Từ kết quả thực nghiệm cho thấy đƣợc việc lấy tín hiệu cảm biến Oxy để làm tín hiệu đầu vào cho mạch điều khiển bộ xử lý khí thải Plasma tối ƣu hơn so với khi chƣa lắp mạch điều khiển bộ xử lý khí thải.
Đề tài là bƣớc khởi đầu cho những nghiên cứu làm giảm ô nhiễm không khí bằng công nghệ Plasma phi nhiệt đƣợc ứng dụng trên ô tô. ABSTRACT Finding technological solutions to reduce the concentration of gas emission from internal combustion engine is one of the most concerns of automotive producers and academics presently. Studies on non-thermal Plasma technology to treat automotive gas emission have been conducted extensively. And this paper concentrate on designing the electronic circuit to control the intensity of the exhaust gas treatment model to apply on automotive effectively.
As experimental results, setting up the electronic circuit to control the intensity of the exhaust gas treatment is better than there is not the electronic circuit. The study is the first step in the research to reduce air pollution by using non-thermal plasma technology applied in automobile. vi MỤC LỤC TRANG TỰA TRANG QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI. i XÁC NHẬN CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN.
ii LÝ LỊCH KHOA HỌC. iii LỜI CAM ĐOAN. iv LỜI CẢM ƠN. vi MỤC LỤC.
vii DANH SÁCH CÁC HÌNH .x DANH SÁCH CÁC BẢNG. xiii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT. xiv Chƣơng 1 TỔNG QUAN .1 Lý do chọn đề tài .2 Các công trình nghiên cứu ngoài nƣớc, trong nƣớc, vấn đề còn tồn tại .1 Các công trình nƣớc ngoài .2 Các công trình trong nƣớc.3 Vấn đề còn tồn tại .3 Mục tiêu và đối tƣợng nghiên cứu .1 Mục tiêu nghiên cứu.2 Đối tƣợng nghiên cứu .4 Phạm vi nghiên cứu .5 Phƣơng pháp nghiên cứu.13 Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT .1 Khí thải hình thành từ động cơ đốt trong .1 Động cơ đốt trong .2 Thành phần các chất có trong khí thải động cơ và ảnh hƣởng của chúng đối với sức khỏe con ngƣời và môi trƣờng .1 Thành phần các chất có trong khí thải từ động cơ .2 Cơ chế hình thành các chất độc hại trong khí thải .3 Ảnh hƣởng của các khí thải trong động cơ đối với con ngƣời và môi trƣờng .1 Đối với con ngƣời .2 Đối với môi trƣờng .2 Tổng quan về Plasma phi nhiệt .1 Giới thiệu về Plasma .2 Phân loại Plasma .3 Một số đặc tính cơ bản của Plasma .1 Tính giả định trung tính .2 Khối cầu Debye .3 Tần số dao động plasma .4 Khái quát về sự tƣơng tác của các hạt trong plasma .1 Sự va chạm đàn hồi, không đàn hồi và siêu đàn hồi.2 Sự khuếch tán trong plasma.3 Giới thiệu về vi điều khiển Arduino .1 Lịch sử về arduino .2 Giới thiệu về Arduino nano.4 Tìm hiểu vể cảm biến Oxy, bộ chuyển đổi xúc tác, buồng Plasma .1 Cảm biến Oxy .1 Cảm biến oxy với thành phần Zircronium .2 Cảm biến oxy với thành phần Titannium.2 Bộ chuyển đổi xúc tác .42 Chƣơng 3 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHO BỘ XỬ LÝ KHÍ THẢI TRÊN Ô TÔ BẰNG CÔNG NGHỆ PLASMA PHI NHIỆT .1 Mô hình xử lý khí thải bằng công nghệ Plasma phi nhiệt .1 Mô hình chung .2 Cấu tạo thiết bị xử lý khí thải bằng công nghệ plasma .3 Nguyên lý làm việc của thiết bị xử lý khí thải bằng công nghệ plasma .2 Mạch điều khiển cho hệ thống xử lý khí thải bằng công nghệ plasma .1 Điều khiển thiết bị xử lý khí thải .2 Sơ đồ khối mạch điều khiển .3 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển .5 Thiết kế phần cứng .3 Lắp ráp vận hành thiết bị.57 Chƣơng 4 THỰC NGHIỆM XỬ LÝ KHÍ THẢI TRÊN ĐỘNG CƠ Ô TÔ .1 Địa điểm, đối tƣợng thí nghiệm, dụng cụ và các bƣớc tiến hành .2 Trên xe Toyota Vios 2012 .3 Trên xe Honda Civic 2006 .4 So sánh đối chiếu kết quả .1 Đối với thí nghiệm trên xe Toyota Vios 2012 .2 Đối với thí nghiệm trên xe Honda Civic 2006 .3 Đánh giá chung .5 Xây dựng một số bài thực hành xử lý khí thải .72 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .78 TÀI LIỆU THAM KHẢO .83 ix DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1 Hoạt động giao thông tải đƣờng bộ .2 Hình minh họa về số lƣợng ô tô ƣớc tính trên toàn cầu .3 Bảng tiêu chuẩn giới hạn nồng độ khí thải từ ô tô của châu Âu .4 Biểu độ thể hiện sự gia tăng khối lƣợng khí xả CO2 tại các nƣớc trên thế giới tính từ năm 1965 đến năm 2015 .5 Sơ đồ hệ thống CRT của Volvo Trucks .6 (a) Mô hình xử lý khí xả bằng công nghệ plasma lạnh với tỷ lệ 1/10, (b) Đƣờng ống dẫn khí xả từ động cơ diesel .7 Sơ đồ hệ thống xử lý khí xả động cơ Diesel bằng NH3 - Selective Catalytic Reduction .8 Mô hình xử lý nƣớc bằng công nghệ Plasma .9 Buồng xử lý khí thải bằng công nghệ Plasma phi nhiệt .1 Tỉ lệ (khối lƣợng) các chất độc hại trong khí xả động cơ xăng .2 Đặc tính các thành phần độc hại của động cơ xăng theo hệ số dƣ lƣợng không khí λ .3 Đặc tính các chất độc hại trong khí thải động cơ Diesel theo a .4 Cơ chế hình thành các chất độc hại của động cơ Diesel truyền thống không hình thành hỗn hợp trƣớc .5 Môi trƣờng plasma .6 Bốn trạng thái cơ bản của vật chất .7 Minh họa khối cầu Debye và bán kính Debye .21 Cấu tạo cảm biến Oxy với thành phần Zircronium .22 Cảm biến Oxy với thành phần dioxide zirconium .23 Cấu tạo cảm biến oxy với thành phần Titannium .24 Mạch điện cảm biến oxy với thành phần Titannium .25 Bộ chuyển đổi xúc tác trên ô tô.26 Sơ đồ nguyên lý hoạt động mạch nguồn xung flyback .27 Mô hình buồng plasma .1 Sơ đồ khối mô hình điều khiển hệ thống xử lý khí thải bằng công nghệ Plasma phi nhiệt .2 Cấu tạo thiết bị xử lý khí thải bằng công nghệ plasma .3 Thiết bị thực tế .4 Sơ đồ cấp điện cho hệ thống xử lí khí thải .5 Vùng plasma đƣợc tạo ra từ ống thạch anh .6 Đặc tính các thành phần độc hại của động cơ xăng theo hệ số dƣ lƣợng không khí λ .11 Sơ đồ khối mạch điều khiển hệ thống xử lý khí thải bằng công nghệ plasma .7 Sơ đồ mạch tổng quát .8 Mạch chỉnh dạng xung tính hiệu đầu vào .9 Sơ đồ mạch điều khiển trung tâm và hiển thị LCD.10 Sơ đồ mạch điều khiển điệp áp thay đổi .11 Sơ đồ mạch mạch nguồn ổn áp xung.14 Mạch điều khiển hệ thống xử lý khí thải bằng công nghệ plasma phi nhiệt.15 Màn hình hiển thị của mạch điều khiển .16 Các chỉ số X, DK, Xs, DKs trên màn hình .17 Sơ đồ lắp mạch điều khiển vào buồng Plasma.18 Mạch khi đã lắp vào hộp chứa buồng Plasma .19 Màn hình hiển thị khi λ = 1 .20 Buồng Plasma lúc không hoạt động.21 Màn hình hiển thị khi λ < 1 .22 Buồng Plasma lúc hoạt động ở cƣờng độ cao .23 Màn hình hiển thị khi λ > 1 .24 Buồng Plasma lúc không hoạt động ở cƣờng độ thấp .25 Máy đo khí xả động cơ xăng HG 540 .26 Nguyên lý đo của máy đo khí xả động cơ xăng HG 540 .1 Đo nồng độ khí thải theo phƣơng pháp thông thƣờng.2 Đo nồng độ khí thải khi đã đƣợc xử lý bằng công nghệ plasma phi nhiệt 63 Hình 4.3 Đo nồng độ khí thải khi đã đƣợc xử lý bằng công nghệ plasma phi nhiệt có mạch điều khiển lấy tính hiệu từ cảm biến Oxy .4 Tiến hành đo khí thải trên xe Toyota Vios.5 Lấy tín hiệu từ cảm biến Oxy trên xe Vios .6 Kết quả đo đƣợc trƣớc khi xử lý trên xe Vios.7 Kết quả đo sau khi xử lý trên xe Vios .8 Kết quả đo đƣợc sau khi xử lý bằng bộ xử lý khí thải Plasma có mạch điều khiển trên xe Vios .9 Tiến hành đo khí thải trên xe Honda Civic .10 Lấy tín hiệu từ cảm biến Oxy trên xe Honda Civic .11 Kết quả đo đƣợc trƣớc khi xử lý trên xe Civic .12 Kết quả đo đƣợc sau khi xử lý trên xe Civic .13 Kết quả đo đƣợc sau khi xử lý bằng bộ xử lý khí thải Plasma có mạch điều khiển trên xe Civic .14 Đồ thị kết quả xử lý các chất CO, CO2, NOX, trên xe Vios .15 Đồ thị kết quả xử lý chất HC trên xe Vios .