Luận án Nghiên cứu giảm phát thải độc hại cho động cơ diesel xe tải nhẹ đang lưu hành

ylanh, qua đó sẽ xác định được áp suất thông qua phương trình trạng thái (2.4). 
 46 
 Ngoài khả năng mô phỏng chu trình công tác của động cơ, phần mềm AVL Boost 
có khả năng mô phỏng được quá trình hình thành các thành phần phát thải độc hại của 
động cơ. Tuy nhiên, đối với động cơ hình thành hỗn hợp bên trong như động cơ diesel, 
phần mềm không tính toán thành phần khí thải HC. Do đó, cơ sở lý thuyết mô phỏng 
quá trình hình thành phát thải của động cơ diesel trình bày sau đây chỉ đề cập tới cơ 
chế hình thành phát thải NOx, CO và soot. 
2.3. Cơ sở lý thuyết mô phỏng quá trình hình thành phát thải của động cơ 
 diesel 
2.3.1. Mô phỏng quá trình hình thành NOx 
 Cơ chế hình thành NOx trong mô phỏng AVL-Boost dựa trên cơ sở Pattas và 
Häfner [48]. Quá trình hình thành của chúng được thể hiện qua sáu phương trình phản 
ứng theo cơ chế Zeldovich được trình bày trong Bảng 2.2. 
 Bảng 2.2. Chuỗi phản ứng hình thành NOx. 
 Phản ứng thuận Phản ứng nghịch 
 TT Phản ứng A E A E 
 B (–) B (–) 
 (cm3/mol s) (kcal/mol K) (cm3/mol s) (kcal/mol K) 
 13 13 
 1 N2 O ↔ O 4.93 x 10 0.0472 - 75.59 1.6 x 10 0 0 
 8 7 
 2 O2 ↔ O O 1.48 x 10 1.5 - 5.68 1.25 x 10 1612 - 37.69 
 3 OH ↔ O H 4.22 x 1013 0 0 6.76 x 1014 - 0.212 - 49.34 
 13 8 
 4 N2O O ↔ O O 4.58 x 10 0 - 24.1 7.39 x 10 0.89 - 58.93 
 10 13 
 5 O2 + N2 ↔ 2O + O 2.25 x 10 0.825 - 102.5 3.82 x 10 0 - 24.1 
 7 13 
 6 OH + N2 ↔ 2O + H 9.14 x 10 1.148 - 71.9 2.95 x 10 0 - 10.8 
 Hệ số tốc độ của mô hình: 
 (2.24) 
 Trong đó: 
 A: hệ số tốc độ phản ứng (cm3/mol s) 
 B: h ng số nhiệt độ của phản ứng (-) 
 E: năng lượng hoạt hóa của phản ứng (kcal/molK) 
 T: nhiệt độ của phản ứng (K) 
 47 
 Sự hình thành của NOx được tính toán theo thông số nhập đầu vào như tốc độ 
động cơ, nhiên liệu cũng như áp suất, nhiệt độ, hệ số dư lượng không khí λ, thể tích và 
khối lượng, thời gian cũng như số vùng cháy. Quá trình tính toán được bắt đầu lúc thời 
điểm cháy bắt đầu. Mặc dù trong khí thải NOx của động cơ, O chiếm phần lớn (90 ÷ 
 8 ) nhưng việc tính toán N2O cũng không thể bỏ qua. ượng N2O sinh ra có mối 
quan hệ như sau: 
 [ ] (2.25) 
 √ 
 Tốc độ hình thành NOx được tính như sau: 
 [ ] 
 [ ] (2.26) 
 Tốc độ phân hu NO [mol/cm3] được tính toán như sau: 
 rr14
 rNO C PostPr ocMult. C kineticMult .2,0.(1 2 ) (2.27) 
 1 .AK24 1 AK
 C 1 r r
 Với NO, act . ; AK 1 ; AK 4
 CC 2 rr 4 rr 
 NO, equ Post Pr oMult 23 56 
2.3.2. Mô phỏng quá trình hình thành CO 
 Phát thải CO được mô phỏng trong AVL Boost dựa trên lý thuyết của Onorati [49] 
theo hai phản ứng 2.28 và 2.29: 
 CO OH CO2 H
 T
 ( )
 10 1102
 r1 6.76*10 *e *cCO *cOH
 (2.28) 
 CO O2 CO2 O
 24055
 ( )
 r 62.51*1012 *e T *c *c
 2 CO O2 (2.29) 
 Tốc độ hình thành phát thải CO [mole/c3s] được xác định theo phương trình 2.30: 
 r C *(r r )*(1 )
 CO const 1 2 (2.30) 
 c
 CO,act 
 Với 
 cCO,equ
2.3.3. Mô phỏng quá trình hình thành soot 
 Cơ chế hình thành phát thải soot trong mô phỏng AVL-Boost mô hình của 
Schubiger [50] nếu coi quá trình cháy gồm hai vùng hoặc mô hình của Hiroyasu [51] 
nếu coi quá trình cháy đa vùng. 
 48 
 Schubiger quan tâm đến hai phản ứng quyết định đến quá trình hình thành phát 
thải soot theo cơ chế phản ứng động. Phản ứng hình thành soot phụ thuộc vào tốc độ 
cháy khuếch tán trong xylanh. Quá trình ô xy hóa được quyết định bởi lượng soot thực 
tế trong xylanh và hàm lượng ô xy còn dư thừa trong vùng phản ứng. Thông số τchar 
liên quan tới tổng nhiệt tỏa ra theo hai phương trình 2.31 và 2.32: 
 (2.31) 
 (2.32) 
 Trong đó: 
 dm
 s, f : Tốc độ hình thành soot (kg/s)
 d
 t 
 dm
 s,o : Tốc độ ô xy hóa soot (kg/s)
 d
 t 
 dm
 fb,diff : Tốc độ quá trình cháy khuếch tán (kg/s)
 dt
 p , p
 o2 o2,ref : Áp suất thực/áp suất tham chiếu (Pa) 
 E , E 
 sf so : ăng lượng kích hoạt quá trình hình thành và ô xy hóa (J/mol) 
 m 
 soot : Khối lượng soot (kg) 
 A 
 s, f : Hệ số hình thành soot (-) 
 A 
 s, f : Hệ số ô xy hóa soot (-) 
  
 char : Hệ số hòa trộn (-) 
 n ,n ,n 
 1 2 3 : H ng số mô hình (-) 
 Theo quan điểm của Hiroyasu, quá trình hình thành phát thải soot phụ thuộc trực 
tiếp vào nồng độ hơi nhiên liệu. Quá trình ô xy hóa cũng được quyết định bởi lượng 
soot thực tế trong xylanh và hàm lượng ô xy còn dư thừa trong vùng phản ứng. Hai 
phản ứng 2.33 và 2.34 diễn ra đồng thời và lượng soot thực tế sinh ra phụ thuộc vào 
tốc độ ô xy hóa và tốc độ hình thành soot trong xylanh: 
 (2.33) 
 (2.34) 
 Trong đó: 
 49 
 : Tốc độ hình thành soot (kg/s)
 : Tốc độ ô xy hóa soot (kg/s)
 po2 : Áp suất thực/áp suất tham chiếu (Pa) 
 : ăng lượng kích hoạt quá trình hình thành và ô xy hóa (J/mol) 
 : Khối lượng soot (kg) 
 C 
 s, f : Hệ số hình thành soot (-) 
 Cs,o : Hệ số ô xy hóa soot (-) 
 goài tính năng mô phỏng sự hình thành các thành phần phát thải của động cơ, 
phần mềm AVL-Boost có khả năng mô phỏng các bộ xử lý khí thải. Cơ sở lý thuyết 
mô phỏng các bộ xử lý khí thải được trình bày trong mục 2.3 sau đây. 
 dm
2.4. Cơs, f sở lý thuyết mô phỏng giải pháp xử lý phát thải cho động cơ diesel 
 dt
2.4.1.dm Môs,o phỏng bộ xử lý xúc tác SCR 
 d
 Dựt a trên các phương trình thủy khí động lực học, Pranit S. Metkar và cộng sự 
[52] đã xây dựng mô hình mô phỏng bộ xúc tác SCR. Theo đó, các phương trình được 
diễn giải như sau: 
a) Ehươngsf , Eso tr nh liên tục của pha khí 
  g g.v g
 msoot (2.35) 
 tz
 3
 Trong đó: g : khối lượng riêng của chất khí (kg/m ) 
 t : thời gian (s) 
 vg : vận tốc dòng khí (m/s) 
 z : trục dọc dòng khí (-) 
b) hương tr nh bảo toàn động năng được cho bởi phương tr nh Steady State Darcy 
 p
 g Av. (2.36) 
 z Dg
 Trong đó: pg : áp suất trong bộ xúc tác 
 Số Darcy không đổi AD có thể mô tả là: 
 50 
 vgg (2.37) 
 AD  
 2 dhyd
 Trong đó: dhyd : đường kính thủy lực 
  : hệ số ma sát 
 Các yếu tố ma sát theo phương dòng chảy “z” thường được mô tả thông qua số 
Reynolds và thay đổi tùy thuộc vào chế độ dòng chảy (chảy tầng, chuyển tiếp, chảy 
rối) Re : 
 Re Relam thì  lam 
 Returb Re thì  turb 
 Relam Re Re turb thì 
 Re Relam Re Re lam 
  lam 1  turb 
 Returb Re lam Re turb Re lam 
 Trong đó: 
 Relam 2300 và Returb 5000 . Tại khu vực dòng chảy rối, zturb được 
 coi là một giá trị biên đầu vào không đổi. 
 Tại khu vực lớp thành zlam được cho bởi: 
 b
 lam a. Re 
 Trong đó: 
 a 64 và b 1 , còn tham số được mô tả bởi Hagen-
 Poisseuille-Law cho dòng chảy tầng. 
c) hương tr nh bảo toàn năng lượng 
  g...w k,,, g  g w k g v g  w k g
 g  g  g g..D eff 
 t  z  z  z
 (2.38) 
 l
 L 
 MGk,, g..(,) v i k r c K T S
 i
 Trong đó: 
 wkg, : phần khối lượng của các thành phần k 
 Deff : hệ số khuếch tán 
 Giả sử r ng cản nhớt có thể bỏ qua, phương trình năng lượng pha khí: 
 51 
 KK
    Tg
 g g........w kgk,, h  g g w kgkg h v  g  g 
 z kk  t  z  z
 K w
  kg, (2.39) 
  g...... gD eff h k a trans k h T s T g 
 k zz 
 I
 K 
  hi., r c k T s 
 i
Trong đó: Tg : nhiệt độ khí (K) 
 hk : tổng entanpi của các thành phần k (J) 
 lg : hệ số dẫn nhiệt 
 kh : hệ số truyền nhiệt giữa pha khí và thàng 
 atrans : tổng diện tích bề mặt trên một đơn vị khối lượng chất nền 
 Dhi : nhiệt độ phản ứng của phản ứng bề mặt xúc tác qui ước về pha khí. 
 Nhiệt độ của phản ứng xúc tác thể hiện trên pha rắn nhưng được chuyển vào 
phương trình pha khí, với phương trình bảo toàn năng lượng được rút ra từ pha khí sau 
đó thêm vào phương trình cân b ng năng lượng pha rắn. 
d) hương tr nh c n b ng năng lượng chất rắn 
  cT.
 p, s s  Ts
 1 g . s . 1  g .  s . 
 T  z  z (2.40) 
 I
 L 
 atrans.., k h T s T g  h i r c k T s qrad
 i
Trong đó: Ts : nhiệt độ thành chất xúc tác 
 ls : hệ số dẫn nhiệt 
 qRad : nhiệt lượng truyền ra môi trường xung quanh 
 Bỏ qua bức xạ nhiệt do phạm vi nhiệt độ không cao. 
 I
 LL 
 atrans., k k,, m c k c k g  r c k T s (2.41) 
 i
 Trong đó: ckg, : nồng độ mol của chất khí k trong hỗn hợp khí 
 kkm, : hệ số chuyển đổi khối lượng giữa các chất khí 
 Các phản ứng được lựa chọn để mô phỏng trên phần mềm AVL [53]: 
 Thủy phân HCNO (R1): HCNO H2 O NH 3 CO 2 (2.42) 
 Phản ứng chuẩn (R2): 4NH3 4 NO O 2 4 N 2 6 H 2 O (2.43) 
 Phản ứng nhanh (R3): 2NH3 NO NO 2 2 N 2 3 H 2 O (2.44) 
 52 
 Phản ứng chậm (R4): 8NH3 6 NO 2 7 N 2 12 H 2 O (2.45) 
 Phản ứng ô-xy hóa NH3 
 2NH3 3 O 2 N 2 6 H 2 O (2.46) 
 (R5): 
 Giao diện khai báo các thông số và lựa chọn các phản ứng trong bộ SCR được 
thể hiện trên Hình 2.2. 
 Hình 2.2. Giao diện khai báo thông số cơ bản của bộ SCR 
2.4.2. Mô phỏng bộ xúc tác ô xy hóa DOC 
 Phản ứng hóa học xảy ra trong bộ DOC cũng như tốc độ phản ứng và các thông 
số động học được đưa ra bởi Koltsakis [54-55] bao gồm: 
 R1: tiếp tục ô xy sản phẩm của quá trình ô xy hóa không hoàn toàn: 
 CO 1 O CO
 2 2 2 (2.47) 
 R2: ô xy hóa phần nhiên liệu chưa tham gia quá trình cháy: 
 9
 C3H6 O2 3CO2 3H2O
 2 (2.48) 
 R3: ô xy hóa ô xít ni tơ O thành O2 theo hai cơ chế: 
 R3 1: 2NO O 2NO
 2 2 (2.49) 
 R3 1: NO 0.5O NO
 2 2 (2.50) 
 Tốc độ phản ứng của R1 và R2 được xác định theo công thức: 
 53 
 . L L
 K1.yCO.yO2
 r1 
 D (2.51) 
 . L L
 K1.yC3H 6 .yO2
 r 2 
 D (2.52) 
 Với:
 L L 2 L 2 L 2 L 0.7
 D Tsolid.(1 K2 yCO K3 yC3H 6 ) .(1 K4 (yCO ) .(yC3H 6 ) ).(1 K5 (yNO ) ) (2.53) 
 T
 K k 0 .exp( A,i )
 i i T
 solid 
 Tốc độ phản ứng R3 được xác định như sau: 
 K
 R3-1: r K .(cL )2.cL 3 .(cL )2 (2.54) 
 3 3 NO O2 K NO2
 eq.1 
 K
 R3-2: r K .c L .(c L )0.5 3 .c L (2.55) 
 3 3 NO O2 K NO2
 eq.2 
 T
 Với: K K.T A .exp( A ) (2.56) 
 3 solid T
 solid 
 (2.57)
 (2.58) 
 Với Tsolid là nhiệt độ trong lõi bộ xúc tác (K) và patm 
 Các thông số cơ bản của DOC được lựa chọn trên phần mềm AV Boost như thể 
hiện trên Hình 2.3. 
 Hình 2.3. Giao diện khai báo các thông số bộ DOC 
2.4.3. Mô phỏng bộ lọc chất thải hạt DPF 
 a) Giới thiệu chung về DPF 
 Hình 2.4 giới thiệu một phần tử của bầu lọc, bao gồm đường vào và đường ra của 
khí thải, phía cuối đường vào của khí thải được bịt kín lại, đầu của đường ra cũng bị 
 54 
bịt kín. Thông số hình học đặc trưng cho đường vào và đường ra lần lượt là d1 và d2 
[45]. 
 Hình 2.4. Cấu trúc phần tử DPF trong phần mềm AVL-Boost 
 Trong đó: inlet channel “1”: đường vào của khí thải; outlet channel “2”: đường ra 
của khí thải; soot: bồ hóng; wall: thành vách; ash: tro; cake: lớp bề mặt; depth: lớp sát 
vách. 
 ượng bồ hóng mà bầu lọc thu được là nhờ hai lớp lọc riêng: lớp lọc sát vách 
(lớp depth) và lớp lọc bề mặt (lớp cake), và vì thế mô hình có sự phân biệt giữa bồ 
hóng n m ở bên trong những lỗ nhỏ ly ti ở trên thành của đường vào và bồ hóng được 
tạo thành lớp ở phía trên. Qua giới thiệu ở trên thì sự khác biệt về phương trình cân 
b ng của lớp sát vách và lớp bề mặt làm cho các thuộc tính tái sinh bầu lọc đưa vào 
trong mô hình càng chính xác hơn. Bồ hóng sinh ra trong quá trình cháy của động cơ 
tăng lên nhanh chóng và lượng bồ hóng trong lớp sát vách tăng tới khả năng giới hạn, 
khi đó phải đề ra phương án tái sinh bồ hóng. Có hai phương án đề ra là: 
 Để cho bồ hóng ở lớp bề mặt trượt xuống lớp sát vách, tại đây sẽ thực hiện quá 
trình tái sinh, hoặc bồ hóng sẽ được giữ lại trong các lỗ, hốc trên lớp bề mặt cho đến 
khi bồ hóng ở lớp sát vách tái sinh hết. 
 Tăng tốc độ tái sinh một phần nhỏ lượng bồ hóng ở lớp sát vách nhờ đó tăng 
được tốc độ tái sinh bồ hóng tại lớp bề mặt. 
 55 
 Lớp bồ hóng được hình thành ở phía cuối của đường ống vào và dọc theo chiều 
dài của lớp bề mặt. Sự có mặt của lớp bồ hóng (ash layer) làm tăng độ giảm áp suất 
trên đường vào của khí thải và làm giảm tốc độ dòng khí thải, trong quá trình mô hình 
hoá lớp bồ hóng được hiểu là lớp ngăn giữa hai lớp sát vách và bề mặt. 
 Với việc sử dụng mô hình 1D thì quá trình tính toán động học, động lực học của 
dòng chảy chỉ tính theo phương hướng kính theo trục z. Vì thế việc mô phỏng lọc bụi 
được phân biệt ra thành hai mô hình mô phỏng: 
 - Mô phỏng lọc dòng 
 - Mô phỏng sự lắng đọng của bồ hóng / quá trình tái sinh bồ hóng 
 a) Các thông số cơ bản của DPF 
 Lõi lọc có cấu trúc giống như tổ ong, nó 
bao gồm hàng trăm (hàng nghìn) kênh (channel) 
riêng biệt. Hình 2.5 thể hiện tính chất đối xứng 
của hai kênh có đường kính khác nhau, hai kênh 
này có đường kính d1, d2 bao gồm 2 đường vào 
và 2 đường ra tạo thành một ô vuông (monolith) 
(Hình 2.5). 
 Hình 2.5. Cấu trúc của monolith 
 Cấu trúc này thường dùng cho bầu lọc của 
động cơ diesel. Độ dày của lớp phủ góp phần 
quyết định độ dày của monolith thông qua công thức dưới đây [45]: 
 (2.59) 
 Trong đó: 
 δ: độ dầy của monolith (m) 
 δw: độ dầy của thành vách (m) 
 δwc: độ dầy của lớp phủ (m). 
 Cấu trúc của monolith được quyết định bởi thông số sau: 
 √ (2.60) 
 Trong đó: 
 (2.61) 
 s: kích thước của monolith 
 CPSI: thông số đặc trưng của monolith đổi ra inch theo đơn vị SI. 
 56 
 Chiều cao của lớp bồ hóng tích tụ ở lớp sát vách được tính như sau: 
 (2.62) 
 Trong đó: 
 δsd: chiều cao của lớp bồ hóng trong lớp sát vách (m) 
 3
 msd: lượng bồ hóng do lớp sát vách lọc (kg/m ) 
 2
 Afront: diện tích bề mặt của lọc (m ) 
 n1: số lượng đường vào của khí thải 
 3
 sd: mật độ của bồ hóng trong lớp sát vách (kg/m ); sd phụ thuộc vào 
khả năng lọc lớn nhất và độ dầy của lớp sát vách. 
 Chiều cao của lớp bồ hóng hình thành ở lớp bề mặt được tính toán theo công 
thức sau: 
 { √ } (2.63) 
 Trong đó: 
 3
 msc: lượng bồ hóng do lớp bề mặt lọc được (kg/m ) 
 3
 sc: mật độ bồ hóng ở lớp bề mặt (kg/m ) 
 δac: chiều cao của lớp bồ hóng (m); δac được tính theo công thức sau: 
 { √ } (2.64) 
 3
 ac: mật độ bồ hóng trong lớp bồ hóng (kg/m ) 
 3
 mac,layer: lượng bồ hóng hình thành trong lớp bồ hóng (kg/m ) 
 3
 mac: tổng lượng bồ hóng hình thành (kg/m ). 
 Hệ số phân bố bồ hóng tính theo công thức sau: 
 (2.65) 
 b) Sự phân bố bồ hóng 
 Bồ hóng sinh ra trong khí thải của động cơ khi được đưa vào lọc bụi sẽ lắng đọng 
vào lớp bề mặt và lớp sát vách. Trong đó lớp bồ hóng được hình thành do dầu bôi trơn 
cháy, các thành phần trơ trong khí thải thì không thể tái sinh được có tác dụng phân 
 57 
chia lớp sát vách và lớp bề mặt. ượng bồ hóng tái sinh luôn thay đổi tuỳ thuộc vào 
khả năng lọc của từng loại bầu lọc cũng như thời điểm mà ta tiến hành tái sinh lọc. 
 Để tính toán lượng bồ hóng trong các lớp lọc ta dựa vào phương trình sau [45]:
 ̇ (2.66) 
 ̇ (2.67) 
 Trong đó: 
 msc(z), msd(z) lần lượt là lượng của bồ hóng trong lớp bề mặt và lớp sát vách tại 
các điểm đo theo phương z (kg/m3) 
 vw,dl(z): h ng số tốc độ của dòng khí thải theo phương z tính tại các điểm đo (-) 
 3
 msoot,inl: lưu lượng khối lượng của bồ hóng ở đầu vào (kg/m ) 
 Ssd, Ssc: lần lượt là hệ số bám của bồ hóng lên lớp bề mặt và lớp sát vách (-) 
 ̇ ̇ : lần lượt là các h ng số về lưu lượng bồ hóng chạy qua lớp sát vách và 
lớp bề mặt (-). 
 Khi dòng khí thải đi vào trong bầu lọc, bồ hóng sẽ bám vào bề mặt, các lỗ, hốc 
nhỏ li ti trên thành của lọc, lớp bồ hóng sau bám lên lớp trước, sau một thời gian chiều 
cao của lớp bồ hóng trong các lớp bề mặt và lớp sát vách tăng dần lên và có xu hướng 
tăng dần như Hình 2.6 [45]. 
 Hình 2.6. Phân bố bồ hóng 
 Chiều cao của lớp bồ hóng hình thành trong lọc phụ thuộc vào tốc độ di chuyển 
của bồ hóng trong lọc. Khi biết được chiều cao của lớp bồ hóng ta sẽ dự đoán được sau 
bao lâu thì lọc sẽ bị tắc, nhờ đó ta sẽ tiến hành tái sinh lọc. Để tính toán chiều cao (hay 
là lượng bồ hóng hình thành sau một thời gian lọc làm việc) ta dựa vào công thức sau: 
 58 
 (2.68) 
 Trong đó: 
 δsc: chiều cao của lớp bồ hóng hình thành trong lớp bề mặt (m) 
 v1: tốc độ của bồ hóng di chuyển theo phương z (m/s) 
 cm: h ng số bám của bồ hóng. 
 c) Phản ứng tái sinh lọc 
 Trong AVL-Boost có các phương án để tái sinh bồ hóng sau: 
 - Tái sinh bồ hóng b ng O2 
 - Tái sinh bồ hóng b ng phụ gia nhiên liệu 
 - Tái sinh nhiệt độ thấp với NO2 
 - Lắp thêm bộ xúc tác NO2 để tái sinh bồ hóng. 
 *) Tái sinh bồ hóng b ng O2: 
 Với việc lựa chọn phần tử DPF để tiến hành lọc bồ hóng trong khí thải của động 
cơ được thể hiện như Hình 2.6. Phương án này dùng để tái sinh bồ hóng trong bầu lọc 
của động cơ, nó có tác dụng chính là làm tăng nhiệt độ của bồ hóng, từ đó tăng tốc độ 
ôxy hoá bồ hóng, giúp cho quá trình đốt cháy bồ hóng diễn ra nhanh hơn. hư chúng 
ta đã biết, bồ hóng có cấu tạo chủ yếu là C, cho nên trong quá trình tái sinh bồ hóng 
này ta dùng O2 để đốt cháy bồ hóng thành CO2 theo các phản ứng sau: 
 R1: (2.69) 
 R2: (2.70) 
 Tốc độ của phản ứng R1, R2 được tính theo công thức sau: 
 ̇ ( ) (2.71) 
 ̇ ( ) (2.72) 
 Với fCO là hệ số ảnh hưởng của nhiệt độ tới sự hình thành CO, fCO được tính theo 
công thức sau: 
 (2.73) 
 ( )
 59 
 Hình 2.7. Lựa chọn phản ứng tái sinh lọc của phần tử DPF trong AVL-Boost 
 hư vậy, để tiến hành mô phỏng quá trình hình thành NOx và PM trong phần 
mềm AVL Boost thì phải tiến hành xây dựng các phương trình và điều kiện để hình 
thành NOx trong buồng cháy của động cơ, cũng như ảnh hưởng của khí thải trong quá 
trình cháy từ đó tính toán được lượng phát thải NOx. Đối với phát thải PM, để đánh giá 
tính hiệu quả của bộ lọc DOC và DPF phải tiến hành các phương trình và điều kiện 
của các phản ứng ôxy hóa khí thải, đồng thời xây dựng các phương trình hoạt động 
của bộ lọc PM. Việc lựa chọn các phản ứng phù hợp sẽ giúp cho quá trình mô phỏng 
đạt kết quả có độ chính xác cao khi so sánh với thực nghiệm. 
 Kết luận chương 2 
 Trong nội dung Chương 2, NCS trình bày tổng quan cơ sở lý thuyết của phần 
mềm AVL-Boost như tính toán được chu trình công tác, các mô hình điều kiện biên sử 
bao gồm mô hình trao đổi chất qua cửa nạp và thải, mô hình truyền nhiệt với hệ số 
truyền nhiệt được xác định theo mô hình Woschi 1 78, mô hình cháy MCC cho động 
cơ hình thành hỗn hợp bên trong. 
 Làm rõ cơ chế hình thành các thành phần phát thải độc hại trên động cơ diesel 
bao gồm CO, NOx và soot. Những cơ chế này đã được sử dụng để xây dựng các mô 
hình tính toán phát thải độc hại trong phần mềm AVL-Boost. Đối với mô hình cháy 
MCC, thành phần phát thải HC được bỏ qua. 
 Cơ sở lý thuyết mô phỏng các bộ xử lý khí thải DOC, DPF và SCR đã được làm 
rõ. Bộ xúc tác khử NOx SCR dựa tính toán theo lý thuyết của Pranit S. Metkar. Các 
phản ứng hóa học xảy ra trong bộ xúc tác ô xy hóa DOC được đưa ra bởi Koltsakis. 
Quá trình xảy ra trong bộ lọc DPF được mô hình hóa qua mô hình lọc được trình bày 
trong cơ sở lý thuyết của phần mềm AVL - Boost. 
 60 
 CHƯƠNG 3. MÔ PHỎNG, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ XÚC TÁC DOC, 
 DPF VÀ SCR TRÊN ĐỘNG CƠ DIESE XE TẢI NHẸ 
 Trong chương này tiến hành xây dựng mô hình động cơ D4BB trên phần mềm 
AVL- Boost, trên cơ sở mô hình đã xây dựng, tiến hành thực hiện các nội dung mô 
phỏng để đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật và phát thải của động cơ trên phần mềm 
AVL-Boost. Từ kết quả này tiến hành mô phỏng tính toán lựa chọn bộ xúc tác DOC, 
DPF và SCR phù hợp với động cơ D4BB. Sau đây CS sẽ trình bày chi tiết về nội 
dung của chương này. 
 Trên cơ sở các thông số đã thiết kế ở phần mô phỏng, CS đã liên hệ với công ty 
của Trung Quốc để tiến hành đặt hàng sản xuất lõi bộ xúc tác. Sau khi nhận được lõi, 
NCS tiến hành thiết kế, chế tạo vỏ cho các lõi của bộ xúc tác, lắp đặt lõi xúc tác lên vỏ 
và lắp đặt các bộ xúc tác lên động cơ. Trong chương này CS cũng sẽ đi tính toán, 
thiết kế và chế tạo hệ thống phun muối urê cho bộ xúc tác SCR. Sau đây CS sẽ đi 
trình bày chi tiết quá trình tính toán thiết kế và chế tạo các bộ phận như đã đề cập ở 
trên. 
3.1. Xây dựng mô hình mô phỏng động cơ D4BB 
3.1.1. Thông số kỹ thuật cơ bản xây dựng mô hình mô phỏng trên AVL - Boost 
 Trên thông số kết cấu cơ bản của động cơ được lựa chọn nghiên cứu như thể hiện 
trong Bảng 3.1, mô hình động cơ D4BB được xây dựng bao gồm các bộ phận và thông 
số như sau: 
 - Động cơ diesel 4 xylanh thẳng hàng, thứ tự làm việc của các xylanh 1-3