Bài tập lớn Kiểm tra khí thải động cơ diesel

TRƯỜNG ĐHGT VẬN TẢI
KIỂM TRA KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ DIESEL
Môn học: Đăng kiểm và thí nghiệm ô tô
Đề tài: Kiểm tra khí thải động cơ diesel
GVHD: Th.s Nguyễn Hồng Quân
SV: Nhóm 6 Tô Văn Huy
Triệu Huy Hoàng
Đào Mạnh Tuấn
Bùi Ngọc Hoàng
Nội dung
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Mục đích thí nghiệm
1.2 Các phương pháp thí nghiệm
1.3 Cơ sở lý thuyết
CHƯƠNG 2: CHƯƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM
2.1 Điều kiện tiến hành thí nghiệm
2.2 Quy trình thí nghiệm
2.3 Xử lý số liệu thí nghiệm
2.4 Kết quả, đánh giá kết quả
CHƯƠNG 3: KHAI THÁC THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
Sử dụng máy đo khói
CHƯƠNG 4: MỞ RỘNG
Các ảnh hưởng của khí thải diesel tới môi trường và các cách giảm thiểu ô nhiễm trên xe
ô tô hiện đại
TRƯỜNG ĐHGT VẬN TẢI
KIỂM TRA KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ DIESEL

Mục Đích:
-
Kiểm tra nồng độ khí xả động cơ diesel ( quan
tâm chủ yếu đến các vấn đề về khói)

-
Trình bày nguyên lý hoạt động của các thiết bị
kiểm tra khí thải đối với ô tô sử dụng động cơ
diesel và sự thành lập công thức tính toán đang
được sử dụng cho các thiết bị đo khói hiện nay.
TRƯỜNG ĐHGT VẬN TẢI
KIỂM TRA KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ DIESEL
Đối tượng thí nghiệm:
Trong Thông tư 11/2009/TT-BGTVT quy định các Trung tâm Đăng kiểm phải trang bị thiết bị
kiểm tra khí thải cho các loại xe cơ giới. Các thiết bị này là cơ sở để đánh giá mức ảnh hưởng của
khí thải ô tô đến môi trường và sức khỏe con người, đặc biệt là các phương tiện sử dụng động cơ
Diesel. Trong quy trình kiểm tra khí xả động cơ từ năm 2007, Việt Nam áp dụng tiêu chuẩn khí
thải Euro 2, trong đó các thành thành phần cần giới hạn là:
* Khí gây ô nhiễm (Gaseous pollutants): Cacbon monoxit (CO, các nitơ oxit (NOx) được biểu
thị tương đương là nitơ dioxit (ký hiệu là NO
2
) và hydro cacbon (HC)
* Hạt gây ô nhiễm (Particulate pollutants): Các thành phần được lấy ra từ khí thải đã được pha
loãng bằng các bộ lọc ở nhiệt độ lớn nhất 325 K (52
0
C)
* Khói (Smoke): Các hạt lơ lửng trong dòng khí thải của động cơ điêzen, hấp thụ, phản xạ hoặc
khúc xạ ánh sáng;
* Khí thải tại đuôi ống xả (Tail emissions):
-
Đối với động cơ cháy do nén (động cơ diesel): Khói, khí và hạt gây ô nhiễm (‘hạt gây ô
nhiễm’ ký hiệu là PM).
Tuy nhiên, do còn nhiều hạn chế nên trong khuôn khổ bài tập này, chúng em chỉ trình bày cơ sở
lý thuyết và nguyên lý hoạt động của thiết bị đo khói trong quá trình kiểm tra khí thải trên động
cơ diesel.

TRƯỜNG ĐHGT VẬN TẢI
KIỂM TRA KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ DIESEL
Các phương pháp thí nghiệm:
Phân loại thiết bị đo khói
Theo tiêu chuẩn ISO 11614 có 3 loại thiết bị đo khói: đo khói toàn dòng, đo khói cuối dòng, đo
khói lấy mẫu
1) Thiết bị đo khói toàn dòng
Thiết bị đo khói toàn dòng có một buồng đo riêng được kết nối với đầu ra ống xả. Trong suốt chu
trình đo khí xả sẽ liên tục đi vào buồng đo này để xác định độ khói của nó. Để ngăn cách nguồn
phát và cảm biến quang khỏi hạt muội đen có trong khí xả, người ta sử dụng một luồng khí sạch
liên tục thổi qua mặt trước thấu kính như hình dưới.
Hình 1: Thiết bị đo khói toàn dòng
TRƯỜNG ĐHGT VẬN TẢI
KIỂM TRA KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ DIESEL
2) Thiết bị đo khói cuối dòng
Loại đơn giản nhất đó là thiết bị đo khói cuối dòng có cấu tạo là một khung cứng hình
chữ U, 2 đầu đặt nguồn phát sáng và cảm biến quang để đo trực tiếp luồng khí thải phát
ra tại vị trí đầu ống xả. Loại này chỉ có thể đo được độ khói nhưng không xác định được
hệ số hấp thụ. Nguyên nhân là do không xác định được chiều dài chùm sáng hiệu dụng
của khí cần đo một cách chính xác. Thiết bị này được sử dụng để kiểm tra khí thải xe máy
hai kỳ hoặc kiểm tra xe trên đường vì cách sử dụng cũng như kết cấu đơn giản. Cấu tạo
và vị trí kiểm tra của thiết bị thể hiện trong hình 2.
Hình 2: Thiết bị đo khói cuối dòng
TRƯỜNG ĐHGT VẬN TẢI
KIỂM TRA KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ DIESEL
3) Thiết bị đo khói lấy mẫu
Một loại thiết bị hiện đại hơn là loại lấy mẫu. Loại này sử dụng một đầu lấy mẫu cắm vào ống xả
và liên tục dẫn khí xả vào trong buồng đo. Việc phân tích diễn ra trong buồng đo kín, cách biệt
với môi trường bên ngoài, do đó sẽ đo được hệ số hấp thụ ánh sáng một cách chính xác. Tuy
nhiên, so sánh với các loại khác, thiết bị này phức tạp về cấu tạo và giá thành đắt hơn. Một mặt

nữa là khoảng thời gian trễ sinh ra do khí xả cần phải di chuyển đến buồng đo thông qua một
đường ống dẫn. Điều này làm ảnh hưởng đến quá trình đo.
Hiện nay hầu hết các thiết bị kiểm tra khí xả động cơ Diesel ở nước ta đều sử dụng loại đo khói
lấy mẫu để đảm bảo độ chính xác cao và ổn định cho công tác kiểm tra.
Hình 5: Thiết bị đo khói lấy mẫu Buồng đo của thiết bị đo khói kiểu lấy
mẫu.
TRƯỜNG ĐHGT VẬN TẢI
KIỂM TRA KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ DIESEL
Cơ sở lý thuyết:
Nguyên lý cơ bản của thiết bị kiểm tra khí thải động cơ diesel này là sử dụng một nguồn sáng,
chiếu các tia sáng đi qua lượng khí cần đo đến một cảm biến quang để xác định mức độ sáng còn
lại. Ví dụ, cho khí thải phát ra từ ống xả ô tô đi qua môi trường giữa nguồn phát sáng và cảm
biến (hình dưới) ta sẽ thấy cường độ sáng của chùm sáng giảm đi. Qua một số bước xử lý số liệu
cường độ sáng đo được sẽ thể hiện độ khói của khí xả mẫu.
Hình 6: sơ đồ nguyên lý đo khói
TRƯỜNG ĐHGT VẬN TẢI
KIỂM TRA KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ DIESEL
Để hiểu hơn nguyên tắc hoạt động của các thiết bị đo khói ta cần biết các khái niệm sau:
Độ khói
Độ khói là đặc tính quang học liên quan đến sự cản trở ánh sáng (cản quang) của các
hoạt nhỏ có trong thành phần khí thải. Độ khói của một lượng khí thể hiện bằng tỉ lệ
phần trăm trong đó 0% có nghĩa là toàn bộ ánh sáng truyền đi từ nguồn phát đều đến
được cảm biến quang. Độ khói 100% nghĩa là toàn bộ lượng ánh sáng truyền đi bị cản lại
và không đến được cảm biến quang. Ta có công thức tính độ khói:
N=100-τ(1)
N:Độkhóitínhtheo%HSU(nếulàđộkhóiđobằngcácmáyđosửdụnggiấylọccủaNhật
Bản)
τ:Lượngánhsángtruyềnđượcđếncảmbiếnquangtheotỉlệphầntrăm:τ=I.100/I
0
I:Làcườngđộsángđođượcquacảmbiếnquang

I
0
:Làcườngđộsángtạinguồnphát.
TRƯỜNG ĐHGT VẬN TẢI
KIỂM TRA KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ DIESEL
Hệ số hấp thụ ánh sáng k.
Ngoài độ khói, các khí còn có đặc tính quang học nữa, đó là hệ số hấp thụ ánh sáng, đặc trưng
cho khả năng hấp thụ ánh sáng của các hoạt vật chất có trong thành phần khí. Do đó, hệ số này
được định nghĩa là tích số giữa nồng độ hạt hấp thụ ánh sáng và diện tích mặt cắt ngang của từng
hạt.
Ta có công thức xác định hệ số hấp thụ ánh sáng của Beer- Lamber.
k: hệ số hấp thụ ánh sáng.
L
A
: chiều dài buồng đo (chiều dài chùm sáng hiệu dụng)
Các loại thiết bị kiểm tra khí thải động cơ Diesel của nước ta hiện nay đều là loại lấy mẫu có
buồng đo với thể tích không đổi và chiều dài tiêu chuẩn là 430mm (hay còn gọi là chiều dài hiệu
dụng, theo Hướng dẫn 370/ĐK). Như vậy k chỉ còn phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất buồng đo.
Sau khi xác định được hệ số k thực tế thiết bị sẽ tự động tính toán và đưa ra hệ số k
’
tại điều kiện
tiêu chuẩn. Giá trị này được sử dụng để đánh giá lượng phát thải của ô tô được kiểm tra.
1
1 1
.ln ( )
100
A
N
k m
L

−
− −
=
TRƯỜNG ĐHGT VẬN TẢI
KIỂM TRA KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ DIESEL
Mức giới hạn tối đa cho phép trong kiểm tra khí thải
Loại xe
Ô tô nhập khẩu đã qua sử dụng
Ô tô nhập khẩu chưa qua sử dụng
Ô tô tham gia giao thông
Độ khói (% HSU)
60
EURO II
72
TRƯỜNG ĐHGT VẬN TẢI
KIỂM TRA KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ DIESEL
Thành phần gây
ô nhiễm trong
khí thải
Phương tiện lắp động cơ
cháy cưỡng bức
Phương tiện lắp động cơ cháy
do nén
Ô tô Mô tô, xe máy
Mức 1 Mức 2 Mức 3 Mức 1 Mức 2 Mức 1 Mức 2 Mức 3
CO (% thể tích) 4,5 3,5 3,0 4,5 - - -
HC (ppm thể
tích):
- Động cơ 4 kỳ 1.200 800 600 1.500 1.200 - - -
- Động cơ 2 kỳ 7.800 7.800 7.800 10.000 7.800 - - -

- Động cơ đặc
biệt (1)
3.300 3.300 3.300 - - -
Độ khói (%
HSU)
- - - - - 72 60 50
Tiêu chuẩn khí thải EURO II
TRƯỜNG ĐHGT VẬN TẢI
KIỂM TRA KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ DIESEL
CHƯƠNG II:
CHƯƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM
TRƯỜNG ĐHGT VẬN TẢI
KIỂM TRA KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ DIESEL
II.1: Điều kiện tiến hành thí nghiệm
1: Chuẩn bị phương tiện
a)Để tay số ở vị trí trung gian, cho hệ số phanh đỗ hoạt động
b)Kiểm tra, xác định kiểu động cơ: động cơ cháy do nén ( động cơ diesel)
c)Kiểm tra, xác định loại động cơ, kết cấu động cơ (số kỳ, số xy lanh)
d)Kiểm tra, đảm bảo động cơ và các hệ thông động cơ hoạt động bình thường (kể cả ở tốc độ lớn
nhất) đủ dầu và áp suất dầu bôi trơn, nhiệt độ nước làm mát trong giới hạn bình thường
e)Kiểm tra hệ thống dẫn khí thải: không bị tắc hoặc dò gỉ. Xác định đường kính ống xả
f)Kiểm tra bộ hạn chế tốc độ: tăng gia từ từ đến hết hành trình. Cảm nhận, đảm bảo động cơ giữ
được ổn định
g)Làm sạch hệ thông dẫn khí thải: đạp nhanh đến hết hành trình bàn đạp ga ít nhất 2 lần
h)Đưa phương tiện vào trạng thái sẵn sàng đo: tắt tất cả thiết bị phụ tải: điều hòa, quạt gió, sấy
kính, đèn báo…. Động cơ hoạt động ở chế độ không tải
TRƯỜNG ĐHGT VẬN TẢI
KIỂM TRA KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ DIESEL
TRƯỜNG ĐHGT VẬN TẢI
KIỂM TRA KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ DIESEL

2. Chuẩn bị thiết bị đo và nhập các thông tin cần thiết
a)Chọn loại thiết bị đo ( ở đây là thiết bị đo khói)
b)Nhập thông tin phương tiện, mức tiêu chuẩn cho phép nếu thiết bị chưa được nối
mạng với dây chuyền kiểm tra . Xác nhận thông tin theo yêu cầu của thiết bị
c)Kiểm tra thiết bị: đầu lấy mẫu, đường ống dẫn khí thải phải hoạt động bình
thường không báo lỗi hoặc rò rỉ…
d)Chọn đầu lấy mẫu phù hợp với đường kính ống xả. Nếu phương tiện có nhiều ống
xả thì chọn một ống xả đế đo
3. Kiểm tra, xác nhận trước khi đo:
Thực hiện ít nhất một lần và kiểm tra:
a)Có khí xả đi vào buồng đo, thiết bị hiện đủ các thông số
b)Tốc độ vòng quay nhỏ nhất, lớn nhất, thời gian tăng tốc thực tế . Nếu không đạt
thì yêu cầu điều chỉnh động cơ trước rồi kiểm tra lại
TRƯỜNG ĐHGT VẬN TẢI
KIỂM TRA KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ DIESEL
TRƯỜNG ĐHGT VẬN TẢI
KIỂM TRA KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ DIESEL
II.2: Thực hiện đo
Đạp ga theo tín hiệu nhắc trên thiết bị để thực hiện từ 3 đến không quá 15 chu trình gia tốc
tự do và tính toán, kiểm tra các thông số của 3 chu trình sau cùng: giá trị tốc độ nhỏ nhất và
lớn nhất, thời gian tăng tốc, chiều rộng dải đo phải theo quy định trên ( tiêu chuẩn EURO II)
a) Trong quá trình thực hiện nếu thiết bị báo lỗi, cho kết quả khác thường hoặc sau nhiều
chu trình mà giá trị không thỏa mãn thì kiểm tra lại thao tác đo, thiết bị đo hoặc làm sạch kỹ
lại hệ thống dẫn khí thải và làm lại từ bước 2
b) Truyền hoặc in kết quả kiểm tra
c) Tháo đầu lấy mẫu khí và đầu đo ra khỏi phương tiện
II.3 xử lý kết quả thí nghiệm
Thiết bị tự tính toán bằng phần mềm
a) Nếu ko có phần mềm tự động có thể tính toán kết quả đo khói trung bình và khó sánh với
giới hạn tối đa cho phép

TRƯỜNG ĐHGT VẬN TẢI
KIỂM TRA KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ DIESEL
TRƯỜNG ĐHGT VẬN TẢI
KIỂM TRA KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ DIESEL
CHƯƠNG 4: MỞ RỘNG
Các ảnh hưởng của khí thải diesel tới môi trường và các cách giảm thiểu ô nhiễm trên xe
ô tô hiện đại
TRƯỜNG ĐHGT VẬN TẢI
KIỂM TRA KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ DIESEL
-
Sự hiện diện của các chất ô nhiễm, đặc biệt là những chất khí gây hiệu ứng nhà kính, phá
hủy tầng ozone, gây mưa axit…
-
Các chất khí thải trên ô tô như HC, CO, SO2, NOx, khói và các hạt ở đuôi ống xả gây ảnh
hưởng xấu đến sức khỏe con người như ho, đau đầu, khó thở, gây hại phổi, là tác nhân gây
nên các bệnh về hô hấp…
Để giảm nồng độ khí thải trên ô tô, người ta áp dụng các phương pháp như sử dụng bầu lọc
khí xả, hệ thống tuần hoàn khí xả kết hợp với turbo giúp tăng công suất động cơ đồng thời
giảm lượng khí thải ô nhiễm môi trường,
Bầu lọc khí xả
Kết quả sử dụng thiết bị
Bầu lọc khí xả có tác dụng làm giảm nồng độ HC và CO có trong khí xả, bộ chuyển đổi xúc tác
không góp phần làm giảm lượng NO
X
vì động cơ diesel luôn sử dụng một lượng không khí
nhiều hơn nhiều lần so với mức cần thiết để đốt cháy nhiên liệu do đó nồng độ ô xy trong
khí thải rất cao nên bộ xúc tác không thể khử nguyên tử ô xy trong phần tử NO
X
. Bầu lọc khí
xả gồm một vỏ thép, bên trong chứa gốm có cấu trúc dạng tổ ong, trên bề mặt của cấu trúc

này thường được phủ một lớp mỏng các kim loại hiếm như Platinum hoặc palladium. Khi khí
xả đi qua kết cấu này, dưới tác dụng xúc tác của các kim loại hiếm, phần lớn HC và CO sẽ
được đốt cháy thành CO
2
và H
2
O.
CO
HC
NOx
Muội
Khí thải động cơ
Sau khi xử lý bằng
Thiết bị chuyển đổi
PM HC CO
100
80
60
40
20
0
2
TRƯỜNG ĐHGT VẬN TẢI
KIỂM TRA KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ DIESEL
Làm mát khí thải
Hệ thống tuần hoàn khí xả (EGR) cho động cơ CRDi
ECM
Van EGR
Van EGR
MAFS

ACV
Cảm biến
Lamda
Van EGR điện
Van EGR chân không
2
TRƯỜNG ĐHGT VẬN TẢI
KIỂM TRA KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ DIESEL
Mục đích chính của hệ thống tuần hoàn khí xả để giảm lượng khí NO
X
có trong khí
thải.
Với hệ thống EGR, một phần khí thải được đưa quay lại buồng đốt của động cơ, việc
này thực chất là làm giảm hàm lượng oxy trong khí nạp giúp giảm nhiệt độ cháy ở chu
kỳ nổ dẫn đến giảm lượng NO
X.
Nếu lượng khí thải tuần hoàn lại quá nhiều (>40%), muội than, CO, HC và suất tiêu
hao nhiên liệu lại tăng lên do thiếu oxi trong buồng đốt. Để tuần hoàn khí xả một
đường ống được nối giữa cổ xả và cổ nạp, trên đường ống có một van điều khiển (van
EGR). Van này có thể được điều khiển bằng motor điện hoặc bằng van điện từ kiểu
solenoid, điều khiển trực tiếp hoặc gián tiếp.
TRƯỜNG ĐHGT VẬN TẢI
KIỂM TRA KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ DIESEL
XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN THẦY
VÀ CÁC BẠN ĐÃ LẮNG NGHE