Tìm hiểu thiết bị phân tích thành phần thải động cơ đốt trong CEBII

môi trường sống của con người. Chính vì vậy, các nhà khoa học cùng với các nhà sản suất ngày nay đang nghiêm cứu, áp dụng các phương pháp mới để tăng hiệu quả, hiệu suất của động cơ cùng với việc giảm sự ô nhiễm do động cơ gây ra. Riêng tại Việt Nam, vấn đề này là một lĩnh vực gần như bị bỏ ngỏ, coi nhẹ mấy năm trước. Nhưng gần đây đặc biệt từ năm 1995 vấn đề này được chính phủ và các cơ quan chức năng quan tâm và đang nghiên cứu triển khai. Tại Việt Nam do đặc thù có nhiều chủng loại phương tiện đan xen nhau hoạt động, có nhiều xe cũ, đường xá chưa tốt, đặc biệt với trình độ chưa cao, công nghệ kỹ thuật còn lạc hậu, ý thức của người dân còn thấp, vì vậy vấn nạn về ô nhiễm môi trường do động cơ, ô_tô gây ra càng cấp bách và cần được giải quyết. Một trong những phương hướng giải quyết vấn nạn này là kiểm soát các loại động cơ, ô_tô đang hoạt động, kiểm soát các loại động cơ, ô_tô nhập khẩu và sản xuất phải đảm bảo thân thiện với môi trường. Như vậy cần có một hệ thống thiết bị đánh giá đo lường tình trạng khí thải của động cơ, đặc biệt cần có một lớp cán bộ kỹ sư đủ trình độ, khả năng sử dụng thiết bị, quản lý theo dõi tình trạng chung của các loại xe và phân tích sử lý các vấn đề liên quan. Với những suy nghĩ như vậy, em đã mạnh dạn xin được chọn đề tài : Tìm hiểu thiết bị phân tích thành phần khí thải động cơ đốt trong CEBII. Với mục đích đi sâu tìm hiểu hệ thống hoá các kiến thức và phương pháp sử dụng thiết bị phân tích thành phần khí thải động cơ đốt trong CEBII. Tài liệu chủ yếu là tài liệu nước ngoài vì vậy bài luận của em có thể dùng để tham khảo cho chuyên ngành động cơ nói riêng và kỹ thuật nói chung, một phần nhỏ bé giúp các nhà sản xuất biết cách thức phân tích khí xả của động cơ. Trong đồ án tốt nghiệp của em gồm có ba phần chính : Chương I : Giới thiệu chung về hệ thống thử nghiệm khí thải. Chương II : Thiết bị phân tích khí thải CEBII. Chương III : Vận hành sử dụng thiêt bị. Em xin chân thành cám ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Động Cơ, các kỹ sư bậc đàn anh cùng với các bạn sinh viên. Đặc biệt em xin cám ơn Thạc sỹ : Phạm Hữu Tuyến đã hướng dẫn em tận tình chu đáo giúp em hoàn thành bài luận văn này. Do trình độ, năng lực bản thân còn hạn chế cùng với thời gian có hạn, vì vậy em không tránh được những sai sót khi thực hiện bài luận văn này. Em rất mong nhận được sự góp ý của thầy cô và các bạn để bài luận văn được tốt hơn. Em xin chân thành cám ơn ! Hà Nội, ngày 29 tháng 5 năm 2005 Sinh viên : Đinh Quốc Vinh. CHƯƠNG I NHỮNG VẤN ĐỀ VỀ Ô NHIỄM DO ĐỘNG CƠ SINH RA. 1.1 Vấn đề ô nhiễm môi trường: Cùng với sự phát triển của kinh tế, khoa học, kỹ thuật việc bảo vệ môi trường trở thành vấn đề quan trọng cấp bách của các quốc gia. Một trong những nguồn phát thải chất độc hại đó là phải kể đến khí thải của động cơ đốt trong. Theo các tài liệu báo cáo, hiện nay trên thế giới có 750 – 800 triệu ô_tô các loại thải ra hàng trăm triệu tấn chất độc hại vào môi trường hàng năm. Tại Việt Nam theo thống kê ngày 31 tháng 12 năm 1999 có : 460.000 ô_tô các loại và 5.585.000 xe máy. Hàng năm số lượng xe cộ và lượng chất độc hại do chúng thải ra còn tăng mạnh. Tốc độ tăng lượng xe cộ khoảng gần 12%. Vào năm 2005 ước tính lượng ô_tô lớn hơn 700.000 chiếc và lượng xe máy vào khoảng 15 triệu xe. Các phương tiện trên tập trung chủ yếu ở các thành phố lớn như : TP Hồ Chí Minh là 30% : TP Hà Nội là 12%. Sự tập trung lớn như vậy làm cho nồng độ chất độc hại rất cao (vượt qua nhiều lần nồng độ cho phép). Các chất độc hại này ảnh hưởng tới môi trường rất lớn, theo công bố liên hợp quốc (UNEP) ngày 17 tháng 11 năm 1999 tầng ÔZÔN bị thủng đã chiếm trên 22 triệu km2 số người bị các bệnh càng ngày càng tăng, nhiều nơi có nồng độ các chất độc hại vượt quá nhiều lần mức độ cho phép như tại LONDON (ANH), Los Angeles, California (MỸ)… Với vấn nạn như vậy vào năm 1992 tại Rio Degianero (Braxin) đâ họp hội nghị thượng đỉnh lần thứ nhất cảnh báo về ô nhiễm môi trường. Vào năm 1997 họp hội nghị thượng đỉnh lần thứ hai tại Kyoto (Nhật) và đưa ra nghị định Kyoto. Năm 2002 họp hội nghị thượng đỉnh lần thứ ba tại Giohanexbot ( Nam Phi ). Và gần đây nghị định Kyoto đã được thực thi tại nhiều nước, cắt giảm lượng khí thải độc hại đến mức tốt thiểu. Cùng với sự cắt giảm lượng khí thải độc hại người ta cũng đưa ra các tiêu chuẩn thử nghiệm xe như : Tiêu chuẩn của Mỹ : Tiêu chuẩn của Châu Âu : Tiêu chuẩn của Nhật. 1.2 Sự hình thành các chất độc hại trong khí thải động cơ: Năng lượng cho động cơ hoạt động chính là năng lượng của phản ứng cháy nhiên liệu với không khí trong xylanh. 1.2.1 Sản phẩm cháy và nguồn gốc: Sản phẩm cháy của động cơ đốt trong gồm : Cac bon nic (CO2) : là sản phẩm khí, kết quả của quá trình cháy hoàn toàn các bon trong nhiên liệu. Nó không gây độc hại tới con người nhưng nó gây ra hiệu ứng nhà kính làm nhiệt độ toàn cầu nóng lên, ảnh hưởng gián tiếp tới con người. 4CnHm + (4n+m) O2 =4n CO2 + 2m H2O Cac bon oxit (CO) : Sản phẩm khí không màu, không mùi sinh ra trong quá trình cháy không hoàn toàn các bon trong nhiên liệu, điều kiện cháy thiếu O2 4 CnHm + (2n+m) O2 = 4n CO + 2m H2O Hàm lượng CO cho phép [ CO ]= 33mg/m3 . Hydrocacbon (CnHm) : là nhiên liệu và dầu bôi trơn cháy không hết, do hỗn hợp cháy quá đậm hoặc do điều kiện cháy không phù hợp. Hydrocacbon có loại không độc nhưng cũng có loại rất độc : Loại không độc : Parafin (CnH2n+2) Loại rất độc : Benzen, cacbua thơm. Để đánh giá CnHm người ta đánh giá hàm lượng tổng cộng : Total Hydrocacbon. Các oxit Nitơ (NO, NO2, N2O4) : được ký hiệu chung là NOx là sản phẩm cháy của N2 với O2 ở nhiệt độ cao (trên 1.100 0C), (gồm có hai thành phần chủ yếu là NO và NO2). Oxit Nitơ (NO) : chiếm tỷ lệ lớn 95% đến 98%, NO rất độc cho con người, nó gây ra viêm đường niêm mạc, đường hô hấp nhưng NO không bền trong môi trường bình thường, khi NO gặp O2 nó sẽ tạo ra phản ứng : 2 NO + O2 = 2 NO2 Dioxit Nitơ ( NO2 ) : có mùi gắt màu đỏ, cũng độc hại tới con người (viêm niêm mạc, viêm phổi), NO2 khi gặp nước tạo ra Axít : NO2 + H2O à HNO3 HNO3 gây ra ăn mòn chi tiết, khi quá nhiều HNO3 trong môi trường có thể tạo ra mưa Axít. Hợp chất Andehit (C-H-O) : là chất gây tê, gắt diệt khuẩn tốt và gây ra bệnh ung thư cho con người. Oxit lưu huỳnh (SO, SO2) : trong sản phẩm cháy chủ yếu chứa dioxit lưu huỳnh (SO2 ), lưu huỳnh là tạp chất có trong nhiên liệu. Khi đốt cháy nhiên liệu lưu huỳnh bị phản úng : S + O2 = SO2 SO2 độc với con người, gây sốc, hại cho niêm mạc và phổi. Khi gặp nước SO2 tạo thành Axit H2SO3 gây ăn mòn chi tiết và tạo ra mưa axit. SO2 + H2O = H2SO3 P- M (Particulate – Matter) : P- M bao gồm các hạt rắn, nhiên liệu, các thành phần của nhiên liêu và dầu bôi trơn bám theo. Các hạt rắn có thể là : bồ hóng, muội than, muối sunfat hoặc vẩy kim loại. Các hạt rắn này rất có hại cho đường hô hấp của con người ngoài ra nếu quá nhiều có thể gây ra sương mù do bụi. Ngoài các chất trên, sản phẩm cháy của động cơ đốt trong còn có H2O, O2, N2. Các chất này không gây độc hại cho con người và môi trường. Mấy năm trước ơ nước ta còn dùng nhiên liệu pha chì (Pb), vì vậy sản phẩm cháy còn có hợp chất của chì. Chất này rất có hại cho con người, nó gây ra bệnh ưng thư. Điều kiên hình thành các chất độc hại: 1.2.2.1 Đối với động cơ xăng: Với động cơ xăng các chất độc hại chủ yếu là CO, CnHm và NOx . Điều kiện hình thành CO : CO được hình thành ở các chế độ khác nhau của λ Khi hệ số dư lượng không khí nhỏ hơn 1 (λ < 1). Các phản ứng xảy ra trong điều kiện thiếu Oxi vì vậy sản phẩm cháy có nhiều CO, nhiều CnHm còn không cháy hết và ít NOx (vì tuy nhiệt độ cháy cao nhưng không có O2 để phản ứng với N2). Trong quá trình giãn nở, một phần CO phản ứng với H2O : 2CO + 2H2O à 2CO2 + H2 Khi hệ số dư lượng không khí lớn hơn 1 (λ > 1). Khi λ > 1 về lý thuyết là thừa không khí (O2) tuy nhiên vẫn có vùng trong buồng cháy thiếu O2 cục bộ ngoài ra tại những vùng sát vách, tại những khe kẽ do ảnh hưởng của hiệu ứng làm lạnh nên nhiên liệu không cháy triệt để. Vì vậy vẫn tồn tại CO khi λ >1. Tuy nhiên phần lớn CO sinh ra kết hợp với O2 tạo thành CO2: 2CO + O2 = 2CO2 Khi λ > 1 khá nhiều, CO vẫn sinh ra là do cháy rớt, cháy tiếp phần nhiên liệu còn lại. Nhưng ta có thể nói khi λ tăng thì lượng CO giảm. Điều kiện hình thành NOx : NOx được hình thành tại nhiệt độ cao và dư O2 N2 + O2 à NOx Khi λ < 1 do hỗn hợp đậm vì thế nhiệt độ cháy rất cao nhưng do thiếu O2 nên lượng NOx thấp. Qua thực nghiệm người ta xác định NOx lớn nhất khi λ = 1,05 ÷ 1,1 Khi λ > 1 thừa O2 nhưng nhiệt độ cháy thấp do hỗn hợp nhạt vì thế lượng NOx sinh ra giảm dần. Cơ chế hình thành NO : NO chiếm khoảng 95% ÷ 98% tuỳ thuộc vào λ, phần còn lại là NO2. O2 à 2 O (phần tử va chạm vào nhau tạo ra nguyên tử hoạt tính) O + N2 ↔ NO + N N + O2 ↔ NO + O (Chuỗi phản ứng Zeldovic) Ngoài ra NO còn được hình thành từ gốc OH : OH + N ↔ NO + H Thực nghiệm chứng tỏ rằng NO hình thành chủ yếu ở phía sau ngọn lửa trong vùng cháy và các phản ứng hình thành NO diễn ra rất chạm so với việc hình thành CO Cơ chế hình thành NO2 : NO2 được hình thành khi : NO + O = NO2 NO + O2 = NO2 + O 1.2.2.2 Đối với động cơ diezen: Đặc điểm của động cơ diezen là có giới hạn cháy rất rộng (λ = 1,2 ÷ 10). Qua thực nghiệm người ta xác định các chất độc hại chủ yếu của động cơ diezen là CO, CnHm, NOx và P – M. Điều kiện hình thành CO Khi λ lớn hơn 1 nhiều lần thì vẫn tồn tại CO vì vẫn có phần cục bộ thiếu O2, và vẫn còn nhiên liệu tại vùng khe kẽ không cháy triệt để vì hiệu ứng sát vách. Khi ta tăng λ lên ban đầu CO có giảm và đến giá trị nhỏ nhất (λ = 2). Nếu ta tiếp tục tăng λ thì lúc đó nhiệt độ cháy giảm làm cho tỷ lệ CO tái hợp với O2 trong quá trình giãn nở giảm do đó lượng CO thải ra tăng. Điều kiện hình thành CnHm Khi tăng λ thì nhiệt độ cháy giảm, do ảnh hưởng của hiệu ứng sát vách nên phần nhiên liệu không cháy được tăng lên. So với động cơ xăng thì động cơ diezen có lượng CnHm trong khí thải ít hơn. Điều kiện hình thành NOx Khi ta tăng λ thì nhiệt độ cháy giảm vì vậy lượng NOx sinh ra cũng giảm. So với động cơ xăng thì lượng NOx của động cơ diezen ít hơn. Tỷ lệ thành phần NO2 trong động cơ diezen nhỏ hơn động cơ xăng (với xăng NO2 : 5% ÷ 15%, với diezen NO2 : 1% ÷ 10%) Điều kiện hình thành P – M Nguyên nhân tạo ra P – M là do nhiên liệu cháy ở dạng hạt lỏng nhỏ ly ti tạo ra muội than (soot) hay các hạt vẩy tróc mòn của động cơ hoặc do các hạt muối sunfat, các hạt này thường có chất lỏng bám theo là nhiên liệu cháy không hết và dầu bôi trơn. Hạt P – M có kích thước 0,01μm ÷ 1μm (phần lớn có kích thước < 0,3μm) (Dễ hít vào đường hô hấp vì vậy rất hại cho sức khoẻ của con người). Khi ta tăng λ thì tỷ lệ nhiên liệu ít do đó ít tạo thành giọt làm cho ít tạo muội. Tuy nhiên khi λ > 3 thì lượng P – M không đổi là do các nguyên nhân khác chứ không phải do nhiên liệu. Phương pháp hình thành hỗn hợp cũng ảnh hưởng tới lượng chất độc hại : Với hỗn hợp màng ảnh hưởng của hiệu ứng sát vách mạnh hơn so với hỗn hợp thể tích vì thế lượng CnHm cũng nhiều hơn. Nếu sử dụng buồng cháy ngăn cách thì giảm được lượng NOx vì khi cháy ở buồng cháy phụ nhiên liệu rất nhiều nhưng thiếu O2 vì vậy NOx cũng không tạo ra nhiều. Khi cháy sang buồng cháy chính O2 nhiều nhưng nhiệt độ không cao vì thế cũng khó sinh ra NOx. (NOx ở buồng cháy ngăn cách có khi chỉ bằng ½ so với buồng cháy thống nhất). Nếu tổ chức xoáy lốc và hoà trộn tốt thì lượng CnHm trong khí thải sẽ giảm. Các chế độ làm việc của động cơ cũng ảnh hưởng tới thành phần chất độc hại: Khởi động nguội Khi khởi động nguội lúc đó ta cần λ nhỏ, hỗn hợp rất đậm vì vậy lượng CO rất lớn, ngoài ra khi khởi động nguội nhiệt độ các chi tiết thấp do đó sự bay hơi nhiên liệu tồi dẫn đến khí thải nhiều muội và nhiều CnHm. Khi khởi động nhiệt độ thấp nên lượng NOx thấp. Khi hâm nóng máy Nhiệt độ chi tiết tăng, λ không nhỏ như khi khởi động vì vậy lượng CO, CnHm trong khí thải giảm dần và NOx tăng dần. Khi tăng tốc Động cơ xăng dùng chế hoà khí Khi tăng tốc λ đậm đột ngột vì thế lượng CO, CnHm tăng đột ngột còn NOx thì giảm. Động cơ phun xăng đa điểm Hệ thống luôn đảm bảo λ phù hợp kể cả khi tăng tốc do đó các thành phần độc hại khí xả thay đổi không đáng kể. Động cơ diezen không tăng áp Khi thời gian phun thay đổi lượng nhiên liệu tăng nhưng không khí cũng kịp thời ùa vào làm cho thành phần các chất độc hại trong khí thải thay đổi không đáng kể. Động cơ diezen có tăng áp Do cản của tuabin máy nén nên không khí không đáp ứng kịp khi tăng tốc vì thế lượng CO, CnHm, P – M tăng và NOx giảm. Khi giảm tốc hay khi động cơ bị kéo cưỡng bức Động cơ xăng dùng chế hoà khí Khi giảm tốc hay khi động cơ bị kéo cưỡng bức nhiên liệu vào nhiều mà không khí vào ít làm cho hỗn hợp rất đậm dẫn đến lượng CO và CnHm trong khí thải rất lớn. Động cơ phun xăng Đa số trường hợp là bộ điều khiển cắt phun nhiên liệu Động cơ diezen Với động cơ diezen thì lúc đó bộ điều tốc sẽ bị kéo về vị trí không tải, nếu số vòng quay quá lớn thì bộ điều tốc sẽ kéo về vị trí cắt nhiên liệu. CHƯƠNG II GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG THỬ NGHIỆM KHÍ THẢI 2.1 Sơ đồ và nguyên lý của hệ thống: 2.1.1 Giới thiệu chung về hệ thống thử nghiệm khí thải động cơ ôtô: Chức năng của hệ thống thử nghiệm khí thải: Hệ thống thử nghiệm khí thải có chức năng chính là phân tích xác định thầnh phần nồng độ các chất độc hại có trong khí thải của động cơ ôtô theo các chu trình thử. Các kết quả thử được sử dụng để đăng ký chất lượng, nghiên cứu và phát triển. Hệ thống bao gồm các cụm chi tiết chính sau: Hệ thống băng thử động lực. Hệ thống lấy mẫu khí thải. Hệ thống điều khiển phân tích. Các điểm đo trong hệ thống thử nghiệm: Hệ thống thử nghiệm cho phép lấy mẫu khí thải tại ba vị trí khác nhau: Vị trí thứ nhất: Lấy mẫu khí thải ngay sau đường ống thải (Rawgas), khí thải lúc này chưa được làm loãng. Kết quả hiển thị giá trị thay đổi theo thời gian dùng cho nghiêm cứu và phát triển. Vị trí thứ hai: Lấy mẫu khí thải đã được pha loãng trước ống Venturi, đo liên tục (Diluted). Kết quả cũng được hiển thị theo thời gian và cũng được dùng để nghiên cứu, phát triển. Vị trí thứ ba: Lấy mẫu khí thải từ túi khí, người ta đo giá trị trung bình và giá trị này dùng để đăng ký chất lượng. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống: Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống phân tích khí xả. H ình 2.2: Sơ đồ hệ thống phân tích khí xả 2.1.2 Vai trò của toàn bộ hệ thống. Hệ thống AVL CEC CFV kết hợp với các bộ xử lý thích hợp sẽ cung cấp một chính xác kết quả đo về thành phần các khí có trong khí xả động cơ, với một băng thử giả lập quá trình chạy xe như trên đương thật. Kết quả đó sẽ được chuyển sang bộ phận tính toán và đồng thời được hiển thị dưới dạng đồ thị. Nguyên lý làm việc của hệ thống. Khí xả của động cơ thử nghiệm được đưa tới bộ phân tích các thành phần độc hại qua hai cách, đó là đo trực tiếp khí xả động cơ mà không làm loãng và đo khí xả động cơ có qua làm loãng. Đo trực tiếp khí xả động cơ mà không làm loãng: (Sample in raw gas) Khí xả do động cơ sinh ra được đưa vào một đường ống, trong đường ống này khí xả được hâm nóng để sao cho nhiệt độ là không đổi. Đường ống này được đưa trực tiếp tới bộ phân tích CEBII. Vào bộ phân tích CEBII có hai đường Raw Gas, một đường là từ buồng thử nghiệm động cơ (Engine testbed), một dường là từ buồng phân tích khí xả động cơ. Đo khí xả động cơ đã qua làm loãng: Trong phương pháp đo khí xả đã qua làm loãng người ta còn chia ra làm hai cách đo: Đo liên tục: Với cách đo liên tục động cơ phải đang hoạt động. Không khí ngoài trời được đưa qua một bộ lọc và được hoà trộn với khí xả của động cơ.Sau đó hỗn hợp tiếp tục được đưa qua bộ làm loãng TUNNEL UNIT để hoà trộn tiếp. Cuối ống làm loãng có một bộ phận trích khí xả làm loãng đưa tới tủ phân tích CEBII để phân tích, ngoài ra có một ống nhỏ cũng để trích khí xả đưa tới bộ lọc trong hệ thống đo thành phần dạng hạt trong khí xả. Lượng khí xả còn lại được đưa tới cụm lấy mẫu một ống VENTURI, sau đó được chứa vào các túi khí. Phần khí xả thừa sẽ được đưa ra ngoài trời qua hệ thống ống thông hơi. Đo từ các túi khí mẫu: Cách đo từ các túi khí mẫu thường được áp dụng khi động cơ đã thôi không đo trực tiếp. Khi đó khí mẫu đo sẽ được lấy từ các túi ở trong tủ chứa BAG SAMPLER và được đưa vào bộ phân tích CEBII. 2.1.2.2 Nguyên lý làm việc của các cụm chi tiết. Nguyên lý làm việc của bộ phận lấy lưu lượng khí xả xe ô_tô. Khí xả cuối ống xả được hút vào ống chữ T (Mixing – T). Tại ống chữ T, khí xả được hoà trộn với không khí môi trường. Trước khi vào hoà trộn, không khí môi trường được lọc sạch bởi một hệ thống lọc không khí (Diluted Air Filter). Sau đó không khí được pha loãng đi vào ống hoà trộn (Diluted Tunnel). Tuỳ vào loại động cơ là động cơ xăng hay động cơ diesel mà ống hoà trộn có thể tích lớn hay nhỏ. Với động cơ diesel, trong khí xả có hàm lượng P – M nhiều, theo tiêu chuẩn cần đo hàm lượng P-M trong khí xả vì thế cần có thể tích ống pha loãng lớn (để tạo điều kiện hình thành P – M giống như thực tế). Còn đối với động cơ xăng do hàm lượng P – M nhỏ, theo tiêu chuẩn không cần đo P – M vì thế không cần ống pha loãng lớn. Cũng tuỳ theo ô_tô dùng nhiên liệu loại gì (xăng hay diezen) để lựa chọn hệ thống lấy mẫu và phân tích khí xả phù hợp. Ngay sau khi bắt đầu vào hệ thống lấy mẫu, khí xả loãng được đưa vào bộ phận phân ly để một lần nữa lọc sạch P – M bằng cách tạo ra một dòng xoáy hoà trộn đồng thời với việc tách các hạt bụi. Khí xả loãng đến thiết bị tuần hoàn nằm ngay dưới bộ phân ly. Đầu lấy mẫu được đặt ngược hướng với dòng khí đi qua ống Venturi đặt cùng với ống lấy mẫu là đầu dò nhiệt độ và áp suất. Lưu lượng giới hạn qua ống Venturi cho phép tính toán tổng lượng khí loãng vì lưu lượng lớn nhất của dòng khí đi qua ống Venturi luôn không đổi và bằng vận tốc âm thanh. Để có tốc độ dòng khí đạt vận tốc âm thanh thì cần phải có một áp suất chân không cần thiết ở đường ống ra. Về lý thuyết thì có thể biết áp suất chân không đó qua một đồng hồ đo, nhưng do tồn tại các lớp biên trong ống Venturi nên có sự tổn thất áp suất qua ống, qua các thiết bị máy móc. Quạt hút được giữ áp suất hút không đổi là 0,5kPa. Hình 2.3: Ống Venturi. Nguyên lý làm việc của hệ thống lấy mẫu khí xả loãng. Ngay tại phía trước ống Venturi có đặt hai đầu lấy mẫu (lưu lưọng là 6 lit/phút). Một đầu lấy mẫu khí liên tục vào bộ phân tích (điểm đo Diluted Gas), bộ phân tích sẽ đọc kết quả liên tục trong suốt quá trình thử nghiệm. Một đầu sẽ lấy khí chứa vào các túi khí để sau khi chương trình thử kết thúc sẽ lấy khí trong các túi ra phân tích (điểm đo Bag). Ngoài ra bản thân khí trong môi trường dùng để pha loãng khí xả (khí nền) cũng có chứa một hàm lượng nhất định các chất độc hại. Nên song song với việc lấy khí xả pha loãng vào trong túi thì phía dưới bộ lọc không khí nền cũng có một đầu lấy mẫu để sau này phân tích hàm lượng các chất độc hại có trong không khí nền. Hệ thống đo hàm lượng muội trong khí xả. Các mẫu khí được lấy với lưu lượng không đổi từ ống làm loãng nhờ một đầu lấy mẫu có đường kính 13mm được thiết kế theo tiêu chuẩn US – EPA và CEC, thiết bị điều khiển lưu lượng của dòng khí xả được đặt ở cuối đường lấy mẫu (có thể bỏ thiết bị này nếu không dùng chuẩn CEC cho xe hạng nhẹ). Lưu lượng của dòng khí được dẫn qua một van cầu để kiểm tra sự thất thoát và tới bộ tách dòng để đưa tới các lọc đã định trước cho mỗi pha của quá trình thử. Bộ tách dòng là một máy CNC, nó có thể được tháo ra để kiểm tra sự đồng đều của hình dạng các ống. Với hệ thống này cho phép điều chỉnh tốt nhất lưu lượng vào các ống khác nhau mà không có độ sai lệch. Hệ thống có 1, 3 hay 4 lọc tuỳ thuộc vào các yêu cầu thử khác nhau. Cụm lọc có thể được tháo ra và mang tới phòng cân. Cụm lọc có một núm vặn đặt ở giữa, khi vặn ngược kim đồng hồ sẽ cho phép mở cụm lọc một các nhẹ nhàng để có thể thay thế các lọc một cách dễ dàng. Việc lựa chọn các van xuôi hoạt động cho phép hướng dòng lưu lượng vào các lọc khác nhau trong quá trình thử. Các van ngược là các van cầu hoạt động bằng khí nén với lưu lượng dòng chảy khi mở là không hạn chế. Trong trường hợp dòng lưu lượng đi qua đường rẽ sẽ cho phép làm ấm bơm trước khi bắt đầu qua lọc. Chức năng các thiết bị trong hệ thống. Hệ thống thử nghiệm và phân tích khí thải của động cơ bao gồm các thiết bị chính sau: Thiết bị lọc không khí (air filters unit). Vị trí hoà trộn (mixing – poit). Ống làm loãng (dilution tuner unit). Tủ lọc lấy mẫu dạng hạt trong khí xả (particulate sampling cabinet). Đầu lấy mẫu tổng lượng CnHm (heated total hydrocarbon sampling probe). Bộ phận lấy mẫu một ống venturi có các kích thước khác nhau (sampling unit). Các túi khí mẫu (bags sampling). Quạt hút khí (blower unit). Máy tính điều khiển (control PC). 2.2.1 Thiết bị lọc khộng khí. Không khí lấy từ ngoài môi trường (gọi là khí nền) được trộn với khí thải của động cơ, hỗn hợp tạo ra (khí xả loãng) sẽ gần giống với điều kện môi trường làm cho phép đo thêm chính xác trong đánh giá. Tuy nhiên không khí trước khi được vào hoà trộn phải được lọc sạch. Thiết bị lọc không khí là một phần của thiết bị trộn, không khí trước khi vào trộn được qua ba lớp lọc là: Lọc thô : lọc các hạt bụi bẩn có kích thước lớn hơn 0,3 μm. Lớp này được tạo ra bởi lớp giấy đặc biệt. Lọc than hoạt tính : để giữ các tạp chất có trong không khí và tiết tục loại bỏ các bụi bẩn có trông khí nền. Lọc tinh : lọc các hạt bụi bẩn có kích thước nhỏ hơn 0,3 μm. Hiệu quả lọc đạt tới 99% với lưu lượng cho phép là 33m3/min và áp suất là 250 Pa. Ngoài ra hệ thống còn có một thiết bị lọc được dùng cho lấy mẫu khí xả thô gọi là pre_filter, khả năng của thiết bị này cho phép loại bỏ 80% ÷ 85% các bụi bẩn trong khí xả do đó nó kéo dài tuổi thọ của lớp than hoạt tính. Một mẫu không khí sẽ được lấy vào các túi khí để phân tích thành phần trong khí nền. Các thành phần trong không khí luôn không đổi trong suốt qua trình thử, nên nó có thể lấy với một lưu lượng có tỷ lệ bất kỳ với lưu lượng khí xả loãng. Trong thiết bị lọc có một công tắc để bật chuông cảnh báo khi áp suất qua lọc quá thấp, khi đó là lọc quá bẩn và cần vệ sinh hoặc thay thế. Việc thay thế lọc được thực hiện dễ dàng nhờ một cửa ở bên cạnh. Vị trí hoà trộn. Vị trí hoà trộn được đặt ngay dưới của bộ lọc, nó có hình dạng chữ T. Tại vị trí này, khí xả loãng được hoà trộn đồng đều giúp cho hệ thống lấy mẫu. Một lượng khí ngoài môi trường được lấy đi để phân tích thành phần các khí có trong khí nền. Thiết bị hoà trộn được nối với hệ thống lấy mẫu qua một hệ thống ống mềm (ghép với nhau bằng mặt bích) hoặc các ống thép thẳng tuỳ thuộc vào các thiết bị chuẩn. Để đơn giản cho việc kiểm tra thiết bị lắp ghép, người ta thiết kế một van bướm để đóng đường không khí làm loãng vào điểm trộn T. Hình 2.4: Thiết bị lọc và điểm hoà trộn. Ống làm loãng. Ống làm loãng là thiết bị giúp hoà trộn hơn khí xả với không khí loãng và làm đồng nhất thành phần có trong hỗn hợp tạo ra tính chất giống như với điều kiện thực tế khi động cơ hoạt động trong môi trường. Ống pha loãng còn có tác dụng pha loãng khí xả nhằm tránh hiện tư ợng ngưng tụ hơi nước có trong khí xả. Ống làm loãng là thiết bị được thiết kế theo tiêu chuẩn thử EPA và ECE, ống làm loãng trong hệ thống CVS cho phép đo được lượng muội P – M và hàm lượng các chất khí có trong khí xả. Ống làm loãng được làm hoàn toàn bằng thép không gỉ, nó có ba phần lắp ghép với nhau cho phép dễ dàng trong vận chuyển và kiểm tra. Trong hệ thống phân tích khí xả có hai ống làm loãng, một cái dành cho động cơ diezen, một cái dành cho động cơ xăng. - Cấu tạo ống làm loãng của động cơ diezen gồm có ba phần chính : Phần I (khu vực đầu vào) : tại đây không khí vào làm loãng sẽ chạy xung quanh một ống chứa khí xả, tại điểm cuối của khu vực này xảy ra quá trình trộn chính của các khí đi vào, tại miệng của khu vực này có một màng chắn có thể thay đổi được độ rộng nhằm tạo ra tốc độ và sự hỗn loạn của khí vào là có lợi nhất cho quá trình trộn. Phần II (khu vực ống thẳng) : chiều dài của ống làm loãng này phải cho phép làm đồng đều khí xả với không khí làm loãng. Trong khu vực ống thẳng có đặt một đầu đo mẫu khí hạt đặt cách đầu vào của khí xả một đoạn bằng 10 lần đường kính ống làm loãng. Phần III (khu vực cuối cùng) : tại đây lắp các thiết bị ngoại vi, bao gồm các đầu lấy mẫu khí hạt và đầu dò phân tích thành phần CnHm. Ngoài ra còn có các van để ngắt dòng khí, nó giúp cho dòng khí chỉ có thể đi vào một ống làm loãng (ống làm loãng diezen hoặc ống làm loãng xăng). Các van này nằm ở trước đầu vào và sau đầu ra của các ống làm loãng. Các thành phần và cấu tạo của ống được thiết kế và sắp đặt theo nguyên tắc sao cho độ hỗn loạn của dòng khí là hằng số Reynol lớn hơn 4000 và áp suất đạt được là áp suất giới hạn. Ống làm loãng thiết kế có đường kính 12” (304mm) và cho phép lưu lượng qua tới 30m3/min. - Cấu tạo ống làm loãng của động cơ xăng : Ống làm loãng của động cơ xăng có cấu tạo gần giống với ống làm loãng của động cơ diezen nhưng có kích thước nhỏ hơn và có van đóng mở ở giữa ống. Hình 2.5: Ống làm loãng. Tủ lọc lấy mẫu dạng hạt trong khí xả. Trong mỗi pha của chu trình thử, mẫu khí xả loãng cùng một lúc đưa qua hai lọc là lọc chính và lọc phụ (primary và back-up). Chức năng này cho phép lựa chọn các van ngược và xuôi đối với mỗi cặp lọc của cụm lọc. Việc lựa chọn các van ngược hay xuôi (van khí hay van điện từ) có thể thực hiện từ PC điều khiển, cùng với quá trình lấy mẫu khí vào các túi. Một van điện từ thứ hai sẽ mở một mạch rẽ cho phép khí không đi qua lọc và các phần chính khác trong trạng thái hệ thống chờ, điều này cho phép bơm lấy mẫu được làm ấm. Trong hệ thống này có có tới 3 cặp lọc chính và phụ tương ứng với ba pha của chương trình thử, đây là điểm khác so với các hệ thống khác, nó cho phép dễ dàng lụa chọn các bộ lọc. Trong quá trình thử các cặp lọc nhất định sẽ được chọn tuỳ thuộc vào tiêu chuẩn thử. Các cụm lọc được được đặt trên một giá hoạt động bằng khí nén, giá này có thể để ở hai vị trí: Vị trí trên :sẵn sàng cho quá trình thử, tại vị trí này lọc được lắp vào hệ thống. Vị trí dưới : có thể tháo cụm lọc ra để kiểm tra và thay thế. Các lọc sau khi thử nghiệm được tháo ra khỏi ống dẫn khí đưa đi cân và phân tích. Chú ý là trước và sau khi lọc đều phải cân, sự chênh lệch khối lượng trước và sau khi thử nghiệm chính là khối lượng thành phần dạng hạt trong khí thải, kết hợp với bộ đo lưu lượng ta có thể tính được mức độ ô nhiễm của khí thải trong môi trường. Để thao tác nhanh chóng khi cần tháo lọc khi thử nghiệm xong, người ta thiết kế riêng biệt một ống trượt ở trung tâm của cụm lọc cho phép thay thế một cách thuận lợi các lọc 47mm và các lõi lọc này được đưa tới bàn cân có độ chính xác tới mức micro. Hệ thống lọc hạt được hỗ trợ bởi một máy điều khiển với 3 đường ống riêng biệt được làm bằng thép không gỉ và các đầu lấy mẫu cho các tiêu chuẩn ECE. Hình 2.6: Sơ đồ hệ thống lọc thành phần dạng hạt Đầu lấy mẫu tổng hợp CnHm. Đây là một thiết riêng biệt nằm bên cạnh ống làm loãng, một đầu rò được nối với bộ phân tích thành phần CnHm qua một đường ống luôn được gia nhiệt. Thiết bị này được thiết kế phù hợp với đặc điểm kỹ thuật của chuẩn EPA, với bộ quá nhiệt sẽ cung cấp hai khả năng cơ bản là chia nhiệt và điều khiển nhiệt độ. Cấu tạo của đầu lấy mẫu gồm có : ống thép không gỉ có đường kính 8mm, bộ sấy nóng 75W, một cảm biến nhiệt độ PT100 và ống cao su cách điện bảo vệ đồng thời cũng để giũ nhiệt. Cấu tạo của ống ổn định nhiệt gồm có : bộ hâm nóng 150W, một cảm biến nhiệt độ và một lớp thuỷ tinh cách điện bảo vệ. Ngoài ra còn có một bộ hâm nóng 300W có thể sử dụng ngay lập tức để kết nối với phần chính. Cảm biến nhiệt độ là loại PT100 kiểu A được lắp ráp ngược với lọc về bên trái, nó dò tìm nhiệt độ ở hầu hết các vị trí có khả năng giảm nhiệt độ. Nhiệt độ đầu đo được điều khiển quanh giá trị thiết lập trước là 191 °C với sai số cho phép là ± 7 °C thông qua một thiết bị điều khiển cơ bản là PID trong bộ PWM. Hình 2.7:Đầu lấy mẫu phân tích CnHm Bộ phận lấy mẫu một ống Venturi. Cấu tạo hệ thống lấy mẫu gồm có : thiết bị tạo xoáy gọi là Cyclonic Separator, bộ trao đổi nhiệt để điều khiển nhiệt độ khí xả loãng, ống Venturi, đầu lấy mẫu, thiết bị cảm biến nhiệt độ và áp suất. Thiết bị tạo xoáy : có nhiệm vụ loại bỏ các thành phần dạng hạt, còn tồn tại trong hỗn hợp khí xả và không khí bằng cách cho khí xả loãng vào một máy quay phân ly. Ngoài ra nó còn giúp làm đồng đều khí xả loãng trước khi vào ống Venturi. Ống Venturi : ống Venturi có thể thay đổi tuỳ theo lưu lượng khí. Với hệ thống 1 ống Venturi cho phép ứng dụng với các điều kiện thử của động cơ diezen. Ống Venturi được lắp hệ thống trao đổi nhiệt với nước vòng kín để điều chỉnh nhiệt độ khí loãng trước khi vào ống Venturi. Hệ thống nước tuần hoàn vồng kín bao gồm : nước mềm, bộ phận trao đổi nhiệt, hệ thống gia nhiệt, bơm tuần hoàn và các van điều chỉnh lưu lượng. Nước làm mát được pha thêm phụ gia và nhiệt độ của nó được điều khiển thông qua máy tính, tín hiệu điều chỉnh được lấy từ cảm biến nhiệt độ lắp trước ống Venturi. Nhiệt độ được điều chỉnh thông qua điều chỉnh lưu lượng nước. Hệ thống lấy mẫu CVS được kết nối với máy tính qua hai sợi cáp xoắn. Ống Venturi, bộ phận tạo xoáy và các bộ phận khác được nối với nhau nhờ các đệm cao su tròn nhằm loại bỏ khe hở và thuận lợi cho quá trình bảo dưỡng, kiểm tra, sửa chữa. Việc thay thế bộ trao đổi nhiệt của hệ thống lấy mẫu một ống Venturi cho động cơ xăng bằng bộ trao đổi nhiệt với nước tuần hoàn vòng kín sẽ cho phép ứng dụng hệ thống với động cơ diezen. Hình 2.8:Hệ thống lấy mẫu một ống Venturi. Túi khí mẫu. Trong một tủ đơn có các đường dẫn khí, các cụm lọc, bơm, thiết bị đo lưu lưọng, hệ thống phân phối và các túi khí. Lưu lượng mẫu khí xả loãng được điều khiển nhờ hệ thống ống Venturi đặt trong hệ thống lấy mẫu và được hiển thị trong thiết bị đo lưu lượng. Trong trường hợp tự động lựa chọn lưu lượng mẫu khí xả loãng, thì lưu lượng không khí được điều khiển bởi một van kim sao cho lưu lượng hợp với lưu lượng của mẫu khí xả và cũng được hiển thị qua một thiết bị đo lưu lượng khác. Trong hệ thố._.ng lấy mẫu một ống Venturi van kim được đặt dưới thiết bị đo để điều chỉnh lưu lượng không khí. Trong tủ chứa các túi khí mẫu, hệ thống lấy mẫu và bơm hút được nối với nhau bằng ống cao su mềm để giảm bớt sự rung động và sự truyền nhiệt. Ở mặt trước, có hệ thống lọc đa điểm với chức năng lọc các thành phần dạng hạt. Trong tủ chứa túi khí mẫu có một hệ thống phân phối, trên hệ thống phân phối có đặt các van chân không cho phép thực hiện các chức năng cơ bản cho quá trình lấy mẫu vào các túi khí và xử lý (quá trình chờ, làm sạch, hút khí…). Các túi khí kết hợp chặt chẽ với các van, điều đó cho phép cải thiện cách bố trí chung và cách điều khiển các túi khí. Điều này tạo ra các điểm lợi hơn so với cách bố trí van của các hệ thống trước : Kết nối chặt chẽ giữa các van. Trong mạng LON các thiết bị được điều khiển bằng tín hiệu số. Các giao diện được làm phù hợp cho việc kết nối với các thiết bị bên ngoài. Cho phép phát hiện và loại bỏ sự rò rỉ trong hệ thống. Các ống phân phối trong hệ thống được thiết kế riêng cho phép thực hiện quá trình quay vòng khí mẫu như quá trình hút khí hoặc quá trình làm sạch và đồng thời cũng cho phép quản lý lưu lượng vào túi khí mẫu. Để thiết lập chế độ Tedlar (chế độ tránh sự chèn ép của các túi khí) cho các túi khí người ta dùng một cặp túi khí cho một pha điền đầy mẫu khí nền và khí xả loãng. Hệ thống CVS có 9 túi khí trong một tủ, ở mỗi túi khí có một van chân không, van này sẽ hiển thị trên màn hình điều khiển khi túi khí rỗng và sẵn sàng cho quá trình lấy mẫu. Ngoài ra còn có một công tắc ngắt khi đầy, điều này tránh trường hợp quá đầy khí mẫu trong túi khí. Hình 2.9:Tủ lấy mẫu. Quạt hút. Người ta sử dụng quạt hút ly tâm để nâng áp suất qua ống Venturi lên áp suất cần thiết (20 kPa) để ống Venturi làm việc với dòng khí có tốc độ âm thanh. Quạt hút phải được tính toán sao cho áp suất tới hạn qua hệ thống phải khắc phục được tổn thất áp suất dòng chảy (trên các ống phân phối) và tổn thất áp suất tại các vị trí cục bộ (các chỗ ống gấp khúc, các đoạn ống có kích thước thay đổi) để đạt lưu lượng lớn nhất theo yêu cầu. Nếu hệ thống CVS đòi hỏi sự thay đổi lưu lượng trong phạm vi rộng, mà quạt hút lại được thiết kế cho lưu lượng lớn nhất, vì vậy có thể xảy ra hiện tượng không ổn định động lực khi lưu lượng là nhỏ, hiện tượng đó gọi là “surging”, điều đó liên quan tới nguyên tắc hoạt động của quạt hút ly tâm, hiện tượng này xuất hiện sẽ dẫn đến hư hại trong hệ thống. Để tránh hiện tượng hiện tượng này, hệ thống có bố trí một van gọi là “bleed – in” phía sau ống Venturi và trước bơm hút, nó sẽ tự động mở khi áp suất sau ống Venturi quá nhỏ, khi đó quạt sẽ hút được nhiều không khí từ bên ngoài hơn khí đi qua ống Venturi. Quạt hút được bố trí sao cho tiết kiệm không gian nhất vì thế người ta thường đặt nó ở trên hoặc dưới hệ thống lấy mẫu. Hình 2.10:Quạt hút trong hệ thống CVS Một số đặc điểm của hệ thống lấy mẫu khí thải. Hệ thống AVL CEC CFV CVS (Critical Flow Venturi – Constant Volume Sampler) cung cấp các phương pháp để thực hiện việc xem xét, đánh giá hay tự động điều chỉnh với các phép đo chính xác thành phần các chất có trong khí thải. Các chức năng cơ bản của hệ thống AVL CVS được đánh giá là phù hợp với các tiêu chuẩn của luật bảo vệ môi trường. Ngoài ra hệ thống còn có các tính năng ưu việt sau : Thu nhận toàn bộ khí xả với độ chênh lệch áp suất trên đường ống thải không lớn hơn 1,25kPa so với trường hợp không nối đường xả với hệ thống CVS. Khí loãng là khí xả của động cơ với không khí với một tỷ lệ phù hợp, tỷ lệ này giúp tránh hiện tượng ngưng tụ nước trên đường lấy mẫu và trong các thiết bị đo. Việc lấy mẫu khí vào các túi khí được điều chỉnh tương ứng với lưu lượng của khí xả loãng. Thực hiện các phép đo chính xác đối với toàn bộ lượng khí xả loãng để xác định tổng lượng phái thải với đối với mỗi pha. Hút khí và làm sạch túi khí mẫu bằng không khí mẫu giữa các quá trình thử. Việc lấy mẫu khí xả không gây ảnh hưởng tới điều kiện xả khí của động cơ. Hệ thống thử nghiệm cũng cho phép ta thực hiện lấy mẫu một các liên tục. Hệ thống đo đạc tính toán được thành phần dạng hạt có trong khí xả của động cơ đốt trong. Hệ thống cung cấp khả năng điều khiển hệ thống từ bảng điều khiển, từ các thiết bị trợ giúp, hoặc từ máy tính điều khiển thông qua giao thức kết nối AK. Hệ thống AVL CEC CVS kết hợp nguyên lý lưu lượng dòng chảy tới hạn qua ống Venturi để tạo ra một lượng không đổi vì vậy hệ thống có thể tích luỹ hay lấy được một lượng khí mẫu một các chính xác trong các điều kiện chuẩn, dựa trên công nghệ vi xử lý. Lưu lượng lớn nhất của hệ thống CVS phụ thuộc vào hệ thống lấy mẫu và quạt hút sao cho thích hợp với các ứng dụng cầc thiết. Ở lưu lượng lớn nhất nó phù hợp với hầu hết các yêu cầu của quá trình thử và có thể lựa chọn bằng tay thông qua việc tính toán các ống Venturi Trong hệ thống sử dụng bộ tạo xoáy để loại bỏ thành phần dạng hạt trong khí xả loãng và đảm bảo tốt hơn cho việc hoà trộn khí xả với không khí làm loãng. Sử dụng đầu lấy mẫu tương ứng với tỷ lệ lấy mẫu. Có thể tách riêng tủ lấy mẫu và quạt hút một các linh hoạt sao cho thiết bị chiếm không gian nhỏ nhất. Sử dụng giao thức AK để kết nối với máy chủ. PC cung cấp một giao diện thân thiện dễ sử dụng, trên cơ sở bộ truyền tốc độ cao, Giao tiếp thông qua cổng bus ISA với một thiết bị hỗ trợ LON, các thiết bị hiện đại được cài đặt các phần mền mới dễ sử dụng thân thiện và tương thích. CHƯƠNG III THIẾT BỊ PHÂN TÍCH KHÍ XẢ. Vai trò của CEBII trong hệ thống thử nghiệm khí xả. Trong hệ thống thử nghiệm khí xả CEBII (Combustion Emission Bench) có vai trò rất quan trọng. Tủ phân tích CEBII có chứa các bộ phân tích khác nhau để phân tích các thành phần độc hại có trong khí xả như: khí CO,CO2,NO,NO2,HC. Ngoài ra nó còn có vai trò phân tích thành phần các chất phụ tham gia vào các quá trình thử nghiệm như: phân tích thành phần không khí vào hoà trộn (phân tích khí nền) hay tạo ra, huỷ đi O3, đo hiệu suất quá trình tạo ra O3 hoặc chuyển đổi và đo hiệu suất quá trình chuyển đổi NO thành NO2. Vai trò thứ ba của hệ thống CEBII tuy rằng không tham gia vào quá trình đo đạc phân tích nhưng nó cũng rất quan trọng, đó là hiển thị kết quả đo trên màn hình và đưa kết quả đo sang các bộ phận khác để tính toán hoặc làm dữ liệu tính toán như: kết hợp với bộ phận đo quãng đường xe chạy để tính ra lượng chất độc hại thải ra trong một đơn vị độ dài. Qua đó đánh giá xem tình trạng động cơ có đảm bảo các tiêu chuẩn chất lượng hay không và tiêu chuẩn đảm bảo là tiêu chuẩn nào. Kết cấu của tủ CEBII. Tủ phân tích khí xả (CEBII) là hệ thống đo lường thực hiện bởi các môđun, thực hiện các phép đo đối với các thành phần NO, NOx, CO, CO2, O2, HC có trong khí xả. Hệ thống có thể hoạt động thông qua hệ thống máy tính công nghiệp nằm trong tủ được cài phần mềm điều khiển Gem 110 và toàn bộ các bộ phận phân tích. Việc truyền thông với máy phân tích được thực hiện thông qua bởi giao diện số tuỳ thuộc vào bộ phân tích mà có thể là một giao tiếp qua mạng CAN hay LON hoặc qua cáp RS232. Việc điều khiển các bộ phận chạy bằng hơi của hệ thống như máy bơm hoặc van, việc điều khiển nhiệt độ và việc giám sát các bộ phận cảm ứng của hệ thống được làm thông qua một bộ điều khiển logic có thể lập trình (PLC). Một vài bộ phận hoặc môđun có thể được tích hợp vào tủ chính . Điều này có thể thiết lập việc trưng bày cho các yêu cầu hoặc các ứng dụng đo lường khác nhau. Mô hình tủ CEBII. 1 : Máy tính tích hợp trong tủ. 3 : Các bộ phân tích. 2 : Khối SCU. 4 : Bảng đồng hồ khí. 2a : HCU khối làm nóng. 5 : Công tắc hệ thống. 2b : Khối làm lạnh. 6 : Khối chuẩn đoán. 2c : Khối điều khiển SCU. 7 : Các đường khí và nguồn điện. 2d : Vùng dành cho ERG. Hình 3.1:Mô hình tủ CEBII. Hình 3.2:Mô hình tủ CEBII Vị trí các môđun trong tủ phân tích. Ngăn thứ nhất thường được dùng để lắp bộ tuyến tính hoá và đo hiệu suất chuyển đổi NO2 thành NO (Diagnostic Unit). Nó không cần thường xuyên sử dụng vì thế để tiết kiệm chi phí bộ tuyến tính hoá và đo hiệu suất chuyển đổi NO2 thành NO được lắp trên một giá đỡ di động, được sử dụng cho nhiều tủ phân tích CEBII do đó ngăn thứ nhất này có khi là ngăn trống. Ngăn thứ hai: đựoc đặt một máy tính tích hợp trưng bày là đơn vị điều khiển trung tâm trong hệ thống đo lường của tủ CEBII. Máy tính công nghiệp này thực hiện trên Windows NT,với phần mềm được cài đặt là GEM 110 và giao diện đồ họa là hệ thống có thể được vận hành. Dữ liệu được nhập vào thông qua các phím được cài sẵn bên phải màn hình, các phím chức năng phía dưới màn hình hoặc thiết bị trỏ. Việc truy cập tới tất cả các máy tính kết nối được thực hiện thông qua màn hình và bàn phím, nó được cài như là một hệ thống riêng và có thể di chuyển được.Bên cạnh máy tính tích hợp là một hệ thống các đồng hồ đo áp suất các chất khí đi vào bộ phân tích, ba đồng hồ phía trên đo khí H2/He, khí N2 và khí systh air, các khí này có áp suất quy định khi và tủ CEBII là 4bar. Hai đồng hồ phía dưới chỉ áp suất khí nén compr air, và khí làm sạch backflush, áp suất chỉ định là 6bar. Phía dưới các đồng hồ đo áp suất là các đầu nối khí vào để tuyến tính hoá. Tiếp theo phía dưới của máy tính (ngăn thứ ba) là bộ phân tích O2 có khoảng đo từ 1% đến 25%. Tuỳ theo hàm lượng O2 như thế nào mà chọn dải đo phù hợp. Dưới bộ phân tích O2 là hai bộ phân tích CO và CO2 (ngăn thứ tư). Phân tích CO cũng được chia làm hai loại CO low với khoảng đo là 30ppm tới 2500ppm và CO hight có khoảng đo là 0,5% đến 10%. Phân tích CO2 thì có chung một khoảng đo đó là 0,5% đến 20%. Bên cạnh bộ phân tích CO, CO2 có hệ thống các van kim để điều chỉnh lượng khí vào hiệu chỉnh, phía dưới các van kim là các ống chỉ lưu lượng khí hiệu chỉnh. Ngăn thứ năm: có hai bộ phân tích HC cùng có khả năng đo lượng HC trong khoảng 9ppm đến 30%. Tuy nhiên để tiết kiệm, các bộ phân tích được lại chia ra để đo, một bộ chỉ để đo khí xả có hàm lượng HC thấp và một bộ chỉ để đo khí xả có hàm lượng HC cao, với điều này có thể sử dụng chung hai đến ba bình khí nén có hàm lượng phù hợp với cả hai bộ phân tích. Bên cạnh bộ phân tích này có các đồng hồ chỉ áp suất khí H2/He, khí cháy và đồng hồ chỉ áp suất khí nền. Ngoài ra còn có một van kim điều chỉnh lượng O2 vào bộ phân tích và có một ống chỉ lưu lượng khí. Ngăn thứ sáu: được để một bộ phân tích NO/NOx, bộ phân tích này có khoảng đo 50ppm đến 10000ppm. Bên cạnh ngăn thứ sáu tương tự như ngăn thứ năm, có các đồng hồ chỉ áp suất khí H2/He, khí cháy và đồng hồ chỉ áp suất khí nền. Ngoài ra còn có một van kim điều chỉnh lượng O2 vào bộ phân tích và có một ống chỉ lưu lượng khí, nhưng tất cả đều dùng để đo cho bộ phân tích HC còn lại. Ngăn thứ bảy: là khối SCU. Bộ sấy nóng khí mẫu SCU (sample conditioning unit) bao gồm tất cả các thành thực hiện và điều chỉnh sấy mẫu khí. Bộ SCU bao gồm các thành phần sau : Với bộ phân tích HC và bộ phân tích NOx hơi nước không làm sai lệch kết quả đo, nhiệt độ đo yêu cầu phải cao để tránh những sai số khi đo vì vậy cần phải sấy nóng khí mẫu. Khối làm nóng khí mẫu (heat sample unit) : kết hợp đường làm nóng và một bơm khí làm nóng với một bộ lọc sơ cấp và một bộ lọc thứ cấp tại đường vào. Bơm có thể có hai đường vào. Các van điều khiển đường đi của khí qua bộ đánh lửa FID và bộ phân tích quang hoá CLD cũng được tích hợp vào trong khối này. Còn với các bộ phân tích CO,CO2, O2 thì ngược lại, để đo chính xác lại phải làm lạnh mẫu khí để loại bỏ đi hơi nước bởi vì hơi nước trong trường hợp này có ảnh hưởng lớn tới kết quả đo. Nó là nguyên nhân sinh ra sai số trong trường hợp này. Vì vậy cần tính toán nhiệt độ của khí để loại bỏ nước trong khí xả mẫu. Yêu cầu này được áp dung cho tất cả các bộ phân tích không làm nóng như CO, CO2, O2. Khối điều khiển SCU chứa tất cả các bộ phận để điều khiển đường đi và điều chỉnh dòng khí như các van hoặc bộ điều chỉnh áp suất, nguồn điện và các bộ cảm ứng để giám sát trạng thái của SCU. Việc điều khiển bằng tay được thực hiện bởi PLC, vì vậy SCU điều khiển là độc lập và chỉ dẫn dữ liệu tới máy tính kết nối là được trình bày theo yêu cầu. Một môđun ERG tuỳ ý hay một môđun Tracer cũng có thể được tích hợp vào trong SCU. Ngoài các phần đã được nêu ở trên, tủ CEBII còn có các chi tiết sau: Hệ thống có một công tắc để ngắt toàn bộ từ nguồn. Công tắc này có thể bị khoá ở vị trí OUT (ví dụ khi bảo dưỡng). Bên phải màn hình có một của sổ, qua đó ta có thể thấy các van tắt bằng tay và các máy đo áp suất sẵn có để dùng. Cũng có một công tắc được lắp đặt sẽ đóng mở hệ thống phân tích với máy tính điều khiển. Các bộ phân tích được đặt ở giữa tủ phân tích và có vỏ bọc bên ngoài, các vỏ này không thường xuyên mở ra. Ở đó các bộ phận của bộ phân tích và tất cả các bộ phận liên quan tới khí yêu cầu đều được định vị trên các rãnh trượt. Bộ chuẩn đoán (diagnostic) có thể được lắp đặt phía trên đỉnh của tủ phân tích. Môđun này có thể kết hợp các đường khí riêng rẽ thành một đường cho bộ phân tích, đồng thời môđun này có thể kiểm tra sự chuyển đổi NOx và sự tồn tại của hơi nước. Tất cả các thành phần khí sử dụng cho việc tính toán khí mẫu và cáp điện cung cấp điện cho hệ thống được lắp đặt phía sau tủ phân tích. Mô tả hệ thống điều khiển. Bố trí của hệ thống điều khiển. 1 : Máy tính điều khiển. 2 : Thiết bị PLC I/O. 2a : PLC trong SCU. 2b : PLC trong tủ phân tích. 2c : CAN I/O cho thời gian Môđun kết nối với khí xả. 2d : CAN I/O của PLC cho những tuỳ chọn. 3 : Các bộ phân tích với kết nối LON. 4 : Các bộ phân tích với kết nối CAN. 5 : Các bộ phân tích với kết nối RS 232. 6 : Các van. 8 : Bộ làm nóng (cảm biến nhiệt độ và thiết bị làm nóng). 7 : Các bơm. 9 : Khí làm lạnh. 10 : Các loại cảm biến khác nhau. Hình 3.3: Sơ đồ hệ thống điều khiển Sự điều khiển nhiệt độ. Tất cả các vòng làm nóng được thiết lập trong tủ phân tích đều được điều khiển bởi PLC (nó không đứng riêng lẻ và việc điều khiển nhiệt độ là ngay tức thì). Qua đó hệ thống luôn hoạt động trong trạng thái được làm nóng. Bên cạnh việc điều khiển nhiệt độ hẹ thống, PLC còn hiển thị các điều kiện hoạt động để có thể tránh các hư hại tới hệ thống. Trong trường hợp nhiệt độ nằm ngoài giá trị giới hạn thì hệ thống sẽ không thể thiết lập trạng thái chuẩn. Các đặc trưng an toàn. Hệ thống thông gió của khí xả mẫu. Mẫu khí xả cũng như khí xả đã được định lượng, nó có ảnh hưởng nguy hiểm tới con người. Vì thế cho nên cần có một hệ thống thông gió thích hợp để lưu chuyển khí xả đi khỏi đường ống vào hệ thống phân tích. Trong một trường hợp nào đó hệ thống lưu chuyển khí xả không làm việc thì một cảm biến lưu lượng nằm bên trong hệ thống lưu chuyển sẽ tắt tất cả hệ thống về khí xả. Điều này đảm bảo rằng khí xả sinh ra sẽ không gây ra tình trạng nguy hiểm cho người sử dụng hệ thống đo. Các vấn đề về điều chỉnh nhiệt độ. Trong trường hợp xảy ra các sự cố ở bộ phận điều chỉnh nhiệt độ, nhiệt độ tăng quá giới hạn cho phép (bất cứ sai sót nào về việc chuyển tiết năng lượng) hệ thống sẽ ngắt nguồn điện cung cấp cho SCU để tránh các hư hại cho bản thân hệ thống sấy nóng hay các bộ phận khác. Ngoài các hoạt động tự sửa chữa hệ thống còn chuyển một thông báo đến cụm điều khiển và hiển thị. Thông báo này sẽ được đưa vào nhật ký báo lỗi của hệ thống để phục vụ cho những đánh giá và báo cáo sau này. Hệ thống kiểm tra áp lực dẫn khí. Việc tạo áp lực của bơm dẫn khí cũng như áp lực của hệ thống truyền đến van cần được biết và điều chỉnh tốt. Trong trường hợp xảy ra tình trạng sai sót về áp lực, hệ thống sẽ ngừng hoạt động để tránh hỏng hóc do áp suất gây ra. Hệ thống kiểm tra độ ẩm. Khí mẫu sau quá trình loại bỏ hơi nước thì được kiểm tra bằng một cảm biến đo độ ẩm. Trong trường hợp độ ẩm quá một giá trị cho phép, hệ thống sẽ ngừng thử nghiệm mẫu. Điều này giúp cho hệ thống và bộ phân tích không bị thiếu nước. Mô tả các thành phần cấu tạo. Đường lấy mẫu. Đương lấy mẫu là đương ống dẻo, làm nóng được sử dụng để lấy mẫu từ đường vào của bơm đặt bên ngoài tử phân tích. Đương ống này tạo từ ống Teflon với đường kính ngoài là 8mm. Vỏ làm nóng quấn quanh ống và được bảo vệ vỏ lưới kim loại. Đường ống này được làm từ silicon, ở cuối đường ống là thiết bị được ghép nối từ các ống kim loại sao cho phù hợp với ống có đường kính 8mm. Bộ làm nóng được hỗ trợ bởi nguồn điện một pha 230V. Một cặp nhiệt ngẫu kiểu K được lắp đặt cho điều khiển và hiển thị giá trị nhiệt độ. Dây nối điện và tín hiệu nhiệt độ được kết nối trong một phích nối chung, phích này dùng để kết nối giữa SCU và tủ phân tích. Vì vậy các đường nối khí và điện là luôn hoạt động cùng nhau. Lọc khí mẫu. Khí mẫu vào tủ phân tích trước tiên phải qua một thiết bị lọc. Thiết bị này đặt ở phía trên của bơm làm nóng để đảm bảo cho phù hợp với với nhiệt độ trong HSU và tránh các vùng bị lạnh. Lọc bao gồm một lọc thứ cấp, lọc này có thể dễ dàng được thay thế hoặc thổi sạch bằng cách thổi luồng khí nóng qua lọc. Ngoài ra còn có một lọc thứ hai sẽ được lắp đặt để bảo vệ trong trường hợp lọc thứ cấp có vấn đề. Cả hai lọc đều có thể lọc được các hạt cỡ micro. Trongtrường hợp các lọc được trang bị một van ngắt vá một đường quay trở lại đường vào lọc. van ngắt là van không khí hoạt động để đảm bảo sự hoạt động đúng đắn trong điều kiện nhiệt độ cao và tại các vị trí áp suất khác nhau. Không khí điều chỉnh van được điều khiển bởi một van chân không. Van này là một van điều chỉnh bằng áp suất được đặt trong SCU. Van chân không được đặt đằng sau HSU và bên cạnh motor bơm. Đường dãn khí mẫu tới bộ phân tích. Khí mẫu được phân bố dưới dạng các dòng khí từ bơm lấy mẫu tới các bộ phân tích khác nhau được đặt trong hệ thống. Có một sự khác nhau giữa bộ phân tích nóng và bộ phân tích lạnh như sau : thông thường mỗi bộ phân tích đơn (trong trương hợp kết hợp các bộ phân tích trong mỗi kênh) có thể phân tích độc lập với khí mẫu. Vì vậy một bộ phân tích có thể lấy mẫu trong khi bộ phân tích khác đang tính toán và bộ phân tích cuối cùng có thể đang chờ. Đường dẫn khí mẫu tới bộ xử lý bao gồm ba chức năng : Chức năng thứ nhất : nó có thể ngắt các khí tới bộ phân tích khi bộ phân tích trong trạng thái chờ hoặc trạng thái dừng. Chức năng thứ hai : nó sẽ dẫn khí mẫu tới bộ phân tích khi bộ phân tích trong trạng thái lấy mẫu để đo các thành phần độc hại trong khí xả. Chức năng thứ ba : nó cũng có thể dẫn khí để tính toán (zero, span hoặc khí để chuẩn đoán thiết bị) tới bộ phân tích để kiểm tra giá trị tính toán của bộ phân tích. Bộ phân tích lạnh CO, CO2. Khí mẫu được đưa tới bộ phân tích từ đường ống dẫn của bơm lấy mẫu, đầu tiên khí mẫu được làm lạnh để loại bỏ nước có trong thành phần khí xả.Sau đó nó được đưa tới bộ phận phân tích. Các mẫu khí được đưa tới ống phân phối nhờ van ba ngả. Mỗi van cho một bộ phân tích, có thể van được đặt ở giữa hai vị trí khi lấy mẫu hoặc khi tính toán khí. Việc tính toán khí còn được hỗ trợ bởi một hệ thống phân phối khác, ống phân phối này có thể lựa chọn được nguồn khí để phân tích như khí cho hiệu chuẩn zero hoặc span. Bộ phân tích nóng HC, NOx. Khí lấy mẫu được làm nóng trước khi đưa tới bộ phân tích (nhiệt độ khí đạt tới 190 °C). Với bộ phân tích nóng ta cần phải đảm bảo nhiệt độ từ đầu lấy mẫu, trên đường dẫn khí và bộ phân tích phải cùng một nhiệt độ, không được có sự sai khác. Hệ thống này kết hợp chặt chẽ các đầu lấy mẫu, các đường dẫn sao cho không có sự sai khác và loại bỏ trường hợp có vùng bị giảm nhiệt độ. Do có yêu cầu cao về độ chính xác của các phép đo và tính toán, vì thế mà các van ba ngả và khí xả để tính toán đều được đặt trong HSU. Nguyên lý hoạt động của các bộ phân tích. Toàn bộ hệ thống phân tích khí xả được thiết lập theo một hệ thống các quy ước hoàn chỉnh giúp cho sự điều khiển và thử nghiệm kà tốt nhất. Để làm được điều này các nhà khoa học đã nghiên cứu vị trí lắp đặt các đầu đo sao cho vị trí đo có ảnh hưởng tốt nhất tới kết quả. Thông thường đầu đo lắp đặt để đo CO, NOx, O3, HC. Nguyên lý làm việc của bộ phân tích CO: Cấu tạo của hệ thống đo CO: Hình 3.4:Sơ đồ nguyên lý bộ phân tích CO. Dụng cụ để phân tích là một thiết bị đo bằng tia hồng ngoại, nó bao gồm: Một buồng phát tia hồng ngoại. Màn chắn. Đĩa khoét các rãnh. Buồng chứa khí mẫu. Buồng chứa khí CO được ngăn cách bằng một tấm màng cao su. Thi ết bị đo độ võng của màng. Buồng chứa khí CO được ngăn cách bằng một tấm màng cao su. Buồng chứa khí mẫu. Nguyên tắc hoạt động: CO hấp thụ bức xạ hồng ngoại ở bước sóng cỡ 4,7 μm vì thế sự có mặt và số lượng của CO có thể xác định bởi sự giãn nở của CO tại buồng đo khi có tia hồng ngoại đi qua. Khi cần đo lượng CO có trong khí mẫu cho khí mẫu đi vào buồng (4). Sau đó cho đốt đèn hồng ngoại (1). Tia hồng ngoại đi qua buồng (4) và buồng (8), buồng (4) có CO nên một phần tia hồng ngoại bị hấp thụ, còn buồng (8) chỉ có khí N2 vì vậy tia hồng ngoại đi qua hoàn toàn. Để lượng hồng ngoại qua hai buồng là như nhau đĩa (3) được điều khiển quay, trên đĩa (3) có sẻ các rãnh sao cho thời gian cho tia hồng ngoại qua rãnh trong và ngoài là bằng nhau. Sau khi đi qua hai buồng (4) và (8), tia hồng ngoại tới buồng (5) và buồng (7). Trong hai buồng này chứa toàn CO, lúc này tia hồng ngoại sẽ bị hấp thụ hoàn toàn bởi CO và làm tăng nhiệt độ của khối khí trong buồng (5) và buồng (7), tương ứng với sự tăng nhiệt độ là sự tăng áp suất. Hai buồng (5) và (7) được ngăn cách với nhau bằng một màng cao su. Trong hai chùm tia hồng ngoại, chùm tia hồng ngoại đi qua buồng (4) đã bị hấp thụ một phần tại đó vì vậy sự hấp thụ tia hồng ngoại tại buồng (5) ít hơn buồng (7) do đó có sự chênh lệch áp suất giữa hai buồng. Sự chênh lệch áp suất này làm cho màng cao su bị cong, đo độ cong có thể tính được độ chênh lệch áp suất. Qua tính toán độ chênh áp suất sẽ biết được lượng CO đã hấp thụ tia hồng ngoại. Lượng CO đó chính là lượng CO có trong khí xả. Khi đo CO trong khí xả bằng phương pháp hồng ngoại phải tính đến các điều kiện gây ra sai số. Đặc biệt là sự hấp thụ của nước. Vì vậy phải có biện pháp hiệu chỉnh giá trị đo. Thông thường hiệu chỉnh giá trị đo bằng cách lọc hết nước hoặc quy định giá trị ảnh hưởng của nước trong các khoảng đo. Hình 35: Sự ảnh hưởng của H2O tới kết quả đo CO Nguyên lý làm việc của bộ phân tích NO và NOx: Cấu tạo của hệ thống đo NOx và NO: Dụng cụ đo là thiết bị xác định cường độ ánh sáng, nó bao gồm các chi tiết chính: Khí ôzôn được sinh ra nhờ một thiết bị tạo ôzôn trong không khí. Một bộ phận chuyển đổi NO2 thành NO. Một buồng phản ứng đo NOx có các đường dẫn khí ôzôn và khí mẫu Một buồng phản ứng đo NO có các đường dẫn khí ôzôn và khí mẫu. Một bộ hủy ôzôn trước khi thải ra môi trường Một bộ đo cường độ ánh sáng. Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý bộ phân tích NOx . Nguyên tắc hoạt động: Thiết bị hoạt động dựa vào hiện tượng khí quang hoá để xác định hàm lượng NO, NOx. Thực chất phương pháp này là đo cường độ ánh sáng do các phần tử NO2 hoạt tính sinh ra. NO2 hoạt tính được tạo ra trong buồng phản ứng qua phản ứng sau: NO + O3 = NO2* + O2 Không khí được đưa vào một đường và được cho qua một bộ tạo ôzôn, O2 trong không khí được tạo thành O3 nhờ tia lửa điện và được đưa đến buồng phản ứng. Để đo lượng NO có trong khí xả, khí xả được đưa trực tiếp vào buồng phản ứng. Trong buồng phản ứng có O3 vì vậy một phần NO có trong khí xả mẫu sẽ phản ứng với O3 và tạo ra NO2*, NO2 hoạt tính tồn tại không lâu trong điều kiện bình thường vì vậy nó sẽ tự động về NO2 không hoạt tính bằng cách phóng đi một phần năng lượng dưới dạng tia sáng. Đo cường độ tia sáng thu được và dựa vào đó để xác định lượng NO phản ứng. Từ lượng NO phản ứng có thể tính ra lượng NO có trong khí xả mẫu. Để đo lượng NOx có trong khí xả mẫu, cho tất cả khí xả mẫu đi qua một bộ chuyển đổi từ NO2 thành NO. Phần lớn NO2 được chuyển đổi thành NO, sau đó tất cả khí xả đã qua chuyển đổi được đưa tới buồng phản ứng. Tương tự như là với NO, trong buồng phản ứng một lượng NO có trong khí xả sẽ phản ứng với O3 và tạo thành NO2 hoạt tính. NO2 hoạt tính (NO2 năng lượng cao) sẽ lại tự nhảy về mức năng lượng thấp và phát ra ánh sáng, từ đó tính ra lượng NOx có trong khí xả. Trong tất cả các phản ứng của bộ phân tích NO và NOx đều xảy ra với hiệu suất nhất định. Vì vậy để biết được chính xác lượng chất NO và NOx có trong khí xả,ta phải xác định được hiệu suất phản ứng. Để xác định được hiệu suất phản ứng phải biết được lượng chất tham gia phản ứng. Vì vậy trong hệ thống CEBII có một bộ phận đo hiệu suất phản ứng tạo O3 và hiệu suất phản ứng sinh ra NO. Nguyên lý làm việc của hệ thống đo O2: Cấu tạo của hệ thống đo O2: Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý bộ phân tích O2 Dụng cụ đo O2 là một hệ thống bao các chi tiết sau: Một bộ nam châm vĩnh cửu. Một con lắc có thể qua trong mặt phẳng ngang được đặt trong từ trường của nam châm. Giữa con lắc có gắn một tấm gương phản chiếu tia sáng. Một màn hứng tia sáng từ đèn. (Cũng là một phôtodiot) (Photo-cells). Một đèn phôtodiot (Infrared-Diode). Một bộ nhận lệnh từ bộ sử lý và điều khiển gương (Dumbbell current). Một bộ sử lý tín hiệu (Procesor). Một bộ chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu số (A/D-converter). Một bộ đánh giá so sánh sự sai lệch của hai màn chắn (Difference). Nguyên tắc hoạt động: Bộ phận đo O2 dựa trên nguyên tắc: khi cho một luồng khí O2 đi vào trong từ trường của một nam châm thì các phân tử O2 và các hạt bụi sắt sẽ bị hút vào trong còn các phân tử nước sẽ bị đẩy ra ngoài. Ban đầu cho một luồng khí có chứa O2 đi vào dọc theo chiều của nam châm. Các phân tử O2 sẽ bị hút vào giữa từ trường, sự di chuyển đó tạo ra một dòng khí. Tại giữa của từ trường có một con lắc, dưới tác dụng của dòng O2, con lắc chịu một lực tác dụng làm cho lệch đi một góc nào đó. Khi có dòng khí đi qua từ trường, thì đèn phôtodiot cũng được hoạt động, nó tạo ra một tia sáng chiếu đến tấm gương gắn trên con lắc. tia sáng sẽ bị phản chiếu lại thành hai tia và được chắn bởi màn chắn. Màn chắn cũng là một phôtodiot, nó cho dòng điện đi qua nhiều hay ít tuỳ thuộc vào cường độ ánh sáng chiếu đến. Do tấm gương bị lệch vì thế hai tia sáng tới màn chắn là khác nhau, từ đó dòng điện đi qua cũng khác nhau. Dòng điện đi qua hai màn chắn được đưa đến bộ so sánh. Bộ so sánh đánh giá hai dòng điện và dưa ra một giá trị điện gửi tới bộ chuyển đổi. Tại bộ chuyển đổi này giá trị điện sẽ chuyển thành tín hiệu số và đưa tới bộ phân tích. Bộ phân tích nhận tín hiệu và phân tích đánh giá, đưa ra các chỉ thị gửi tới bộ phận chấp hành tác dụng một lực điều khiển tấm gương. Tấm gương được điều khiển cho tới khi hai tia sáng có cường độ như nhau, thì lúc đó các bộ phân mới thôi không điều chỉnh, bộ phận chấp hành giữ nguyên lực tác dụng. Đo lực tác dụng, qua đó có thể phân tích đánh giá ra giá trị của lượng O2 có trong luồng khí thổi vào. Nguyên lý làm việc của hệ thống đo CnHm: Hệ thống đo HC dựa vào hiện tượng khí CnHm cháy trong môi trường đặc biệt sẽ tạo ra các Ion. Đo lượng Ion qua đó có thể xác định được lượng HC. Cấu tạo của hệ thống đo CnHm: Hệ thống đo HC có sơ đồ nguyên lý như hình dưới. Nó bao gồm các thành phần sau: Hệ thống có ba đường dẫn khí vào. Một là đường dẫn khí mẫu vào. Hai là đường dẫn khí cháy (hỗn hợp H/He). Ba là đường khí tạo môi trường cháy. Một buồng phản ứng có gắn cảm biến nhiệt độ. Một bộ đánh lửa để sinh tia lửa mồi. Một cặp cực điện được nối với một bộ khuyếch đại và một bộ đo điện áp. Một bộ cảm biến nhiệt độ PT100. Một bộ bơm khí nén tạo độ chân không để hút khí cháy ra. Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý bộ phân tích HC. H ình 3.9: Sơ đồ đường dẫn khí của bộ phân tích HC Nguyên tắc hoạt động: Khí mẫu cần đo được đưa vào hệ thống với áp suất 580mbar và lưu lượng 1500 l/h. Nó được hoà trộn với khí cháy (hỗn hợp H/He) được đưa vào ở đường ống thứ hai. Khí cháy có áp suất là 1050 mbar, có lưu lượng là 30 l/h. Khí mẫu và khí cháy được trộn với nhau và đưa vào buồng cháy với áp suất là 680 mbar. Trong buồng phản ứng hỗn hợp khí (20% O2, 80%N2) được bơm vào làm môi trường cháy. Khi khí mẫu và khí cháy được đưa vào, bộ đánh lửa bật tia lửa đốt cháy. Trong điều kiện như vậy khí HC không cháy mà bị bẻ gãy thành các Ion. Các Ion sinh ra trong môi trường có từ trường của cặp điện cực, nó sẽ bị hút về hai bản cực và tạo thành dòng điện ở trong mạch. Dòng điện được khuyếch đại khi đi qua bộ khuyếch đại và được đưa tới bộ đo điện áp. Khí cháy được hút ra nhờ độ chân không ở đầu ra. Độ chân không này được sinh ra do luồng khí nén thổi qua tại miệng hút. Dựa vào cường độ dòng điện sinh ra có thể đánh giá được lượng HC có trong khí mẫu. Khi đo lượng HC có trong khí xả của động cơ, các điều kiện đo rất được chú ý. Áp suất đầu vào phải đảm bảo chính xác. Lưu lượng phải đầy đủ. Có như vậy thì quá trình đo với đúng. Hệ thống sẽ đánh lửa 10 lần, trong 10 lần đó mà các điều kiện không đảm bảo thì hệ thống sẽ không đo. Sau 10 lần đánh lửa mà không đo được thì hệ thống sẽ dừng lại và yêu cầu có sự kiển tra sửa chữa. 3.4 Sơ đồ các đường dẫn khí. Khi dẫn khí mẫu đi vào các bộ phân tích, phải thiết lập một sơ đồ hoạt cho toàn bộ hệ thống, tránh tình trạng làm việc không có trật tự và không đúng quy tắc. Ngoài ra nó còn giúp cho người tìm hiểu, sửa chữa hệ thống dễ dàng xác định được nguyên tắc hoạt động, vị trí, chi tiết cần kiểm tra. Sơ đồ đường dẫn khí xả không hoà trộn của động cơ diezen (Raw gas engine test bed): Khí xả của động cơ được nối trực tiếp vào đường khí mẫu số 1 (sample in #1). Khí xả đi trong ống giữ nhiệt (E04LH 1) nhiệt độ luôn đảm bảo 190°C. Sau đó khí xả đi đến lọc F01P và F015, qua lọc đến van Y305 rồi đến bơm M01 (tại đây áp suất đạt 1500mbar). Từ bơm khí xả được chia thành ba phần: Một phần được đưa đi qua van Y302, khí qua van Y302 được điều chỉnh áp suất và lưu lượng một lần nữa, khí xả thừa được đưa tới lọc nước, rồi chuyển qua FM FID_1 Bypass rồi đưa ra ngoài (phần khí thừa qua bypass cần kiểm tra thường xuyên, nếu không có khí qua bypass thì phải kiểm tra bơm), còn nước cũng được bơm M04 đưa ra ngoài. Phần khí xả còn lại sau khi được điều chỉnh áp suất, lưu lượng chính xác được đo nhiệt độ bởi nhiệt kế B02, và được gia nhiệt trong ống E02LH FID tới bộ phân tích A22. Khí sau khi qua bộ phân tích cũng được đưa ra ngoài. Phần hai được đưa qua van Y301, khí qua Y301 được điều chỉnh lưu lượng và áp suất một lần nữa bằng cách x._.ân chia. Đặt bộ phân tích tiến hành tuyến tính hoá các đoạn cong đứt quãng. Lọc sạch các khí vào phân chia. Thực hiện tự động hiệu chỉnh cho bộ phân tích, và ghi nhận giá trị trung bình của điểm không (zero) và giá trị điểm cuối. Thổi một luồng khí khí hiệu chuẩn xuyên qua bộ phân chia khí xả và tới bộ phân tích. Đưa ra lệnh để phân chia các khí xả và xác nhận điểm đầu tiên. Đợi cho bộ phân tích ổn định và ghi nhận giá trị trung bình và giá trị nồng độ. Quay trở lại thực hiện bước này với các điểm khác. Tính toán các thông số riêng cho các đoạn cong cơ sở theo từng cặp dữ liệu. Ghép các dữ liệu vào các đoạn cong tuyến tính hoá để tính toán, ghi nhận và kiểm tra. Nếu chúng sai lệch cho phép thì ghi nhận nồng độ các điểm. Nếu có điểm nào không đạt khi tuyến tính hoá không thoả mãn sẽ có một thông báo lỗi hiển thị và sẽ thực hiện bước 11. Ghi nhận giá trị không và giá trị điểm cuối dải đo của quá trình tự động hiệu chỉnh, nếu kiểm tra sai số không đạt thì sẽ thực hiện bước 11. Đặt đường cong phân tích trong bộ nhớ, trong bộ phân tích và ghi vào tệp định dạng của GEM (GEM.ini). Thực hiện đổi tên nếu sự tuyến tính hoá được thực hiện thông qua bộ hiệu chỉnh. Đặt bộ phân tích ở chế độ chờ. Ghi nhớ tất cả các dữ liệu và các tuỳ chọn định dạng như là dải tuyến tính hoá, điểm đầu khí xả và loại cung cong. Kiểm tra tuyến tính hoá Mở kênh thông tin truyền tới bộ phân chia khí xả và lựa chọn sự lấy riêng khí từ bàn khí xả. Nếu không thành công, bộ tuyến tính hoá sẽ có thông báo. Điều này có thể là kết quả của sự định dạng các loại khí xả chia sẻ không phù hợp mà đi vào bộ phân chia. Lọc sạch bộ phân chia khí xả với thời gian lọc được lựa chọn. Thực hiện tự động hiệu chỉnh bộ phân tích, ghi nhớ giá trị trung bình của điểm không (zero) và giá trị của điểm cuối dải đo. Thổi một dòng khí dùng để hiệu chuẩn đi qua bộ phân chia khí xả và tới bộ phân tích khí xả. Đưa lệnh tới bộ phân chia khí xả để xác nhận điểm đầu tiên, đợi cho bộ phân tích khí xả ổn định lại và nhớ giá trị trung bình đọc được. Đối chiếu để giá trị thật không quá 2% so với điểm đo, không quá 1% tỷ lệ và đối chiếu kết quả hiển thị. Làm lại bước này với mỗi điểm tuyến tính hoá. Thổi một luồng khí hiệu chỉnh giá trị không, đợi cho bộ phân tích ổn định lại và ghi nhớ giá trị trung bình đọc được. Thổi một luồng khí hiệu chỉnh giá trị điểm cuối, đợi cho bộ phân tích ổn định lại và ghi nhớ giá trị trung bình đọc đựơc. Hiển thị kết quả của điểm không và điểm cuối dải đo bao gồm cả sai số từ những lần thử nghiệm trước. Hiển thị toàn bộ kết quả. Kể cả những điểm không thoả mãn hoặc điểm không, điểm cuối dải đo không đạt trong quá trình kiểm tra tuyến tính hoá. Ghi nhận tất cả bao gồm các điểm tuyến tính hoá, điểm không, điểm cuối dải đo và ngày giờ thử nghiệm, bài thử nghiệm đạt hay không đạt. 4.2.3 Các thao tác cụ thể để tuyến tính hoá. 4.2.3.1 Tuyến tính hoá tự động. Sự tuyến tính hoá có thể được kích hoạt thông qua bảng chọn Diagnostics. Thiết lập sự tuyến tính hoá: Để cài đặt thuộc tính điều khiển mở, chọn mục “Connection” để gán một máy phân tích và kết nối với Server. Chọn “Linearize Config” để định nghĩa thiết lập tuyến tính hóa: Analyzer Range: chỉ ra phạm vi mà máy phân tích sẽ được tuyến tính hóa. Dilution Gas Type/ Con: chọn loại gas trong hộp danh sách và trong mục tập trung. Carrier Gas Type: N2 hoặc không khí, chọn trong hộp danh sách. Curve Type / Oder : chọn đường cong thứ tự từ 1 đến 4. Path Search String: để việc kiểm tra các đường dẫn quản lý gas được sử dụng, bộ phận điều khiển tìm kiếm loại chuỗi nhập vào và chỉ đưa ra các đường dẫn chứa chuỗi này. Lin Gas Path: chỉ ra đường dẫn gas cho bộ chia gas. Pre – Linearization Auto Calibration/ Post – Linearization Zero/ Span Drift Check: mặc định. Automatically save curve if passed: Mặc định, nếu mục này không được chọn, bộ điều khiển sẽ nhắc người dùng sau mỗi tuyến tính hóa. Available Cutpoints: số điểm cắt lớn nhất là thuộc tính bộ chia gas cụ thể, phụ thuộc vào mẫu. Giá trị này được thiết lập trên các thuộc tính server. Selected Cutpoints: “>” chọn điểm cắt đơn, “>>” chọn tất cả điểm cắt sẵn có; dùng “Del” để xóa một đầu vào đơn từ danh sách, “Clr” sẽ xóa tất cả các điểm cắt từ danh sách. Hình 4.1: Bảng điều khiển tuyến tính tự động-các đặc tính điều khiển. Chạy chức năng: Để khởi động chức năng tuyến tính hóa, kích chuột phải ở bất kỳ vị trí nào trong điều khiển và chọn “Start Linearization”, từ danh mục context dùng phím chức năng được gán. Khi tuyến tính hóa khởi động, danh mục context sẽ biến đổi. Hình 4.2 Trình đơn context. Để dừng chức năng đang chạy chọn “Abort Function”. Nếu việc tuyến tính hóa không thực hiện được, bạn có thể tải các giá trị hợp lệ gần nhất bằng cách chọn “Load Last Linearization”. Màn hình báo cáo: Màn hình báo cáo hiển thị tiến triển thực trong suốt quá trình chạy chức năng. Hình 4.3: Màn hình báo cáo Màn hình dữ liệu: Màn hình dữ liệu hiển thị tất cả dữ liệu được dùng trong tiến trình tuyến tính hóa theo định dạng bảng. Màn hình được mô tả như sau: Step (điểm cắt) - điểm cắt nếu điểm cắt bộ chia gas được dùng cho điểm dữ liệu này. Các con số này được định nghĩa trong thuộc tính đối tượng cho mỗi trang. Conc – sự tập trung thực sự ở máy phân tích. Reading - kết quả của việc đọc một giá trị ổn định từ máy phân tích. StdDev - độ lệch chuẩn cho việc đọc. Curve Fit - việc đọc sau khi điều chỉnh thông qua một đường cong thích hợp đã xác định. %Diff-PT - Sự khác nhau giữa đường cong thích hợp và sự tập trung như phần trăm giá trị của sự tập trung. Giá trị này không được định nghĩa ở sự tập trung mức 0 và được hiển thị là “0”. %Diff-FS - Sự khác nhau giữa đường cong thích hợp và sự tập trung như phần trăm giá trị của phạm vi giới hạn cao hơn. Hình 4.4: Bảng điều khiển tuyến tính hoá tự động-màn hình dữ liệu. Màn hình đồ thị: Màn hình đồ thị hiển thị việc đọc máy phân tích và các giá trị đường cong thích hợp bằng đồ thị. Kích chuột phải vào đồ thị để thay đổi tỷ lệ và màu sắc. Hình 3.3: Tuyến tính hoá bằng tay-màn hình đồ thị. Màn hình tóm tắt: Màn hình tóm tắt hiển thị bản tóm tắt của phần trăm lỗi thông tin cho dữ liệu hiện thời và tuyến tính hóa đường cong thông tin. Hình 4.5: Tuyến tính hóa tự động – Màn hình tóm tắt. Hộp thứ nhất đưa ra giá trị nhỏ nhất, lớn nhất, trung bình và đạt hay không đạt được hiển thị cho tất cả phần trăm điểm và phần trăm của đầy đủ các giá trị tỷ lệ. Ở bên phải có một hộp hiển thị ngày gần nhất tuyến tính hóa thành công. Hộp cuối cùng hiển thị các hệ số (đã chuẩn hóa) được tính toán từ các dữ liệu tuyến tính hóa. 4.2.3.2 Kiểm tra tuyến tính hoá. Việc kiểm tra tuyến tính hóa được thực hiện bởi bộ điều khiển tuyến tính hóa tự động. Để bắt đầu chức năng này chọn “Start Check” từ danh mục context hoặc dùng các phím chức năng đã được gán. Để nạp các giá trị hợp lệ gần nhất chọn “Load last Check”. Màn hình kiểm tra: Hộp thứ nhất trong màn hình này hiển thị tất cả các giá trị được dùng trong tiến trình kiểm tra tuyến tính hóa với định dạng bảng (xem giải thích chi tiết ở chương 5.2.1). Ở bên phải là hộp hiển thị ngày gần nhất tuyến tính hóa thành công. Hộp cuối cùng chỉ ra giá trị nhỏ nhất, lớn nhất, trung bình và đạt hay không đạt được hiển thị cho tất cả phần trăm điểm và phần trăm đầy đủ các giá trị tỷ lệ. Hình 4.6: Tuyến tính hóa tự động - Kiểm tra tuyến tính hóa. 4.2.3.3 Tuyến tính hóa thủ công. Thiết lập tuyến tính hoá: Để thiết lập bộ điều khiển mở các thuộc tính điều khiển, chọn mục “Connection” để gán một máy phân tích và kết nối với Server. Chọn “Linearize Config” để định nghĩa các giá trị thiết lập tuyến tính hóa. Hình 4.7: Thiết lập tuyến tính hoá thủ công. Chạy chức năng: Hình 4.8: Trình đơn chức năng. Để bắt đầu chức năng tuyến tính hóa, kích chuột phải tùy ý trên bộ điều khiển để truy cập danh mục context. Để chạy một tuyến tính hóa thủ công, đường cong đầu tiên phải được khóa bằng “Disable Linearizer”. Hình 4.9: Hộp thoại thêm điểm phân tích. Để thêm một điểm gas luồng qua bộ tách gas (mục “Flow gas” trong danh mục context). Sau một thời gian ổn định hóa thích hợp, chọn “Add Point”. Một hộp thoại hiện ra; gõ độ tập trung gas vào trường tên “Concentration” (ppm) và nhấn OK. Trong hộp thoại này cũng có thể nhập vào các giá trị đang đọc bằng tay. “Accept Curve” sẽ lưu các giá trị tuyến tính hóa. “Enable Linearizer” cung cấp đường cong chính xác cho việc đọc máy phân tích. Nếu việc tuyến tính hóa không đạt bạn có thể nạp các giá trị hợp lệ gần nhất bằng cách chọn “Load Last Linearization”.Có thể đổi thứ tự đường cong với “Change Curve Settings”. Hình 4.10:Hộp thoại thiết lập đường cong. Màn hình dữ liệu: Màn hình dữ liệu hiển thị tất cả các dữ liệu được dùng trong tiến trình tuyến tính hóa với định dạng bảng . Hình 4.11: Điều khiển tuyến tính hóa thủ công – Màn hình dữ liệu. Màn hình đồ thị: Màn hình đồ thị hiển thị việc đọc máy phân tích và các giá trị đường cong thích hợp bằng đồ thị. Hình 4.12 : Điều khiển tuyến tính hóa thủ công – Màn hình đồ thị. Màn hình tóm tắt: Màn hình tóm tắt hiển thị tóm tắt thông tin lỗi phần trăm cho dữ liệu hiện thời và thông tin đường cong tuyến tính hóa. Hình 4.13: Điều khiển tuyến tính hoá bằng tay-màn hình tóm tắt. Hộp đầu tiên chỉ ra giá trị nhỏ nhất, lớn nhất, trung bình và đạt hay không đạt được hiển thị cho tất cả các phần trăm điểm và phần trăm đầy đủ các giá trị tỷ lệ. Bên phải là hộp hiển thị ngày gần nhất tuyến tính hóa thành công. Hộp cuối cùng hiển thị các hệ số (đã chuẩn hóa) được tính toán từ dữ liệu tuyến tính hóa. Màn hình kiểm tra: Màn hình hiển thị quá trình kiểm tra tuyến tính hoá bằng tay giống như màn hình hiển thị kiểm tra tuyến tính hoá tự động. Hình 4.14 Tuyến tính hoá thủ công-Màn hình kiểm tra Các hàm tuyến tính hoá. Sự tính toán được sử dụng trong suốt quá trình tuyến tính hoá. Tất cả các hàm được đặt vào mục “hàm tuyến tính hoá” (Linearization Function) để thấy sự sắp xếp của giá trị. Độ lệch tiêu chuẩn: Chương trình GEM sẽ liên tục tính toán một giá trị đo trung bình và độ lệch tiêu chuẩn cho mỗi bộ phân tích. Các số được đọc sử dụng trong sự tính toán là nền tảng của việc định dạng thời gian trung bình và tỷ lệ khí xả. Ví dụ: nếu tỷ lệ khí xả là 10 Hz và thời gian trung bình là 15 giây, độ lệch tiêu chuẩn phản ánh là 150 giá trị bộ phân tích đọc được sau thời gian ổn định nhỏ nhất. Độ lệch tiêu chuẩn được hiển thị tỷ lệ trong khung hình liên quan tới loại phân tích. (Hiển thị độ lệch tiêu chuẩn = 100*độ lệch tiêu chuẩn/giới hạn loại phân tích). Đoạn cong: CFn=f(xn). Trong đó: n là số điểm của dữ liệu tuyến tính hoá. CFn là đoạn cong. xn là giá trị bộ phân tích đọc được. f(xn) là hàm để tuyến tính hoá. Đa thức bậc bốn được ứng dụng cho các hàm tuyến tính hoá: f(x) = Co + C1(x) + C2(x2) + C3(x3) + C4(x4). Trong đó: f(x) là đoạn cung cong giá trị của x. Cn là các hệ số hiển thị. X là các giá trị phân tích đo được. Phần trăm sai lệch của các điểm: Trong đó: n là số điểm của dữ liệu tuyến tính hoá. Δn là phần trăm sai lệch của các điểm. Cn được hiểu như là giá trị chỉ nồng độ. CFn là đoạn cung cong. Chú ý: Khi nồng độ gần đạt giá trị không, phần trăm sai lệch trở thành quá lớn. Khi nồng độ các chất khí quá thấp so với giới hạn phần trăm đường cong lý thuyết, phần trăm sai lệch giới hạn sẽ được sử dụng. Nếu tỷ lệ đầy đủ là 400ppm và giới hạn phần trăm là 15% thì tất cả giá trị thấp hơn 60ppm sẽ sử dụng sự cân bằng ở trên với mẫu thức Cn là 60. Phần trăm sai lệch của tỷ lệ đầy đủ: Trong đó: n là số điểm của dữ liệu tuyến tính hoá. Δn là phần trăm sai lệch của tỷ lệ đầy đủ. Cn được hiểu là giá trị chỉ nồng độ. CFn là hàm của đoạn cong. Rn là giới hạn cao hơn cho dải tuyến tính hoá. 4.4 Quy trình vận hành. 4.4.1 Kiểm tra thiết bị trước khi vận hành. Để đảm bảo an toàn và đảm bảo chính xác trước mỗi thử nghiệm bao giờ cũng phải kiểm tra thiết bị xem còn vận hành tốt hay không. Đối với thí nghiệm xác định thành phần các chất độc hại trong khí xả ta cũng phải kiểm tra thiết bị trước khi vận hành. Kiểm tra ôtô. Đầu tiên ta phải làm là kiểm tra ôtô có còn hoạt động hay không. Kiểm tra nhiên liệu cung cấp cho ôtô. Kiểm tra các đường dẫn khí xả xem đã chắc chắn, có bị dò gỉ không. Kiểm tra vị trí ôtô, gá đặt cẩn thận, cầu bị động phải được kẹp chặt bằng cơ cấu gá kẹp an toàn, cầu chủ động phải tiếp xúc chính xác với dyno, dyno phải có hoạt động tốt. Đầu ôtô phải được cố định bằng hai dây chéo để tránh xe bị xoay khi thử nghiệm, hai dây này phải được kéo căng. Các khung lưới bảo vệ dyno phải được xiết chặt. Có hai thiết bị cảm ứng được đặt trước và sau bánh xe của cầu chủ động, hai thiết bị này có nhiệm vụ ngắt toàn bộ hệ thống Chassis dynamometer48” khi bánh chủ động của ôtô chạm vào. Kiểm tra các đường dẫn khí. Kiểm tra đường nối ống xả với thiết bị lấy mẫu (CVS), kiểm tra các van trong hệ thống (các van phải được mở phù hợp với loại động cơ, nếu là động cơ xăng thì các van trên đường ống làm loãng của động cơ diezen phải được đóng và ngược lại). Kiểm tra các bình khí mẫu, có 22 bình khí được đặt trong một phòng chứa khí riêng. Các bình này được nối với bộ phân tích qua 22 đường ống, tại mỗi đầu của đường ống đều có một van và một đồng hồ chỉ áp suất. Các van này được sử dụng khi thay các bình khí hoặc khi loại bỏ khí trời lọt vào đường ống. Kiểm tra độ kín của đường ống cung cấp, mở van khí ra và đóng vào nếu áp suất giảm châm thì đuờng ống còn kín và ngược lại nếu áp suất tụi nhanh thì đường ống dẫn khí không còn tốt nữa. Kiểm tra đồng hồ đo áp suất tại mỗi van và kiểm tra đồng hồ đo áp suất khí tại tủ phân tích CEBII để xác định áp suất khí của bình chứa, áp suất trong đường ống và áp suất trước khi vào bộ phân tích. Kiểm tra các bình khí có đủ áp suất không (áp suất tối thiểu là 4 bar) và còn trong thời gian sử dụng hay không. Trong các bình chứa khí, có hai bình khí rất độc được đặt vào trong một tủ riêng, hai bình này chỉ nên mở khi thử nghiệm động cơ. Kiểm tra tủ phân tích CEBII. Kiểm tra các đường ống nối vào tủ CEBII. Kiểm tra các bộ phân tích xem có hoạt động tốt không. Đặc biệt là bộ phân tích NOx vì bộ phân tích NOx chỉ hoạt động tốt tại nhiệt độ 190°C vì vậy ta cần có thời gian cho bộ phân tích này hâm nóng, thời gian có thể lên tới vài giờ. Kiểm tra nguồn điện cung cấp cho tủ phân tích. Nếu sử dụng hệ thống phân tích khí xả cho động cơ diezen thì phải kiểm tra điện cung cấp cho bộ phận Particulate Unit, kiểm tra điện cho hệ thống Pre-filter dùng để làm nóng khí xả. Kiểm tra máy tính tích hợp trong tủ còn hoạt động tốt hay không. Kiểm tra chương trình điều khiển GEM. Kiểm tra các kết nối mạng của tủ phân tích với các bộ phận khác. (Với màn hình hiển thị quy trình thử nghiệm, với hệ thống làm mát hay hệ thống bơm khí nén). Kiểm tra các hệ thống khác. Kiểm tra hệ thống bơm khí nén. Khí nén được bơm với áp suất 6 bar và đựoc đưa vào tủ CEBII. Nếu áp suất không đủ thì quá trình điều khiển các van khí, quá trình làm sạch và cung cấp khí cho các bộ phân tích không đảm bảo chính xác. Kiểm tra hệ thống làm mát. Nếu hệ thống làm mát không làm việc sẽ làm cho tủ CEBII cũng không làm việc. Kiểm tra hệ thống thông gió. Hệ thống này ảnh hưởng trực tiếp tới kết quả đo và ảnh hưởng gián tiếp tới người vận hành điều khiển. Ngoài ra nếu hệ thống thông gió không làm việc có thể làm cho tủ phân tích cũng không làm việc. Nếu đo thử nghiệm với động cơ nhiều xylanh thì hệ thống cung cấp nhiên liệu để đo suất tiêu hao nhiên liệu cũng cần được kiểm tra và điều chỉnh. Cũng với động cơ nhiều xylanh, hệ thống đo momen của động cơ phải được kiểm tra xem đã đồng trục chưa, đã chắc chắn chưa, các then an toàn đã để đúng vị trí chưa… Kiểm tra hệ thống cảm biến đo các số liệu liên quan tới động cơ như cảm biến nhiệt độ, cảm biến tốc độ, cảm biến độ mở bướm ga… Vận hành. 4.4.2.1 Các thao tác trước khi vân hành. Thao tác đầu tiên là để ôtô trong phòng thử khoảng 2 ngày trước khi thử nghiệm. Để bắt đầu một bài thử nghiệm, cần phải mở các van khí trong tại bìmh chứa khí nén. Sau đó mở các van khí tại phòng thử nghiệm. Bật công tắc điện cho các hệ thống hỗ trợ khác như công tắc quạt thông gió, hệ thống bơm khí nén… Hệ thống thông gió hoạt động phải đảm bảo thông thoáng trong phòng thử, giữ nhiệt độ phòng thử luôn không đổi đồng thời giúp cho thành phần khí nền được ổn định. Hệ thống thông gió được lắp trên trần phòng thử và có bộ phận lọc bụi. Bật hệ thống điều khiển dyno, phải ấn Reset rồi ấn On trên bàn điều khiển dyno để hệ thống quạt hút ngầm và quạt làm mát được đặt trước ôtô. Quạt ngầm làm mát dyno còn quạt động cơ có mối liên hệ với dyno, khi xe chạy dyno quay và quạt làm mát có tốc độ phù hợp với tốc độ của động cơ. Có như thế mới đảm bảo giống điều kiện xe chạy ở môi trường bên ngoài. Bật công tắt điện cho hệ thống điều khiển: Bật công tắc điện cho máy tính chủ khởi động. Bật công tắc nguồn cho hệ thống MPS2. Bật công tắc điện cho máy tính điều khiển hệ thống CVS. Bật công tắc điện cho máy tính điều khiển hệ thống Chassis Dynamometer 48”. Bật công tắc điện cho tủ phân tích CEBII. Bật công tắc điện khởi động máy tính trong tủ phân tích. Các máy tính có thể khởi động cùng một lúc. Nhưng khi khởi động phần mềm điều khiển thì phần mềm LNSdde trong máy tính điều khiển CVS được khởi động trước tiên sau đó là phần mềm MMI điều khiển băng thử Chassis Dynamometer 48” cùng với phần mềm Server trên máy chủ CESAR đựơc khởi động. Khi hệ thống máy tính trong tủ phân tích hoạt động xong, kích hoạt phần mềm để nối với máy chủ CESAR. Ở chế độ tự động thì máy chủ sẽ điều khiển toàn bộ hệ thống thử, còn ở chế độ điều khiển bằng tay thì các máy tính sẽ điều khiển hệ thống riêng mà nó đảm nhận. Chờ cho toàn bộ hệ thống làm việc ổn định. (Làm ấm các thiết bị tránh tình trạng đọng nước và đưa thiết bị về trạng thái làm việc ổn định). Các thao tác khi vận hành hệ thống đo. Tiến hành chọn các thông số cho quá trình thử phù hợp với mục đích thử. Quá trình chọn thông số được thực hiện trên máy tính CESAR theo các bước sau: Kích hoạt ASC trên thanh công cụ. Nhấp thông tin về chu trình thử nghiệm bao gồm tham số thiết lập tất cả các bộ phân tích và đầu nối thiết bị. Tải cấu hình “configuration” bằng cách chọn một cấu hình thích hợp trong trình đơn “Globar command” của ASC. Kiểm tra cấu hình trong ASC: Chọn thư mục “Work Spake” trong “Globar command” của ASC. Cửa sổ “Work Space” sẽ hiện ra tất cả các cấu hình đã lựa chọn và hiển thị tất cả hệ thống đã chuẩn bị. Mầu của các biểu tượng cho biết trạng thái làm việc của hệ thống. Mầu xanh thể hiện thiết bị không có lỗi và đã sẵn sàng thử nghiệm. Mầu vàng thể hiện thiết bị đang bận với các thủ tục kiểm tra. Mầu tím thể hiện giá trị nhận được từ bộ phân tích là không đáng tin cậy. Mầu đỏ cho biết thiết bị có khi kiểm tra, lỗi và số lỗi được hiển trị trong Message manager. Khi lỗi mất đi, hộp thoại chuyển sang màu xanh hoặc vàng. Mầu xám thể hiện thiết bị làm việc không làm việc. Sau khi lựa chọn chu trình thử, nhấn nút “OK” rồi nhấn “YES” ở cửa sổ đối thoại. Khi đó hệ thống đang lập cấu hình và sẽ chạy theo cấu hình đó. Để huỷ bỏ một quá trinh thử, nhấn nút “Cancel” trên hộp dữ liệu thử (test data box). Sau khi nhấn “Cancel” sẽ có một hộp thoại hiển thị ra và nếu nhấn tiếp “No” thì quá trình thử sẽ dừng lại, hệ thống quay về trạng thái ban đầu. Khi đo, giá trị đo được hiển thị theo biểu đồ dây và các số liệu thể hiện quá trình thử đang thực hiện và các giá trị được đo liên tục. Các thao tác khi vận hành tủ CEBII. Khi sử dụng tủ phân tích CEBII phải bật công tắc điện của tủ sau đó mới bật công tắc điện của máy tính tích hợp trong tủ. Quan sát các đồng hồ chỉ áp suất các chất khí, các khí tham gia vào quá trình đo thì áp suất phải đạt 4 bar còn các khí dùng để làm sạch và để điều khiển các van thì cần áp suất 6 bar. Nhấn vào biểu tượng kết nối trên màn hình tích hợp trong tủ (GEM), khi kết nối được thực hiện sẽ có biểu tượng xuất hiện ở thanh toolbar. Hình 4.15 B ểu tượng ở thanh toolbar Sau khi máy tính tích hợp kết nối xong, màn hình sẽ hiện ra màn hình đo chính. Trên màn hình có các nút chức năng. Hình 4.16: Màn hình đo chính. Trong màn hình chính có các đối tượng con đồng thời cũng là bảng điều khiển và hiển thị về một bộ phân tích. Chọn các bộ phân tích mà ta cần đo để hiệu chỉnh bằng cách tích vào góc của đối tượng con hoặc chọn tất cả các bộ phân tích bằng cách nhấn phím Ctrl và dấu công (+) trên bảng điều khiển. Chọn dải phân tích cho từng bộ phân tích bằng cách nhấn chuột trên màn hình vào vị trí đánh số dải đo. H ình 4.17: Một đối tượng đo. Để hiệu chỉnh bộ phân tích bằng tay chọn nút chức năng Flow zero để thổi một luồng khí hiệu chỉnh vào, làm như thế để lọc sạch khí không đảm bảo hàm lượng chứa trong đường ống dẫn và làm cho kết quả đo chính xác hơn. Quan sát chỉ số đo trên cửa sổ hiển thị, thấy kết quả đo gần tới giá trị không thì có thể dừng chức năng này lại, chờ cho bộ phân tích ổn định lại và ghi nhận kết quả đo được. Chọn chức năng Flow Span để thổi luồng khí hiệu chỉnh giá trị điểm cuối dải đo. Hình 4.18: Đồ thị dữ liệu đo. Quan sát giá trị hiển thị trên cửa sổ hiển thị của bộ phân tích, nếu thấy giá trị đó không thay đổi và gần tới giá trị hàm lượng do nhà sản xuất cung cấp thì có thể dùng chức năng này lại. Để quan sát một các trực quan rõ ràng hơn bằng đồ thị ta có thể bật màn hình hiển thị thông tin của bộ phân tích. Khi nào thấy đồ thị gần như là một đường thẳng nằm ngang và giá trị đo gần giá trị hàm lượng nhà sản xuất cung cấp thì có thể dừng quá trình hiệu chuẩn. Để bộ phân tích ổn định lại, chọn dải đo khác và làm tương tự như trên. Sau khi hiệu chỉnh xong có thể kiểm tra lại bằng cách chọn chức năng “Zero check” hoặc “Span check” để kiểm tra lại quá trình hiệu chỉnh. Quan sát chỉ số dao động của đồ thị hàm lượng nằm ở phía dưới màn hình hiển thị giá tri đo. Nếu quá trình kiểm tra phát hiện ra lỗi sẽ đưa ra một thông báo về lỗi và số lỗi. Nếu có lỗi trong quá trình kiểm tra của bộ phân tích nào, ta phải chọn lại bộ phân tích đó và làm lại quá trình hiệu chuẩn. Muốn hiệu chuẩn một cách tự động, chọn chữ “A” trên màn hình (cạnh vị trí đánh số dải đo). Nhấn chuột vào vị trí “Auto Cal” hoặc nhấn phím F9 trên bảng điều khiển hay có thể chuột phải vào cửa sổ biểu tượng của luồng khí đi vào (Gas Flow Status) sẽ có một danh sách các chức năng hiện ra. Hình 4.20: Chức năng hiệu chuẩn Chọn “Calibration” sau đo chọn “Auto Calibrate”. Khi đó Tủ phân tích sẽ tự đông hiệu chỉnh và kiểm tra. Trong quá trình hiệu chỉnh và kiểm tra, nếu có bộ phân tích nào không đạt thì sẽ có một thông báo về bộ phân tích, về lỗi hiệu chỉnh kiểm tra, về dải đo bị lỗi. Nếu như có lỗi trong quá trình hiệu chỉnh và kiểm tra thì ta phải hiệu chỉnh lại bằng tay cho tới khi không còn lỗi. Các thao tác khi lái xe theo chu trình thử. Khi hệ thống chuẩn bị xong và sẵn sàng cho quá trình thử, tiến hành lái ôtô theo đường thử được thể hiện trong màn hình hỗ trợ người lái (drives’s aid). Các hệ thống chỉ thực sự bắt đầu đo khí xả khi ta ấn nút “Start” trên drives’s aid và để lấy mẫu chính xác thì ôtô phải được khởi đông từ trước đấy rồi. Sau đấy người lái xe phải lái theo đúng đường thử. Nếu như có quá nhiều lỗi trong quá trình lái thì bài thử nghiệm sẽ không được chấp nhận. Phân tích kết quả, sao lưu, in ấn và đánh giá. Khi người lái xe hoàn thành quãng đường thử, hệ thống sẽ tự động lấy khí mẫu và tự động phân tích các thành phần khí. Kết quả phân tích sẽ được hiển thị trên màn hình khi kết quả phân tích được tính toán xong. Với hệ thống phân tích cho động cơ diezen ngoài phân tích các thành phần khí còn phải tiến hành cân các lọc để xác định khối lượng thành phần dạng hạt có trong khí xả. Kết quả đo sẽ tự động được lưu lại. Các kết quả phân tích sẽ được so sánh với các tiêu chuẩn môi trường mà ôtô đang hướng tới. Kết quả phân tích sẽ được in thành một bản tài liệu đi kèm với xe cho biết xe có đạt tiêu chuẩn về môi trường không. Thao tác kết thúc quá trình thử và tắt các hệ thống Sau khi tiến hành xong một chu trình thử có thể tiếp tục tiến hành quá trình thử khác. Nếu không tiếp tục thử thì phải tắt các hệ thống. Khi tắt các thiết bị thì ngược lại so với khi bật hệ thống. Đối với tủ phân tích: Đầu tiên tắt chu trình thử. Ngắt kết nối của máy tính (chọn “Shutdown”) Hình 4.21: Ngắt kết nối. Vào “Start” ở thanh “toolbars” sau đó chọn “Shutdown”. Chờ cho máy tính tích hợp trong tủ phân tích tắt hẳn rồi ta mới tắt điện của máy tính. Cuối cùng là tắt điện vào tủ phân tích. Đóng tất cả các van khí. Các lưu ý khi vận hành thiết bị. Khi thực hiện một chu trình thử phải chú ý các thao tác vận hành thiết bị đúng trình tự. Phải chú ý tới các tín hiệu cảnh báo như mầu sắc, âm thanh. (Quan sát các đèn báo, nghe các tín hiệu cảnh báo hoặc nghe tiếng hoạt động của các thiết bị. Đối với các phép đo không quan trọng và hệ thống mới thử nghiệm xong ta có thể không cần hiệu chuẩn các bộ phân tích mà chỉ cần kiểm tra, nếu hàm lượng quá sai lệch lúc đo ta mới cần hiệu chỉnh. Còn với các phép đo quan trọng (đăng kiểm kiểu mẫu) thì trước mỗi phép đo phải hiệu chuẩn kể cả là phép đo liên tục gần nhau. Khi vận hành thiết bị phải chú ý thời gian và cường độ làm việc của hệ thống để có chế độ bảo hành hợp lý. Khi hiệu chuẩn các bộ phân tích bằng tay ta phải hiệu chuẩn từ dải thấp đến dải cao (dải có hàm lượng các chất nhỏ đến dải có hàm lượng các chất lớn). Còn khi tuyến tính hoá thì ngược lại. Sau khi thử nghiệm xong, phải chú ý kiểm tra các hệ thống, kiểm tra lại các van khí, kiểm tra lại các công điện. Mục lục Lời mở đầu. Chương I: Những vấn đề về ô nhiễm do động cơ sinh ra. 1 1.1 Vấn đề ô nhiễm môi trường. 1 1.2 Sự hình thành các chất độc hại trong khí thải động cơ. 2 1.2.1 Sản phẩm cháy của động cơ. 2 1.2.2 Điều kiện hình thành các chất độc hại. 3 1.2.2.1 Đối với động cơ xăng. 3 1.2.2.2 Đối với động cơ diesel. 4 Chương II: Giới thiệu chung về hệ thống khí thử nghiệm khí thải. 7 2.1 Sơ đồ và nguyên lý của hệ thống. 7 2.1.1 Giới thiệu chung về hệ thống thử nghiệm khí thải động cơ ôtô 7 2.1.2 Vai trò của toàn bộ hệ thống. 9 2.1.2.1 Nguyên lý làm việc của hệ thống. 9 2.1.2.2 Nguyên lý làm việc của các cụm chi tiết 10 2.2 Chức năng các thiết bị trong hệ thống. 12 2.2.1 Thiết bị lọc không khí. 12 2.2.2 Vị trí hoà trộn. 13 2.2.3 Ống làm loãng. 14 2.2.4 Tủ lọc lấy mẫu dạng hạt trong khí xả. 15 2.2.5 Đầu lấy mẫu tổng hợp CnHm. 16 2.2.6 Bộ phận lấy mẫu một ống Venturi. 17 2.2.7 Tủ khí mẫu. 18 2.2.8 Quạt hút. 20 2.2.9 Một số đặc điểm của hệ thống lấy mẫu khí thải. 20 Chương III: Thiết bị phân tích khí thải. 22 3.1 Vai trò CEBII trong hệ thống thử nghiệm khí xả. 22 3.2 Kết cấu tủ CEBII. 22 3.2.1 Mô hình tủ CEBII. 22 3.2.2 Vị trí các mô đun trong tủ phân tích. 24 3.2.3 Mô tả hệ thống điều khiển. 26 3.2.3.1 Bố trí của hệ thống điều khiển. 26 3.2.3.2 Sự điều khiển nhiệt độ. 27 3.2.3.3 Các đặc trưng an toàn. 27 3.2.4 Mô tả các thành phần cấu tạo. 28 3.2.4.1 Đường lấy mẫu. 28 3.2.4.2 Lọc khí mẫu. 28 3.2.4.3 Đường dẫn khí tới bộ phân tích. 29 3.2.4.4 Bộ phân tích lạnh CO, CO2. 29 3.3 Nguyên lý hoạt động của các bộ phân tích. 30 3.3.1 Nguyên lý làm việc của bộ phân tích CO. 30 3.3.2 Nguyên lý làm việc của bộ phân tích NO và NOx. 32 3.3.3 Nguyên lý làm việc của bộ phân tích O2. 33 3.3.4 Nguyên lý làm việc của bộ phân tích CnHm. 34 3.4 Sơ đồ các đường dẫn khí. 37 3.4.1 Sơ đồ đường dẫn khí xả không hoà trộn của động cơ diesel (Raw Gas Engine tesstbed). 37 Sơ đồ đường dẫn khí xả không hoà trộn của động cơ xe ôtô con (Raw Gas DINO). 38 Sơ đồ đường dẫn khí xả liên tục đã qua làm loãng của động cơ xăng (CVS Cont Diluted Gasoline). 38 Sơ đồ dẫn khí xả liên tục đã qua làm loãng của động cơ diezen (Cont diluted diezel tunner). 39 Sơ đồ đường khí để hiệu chuẩn giá trị đo dải đo của NO (Span NO). 39 Sơ đồ đường dẫn khí hiệu chuẩn giá trị dải đo của C3H8 (Span C3H8, 2nd Span C3H8) . 39 Sơ đồ đường dẫn khí hiệu chuẩn giá trị dải đo của CO2 nguyên gốc (Span CO2 tracer). 40 3.4.8 Sơ đồ đường dẫn khí hiệu chỉnh giá trị dải đo của O2: (Span O2). 40 3.4.9 Sơ đồ đường dẫn khí hiệu chỉnh giá trị dải đo của O2: (Span O2). 40 3.4.10 Sơ đồ đường dẫn khí dùng để hiệu chuẩn giá trị dải đo của khí CO (Span CO low và Span CO high). 40 Sơ đồ đường dấn khí nén làm sạch hệ thống (Compressed Air Backflush IN). 40 3.4.12 Sơ đồ đường dẫn khí Synth Air. 41 3.4.13 Sơ đồ đường dẫn khí N2. 42 3.4.14 Sơ đồ khí nén để đóng mở các van (Compressd Air In). 43 3.4.15 Sơ đồ đường khí cháy cung cấp cho bộ phân tích HC (H2/He) 43 3.5 Giới thiệu về phần mền điều khiển phân tích khí xả GEM. 43 3.5.1 Phần mềm GEM 110. 43 3.5.2 Khởi động phần mềm. 43 3.5.3 Các thành phần giao diện với người sử dụng. 45 Chương IV: Vận hành và sử dụng thiết bị. 51 4.1 Hiệu chuẩn các bộ phân tích. 51 4.1.1 Mục đích hiệu chuẩn các bộ phân tích. 51 4.1.2 Các khí dùng để hiệu chuẩn. 51 4.1.2.1 Bảng danh sách các loại khí. 52 4.1.2.2 Chức năng các loại khí. 54 4.1.3 Các chức năng CEB II thực hiện trong quá trình hiệu chuẩn. 55 4.1.3.1 Hiệu chuẩn tay giá trị không, giá trị dải đo và kiểm tra giá trị không. 55 4.1.3.2 Hiệu chuẩn tự động. 56 4.2 Sự tuyến tính hoá. 58 4.2.1 Tuyến tính hoá là gì và sự cần thiết phải tuyến tính hoá. 58 4.2.2 Các bước tuyến tính hoá. 58 4.2.2.1 Tuyến tính hoá tự động. 58 4.2.2.2 Kiểm tra tuyến tính hoá. 59 4.2.3 Các thao tác cụ thể để tuyến tính hoá. 60 4.2.3.1 Tuyến tính hoá tự động. 60 4.2.3.2 Kiểm tra tuyến tính hoá. 64 4.2.3.3 Tuyến tính hóa thủ công. 64 4.3 Các hàm tuyến tính hoá. 68 4.4 Quy trình vận hành. 70 4.4.1 Kiểm tra thiết bị trước khi vận hành. 70 4.4.1.1 Kiểm tra ôtô. 70 4.4.1.2 Kiểm tra các đường dẫn khí. 70 4.4.1.3 Kiểm tra tủ phân tích CEBII. 71 4.4.1.4 Kiểm tra các hệ thống khác. 71 4.4.2 Vận hành. 71 4.4.2.1 Các thao tác trước khi vân hành. 71 4.4.2.2 Các thao tác khi vận hành hệ thống đo. 72 4.4.2.3 Các thao tác khi vận hành tủ CEBII. 73 4.4.3 Các thao tác khi lái xe theo chu trình thử. 76 4.4.4 Phân tích kết quả, sao lưu, in ấn và đánh giá. 76 4.4.5 Thao tác kết thúc quá trình thử và tắt các hệ thống. 77 ._.