Nghiên cứu Quy trình thử ô nhiễm công nhận kiểu phương tiện cơ giới đường bộ hạng nhẹ theo tiêu chuẩn Châu Âu và đánh giá khả năng áp dụng trong điều kiện Việt Nam - chương 1

Chúng ta biết rằng, đối với các nước phát triển, quy trình thử và giới hạn ô nhiễm tương ứng kèm theo khi thử nghiệm công nhận kiểu phương tiện cơ giới đường bộ (PTCGĐB)

LỜI NÓI ĐẦU

Chúng ta biết rằng, đối với các nước phát triển, quy trình thử và giới hạn ô nhiễm tương ứng kèm theo khi thử nghiệm công nhận kiểu phương tiện

cơ giới đường bộ (PTCGĐB) là công cụ quản lý hữu hiệu nhằm đạt được các mục đích sau:

+ Cải thiện chất lượng không khí, nhất là tại các khu đô thị có mật độ PTCGĐB tham gia giao thông lớn

+ Kiểm soát nguồn phát thải từ PTCGĐB ngay từ giai đoạn thiết kế, sản xuất Đây là biện pháp có hiệu quả cao hơn rất nhiều so với việc kiểm tra

ô nhiễm các PTCGĐB đang lưu hành

+ Bắt buộc các hãng sản xuất ô tô phải nhanh chóng áp dụng các công nghệ tiên tiến nhằm cung cấp cho thị trường các PTCGĐB ít ô nhiễm hơn

+ Tạo các rào cản hợp lý về mặt kỹ thuật nhằm bảo vệ sản xuất trong nước trong xu hướng toàn cầu hoá, tránh đầu tư các công nghệ lạc hậu

+ Tạo hành lang pháp lý cần thiết cho sự cạnh tranh bình đẳng giữa các hãng sản xuất PTCGĐB…

Ngày 10/10/2005, Thủ Tướng Chính Phủ đã ký quyết định số

249/2005/QĐ-TTg về việc Quy định Lộ trình áp dụng Tiêu chuẩn khí thải

đối với phương tiện cơ giới đường bộ Theo đó, các loại PTCGĐB được sản

xuất, lắp ráp và nhập khẩu mới phải áp dụng các mức tiêu chuẩn khí thải theo các Tiêu chuẩn Việt nam tương đương mức Euro 2 đối với từng loại xe kể từ

ngày 01/7/2007 Đối với xe cơ giới mà kiểu loại đã được chứng nhận, an toàn

kĩ thuật và bảo vệ môi trường trước ngày 01/7/2007 nhưng chưa được sản

xuất, lắp ráp thì áp dụng các mức tiêu chuẩn khí thải theo các Tiêu chuẩn

Việt nam tương đương mức Euro 2 đối với từng loại xe kể từ ngày 01/7/2008.

Để chuẩn bị cho Lộ trình này, chúng ta cũng đã xây dựng được một số tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) có liên quan (như TCVN 224-01; TCVN 6211-1996; TCVN 6431-1998; TCVN 6438-2001; TCVN 6568-1999; TCVN 6785-2001; TCVN 6787-6785-2001; TCVN 8621-2001 ) Các tiêu chuẩn này đều dựa trên nền tiêu chuẩn của Châu Âu và hệ thống tiêu chuẩn của ISO Tuy nhiên,

điều đáng nói là các TCVN mới chỉ dừng lại ở mức đề cập các vấn đề chung

và sau đó viện dẫn đến các tiêu chuẩn nền tương ứng Điều này gây nhiều khó

khăn cho người cán bộ kỹ thuật khi cần ứng dụng, tham khảo hoặc đối chiếu

Chúng ta đã biết, Châu Âu là một trong các khu vực đi đầu trong cuộc chiến chống lại ô nhiễm phát sinh từ PTCGĐB Quy trình thử và tiêu chuẩn ô nhiễm của Châu Âu (đối với động cơ đốt trong và PTCGĐB) rất phức tạp và

đồ sộ, chứa đựng rất nhiều vấn đề có liên quan mật thiết đến chuyên ngành

Kỹ thuật Động cơ nhiệt.

Xuất phát từ những lý do trên, tôi chọn và thực hiện luận văn tốt

nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu Quy trình thử ô nhiễm công nhận kiểu

phương tiện cơ giới đường bộ hạng nhẹ theo tiêu chuẩn Châu Âu và đánh giá khả năng áp dụng trong điều kiện Việt Nam” Nội dung luận văn được

trình bày trong 4 chương:

+ Chương 1 Động cơ đốt trong và vấn đề ô nhiễm môi trường:

trình bày ngắn gọn về quá trình hình thành các chất ô nhiễm trong khí thải động cơ; tác động của khí thải động cơ tới con người và môi trường sinh thái;

+ Chương 2 Các dạng thử nghiệm nhiễm công nhận kiểu đối với động cơ đốt trong và phương tiện cơ giới đường bộ theo tiêu chuẩn Châu Âu: giới thiệu khái quát các dạng thử nghiệm (chu trình thử, sơ đồ bố trí

phương tiện và trang thiết bị thử nghiệm, phương pháp lấy mẫu khí, giới hạn mức ô nhiễm …) tương ứng với các loại PTCGĐB khác nhau theo tiêu chuẩn Châu Âu

+ Chương 3 Quy trình thử nghiệm ô nhiễm công nhận kiểu đối với phương tiện cơ giới đường bộ hạng nhẹ theo tiêu chuẩn Châu Âu: tập

trung phân tích và trình bày các vấn đề kỹ thuật có liên quan đến việc thử nghiệm ô nhiễm công nhận kiểu PTCGĐB hạng nhẹ (đây là quy trình phức tạp nhất xét về góc độ kỹ thuật chuyên ngành) theo tiêu chuẩn Châu Âu

+ Chương 4 Đánh giá khả năng áp dụng trong điều kiện Việt Nam:

đưa ra các ý kiến đánh giá có tính chất chủ quan về quy trình thử nghiệm ô nhiễm công nhận kiểu PTCGĐB hạng nhẹ theo tiêu chuẩn Châu Âu; những khó khăn, thuận lợi khi áp dụng quy trình thử này trong điều kiện thực tế của Việt Nam

Với những kiến thực được trang bị trong quá trình học tập, bản thân em

đã chủ động và tích cực trong quá trình nghiên cứu và viết luận văn Tuy nhiên, do giới hạn về thời gian cộng với năng lực bản thân còn hạn chế, luận văn của em không tránh khỏi những thiếu sót Kính mong nhận được sự đóng góp của các Thầy để luận văn của em mang tính khoa học và thực tiễn hơn

Qua đây, em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới GVC-TS Nguyễn Hoàng Vũ cùng các Thầy trong Bộ môn Động cơ, Khoa Động Lực, Học viện KTQS đã chỉ bảo nhiều ý kiến quý báu giúp em hoàn thành luận văn của mình Một lần nữa xin gửi tới các Thầy lòng biết ơn sâu sắc nhất

Hà Nội, Ngày 20 tháng 05 năm 2007

Học viên

Lê Hồng Hải

CHƯƠNG 1

ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG VÀ VẤN ĐỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG

1.1 CÁC VẤN ĐỀ CHUNG

Trong những năm gần đây, cùng với sự bùng nổ dân số, công nghiệp hoá tăng nhanh kéo theo việc sử dụng các PTCGĐB phục vụ cho nhu cầu vận chuyển cũng như đi lại của con người tăng nhanh Khi PTCGĐB hoạt động sẽ các chất độc hại trong khí thải sẽ phát tán vào môi trường và gây ô nhiễm

Tại Việt Nam, sự bùng nổ PTCGĐB trong những năm gần đây đặc biệt

là tại các thành phố lớn như Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh… đã làm cho môi trường không khí xung quanh ở những thành phố này bị ô nhiễm nghiêm trọng, nhiều lúc đã vượt quá giới hạn tiêu chuẩn cho phép Nguyên nhân chính của hiện tượng này là do khí thải từ các PTCGĐB, nhất là khi có ùn tắc giao thông thì mức độ ô nhiễm có thể tăng lên từ 3 đến 5 lần, [4]

Theo kết quả khảo sát của Ngân hàng Phát triển Châu Á (ADB) tiến hành ở 2 thành phố lớn là Hà nội và thành phố Hồ Chí Minh cho thấy có 3 nguồn chính gây ô nhiễm không khí, đó là: các khu công nghiệp, các khu dân

cư và PTCGĐB Trong đó, PTCGĐB là nguyên nhân chính làm tăng hàm lượng các chất độc hại trong không khí, đặc biệt là tại các nút giao thông có mật độ PTCGĐB cao và hay ùn tắc giao thông (hàm lượng của các chất: CO,

SO2, NOx, Pb thường xuyên cao hơn mức cho phép) Kết quả đo hàm lượng một số chất ô nhiễm ở một số nút giao thông quan trọng tại Hà Nội được trình bày trong Bảng 1.1, [4]

Có thể nói, nguồn đóng góp chính vào ô nhiễm môi trường do hoạt động giao thông đô thị tại Việt Nam là khí thải từ xe máy Bởi vì, nếu tính theo lượng tiêu thụ nhiên liệu trên cùng 1 quãng đường thì cứ 5 chiếc xe máy tương đương một chiếc xe con hạng trung Với số lượng xe máy đăng ký tại

Hà Nội là khoảng 1.500.000 chiếc, và tại thành phố Hồ Chí Minh khoảng 2.500.000 chiếc, thì lượng tiêu thụ nhiên liệu và lượng phát thải sẽ tương đương với khoảng 300.000 ô tô con ở Hà Nội và 500.000 ô tô con tại thành phố Hồ Chí Minh Ngoài ra, hiệu quả đốt cháy nhiên liệu của xe máy kém hơn nhiều so với ô tô nên, nếu so sánh con số này với số lượng ô tô đang lưu hành tại Hà Nội (vào khoảng 75000 xe) và thành phố Hồ Chí Minh (khoảng 150.000 xe) thì sơ bộ ước tính, lượng phát thải từ xe máy lớn gấp 3 đến 5 lần lượng phát thải từ ô tô

Bảng 1.1 Mức độ ô nhiễm ở một số nút giao thông của Hà Nội

(đơn vị: mg/m3), (Thời gian đo: tháng 8 năm 2000), [4]

Nơi đo Thời gian đo COx SO2 HCs NOx SPM Pb

Ngã Tư Sở

Buổi sáng 4,1 0,67 28,8 0,06 0,6 0,025 Buổi trưa 4,5 0,68 27,5 0,05 0,5 0,015 Buổi chiều 6,2 0,82 35,5 0,08 0,8 0,02 Cầu Giấy

Buổi sáng 3,5 0,55 24,0 0,05 0,5 0,015 Buổi trưa 4,1 0,61 25,0 0,04 0,4 0,025 Buổi chiều 5,0 0,60 28,0 0,05 0,7 0,025 Ngã Tư Vọng

Buổi sáng 4,5 0,67 27,0 0,08 0,6 0,03 Buổi trưa 4,0 0,83 27,0 0,08 0,5 0,01 Buổi chiều 3,5 0,67 25,0 0,06 0,6 0,02 Cầu Chương

Dương

Buổi sáng 5,5 0,83 28,0 0,07 1,0 0,025 Buổi trưa 5,0 0,76 27,0 0,08 0,8 0,025 Buổi chiều 6,5 1,0 35,0 0,09 1,5 0,03 Khu phố cổ

Buổi sáng 2,2 0,37 12,0 0,02 0,2 0,01 Buổi trưa 2,0 0,35 11,0 0,02 0,2 0,01 Buổi chiều 2,5 0,40 12,0 0,03 0,3 0,015

Lượng xe máy lưu hành tại Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh sẽ tiếp tục tăng nhanh, nhất là từ khi bãi bỏ quy định tạm ngừng và hạn chế đăng ký

mô tô - xe máy Đây cũng là nguyên nhân chính gây ra ùn tắc giao thông trong khi cơ sở hạ tầng giao thông tại các thành phố này không thể nâng cấp kịp thời

Tỷ lệ đóng góp đến ô nhiễm không khí do các loại phương tiện khác

nhau gây ra tại Thành phố Hà Nội đươc trình bày trong Bảng 1.2.

Bảng 1.2 Tỷ lệ ô nhiễm không khí do các loại phương tiện khác

nhau gây ra tại địa bàn Hà Nội, [4].

Chất

ô nhiễm

Xe máy

Phương tiện lắp động cơ xăng

Phương tiện lắp động cơ diesel

Ngoài ra, một điều cần quan tâm là có sự thay đổi lớn về tỷ lệ đóng góp các chất ô nhiễm vào tổng lượng thải chung giữa các loại phương tiện khác nhau (Bảng 1.3)

Bảng 1.3 Tỷ lệ các chất ô nhiễm trong khí thải của các loại phương tiện khác nhau,[4].

Nhìn chung, lượng chất độc hại thải ra môi trường tỷ lệ thuận với lượng

và loại nhiên liệu mà các PTCGĐB tiêu thụ Theo số liệu thống kê từ Bộ Thương Mại và Ngân hàng Phát triển Châu Á [4], lượng nhiên liệu dùng cho lĩnh vực giao thông vận tải hàng năm tại Việt Nam là khá lớn (Bảng 1.4)

Bảng 1.4 Lượng nhiên liệu tiêu thụ trong lĩnh vực giao thông vận tải tại Việt Nam, [4].

Năm Nhiên liệu xăng, (1000 tấn) Nhiên liệu diesel, ( 1000 tấn)

1995 668 493

Căn cứ vào lượng nhiên liệu các PTCGĐB tiêu thụ trong một năm và dựa vào mức độ tăng trưởng kinh tế, các nhà nghiên cứu dự báo chất độc hại

do các PTCGĐB thải vào môi trường Việt Nam vào năm 2005 có thể lên đến 530.600 tấn, một con số khá lớn và rất đáng lo ngại (Bảng 1.5)

Bảng 1.5 Dự báo khối lượng chất ô nhiễm do phương tiện cơ giới đường bộ thải vào môi trường Việt Nam năm 2005, [3].

Khối lượng thải vào môi trường (tấn) PTCGĐB

lắp Đ.C xăng

PTCGĐB lắp Đ.C diesel

Tổng số

1 Ôxít cacbon CO 98.357,5 37.867,7 136.225,2

2 Ôxít nitơ NO x 39.343,0 71.407,6 110.750,6

3 Hydrocarbon C m H n 137.700,6 75.735,3 213.435,9

4 Anđehyt R-CHO 1967,0 17.310,9 19.277,9

6 Muội than C 3676,9 17.310,9 20.987,8

7 Chất thải khác 3676,9 25.278,8 28.955,7

Tác động tiêu cực của các chất ô nhiễm của trong khí thải động cơ đốt trong là đối tượng của nhiều nghiên cứu chuyên sâu và đã được đề cập trong rất nhiều tài liệu khác nhau Bảng 1.6 chỉ trình bày tóm tắt tác động đến sức khoẻ con người và môi trường sinh thái của các chất ô nhiễm thông thường có trong khí thải động cơ

Bảng 1.6 Tác động đến sức khoẻ và môi trường của các chất ô

nhiễm trong khí xả động cơ đốt trong, [3].

Chất ô

nhiễm

Ành hưởng tới sức khỏe

Mưa axít

Sự phì dưỡng

Ảnh hưởng Thay đổi khí hậu

tiếp tiếp

tầm nhìn

Thực tế tại các nước giải quyết tốt vấn để ô nhiễm môi trường do các hoạt động giao thông vận tải cho thấy, muốn đạt được kết quả tối ưu phải sử dụng tổng hợp các giải pháp sau:

+ Tăng cường mức độ nghiêm ngặt của các tiêu chuẩn khí thải: như đã

đề cập trong Lời nói đầu, đây là biện pháp mạnh và có thể đạt được nhiều mục tiêu cùng lúc.Tất cả các nước phát triển đều rất chú trọng đến việc phát triển Quy trình thử nghiệm ô nhiễm công nhận kiểu PTCGĐB và các giới hạn

ô nhiễm tương ứng kèm theo

+ Tăng cường công tác Kiểm tra và bảo dưỡng – I/M (Inspection and

Maintenance): đây là biện pháp khá hiệu quả nhằm để các phương tiện đang

lưu hành không bị gia tăng quá lớn về mức phát thải so với thiết kế ban đầu.

Thông qua công tác I/M cũng có khả năng phát hiện được những phương tiện

có sự gia tăng đột biến về mức phát thải và có biện pháp bảo dưỡng, điều chỉnh phù hợp

+ Sử dụng nhiên liệu sạch: Đây là biện pháp đã được một số quốc gia

phát triển áp dụng Việc sử dụng nhiên liệu sạch có thể hiểu theo hai hướng: tăng cường chất lượng (giảm hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu diesel, không sử dụng phụ gia chì, tăng chỉ số ốc-tan, giảm áp suất hơi RVP của xăng .) của nhiên liệu truyền thống (xăng, diesel); và hướng thứ hai là sử dụng các

loại nhiên liệu xanh (nhiên liệu thay thế) như : LPG, CNG, biofuel Tuy

nhiên, việc áp dụng các biện pháp này tại các nước đang phát triển sẽ gặp khó khăn do giá thành nhiên liệu tăng cao, những sự thay đổi đối với động cơ và

hệ thống nhiên liệu khi sử dụng nhiên liệu thay thế; hệ thống cung cấp

+ Thực hiện tốt việc quy hoạch và quản lý nhu cầu giao thông: đây là

biện pháp dành cho các nhà quản lý đô thị, nhằm phát triển các biện pháp đồng bộ khác như: hoàn thiện cơ sở hạ tầng giao thông, phát triển mạng lưới giao thông công cộng và khuyến khích người dân sử dụng các phương tiện

này, có chính sách phù hợp để khuyến khích sử dụng phương tiện sạch và

nhiên liệu sạch

1.2 QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Từ những năm 1970, các điều luật liên quan đến khí xả động cơ thường

đề cập đến CO, HC, NOx và PM Các chất này thường được gọi là chất ô

nhiễm thông thường Từ những năm 1990, để hiểu biết sâu hơn về hiện

tượng và nguyên nhân ô nhiễm, các nhà chuyên môn quan tâm rất nhiều đến các hợp chất đặc biệt có trong khí xả (Benzene, Formaldehyde, PAHs, ) và

chúng thường được gọi là chất ô nhiễm đặc trưng

1.2.1 Cơ chế hình thành CO

Các PTCGÐB là nguồn phát thải CO chủ yếu tại các khu đô thị và các nút giao thông có mật độ phương tiện qua lại cao CO là loại khí không mầu, không mùi và không vị Trong phản ứng dây chuyền khi hỗn hợp bị đốt cháy,

CO chỉ là một sản phẩm trung gian của quá trình ô-xy hoá nhiên liệu hydrocacbon để tạo thành sản phẩm cuối cùng CO2

Trong đó R là gốc hydrocacbua

CO tạo ra sẽ bị ô-xy hoá với tốc độ chậm để tạo thành CO2 theo phản ứng sau đây:

Tốc độ ô xy hoá phụ thuộc vào nồng độ ô-xy, nhiệt độ khí và thời gian dành cho phản ứng Yếu tố chính gây ra việc phát sinh CO là độ đậm đặc của hỗn hợp nhiên liệu + không khí Ví dụ, với nhiên liệu chứa 87% C (theo khối lượng), mức CO trong khí xả sẽ là 1,6 ; 3,0 ; và 3,7 lần lượt tương ứng với tỷ

số tương đương  là 1,05; 1,10 và 1,15

Theo nguyên lý, sự phát thải CO có thể bằng không khi cháy với hỗn hợp nghèo nhiên liệu Tuy nhiên, điều này khó đạt được trong thực tế do các nguyên nhân sau: tỷ số A/F không đồng nhất trong xi lanh (hoặc giữa các xi lanh) và sự ô-xy hoá một phần HC trong hệ thống thải

Mức CO trong khí xả cũng phụ thuộc vào hàm lượng cacbon của nhiên liệu, nhưng sự thay đổi thường rất nhỏ Việc sử dụng nhiên liệu thay thế (Ê-te, rượu cồn ) sẽ giảm sự phát thải CO do sự giảm nhẹ của tỷ số tương đương

Trong động cơ đốt cháy cưỡng bức, hỗn hợp không khí nhiên liệu thường là hỗn hợp giàu (nhất là chế độ toàn tải và khởi động), do đó quá trình cháy xảy ra không hoàn toàn, nồng độ CO lớn Lượng thải CO trong khí thải của động cơ xăng đặc biệt cao ở chế độ không tải Do vậy, không được để động cơ chạy không tải trong khi ga-ra xe đang đóng kín

Theo kết quả thực nghiệm, trong 2 phút làm việc đầu tiên (có tính đến điều kiện khởi động nguội), lượng CO thải ra đã chiếm khoảng 80% lượng thải cho phép của toàn bộ thời gian thử Trị số này có thể thấp hơn nếu có thể điều chỉnh một cách chính xác hơn tỷ số A/F khi khởi động nguội Ngoài ra

để giảm lượng thải CO khi khởi động nguội cần đảm bảo tạo được hỗn hợp đồng đều giữa các xi lanh động cơ Ðiều này có thể đảm bảo khá tốt bằng cách sử dụng hệ thống phun xăng điện tử

Nhìn chung, động cơ diesel thải CO ít hơn so với động cơ xăng đối chứng Trong quá trình hoạt động, các xe tải hạng nhẹ lắp động cơ diesel thải

CO ở mức khoảng 2 g/dặm, trong khi các xe con lắp động cơ xăng (không sử