Một nghiên cứu về các giải pháp để giảm lượng phát thải độc hại trong động cơ Diesel

 hiệu quả nhất định trong 
giảm thiểu khí thải độc hại, mặt khác những biện 
pháp này lại gặp phải sự đối lập giữa giảm phát thải 
và tính kinh tế, các thành phần độc hại trong khí thải 
cũng không thể giảm được đồng thời. Ví dụ: Khi 
luân hồi khí xả để giảm NOx thì các thành phần PM, 
CO, HC lại tăng, khi tối ưu hóa quá trình cháy để 
giảm PM thì NOx lại tăng do nhiệt độ cháy tăng. Vì 
vậy để giảm được đồng thời các thành phần độc hại 
nhằm đảm bảo yêu cầu ngày càng khắt khe về tiêu 
chuẩn khí thải, phải sử dụng đến nhóm biện pháp 
thứ hai là xử lý khí thải.
Các biện pháp liên quan đến xử lí khí thải
- Bộ xúc tác ôxy hóa (DOC)
Cấu tạo bộ xúc tác DOC
Bộ xúc tác ôxy hóa DOC thường được lắp 
trên đường thải ở vị trí gần động cơ. Nhiệt giải 
phóng từ quá trình ôxy hóa CO và HC sẽ làm tăng 
nhiệt độ khí thải sau khi ra khỏi bộ xúc tác DOC 
được ứng dụng cho việc tái sinh thiết bị lọc các chất 
thải dạng hạt PM. Thêm vào đó nhiệt này còn đuợc 
lợi dụng trong việc cải thiện quá trình chuyển hóa 
NO thành NO2 trong khí thải điều này sẽ nâng cao 
hiệu suất của bộ xúc tác NOx. Về cấu tạo bộ lọc có 
ba phần chính như thể hiện trên Hình 3.
Hình 3. Cấu tạo bộ xúc tác DOC
ISSN 2354-0575
Khoa học & Công nghệ - Số 10/Tháng 6 - 2016 Journal of Science and Technology 35
- Phần vỏ thường làm bằng thép hoặc thép 
không gỉ.
- Lớp đệm làm bằng sợi vô cơ hoặc phôi thép 
để bù trừ giãn nở vì nhiệt.
- Phần lõi của bộ DOC thường được làm 
bằng gốm hoặc kim loại với cấu trúc dạng tổ ong 
trong đó khí thải đi qua các ống trong thân có đường 
kính khoảng 1mm.
Trên bề mặt của lõi được tráng một lớp vật 
liệu trung gian là Al2O3 làm tăng diện tích bề mặt 
tham gia phản ứng. Chất xúc tác ôxy hóa được tráng 
trên lớp trung gian. Chất xúc tác ôxy hóa thường 
được dùng là các kim loại quý như Pt, Pd trong các 
bộ DOC có nhiệm vụ chính là giảm CO và HC.
Bộ xúc tác hấp thụ NO
x
 dùng cho hỗn hợp nghèo 
LNT (Lean NO
x
 Traps)
Hệ thống LNT là hệ thống làm giảm khí thải 
NOx với hiệu suất cao, lớn hơn 90%. Bằng cách 
phun nhiên liệu vào hệ thống LNT để giải phóng 
một số muối nitơrát nhằm làm giảm NOx, cũng như 
cách dùng các kim loại quý để hấp thụ các khí thải 
từ động cơ.
Hình 4 trình bày sơ đồ cấu tạo cũng như 
nguyên lý hoạt động của hệ thống LNT. Hệ thống 
LNT gồm 2 buồng xúc tác:
- Buồng thứ nhất: gồm một van khí thải và 
một đường ống rỗng (bypass leg) bên trong.
- Buồng thứ hai gọi là buồng xử lý, buồng 
này lại chia thành các buồng nhỏ hơn gồm: Buồng 
chứa chất ôxy hoá, buồng chuyển hoá, buồng chứa 
bộ xúc tác LNT. Các kim loại quý dùng để làm các 
chất xúc tác có thành phần cho các bình như sau: 
với buồng chứa chất oxy hoá là 50g Pt/305mm3, 
với buồng có chứa chất chuyển hoá là 60g Pt/Rh 
/305mm3, với buồng có chứa chất xúc tác LNT là 
50g Pt/305mm3. Các kim loại quý này được phủ 
lên trên bề mặt của kim loại kiềm và kiểm thổ, các 
kim loại kiềm và kiểm thổ dùng chủ yếu là Kali (K) 
và Bari (Ba).
Hình 4. Sơ đồ hệ thống LNT
Buồng xử lý thực hiện quá trình cắt giảm khí 
NOx bằng ô xy hoá chúng và dùng các ôxít kim loại 
kiềm thổ như BaO để hấp thụ chúng trong điều kiện 
nghèo.
Bộ xử lý xúc tác khử NO
x
 - SCR (Selective 
Catalytic Reduction)
- Bộ xử lý xúc tác có chọn lọc (SCR) giảm 
phát thải NOx. Quá trình xử lý NOx xảy ra trong hệ 
thống SCR bao gồm 1 chuỗi các phản ứng hóa học 
gồm 3 giai đoạn chính (Hình 5):
Hình 5. Chuỗi phản ứng hóa học của hệ thống SCR
+ Phản ứng đầu tiên trong hệ thống xử lý khí 
thải SCR gọi là (Standard SCR), phản ứng này làm 
giảm NO và gọi là phản ứng chuẩn bời vì NO là đặc 
trưng cho phản ứng làm giảm khí thải của động cơ 
diesel.
+ Phản ứng mong muốn nhất chính là phản 
ứng khử nhanh, xảy ra nhanh hơn so với phản ứng 
chuẩn. Phản ứng này xảy ra bên trong bộ xúc tác nơi 
có sự cân bằng NO và NO2.
+ Phản ứng khử chậm, xảy ra khi tỉ lệ NO2/
NO > 1, NO2/NO là hệ số của phản ứng hoá học, 
phụ thuộc vào mỗi phương trình phản ứng. Hệ số 
này ảnh hưởng rất nhiều đến hiệu suất của bộ xử 
lý, với tỷ lệ NO2/NO > 1 thì phản ứng xảy ra tương 
đối chậm [7]. 
Bài báo này sẽ trình bày kết quả nghiên cứu 
một giải pháp điển hình liên quan đến xử lí khí thải 
là lắp đặt bộ xúc tác được thực hiện tại các phòng 
thí nghiệm động cơ đốt trong của Đại học Bách 
khoa Hà Nội - Đại học Bách khoa Đà Nẵng.
3. Phương pháp thí nghiệm
Lựa chọn phương pháp thực nghiệm
- Lắp đặt bộ xúc tác vào hệ thống thải nguyên 
bản trên xe THACO FD2300A gần cổ gom khí thải 
ta chỉ cắt bỏ đi một đoạn ống dẫn. Không thay đổi 
hình dáng và kích thước ban đầu. Các bộ phận khác 
của hệ thống thải nguyên bản vẫn giữ nguyên.
Để đánh giá mức độ ô nhiễm của động cơ 
Diesel thì người ta chủ yếu đánh giá thông qua nồng 
độ bồ hóng. Đo đạc nồng độ bồ hóng trong khí thải 
động cơ Diesel có thể thực hiện trên băng thử CD-
ISSN 2354-0575
Journal of Science and Technology36 Khoa học & Công nghệ - Số 10/Tháng 6 - 2016
48” kết hợp với thiết bị DISMOKE 4000 khi cho 
xe chạy theo quy trình NEDC. Hoặc đo đạc nồng 
độ các chất trong khí thải theo quy trình gia tốc tự 
do bằng thiết bị DISMOKE 4000. Theo thông tư 
10/2009/TT-BGTVT do bộ trưởng BGTVT ký ngày 
24 tháng 6 năm 2009 [8] qui định về kiểm tra an 
toàn kỹ thuật và bảo vệ môi trường phương tiện 
giao thông cơ giới đường bộ, thì khí thải động cơ 
Diesel được kiểm tra theo độ khói trung bình của 
khí thải (HSU) hoặc hệ số hấp thụ ánh sáng (K), 
được đo theo quy trình gia tốc tự do. 
Với thiết bị đo nồng độ khí thải DISMOKE 
4000 được trang bị ở phòng thí nghiệm Động cơ 
và Ô tô tại trường Đại học Bách khoa-Đại học Đà 
Nẵng đáp ứng được nội dung quy định của thông 
tư nói trên. Do vậy tác giả lựa chọn phương pháp 
thực nghiệm đo đạc nồng độ khí xả theo quy trình 
gia tốc tự do để xác định độ khói trung bình của khí 
thải trên hệ thống thải nguyên bản của xe THACO 
FD2300 A và hệ thống thải khi có lắp bộ xúc tác 
BHKW6.
Thông số cơ bản của động cơ và xe thí nghiệm
Bảng 1. Thông số cơ bản của xe THACO FD 2300A
TT Thành phần Đơn vị Số liệu
1 Động cơ
Kiểu động cơ N485QA; 4 xy-lanh 
thẳng hàng
Dung tích xi lanh Cm3 2.156
Công suất cực đại KW/vòng/
phút
34,5Kw/
3000/P
2 Truyền động
Ly hợp Đĩa đơn ma sát khô
Số tay 5 số tới, 1 số lùi
3 Hệ thống lái Trục vít ecu bi, trợ lực 
thuỷ lực
4 Hệ thống phanh Tang trống, thủy lực, trợ 
lực chân không
5 Kích thước
Kích thước tổng 
thể (DxRxC) 
mm 4300x1630
x2020
Chiều dài cơ sở mm 2300
6 TRỌNG LƯỢNG
Trọng lượng 
không tải
Kg 1925
Phân bố tải trọng 
trước/sau 
kg 960/965
Trọng tải cho 
phép
Kg 990
Trọng lượng toàn 
bộ
Kg 3045
Bố trí và lắp đặt thực nghiệm
Sơ đồ bố trí thực nghiệm đo khí thải trên xe 
THACO FD 2300A khi có bộ xúc tác Hình 6.
Hình 6. Bố trí thực nghiệm đo khí thải trên xe 
THACO FD 2300A khi có bộ xúc tác
1. Thùng dầu thủy lực;
2. Hệ thống nâng thùng
 13. Thiết bị DISMOKE 
 4000;
xe;
3. Trục Các đăng;
 14. Dây nối với thiết bị 
 đo tốc độ động cơ;
4. Thùng dầu Diesel;
5. Hộp số;
 15. Dây nối với thiết bị 
 đo khói;
6. Động cơ;
7. Ca bin xe;
 16. Bình Ắc quy;
 17. Thiết bị đo khói;
8. Cổ gom khí thải; 18. Ống tiêu âm;
9. Bộ xúc tác; 19. Dây nối với thiết bị
10. Dây nối với thiết bị 
đo nhiệt độ dầu;
 đầu thu khí thải;
 20. Bánh xe;
11. Ống đàn hồi; 21. Khung xe;
12. Thùng đựng dụng 
cụ sửa xe;
Trình tự thí nghiệm
- Thực hiện đo nồng độ bồ hóng đối với hệ 
thống xả nguyên bản của xe THACO FD 2300A. 
Sau đó, thay hệ thống xả nguyên bản bằng hệ thống 
xả mới mà tác giả đã gia công, tức là trên đó đã có 
lắp bộ xúc tác. Tiến hành đo đạc hoàn toàn tương tự 
như ban đầu. Sau đó so sánh kết quả, phân tích và 
rút ra kết luận.
Quy trình đo khí xả: đo theo quy trình gia tốc 
tự do. Mỗi trường hợp ta đo 11 lần, kết quả được in 
ra phiếu.
4. Kết quả và thảo luận
Đo nồng độ khí xả của động cơ Diesel chủ 
yếu là đo nồng độ bồ hóng, được biểu thị qua hệ số 
hấp thụ K. Hệ số K càng lớn thì nồng độ bồ hóng 
càng cao. Hình 7 cho thấy đồ thị biểu diễn quan hệ hệ 
ISSN 2354-0575
Khoa học & Công nghệ - Số 10/Tháng 6 - 2016 Journal of Science and Technology 37
số hấp thụ K khi không có và khi có lắp bộ xúc tác.
Hình 7. Biểu diễn quan hệ hệ số hấp thụ K khi không 
có và khi có lắp bộ xúc tác
Chú thích: Đường màu xanh biểu diễn hệ số K khi 
không lắp bộ xúc tác. Đường màu đỏ biểu diễn hệ 
số K khi lắp bộ xúc tác.
Từ đồ thị trên Hình 7 ta thấy nồng độ bồ 
hóng trên đường thải của động cơ không có lắp bộ 
xúc tác luôn luôn lớn hơn nồng độ bồ hóng trên 
đường thải của động cơ khi có lắp bộ xúc tác. Trừ 
trường hợp cá biệt ở điểm đo thứ 5 đến thứ 8, lúc 
này bộ xúc tác chưa đủ nhiệt độ làm việc. Tốc độ 
trung bình động cơ khi có lắp bộ xúc tác là gần 2000 
vòng/phút, tốc độ cực đại lên đến 3190 vòng/phút, 
cao hơn rất nhiều so với tốc độ động cơ khi không 
lắp bộ xúc tác (tốc độ trung bình 1620 vòng/phút, 
tốc độ cực đại 2670 vòng/phút) do đó nồng độ bồ 
hóng trên đường thải khi có lắp bộ xúc tác tại các 
điểm đo này có cao hơn các điểm đo khi trên đường 
thải không có bộ xúc tác. 
Sau khi bộ xúc tác đạt nhiệt độ bắt đầu làm 
việc, tốc độ động cơ dần dần ổn định, nồng độ bồ 
hóng khi trên đường thải có lắp bộ xúc tác luôn luôn 
thấp hơn nồng độ bồ hóng ở đường thải nguyên bản 
được thể hiện trên Hình 7 từ điểm đo thứ 9 đến điểm 
đo 44.
Hiệu quả hấp thụ bồ hóng của bộ xúc tác phụ 
thuộc vào nhiệt độ
Theo kết quả thực nghiệm thể hiện trên Hình 
8, bộ xúc tác làm việc càng hiệu quả khi nhiệt độ 
ở bộ xúc tác càng cao. Điều này được thể hiện ở 
lần đo thứ hai, khi đó nhiệt độ ở bộ xúc tác chưa 
cao, tốc độ động cơ cao (tốc độ trung bình là 2000 
vòng/phút), hệ số hấp thụ ,K 2 56tb5 8 =
' m-1 (vị trí 
trong vòng tròn màu đỏ). Nhưng ở lần đo thứ mười 
một (điểm đo từ 40÷44), nhiệt độ bộ xúc tác đã cao, 
tốc độ trung bình của động cơ là 1900 vòng/phút, 
nhưng hệ số hấp thụ K trung bình chỉ là 0,87m-1 (vị 
trí trong vòng tròn màu xanh - Hình 8). Ở các lần 
đo khác, mặc dù tốc độ động cơ vẫn cao, nhưng do 
nhiệt độ của bộ xúc tác đã cao nên hệ số hấp thụ K 
chỉ dao động quanh giá trị là K
tb
 = 1,0m-1.
Hình 8. Biểu diễn hệ số K phụ thuộc vào nhiệt độ 
làm việc của bộ xúc tác
Theo kết quả thực nghiệm, bộ xúc tác làm 
việc càng hiệu quả khi nhiệt độ ở bộ xúc tác càng 
cao. Điều này được thể hiện ở lần đo thứ hai, khi đó 
nhiệt độ ở bộ xúc tác chưa cao, tốc độ động cơ cao 
(tốc độ trung bình là 2000 vòng/phút), hệ số hấp thụ 
,K 2 56tb5 8 =
' m-1 (vị trí trong vòng tròn màu đỏ). 
Nhưng ở lần đo thứ mười một (điểm đo từ 40÷44), 
nhiệt độ bộ xúc tác đã cao, tốc độ trung bình của 
động cơ là 1900 vòng/phút, nhưng hệ số hấp thụ K 
trung bình chỉ là 0,87m-1 (vị trí trong vòng tròn màu 
xanh). Ở các lần đo khác, mặc dù tốc độ động cơ 
vẫn cao, nhưng do nhiệt độ của bộ xúc tác đã cao 
nên hệ số hấp thụ K chỉ dao động quanh giá trị là 
K
tb
 = 1,0m-1.
So sánh mức độ giảm nồng độ khí xả
Động cơ làm việc với hỗn hợp giàu, nồng độ 
oxy thấp nên nồng độ bồ hóng ở các điểm đo từ 1 
đến 4 tương đối lớn. Từ điểm đo thứ 5 đến điểm đo 
thứ 8, tốc độ động cơ tăng nhưng nhiệt độ động cơ 
chưa cao. Vì vậy nồng độ bồ hóng ở các điểm đo 
này khá lớn. Từ điểm đo thứ 8 trở đi, tốc độ động 
cơ tăng dần và dao động quanh giá trị trung bình là 
2000 vòng/phút. Ở thời điểm này, nhiệt độ động cơ 
cao, động cơ làm việc với hỗn hợp nghèo. Quá tình 
cháy xảy ra hoàn toàn nên nồng độ bồ hóng thấp. Từ 
kết quả đo được ta có: Mức độ giảm thiểu tính theo 
phần trăm của hệ số hấp thụ K. 
,
, , . , %K 1 877
1 877 1 099 100 41 5%tb =
-
=
Mức độ giảm thiểu nồng độ khói trung bình 
tính theo phần trăm:
% ,
, ,
. , %N 54 4
54 4 37 5
100 31 06tb =
-
=
Kết quả thực nghiệm cho thấy khi sử dụng 
bộ xúc tác BHKW6 lắp trên ô tô tải nhỏ được 
đo theo chu trình gia tốc tự do đã cắt giảm được 
31,06% nồng độ khói. Như vậy, nếu tất cả các xe tải 
nhỏ đều trang bị bộ xúc tác BHKW6 thì đều đạt tiêu 
chuẩn Euro 2. Bởi vì, nếu xe có độ khói trung bình 
lớn nhất 100% thì khi sử dụng bộ xúc tác sẽ được 
giảm đi 31,06%. Nồng độ khói trung bình còn lại là 
ISSN 2354-0575
Journal of Science and Technology38 Khoa học & Công nghệ - Số 10/Tháng 6 - 2016
68,94%. Trong khi qui định hiện nay về tiêu chuẩn 
khí thải Euro 2 là 72,0%. 
Mặt khác, sự giảm thiểu nồng độ khói trung 
bình trên 30% có ý nghĩa rất quan trọng đối với các 
xe đã qua sử dụng đảm bảo được tiêu chuẩn Euro 4.
Kết luận
Qua đo đạc, phân tích, đánh giá về mức 
độ giảm thiểu nồng độ bồ hóng bằng bộ xúc tác 
BHKW6 được thực nghiệm với thiết bị DISMOKE 
4000 trên xe THACO FD 2300A, cũng như mức 
tiêu hao nhiên liệu được thực nghiệm trên đường 
đồ thị cho thấy:
- Nhiệt độ của bộ xúc tác càng cao thì hiệu 
quả hấp thụ bồ hóng của bộ xúc tác càng lớn.
- Lắp đặt bộ xúc càng gần họng xả của động 
cơ càng tốt.
- Bộ xúc tác giảm thiểu được độ khói từ khí 
xả động cơ là 31,06%.
Hướng nghiên cứu tiếp theo
Đề nghị tiếp tục nghiên cứu ứng dụng bộ xúc 
tác cho các loại xe tương tự để góp phần thiết thực 
là giảm thiểu phát thải độc hại do động cơ gây ra tại 
Việt Nam.
Tài liệu tham khảo
[1]. Phạm Minh Tuấn, Khí thải động cơ và ô nhiễm môi trường, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2008.
[2]. Phạm Hữu Tuyến, Nguyễn Thế Lương, Lê Anh Tuấn, Đỗ Thanh Hải, Nghiên cứu tính toán 
lượng Urê cung cấp cho bộ khử NO
x
 bằng xúc tác có chọn lọc lắp trên động cơ xe buýt, Tạp chí Cơ 
khí Việt Nam, 10/2013.
[3]. Helmut Tschoeke, et al, Diesel Engine Exhaust Emissions, Handbook of Diesel Engines, 
Springer, Chapter 15.
[4]. W. Addy Majewski, Lean NO
x
 Catalyst, 
[5]. European Automobile Manufacturer’s Association, Selective Catalytic Reduction, Final Report, 
6/2003.
[6]. Walker, A., Diesel Emission Control: Past, Present and Future, 19th NACM, Philadelphia, PA 
2005.
[7]. Burkhard Eberwein, Practical Experiences with SCR Systems and Efficiency Compared to Other 
Technologies, Presentation in SCR-Tagung IQPC Frankfurt, 9/2007.
[8]. Thông tư 10/2009/TT-BGTVT do bộ trưởng BGTVT ký ngày 24 tháng 6 năm 2009.
A CASE STUDY OF SOLUTIONS TO REDUCE HARMFUL EMISSIONS IN DIESEL
Abstract:
Environmental pollution levels are also increasing, significant impacts on the lives and human 
society that one of the important factors is the exhaust from internal combustion engines. Toxic combustion 
products discharged from the internal combustion engine includes nitrogen oxides (NO
x 
), carbon monoxide 
(CO), hydrocarbons (HC), waste particles (PM) and aldehydes, is a major cause of pollution gas. This 
article presents a synthesis of the research base of theory and experiments conducted investigated the effect 
of a few key parameters. Results article is to suggest some concrete solutions to reduce toxic wastes such 
as NO
x 
, PM accordance with practical conditions of Vietnam.
Keywords: Diesel, nitrogen oxides (NO
x 
), carbon monoxide (CO), hydrogen, carbon (HC), waste particles 
(PM).