Nghiên cứu mô phỏng đánh giá hiệu quả bộ xúc tác ba thành phần trên động cơ phun xăng điện tử khi sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn E10-E20

bộ xúc tác ứng với ba loại 
nhiên liệu trên tăng dần khi tăng vị trí tay ga từ 25% 
lên 50%, nguyên nhân là do khi tăng ga từ 25% lên 
50% tay ga, quá trình cháy của động cơ được cải 
thiện, thành phần khí thải đầu vào của bộ xúc tác CO 
và HC giảm điều này làm tăng hiệu suất bộ xúc tác, 
tiếp tục tăng ga đến 100% thì CO và HC có xu hướng 
giảm, trong khi hiệu suất xử lý NOx có xu hướng 
giảm dần khi tăng dần vị trí tay ga, nguyên nhân của 
hiện tượng này đã được giải thích ở trên. Bên cạnh 
đó, khi thay đổi tay ga từ 25% đến 100%, nhiệt độ khí 
thải trong khoảng từ 350oC đến 550oC, như kết quả 
chỉ ra trong hình 6 thì hiệu suất bộ xúc tác thay đổi 
không nhiều trong vùng nhiệt độ trên, vì vậy ảnh 
hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất bộ xúc tác khi tăng 
ga từ 25% đến 100% là không nhiều. 
Hình 8 so sánh hiệu suất xử lý khí thải trung 
bình của bộ xúc tác khi sử dụng nhiên liệu E10-E20 
so với E0 tại tốc độ 30, 50 và 70 km/h, tay ga thay 
đổi từ 25% đến 100%. So với khi sử dụng nhiên liệu 
E0, khi sử dụng xăng pha cồn E10, E20 hiệu suất xử 
lý CO và HC có xu hướng tăng, hiệu suất xử lý NOx 
có xu hướng giảm. Mức tăng trung bình của hiệu suất 
xử lý CO và HC là 3,3 và 4,6% khi sử dụng E10 và 
5,0 và 5,8% khi sử dụng E20. Mức giảm trung bình 
của hiệu suất xử lý NOx là 6,6% khi sử dụng E10 và 
a 
b 
Hình 8. Hiệu suất xử lý khí thải trung bình của bộ 
xúc tác khi sử dụng nhiên liệu E10-E20 so với E0 
tại tốc độ 30, 50 và 70 km/h, tay ga thay đổi từ 
25% đến 100 
c 
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 124 (2018) 032-038 
37 
8,4% khi sử dụng E20. Nguyên nhân của xu hướng 
này là khi sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn, lượng 
ôxy trong nhiên liệu nhiều hơn, hiệu quả của quá 
trình cháy tốt hơn do đó nồng độ CO, HC trong khí 
thải giảm nên hiệu suất xử lý CO, HC có xu hướng 
tăng, bên cạnh đó lamđa của động cơ khi sử dụng 
nhiên liệu xăng pha cồn có xu hướng nhạt hơn, hỗn 
hợp giàu ôxy, do đó môi trường ôxy hóa CO, HC tốt 
hơn, hiệu suất xử lý CO và HC cải thiện. Môi trường 
ôxy hóa CO, HC trong bộ xúc tác tốt hơn, đồng nghĩa 
môi trường khử NOx sẽ ít thuận lợi hơn, do đó hiệu 
suất của NOx có xu hướng giảm. 
3.3. Đánh giá hiệu quả xử lý khí thải của bộ xúc tác 
theo tốc độ xe máy khi sử dụng nhiên liệu xăng pha 
cồn E0, E10, E20 
Hình 9 chỉ ra hiệu suất xử lý của bộ xúc tác khi 
sử dụng nhiên liệu E0, E10 và E20 theo tốc độ tại 
25%, 50% và 100% tay ga. Tại chế độ 25% tay ga 
(hình 9a), khi tốc độ động cơ còn thấp, nhiệt độ động 
cơ thấp, thành phần phát thải CO và HC cao, NOx 
thấp vì vậy hiệu suất xử lý CO, HC thấp và NOx cao, 
khi tăng tốc đến 30-40 km/h , lúc này động cơ hoạt 
động ổn định hơn, hiệu quả quá trình cháy tốt hơn, 
thành phần CO và HC giảm, NOx tăng, điều này làm 
cho hiệu suất xử lý CO và HC tăng, NOx giảm, tiếp 
tục tăng tốc độ lúc này động cơ ưu tiên phát ra công 
suất cao hơn, lượng nhiên liệu có xu hướng đậm hơn, 
thành phần CO và HC tăng cao, trong khi nhiệt độ 
quá trình cháy cũng tăng, vì vậy thành phần phát thải 
CO, HC, NOx đều tăng, bên cạnh đó, tốc độ tăng làm 
tăng lưu lượng qua bộ xúc tác, điều này làm cho thời 
gian tiếp xúc giữa thành phần khí thải và vật liệu xúc 
tác giảm, dẫn tới hiệu suất xử lý CO, HC và NOx có 
xu hướng giảm (hình 9a). Tại vị trí 50% tay ga (hình 
9b), khi xe hoạt động ở tốc độ thấp 30 km/h ,hiệu suất 
xử lý CO và HC khoảng 60% và 40%, NOx khoảng 
80%, khi tăng tốc độ động cơ từ 30km/h đến 70 km/h, 
hiệu suất xử lý CO và HC tăng dần, mức tăng khoảng 
8÷10%, trong khi hiệu suất xử lý NOx giảm, tại vị trí 
50% tay ga, trong vùng tốc độ từ 30km/h đến 70 
km/h, động cơ hoạt động ổn định, quá trình cháy tốt, 
vì vậy thành phần CO, HC có xu hướng giảm, NOx 
tăng, điều này làm cho hiệu suất xử lý CO và HC có 
xu hướng tăng, do thành phần môi chất khử giảm, 
môi trường khử bị hạn chế vì vậy, hiệu suất xử lý 
NOx có xu hướng giảm. Tại vị trí 100% tay ga (hình 
9c), tại tốc độ 40km/h, hiệu suất xử lý CO, HC rất 
thấp, khoảng 1% , NOx ở mức 50%, khi tăng tốc độ, 
hiệu suất xử lý NOx giảm, hiệu suất xử lý CO, HC 
thay đổi là không đáng kể. Tại vị trí 100% tay ga, 
động cơ ưu tiên phát ra công suất cực đại, lamđa của 
động cơ đậm (đã được phân tích ở trên), vì vậy thành 
phần CO, HC tăng rất cao, do lamđa đậm, làm cho 
thiếu ôxy môi trường ôxy hóa không có, vì vậy hiệu 
suất CO và HC rất thấp, bên cạnh đó, tốc độ tăng làm 
cho thời gian tiếp xúc giữa chất khí với vật liệu xúc 
tác giảm làm cho hiệu suất NOx giảm mặc dù môi 
trường khử tăng cao. 
Hình 10 so sánh hiệu suất xử lý CO, HC và NOx 
trung bình của bộ xúc tác khi sử dụng nhiên liệu 
E10-E20 so với E0 tại vị trí 25% (tốc độ xe từ 20 đến 
70km/h), 50% (tốc độ xe từ 30 đến 70 km/h) và 100% 
tay ga (tốc độ xe từ 30 đến 80 km/h). So với khi sử 
dụng nhiên liệu E0, khi sử dụng xăng pha cồn E10, 
E20 hiệu suất xử lý CO, HC có xu hướng tăng và 
hiệu suất xử lý NOx giảm. Mức tăng trung bình của 
hiệu suất xử lý CO và HC là 3,1 và 3,7% khi sử dụng 
E10, 5,5 và 6,6% khi sử dụng E20. Mức giảm trung 
bình của hiệu suất xử lý NOx là 5,8% khi sử dụng 
E10 và 7,0% khi sử dụng E20. Nguyên nhân của hiện 
tượng này đã được giải thích trong mục 3.2. 
Hình 9. Hiệu suất xử lý của bộ xúc tác khi sử dụng 
nhiên liệu E0, E10, E20 theo tốc độ tại 25% (a), 
50% (b), 100% tay ga (c ) 
a 
b 
c 
Tạp chí Khoa học và Công nghệ 124 (2018) 032-038 
38 
4. Kết luận 
Bài báo đã xây dựng được mô hình mô phỏng 
đánh giá hiệu quả bộ xúc tác cho động cơ phun xăng 
điện tử. Sai lệch giữa kết quả mô phỏng và kết quả 
thực nghiệm nhỏ hơn 5%, mô hình mô phỏng đảm 
bảo độ chính xác cần thiết. Hiệu suất bộ xúc tác TWC 
lắp trên động cơ phun xăng điện tử đã được nghiên 
cứu và đánh giá, khi tăng ga từ 25% đến 100%, hiệu 
suất xử lý CO, HC và NOx có giảm mạnh, đặc biệt tại 
100% tay ga, hiệu suất xử lý CO và HC giảm còn 1%. 
Khi tăng tốc độ từ 20km/h đến 80km/h, hiệu suất xử 
lý CO, HC và NOx có xu hướng giống với đặc tính tải 
(đã được phân tích ở trên), tuy nhiên sự thay đổi hiệu 
suất xử lý trong khoảng 10%. Khi sử dụng nhiên liệu 
xăng pha cồn E10, E20, hiệu suất xử lý CO và HC có 
xu hướng cao hơn so với xăng E0, trung bình hiệu 
suất xử lý CO và HC là 3,2% và 4,15% đối với E10, 
5,25% và 6,2% đối với E20, mức giảm trung bình của 
hiệu suất xử lý NOx là 6,2% khi sử dụng E10 và 7,7% 
khi sử dụng E20. 
 Lời cảm ơn 
Tác giả xin trân trọng cảm ơn đến: Bộ Giáo dục 
và Đào tạo đã cung cấp tài chính, PTN Động cơ đốt 
trong, đại học Bách khoa Hà Nội đã cung cấp thiết bị 
và nhân lực để thực hiện nghiên cứu. 
References 
[1] Thummarat Thummadetsak, et al.: Thailand Fuel 
Performance and Emissions in Flex Fuel Vehicles, 
SAE 2010-01-2132. 
[2] R. Delgado v S. Paz: Effect of Different Ethanol-
Gasoline Blends on Exhaust Emissions and Fuel 
Consumption, SAE 2012-01-1273. 
[3] Le Anh Tuan, Pham Minh Tuan, 2009: Impacts of 
Gasohol E5 and E10 on Performance and Exhaust 
Emissions of In-used Motorcycle and Car: A Case 
Study in Vietnam. Vietnamese Journal of Science and 
Technology, No. 73B, p98-104. 
[4] Le Anh Tuan, Pham Huu Truyen, 2010, Utilization of 
ethanol – gasoline blends (E5 to E20) in gasoline 
engines: A study on materials compatibility in 
Vietnam, 3rd AUN/SEED-Net Regional Conference 
on New/Renewable Energy, Penang, Malaysia. 
[5] Phạm Hữu Tuyến, Vũ Thị Minh, Nguyễn Duy Tiến: 
Nghiên cứu tính năng kinh tế kỹ thuật và phát thải của 
động cơ xe máy phun xăng điện tử khi sử dụng nhiên 
liệu E0,E10 và E30; Tuyển tập công trình Hội nghị 
Khoa học Cơ học Thủy khí toàn quốc năm 2014, 
ISSN 1859-4182, 07/2015 
[6] Phạm Hữu Tuyến: Nghiên cứu mô phỏng động cơ 
phun xăng điện tử khi sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ 
cồn ethanol lớn; Tạp chí khoa học và công nghệ 
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, ISSN 1859-
3585, Số 27, 04/2015 
[7] Hoàng Đình Long, Nguyễn Kim Kỳ. Nghiên cứu hiệu 
quả bộ xúc tác khí thải xe máy trong giai đoạn khởi 
động lạnh và chạy ấm máy. Tạp chí Khoa học và 
Công nghệ Trường đại học Công nghiệp Hà Nội, số 
27, 2015 
[8] Hoàng Đình Long. Tính toán thiết kế tối ưu bộ xúc 
tác trung hòa khí thải ba chức năng cho xe ô tô du 
lịch. Tạp chí Giao thông Vận tải, Số 6/2011, trang 31-
34, Hà Nội 2011. 
[9] Lê Đát Toa, Nguyễn Văn Nhận, Nghiên cứu, thử 
nghiệm bộ xử lý khí thải xúc tác gắn trên động cơ 
xăng. Tạp chí Khoa học-Công nghệ Thủy sản số 
2/2012, trang 156-159. 
[10] Ronald M. Heck, Robert J. Farrauto, Suresh T. Gulati, 
Catalytic Air Pollution Control: Commercial 
Technology, 3rd Edition, 2009 ISBN: 978-0-470-
27503-0. 
[11] Carl Yaws, Chemical Properties Handbook: Physical, 
Thermodynamics, Engironmental Transport, Safety & 
Health Related Properties for Organic & Inorganic 
Chemical, 1999 ISBN-13: 978-1606235270. 
[12] Christopher Depcik, Sudarshan Loya, Anand 
Srinivasan, Travis Wentworth, Susan Stagg-Williams, 
Adaptive Global Carbon Monoxide Kinetic 
Mechanism over Platinum/Alumina Catalysts, 
Catalysts 2013, 3, 517-542. 
[13] Karthik Ramanathan, Chander Shekhar Sharma, 
Kinetic Parameters Estimation for Three Way 
Catalyst Modeling, Ind. Eng. Chem. Res., 2011, 50 
(17), pp 9960–9979. 
[14] X. Du, S.M. George, Thickness dependence of sensor 
response for CO gas sensing by tin oxide films grown 
using atomic layer deposition, Sens. Actuators B 135 
(2008) 152-160. 
[15] Y.Z. Wang, B.L. Chu, Structural and optical 
properties of ZnO thin films on (111) CaF2 substrates 
grown by magnetron sputtering, Superlattices 
Microstruct. 44 (2008) 54–61. 
[16] P.A. Lieberzeit, A. Rehman, B. Najafi, F.L. Dickert, 
Real-life application of a QCM-based e-nose: 
quantitative characterization of different plant-
degradation processes, Anal. Bioanal. Chem. 391 
(2008) 2897–2903. 
Hình 10. Hiệu suất xử lý khí thải trung bình của bộ 
xúc tác khi sử dụng nhiên liệu E10-E20 so với E0 tại 
vị trí 25%, 50%, và 100% tay ga, tốc độ động cơ thay 
đổi từ 20km/h đến 80km/h