Nghiên cứu xây dựng quan hệ giữa phát thải và chế độ làm việc của xe máy khi sử dụng nhiên liệu xăng sinh học

Tuy nhiên, do lượng phát thải phụ thuộc vàonhiều yếu tố như chủng loại, chất lượng động cơ, chế độ làm việc tải, tốc độ...nên để đánh giá phát thải của các loại phương tiện với các chu t

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu kết quả nêu

trong luận văn là trung thực./.

Hà nội, ngày tháng 08 năm 2013

Tác giả

Bùi Minh Hiệp

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập và làm luận văn cao học với nội dung “Nghiên cứu xây dựng quan hệ giữa phát thải và chế độ làm việc của xe máy khi sử dụng nhiên liệu xăng sinh học” Em xin chân thành cảm ơn các thầy trong Bộ môn Động cơ

đốt trong - Viện Cơ khí Động lực, Viện đào tạo sau đại học Trường Đại học Báchkhoa Hà Nội các bạn học viên lớp 2011B Sơn Tây, đã trang bị cho em những kiếnthức cần thiết trong quá trình học tập, tạo điều kiện về cơ sở vật chất và giúp đỡtrong suốt thời gian học tập và làm luận văn

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Phạm Hữu Tuyến, người đãhướng dẫn em hết sức tận tình và chu đáo, về mặt chuyên môn để em hoàn thànhbản Luận văn này

Tác giả

Bùi Minh Hiệp

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC CÁC BẢNG 6

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 7

PHẦN MỞ ĐẦU 7

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHÁT THẢI TỪ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG VÀ HỆ SỐ PHÁT THẢI 13

1.1 Các chất độc hại trong khí thải động cơ 13

1.1.1 Sự hình thành các chất độc hại trong khí thải 13

1.1.2 Ảnh hưởng của các chế độ làm việc không ổn định đến thành phần độc hại trong khí thải 14

1.1.3 Ảnh hưởng của các chất độc hại đến môi trường và sức khỏe con người.15 1.1.4 Vấn đề kiểm soát khí thải trên thế giới và ở Việt Nam 18

1.2 Hệ số phát thải 33

1.2.1 Khái niệm hệ số phát thải 33

1.2.2 Phương pháp tính tổng lượng phát thải từ phương tiện cơ giới 33

1.3 Các mô hình tính toán phát thải theo chế độ làm việc của động cơ 35

1.3.1 Mô hình phát thải liên tục (Instantaneous emission factor models) 35

1.3.2 Mô hình phát thải toàn bộ 35

1.3.3 Mô hình DGV (Digitalisiertes Grazer Verfahren) 36

1.3.4 Mô hình EMPA (Thụy Sỹ) 36

1.3.5 Mô hình PHEM 37

1.4 Một số nghiên cứu tính toán xác định lượng phát thải tại Việt Nam 38

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN HÀM LƯỢNG PHÁT THẢI TỪ SỐ LIỆU ĐO LIÊN TỤC 42

2.1 Hệ thống thử nghiệm đo phát thải liên tục với xe máy 42

2.1.1 Cấu tạo hệ thống 42

2.1.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống 47

2.1.2 Nguyên lý hoạt động: 50

2.2 Cơ sở tính toán hàm lượng phát thải từ số liệu đo liên tục 52

2.2.1 Tính toán quy đổi hàm lượng phát thải từ phần triệu thể tích (ppm) sang khối lượng (g/km) 52

2.2.2 Áp dụng các công thức tính toán với từng thành phần phát thải 53

2.2.3 Phương pháp tính toán xây dựng quan hệ giữa hàm lượng phát thải và tốc độ của xe 56

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG QUAN HỆ GIỮA LƯỢNG PHÁT THẢI VÀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ XE MÁY 64

3.1.1 Xe máy thử nghiệm 64

3.2 Mối quan hệ giữa hàm lượng phát thải và tốc độ xe 65

3.2.1 Quan hệ giữa hàm lượng phát thải và tốc độ xe máy khi sử dụng xăng sinh học E5 65

3.2.2 Quan hệ giữa hàm lượng phát thải và tốc độ xe máy khi sử dụng xăng sinh học E10 69

3.2.3 Tổng hợp các phương trình quan hệ 74

3.2.4 Đánh giá phát thải xe máy khi sử dụng xăng sinh học 75

3.2.5 Đánh giá độ chính xác của các hàm số 77

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

NEDC Chu trình thử châu Âu

CMEDC Chu trình thử cho xe máy được phát triển bởi Tổng cục môi

trườngCECDC Chu trình thử cho xe hạng nhẹ được phát triển bởi Tổng cục

môi trườngHMDC Chu trình thử trong thành phố cho xe máy được phát triển tại

PTN Động cơ đốt trong, Đại học Bách khoa Hà NộiECE R40 Chu trình thử của châu Âu với xe máy

CVS Hệ thống lấy mẫu với thể tích không đổi

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Tiêu chuẩn cấp 1 Mỹ đối với ô tô khách và xe tải nhẹ, FPT 75, g/dặm

20

Bảng 1.2: Tiêu chuẩn Mỹ đối với xe hạng nặng, g/mã lực,giờ 22

Bảng 1.3: Tiêu chuẩn Châu Âu đối với ôtô khách (loại M1 * ) 23

Bảng 1.4: Tiêu chuẩn Châu Âu đối với xe hạng nhẹ 24

Bảng 1.5: Tiêu chuẩn Nhật Bản đối với ô tô du lịch sử dụng động cơ xăng 27

Bảng 1.6: Tiêu chuẩn Nhật Bản đối với động cơ diesel xe khách, g/km 27

Bảng 1.7: Tiêu chuẩn Nhật Bản đối với động cơ diesel xe hạng nhẹ 29

Bảng 1.8: Giới hạn tối đa cho phép của thành phần ô nhiễm trong khí xả của các phương tiện vận tải 31

Bảng 1.9 Tiêu chuẩn TCVN 6438:2001 31

Bảng 1.10 Tiêu chuẩn TCVN 7357:2003 32

Bảng 1.11 Hệ số phát thải với chu trình lái HMDC 39

Bảng 1.12 Tốc độ của xe trong 1 chu trình 41

Bảng 3-1 Thông số xe máy thử nghiệm 64

Bảng 3.2: So sánh kết quả tính và kết quả đo 78

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Đặc tính tiêu hao nhiên liệu hoặc phát thải của động cơ 35

Hình 1.2 Tính toán phát thải NO x theo giá trị tốc độ trung bình của chu trình thử 36

Hình 1.3 Mô hình phát thải DGV 36

Hình 1.4 Đặc tính phát thải CO 2 theo áp suất có ích trung bình và tốc độ động cơ 37

Hình 1.5 Xây dựng đặc tính phát thải theo công suất có ích và tốc độ động cơ từ kết quả thử nghiệm trên băng thử trong mô hình PHEM 37

Hình 1.6 Chu trình lái HMDC 39

Hình 1.7 Chu trình lái cho xe máy CEMDC 40

Hình 1.8 Chu trình thử ECE R40 41

Bảng 1.12 Tốc độ của xe trong 1 chu trình 41

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống thử nghiệm khí thải xe máy 42

Hình 2.2 Sơ đồ thiết bị kiểm tra khí thải xe máy 43

Hình 2.3 Tủ CEBII 45

Hình 2.4 Sơ đồ cấu tạo của bộ phân tích CO 48

Hình 2.5 Sự ảnh hưởng của H 2 O tới kết quả đo CO 49

Hình 2.6 Nguyên lý phân tích H C 50

Hình 2.7 Sơ đồ cấu tạo của bộ phân tích NOx 51

Hình 2.8 Số liệu đo liên tục 57

Hình 2.9 Hàm lượng phát thải CO và tốc độ xe theo thời gian 57

Hình 2.10.Hàm lượng phát thải CO 2 và tốc độ xe theo thời gian 58

Hình 2.11 Hàm lượng phát thải HC và tốc độ xe theo thời gian 58

Hình 2.12 Hàm lượng phát thải NO x và tốc độ xe theo thời gian 59

Hình 2.13 Đồ thị thành phần CO- vận tốc theo thời gian sau khi dịch 60

Hình 2.14 Đồ thị thành phần CO 2 - vận tốc theo thời gian sau khi dịch 61

Hình 2.15 Đồ thị thành phần HC- vận tốc theo thời gian sau khi dịch 61

Hình 2.16 Đồ thị thành phần NOx- vận tốc theo thời gian sau khi dịch 62

Hình 2.17 Sơ đồ quá trình xây dựng quan hệ phát thải - tốc độ đối với xe máy từ số liệu đo phát thải liên tục trên băng thử 63

Hình 3.1 Chu trình WMTC 65

Hình 3.2 Chu trình HMDC 65

Hình 3.3 Đồ thị hàm lượng HC và v theo thời gian 66

Hình 3.4 Đồ thị hàm lượng CO và v theo thời gian 66

Hình 3.5 Đồ thị hàm lượng CO 2 và v theo thời gian 67

Hình 3.6 Đồ thị hàm lượng NO x và v theo thời gian 67

Hình 3.8 Đồ thị quan hệ CO – v 68

Hình 3.9 Đồ thị quan hệ CO 2 – v 69

Hình 3.10 Đồ thị quan hệ NOx – v 69

Hình 3.11 Đồ thị quan hệ HC và v theo thời gian 70

Hình 3.12 Đồ thị quan hệ CO và v theo thời gian 70

Hình 3.13 Đồ thị quan hệ CO 2 và v theo thời gian 71

Hình 3.14 Đồ thị quan hệ NOx và v theo thời gian 71

Hình 3.15 Đồ thị quan hệ HC – v 72

Hình 3.16 Đồ thị quan hệ CO – v 72

Hình 3.17 Đồ thị quan hệ CO 2 – v 73

Hình 3.18 Đồ thị quan hệ NO x – v 73

Hình 3.19 Đồ thị quan hệ HC –v với các nhiên liệu nhau 75

Hình 3.20 Đồ thị quan hệ CO –v với các nhiên liệu nhau 76

Hình 3.21 Đồ thị quan hệ CO 2 –v với các nhiên liệu nhau 76

Hình 3.22 Đồ thị quan hệ NO x –v với các nhiên liệu nhau 77

PHẦN MỞ ĐẦU

1.Lý do chọn đề tài

Động cơ đốt trong là nguồn động lực chính trên các phương tiện giao thông vận tải, máy nông nghiệp và đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực khác như xây dựng, khai khoáng, điện.v.v Tuy nhiên, động cơ đốt trong tiêu thụ một lượng lớn nhiên liệu dầu mỏ hiện đang cạn kiệt Đồng thời khí thải từ động cơ đốt trong có chứa nhiều chất độc hại gây ô nhiễm môi trường, làm biến đổi khí hậu, ảnh hưởng tới đời sống và sức khỏe con người

Theo số liệu thống kê cuối năm 2010 số xe trên thế giới có khoảng trên 1,015 tỷ

xe đang lưu hành, tăng 3,6% so với con số 980 triệu xe vào cuối năm 2009 và chủyếu tập chung vào các nước phát triển như Mỹ (239,8 triệu xe), Trung quốc (78triệu xe), Nhật bản (73,9 triệu xe) Trung bình 6,75 người lại sở hữu 1 chiếc xe ô tô

Ở Việt Nam số lương ô tô đang tăng rất nhanh Năm 2009 có khoảng 990 nghìnchiếc và tập trung chủ yếu ở 2 thành phố lớn là thành phố Hồ Chí Minh và Thủ đô

Hà Nội, số lượng tính đến năm 2011 là 1,344 triệu xe Tốc độ tăng trung bình về sốlượng ô tô hiện nay khoảng 10% là một trong những nguyên nhân chính gây ônhiễm môi trường cũng như tăng nhanh lượng tiêu thụ nhiên liệu Theo báo cáo môitrường quốc gia năm 2007, hoạt động giao thông đóng góp gần 85% lượng khí thải

CO, 95% lượng VOCs trên toàn quốc và chiếm khoảng 70% ô nhiễm không khí ởcác khu đô thị lớn [1] Xét trên từng phương tiện tham gia giao thông thì lượng khíthải từ xe máy xả ra chỉ bằng 1/4 so với ô tô Tuy nhiên ở Việt Nam do số lượng xemáy tham gia giao thông chiếm tỉ lệ lớn và nhiều xe chất lượng đã xuống cấp nênđây là nguồn đóng góp chính các loại khí ô nhiễm vào môi trường đặc biệt với cácloại khí CO,VOCs

Với mật độ phương tiện trên đường phương tiện quá đông cùng tham gia trên

đường, tốc độ phương tiện sẽ giảm, xe chuyển sang chạy ở chế độ tĩnh nhiều hơn, vìthế lượng tiêu thụ nhiên liệu sẽ lớn hơn, do vậy hệ số phát thải lớn

Phương tiện giao thông ô tô và xe máy ở Việt Nam gồm nhiều chủng loại, nhiều

xe đã qua sử dụng lâu năm hoặc có thiết kế cũ, chất lượng kỹ thuật thấp, có mứctiêu thụ nhiên liệu và nồng độ chất độc hại trong khí xả cao, tiếng ồn lớn Vì vậyvấn đề tiêu hao nhiên liệu và ô nhiễm môi trường do khí thải gây ra được nhà nước

và các tổ chức quan tâm nhất để giảm tiêu hao năng lượng cũng như cải thiện môitrường Một trong các giải pháp khắc phục vấn đề này là nghiên cứu và sử dụngnhiên liệu sinh học cho động cơ Ethanol (cồn hay cồn ethanol) là một loại nhiênliệu sinh học có nhiều tiềm năng hiện đang được sử dụng khá rộng rãi dưới dạnghỗn hợp với xăng truyền thống thường gọi là xăng sinh học Ethanol là chất lỏngkhông màu, mùi thơm dễ cháy, dễ hút ẩm, có độ phân cực mạnh được chế biến từcác nguồn nguyên liệu như ngô, sắn, mía Nhiều nghiên cứu cho thấy sử dụngxăng sinh học trên động cơ đốt trong giúp cải thiện được chất lượng khí thải

Hàm lượng phát thải của phương tiện giao thông nói chung, xe máy sử dụngxăng sinh học nói riêng phụ thuộc đặc trưng lái của phương tiện, cùng một chủngloại, chất lượng phương tiện nhưng với người lái khác nhau thì lượng tiêu hao nhiênliệu cũng khác nhau dẫn đến phát thải khác nhau; cùng một phương tiện nhưng đitrên các đoạn đường khác nhau, chất lượng đường giao thông khác nhau phát thảicũng khác nhau Đặc trưng lái là cơ sở quan trọng cho việc xác định lượng tiêu haonhiên liệu và lượng phát thải của phương tiện trên các đoạn đường cụ thể Với điềukiện giao thông ở Việt Nam, nhất là ở các thành phố lớn, chế độ làm việc của động

cơ có những đặc thù riêng, ảnh hưởng không nhỏ đến hệ số phát thải và tổng lượngphát thải hàng năm của động cơ Việc tính toán lượng phát thải của phương tiệntrong điều kiện vận hành thực tế khi sử dụng nhiên liệu truyền thống cũng bắt đầuđược quan tâm Tuy nhiên với xăng sinh học thì chưa có nghiên cứu nào được thực

hiện Vì vậy, em chọn đề tài “Nghiên cứu xây dựng quan hệ giữa phát thải và chế độ làm việc của xe máy khi sử dụng nhiên liệu xăng sinh học” nhằm xác

định lượng phát thải của xe máy đang lưu hành tại Việt Nam theo tốc độ khi sửdụng xăng E5 và E10 dựa trên kết quả đo phát thải liên tục trên băng thử Đây là cơ

sở để xác định lượng phát thải theo đặc điểm giao thông từng vùng, từng khu vực,

từng thời điểm cụ thể tại Việt Nam; đồng thời cung cấp dữ liệu cho các nghiên cứutiếp theo.

2 Lịch sử nghiên cứu

Nghiên cứu xây dựng quan hệ giữa phát thải và chế độ làm việc của động cơnhằm tính toán lượng phát thải từ phương tiện giao thông ra môi trường đã đượcthực hiện ở nhiều nước và khu vực trên thế giới Các quan hệ này đều được dựa trên

số liệu thực nghiệm trên băng thử Tuy nhiên, do lượng phát thải phụ thuộc vàonhiều yếu tố như chủng loại, chất lượng động cơ, chế độ làm việc (tải, tốc độ) nên

để đánh giá phát thải của các loại phương tiện với các chu trình lái khác nhau cần sốlượng thử nghiệm lớn Để giảm số lượng thử nghiệm khi động cơ làm việc ở cácchế độ khác nhau, đã có một số mô hình tính toán lượng phát thải với thông số đầuvào là chu trình lái như các mô hình EMPA (Thụy Sỹ), PHEM (TU Graz, Áo) Các

mô hình này dựa trên một số lượng nhỏ các kết quả thử nghiệm với các chu trìnhthử xác định để tính toán phát thải theo chế độ làm việc, từ đó có thể tính phát thảicủa động cơ khi hoạt động với các chu trình lái khác

3 Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu

a Mục đích

Xác định lượng phát thải theo tốc độ của một loại xe máy đang lưu hành ở ViệtNam khi sử dụng xăng sinh học E5 và E10 qua các số liệu đo phát thải liên tục theochu trình thử thực tế Qua đó bước đầu xây dựng cơ sở dữ liệu cho việc tính toán hệ

số phát thải cũng như tính toán tổng lượng phát thải từ xe máy

b Đối tượng nghiên cứu

Đề tài tiến hành nghiên cứu với hai loại xăng sinh học E5 và E10 sử dụng trên xemáy Air Blade của hãng Honda

c Phạm vi nghiên cứu

Tính toán hàm lượng các phát thải HC, CO, NOx, CO2 đối với một xe máy sửdụng nhiên liệu xăng E5, E10 theo các chế độ tốc độ, xây dựng mối quan hệ giữa

lượng phát thải và tốc độ của xe; không tính đến lượng phát thải do nhiên liệu bốchơi, lượng phát thải gia tăng do chế độ làm việc không ổn định của động cơ.

4 Các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả

Xây dựng quan hệ hàm số giữa lượng phát thải và chế độ tốc độ của xe máy sửdụng xăng sinh học từ kết quả đo phát thải liên tục

Tính toán phát thải của xe máy sử dụng xăng sinh học khi làm việc trongnhững điều kiện chế độ làm việc thay đổi bằng phương pháp đơn giản, qua đóbước đầu đóng góp vào các kết quả nghiên cứu tính toán tổng lượng phát thải

5 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp thực nghiệm trên băng thử xe máy: Sử dụng các kết quả đo phátthải liên tục với hệ thống lấy mẫu thể tích không đổi CVS tại Phòng thí nghiệmĐộng cơ đốt trong, Viện Cơ khí động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHÁT THẢI TỪ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

VÀ HỆ SỐ PHÁT THẢI

1.1 Các chất độc hại trong khí thải động cơ

1.1.1 Sự hình thành các chất độc hại trong khí thải

Quá trình cháy lý tưởng của hỗn hợp hydrocarbon với không khí chỉ sinh ra CO2,

H2O và N2 Tuy nhiên, do sự không đồng nhất của hỗn hợp cũng như do tính chấtphức tạp của các hiện tượng lý hóa diễn ra trong quá trình cháy nên trong khí xảđộng cơ đốt trong luôn có chứa một hàm lượng đáng kể những chất độc hại như oxitnitơ (NO, NO2, N2O, gọi chung là NOx), monoxit carbon (CO), các hydrocarbonchưa cháy (HC) và chất thải dạng hạt (Particulate matter hay PM, gồm bồ hóng, kimloại, hơi nhiên liệu và dầu bôi trơn ngưng tụ…) Nồng độ các chất ô nhiễm trongkhí xả phụ thuộc vào loại động cơ và chế độ vận hành Ở động cơ diesel, nồng độ

CO rất bé chiếm tỉ lệ không đáng kể, nồng độ HC chỉ bằng khoảng 20% nồng độ

HC của động cơ xăng còn nồng độ NOx của hai loại động cơ có giá trị tương đươngnhau Tuy nhiên, PM là chất gây ô nhiễm quan trọng trong khí xả động cơ diesel,hàm lượng của nó không đáng kể trong khí xả động cơ xăng Từng thành phần độchại trong khí xả của động cơ được trình bày cụ thể dưới đây

+ CO: Monoxit carbon là sản phẩm cháy của C trong nhiên liệu trong điều kiện

thiếu oxy

2C + O2 = 2CO

+ HC: (Hydrocarbon, còn được ký hiệu là CmHn) là các loại hydrocarbon cótrong nhiên liệu hoặc dầu bôi trơn không cháy hết chứa trong khí thải

+ NO x: Oxit nitơ hình thành từ phản ứng ôxy hóa trong điều kiện nhiệt độ cao

Do nitơ có nhiều hóa trị nên oxit nitơ tồn tại ở nhiều dạng khác nhau, được gọichung là NOx tồn tại ở hai dạng chủ yếu là NO2 và NO

NO hình thành theo các phương trình phản ứng sau:

O

O2   t0cao 2

N2 + O ↔ NO + N

và O2 + N ↔ NO + HMonoxit nitơ NO là thành phần chủ yếu của NOx trong khí thải NO là một khíkhông mùi, gây tác hại cho hoạt động của phổi, gây tổn thương niêm mạc Trongkhí quyển, NO không ổn định nên bị oxy hóa tiếp thành NO2 và kết hợp với nướcthành axit nitric HNO3 [NO] = 9mg/m3.

+ SO 2: Là một khí không màu, khi kết hợp với nước tạo thành axit yếu H2SO3.[SO2] = 2ml/m3

+ PM: Theo định nghĩa của tổ chức bảo vệ môi trường bang Carlifornia thì PM

là những thực thể (trừ nước) của khí thải sau khi được hòa trộn với không khí (làmloãng) đạt nhiệt độ nhỏ hơn 51,70C và được tách ra bằng một bộ lọc quy định Vớiđịnh nghĩa như vậy, PM gồm các hạt rắn và các chất lỏng bám theo Các hạt rắngồm: Carbon tự do và tro còn gọi là bồ hóng, các chất phụ gia đầu bôi trơn, các hạt

và vảy tróc do mài mòn… chất lỏng bám theo gồm có các thành phần trong nhiênliệu và dầu bôi trơn

+ CO 2: Là sản phẩm cháy hoàn toàn của carbon với oxy

1.1.2 Ảnh hưởng của các chế độ làm việc không ổn định đến thành phần độc hại trong khí thải.

a Khởi động nguội

Khi động cơ khởi động nguội, hỗn hợp phải đậm, hệ số dư lượng không khí nhỏ,hỗn hợp nhiên liệu cháy trong điều kiện thiếu ô xy nên sinh ra CO lớn Do nhiệt độcác chi tiết trong buồng cháy thấp nên nhiên liệu đọng bám lên thành vách xylanh

và buồng cháy, trong quá trình giãn nở, màng nhiên liệu bay hơi làm tăng thànhphần HC, trong khi lượng phát thải NOx nhỏ

Trong quá trình hâm nóng sau khi khởi động, nhiệt độ của động cơ tăng dần CO

và HC giảm dần và NOx tăng dần

b Tăng tốc

Đối với động cơ xăng dùng bộ chế hòa khí có hệ thống tăng tốc thì hệ số λ đậmlên đột ngột làm tăng CO và HC, đồng thời làm giảm NOx

Đối với động cơ diesel có tăng áp bằng tuabin khí thải, khi tăng tốc thường thiếukhông khí nên có khói đen tức PM tăng.

Động cơ phun xăng trước xupap nạp (Multi – Point), do hệ thống điều khiển bảođảm λ luôn phù hợp với chế độ làm việc nên khi tăng tốc hầu như không có sự khácbiệt về các thành phần độc hại so với trạng thái làm việc ổn định

Động cơ diesel không tăng áp thì hầu như không có sự khác biệt trong quá trìnhtăng tốc

c Giảm tốc

Hiện tượng giảm tốc xảy ra khi động cơ bị kéo, ví dụ như khi phanh hoặc xe xuốngdốc Trong động cơ xăng dùng bộ chế hòa khí, bướm ga đóng gần kín khi giảm tốc.Khi đó, động cơ chạy không tải và có thể ở chế độ không tải với tốc độ vòng quaycao nên hỗn hợp rất đậm, CO và đặc biệt là HC rất lớn, tốn nhiên liệu và ô nhiễmmôi trường nặng nề Đối với động cơ phun xăng và động cơ xăng dùng bộ chế hòakhí điện tử, khi động cơ bị kéo, nhiên liệu sẽ bị cắt hoàn toàn Đối với động cơdiesel, khi động cơ bị kéo, điều tốc giữ cho động cơ làm việc ở chế độ không tải.Khi tốc độ vòng quay vượt quá một giá trị nào đó, điều tốc sẽ cắt hoàn toàn nhiênliệu

1.1.3 Ảnh hưởng của các chất độc hại đến môi trường và sức khỏe con người

a Thay đổi nhiệt độ khí quyển

Trong môi trường, dưới tác dụng của nhiệt độ và ánh sáng sẽ xảy ra các phản ứnghóa học phân giải các chất độc hại Một số thành phần hòa tan vào nước, theo nướcmưa rơi xuống làm ô nhiễm đất, nguồn nước và xâm hại thảm thực vật Một số chấtphân hủy nhanh như CO, NOx, SO2… nhưng cũng có một số chất bị phân giải rấtchậm như CH4, CO2… với nồng độ tích tụ ngày càng lớn, gây ảnh hưởng to lớn đếnkhí hậu của trái đất thông qua hiệu ứng nhà kính đặc biệt là khí CO2 vì đây là thànhphần chính trong sản phẩm cháy của nhiên liệu có chứa thành phần carbon Sự giatăng nhiệt độ bầu khí quyển do sự hiện diện của các chất khí gây hiệu ứng nhà kính

có thể được giải thích như sau:

Tầng khí quyển Trái đất dày khoảng 16km, trên đó cho đến khoảng 50km làtầng bình lưu Trong tầng bình lưu, ngoài các chất khí thông thường còn có các chấtkhí như CO2, CH4, N2O, O3, CFC11, CFC12… (CFC11, CFC12 là những hợp chấtcủa clo, flo và hydrocarbon dùng làm dung môi trong các máy lạnh) Những chấtkhí kể trên có tính chất đặc biệt làm cho tia mặt trời (gồm chủ yếu các sóng ngắn) điqua chiếu xuống bề mặt Trái đất Tại đây, một phần năng lượng biến thành nhiệt vàphản xạ lên tầng bình lưu ở dạng tia nhiệt (sóng dài) Khi gặp các chất khí nêu trên,

tia nhiệt bị hấp thụ và phản xạ lại Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng nhà kính, còn các chất khí tạo ra hiệu ứng này được gọi là khí nhà kính Nhờ có hiện tượng

này mà Trái đất thường ấm áp với nhiệt độ trung bình khoảng 150C thay vì -170C.Tuy nhiên, với hoạt động công nghiệp của con người ngày càng gia tăng nên tốc độtích tụ các khí nhà kính trên tầng bình lưu ngày càng lớn hơn tốc độ phân hủy tựnhiên của chúng Do đó, lượng khí nhà kính trên tầng bình lưu ngày một nhiều lênlàm cho hiệu ứng nhà kính ngày một mạnh, nhiệt độ tăng lên 0,70C trong vòng 100năm qua Theo dự đoán của các nhà khoa học, nếu với tốc độ tiêu thụ năng lượng(đồng nghĩa với tốc độ phát thải CO2 vào tầng bình lưu) như hiện nay thì nhiệt độtrung bình của Trái đất sẽ tăng từ 1,5  40C trong vòng 50 năm tới Nhiệt độ Tráiđất tăng sẽ làm băng ở hai cực của Trái đất tan ra, nước biển dâng lên làm ngậpnhiều thành phố, làng mạc và đồng bằng ven biển, ảnh hưởng đến cuộc sống củahàng trăm triệu con người Theo đánh giá của Chương trình Phát triển Liên HiệpQuốc (UNDP), Việt Nam nằm trong top 5 nước đứng đầu thế giới dễ bị tổn thươngnhất đối với biến đổi khí hậu Nếu mực nước biển tăng 1m, ở Việt Nam sẽ mất 5%diện tích đất đai, 11% người mất nhà cửa, giảm 7% sản lượng nông nghiệp và 10%thu nhập quốc nội GDP Nếu mực nước biển dâng lên là 3  5m thì điều này đồngnghĩa với việc “có thể xảy ra thảm họa” ở Việt Nam

b Ảnh hưởng đến sinh thái

Sự gia tăng của NOx, đặc biệt là protoxide nitơ N2O có nguy cơ làm gia tăng sựhủy hoại lớp ozone ở thượng tầng khí quyển, lớp khí cần thiết để lọc tia cực tímphát xạ từ mặt trời Mặt khác, các chất khí có tính axit như SO2, NO2, bị oxy hóa

thành axit sulfuric, axit nitric hòa tan trong mưa, trong tuyết, trong sương mù…làmhủy hoại thảm thực vật trên mặt đất (mưa axit) và gây ăn mòn các công trình kimloại.

c Ảnh hưởng đến sức khỏe con người

CO: Monoxit carbon ở dạng khí không màu, không mùi Khi kết hợp với sắt có

sắc tố của máu sẽ tạo thành một hợp chất ngăn cản quá trình hấp thụ oxy củahemoglobin trong máu, làm giảm khả năng cung cấp oxy cho các tế bào trong cơthể Monoxit carbon rất độc, chỉ với một hàm lượng nhỏ trong không khí có thể gâycho con người tử vong Hàm lượng cực đại cho phép [CO] = 33mg/m3

HC: Hydrocarbon có rất nhiều loại, mỗi loại có mức độ độc hại khác nhau nên

không thể đánh giá chung một cách trực tiếp Ví dụ, paraffin và naphtalin có thể coi

là vô hại Trái lại, các loại hydrocarbon thơm thường rất độc, ví dụ nhưhydrocarbure có nhân benzen có thể gây ung thư Để đơn giản khi đưa ra các tiêuchuẩn về môi trường, người ta chỉ đưa ra thành phần hydrocarbon tổng cộng trongkhí thải (viết tắt là THC) Hydrocarbon tồn tại trong khí quyển còn gây ra sương

mù, gây tác hại cho mắt và niêm mạc đường hô hấp

CO 2: Không độc đối với sức khỏe con người nhưng với nồng độ quá lớn sẽ gâyngạt, [CO2] = 9000mg/m3 Ngoài ra, CO2 là thủ phạm chính gây ra hiệu ứng nhàkính

P-M: Các hạt rắn gây độc hại cho con người trước hết đối với đường hô hấp.

Ngoài ra, một số loại hydrocarbon thơm bám vào muội than có thể gây ung thư Đốivới môi trường, P-M còn là tác nhân gây sương mù, ảnh hưởng đến giao thông vàsinh hoạt của con người

SO 2: có mùi gắt và gây hại đối với niêm mạc

NO 2 (peoxit nitơ) là khí có mùi gắt màu nâu đỏ, với một hàm lượng nhỏ (9mg/

m3) cũng có thể gây tác hại cho phổi, niêm mạc Khi tác dụng với hơi nước sẽ tạothành axit gây ăn mòn các chi tiết máy và đồ vật

NO (monoxit nitơ) là khí không mùi, thành phần chủ yếu của NOx trong khí thải,gây tác hại cho hoạt động của phổi và gây tổn thương viêm mạc

An đê hít (-CHO), có tác dụng gây tê và có mùi gắt; một số loại anđêhít có thể

gây ung thư

Chì (Pb): Rất độc đối với tế bào sống, làm giảm khả năng hấp thụ ô xy trong

máu, gây ung thư, làm giảm chỉ số thông minh

d Tình hình ô nhiễm do khí thải động cơ gây ra ở Việt Nam

Tại Việt Nam, tình trạng ô nhiễm môi trường do khí thải động cơ mặc dù chưanghiêm trọng như các nước phát triển vì số lượng phương tiện giao thông vận tải cơgiới còn chưa nhiều nhưng cũng đã đến mức đáng lo ngại Với một nước đang pháttriển như Việt Nam thì việc kiểm soát lượng khí thải chưa thực sự nghiêm ngặttrong khi số lượng phương tiện giao thông ngày càng tăng Đến tháng 6/2011, sốlượng ô tô đang lưu hành trên toàn quốc là 1.344.000 chiếc, số lượng xe gắn máytrên 30 triệu chiếc Có thể nói nếu không hạn chế được sự gia tăng ồ ạt của xe máycũng như kiểm định chặt chẽ khí thải, tương lai ô nhiễm không khí trầm trọng tạicác thành phố của Việt Nam là điều không thể tránh khỏi Thêm vào đó, hình ảnhcác xe cũ nát, xả khói đen mù mịt không phải là cảnh khó gặp tại các đô thị hiệnnay Trong khi đó, lượng khí thải này chưa hề được kiểm soát và cũng chưa có lộtrình loại bỏ xe cũ

1.1.4 Vấn đề kiểm soát khí thải trên thế giới và ở Việt Nam

a Kiểm soát khí thải trên thế giới

Động cơ đốt trong đã khẳng định vai trò không thể thay thế trong nền kinh tế củamọi quốc gia, lãnh thổ trên thế giới cũng như đóng vai trò quan trọng trong đời sốnghàng ngày Tuy nhiên, trước thực trạng ô nhiễm môi trường nặng nề gây ra bởi khíthải từ động cơ, các cơ quan quản lý nhà nước của nhiều quốc gia đã và đang nỗ lựctìm kiếm giải pháp hiệu quả và an toàn nhất để giảm phát thải Đây là lý do ra đờicủa các tiêu chuẩn khí thải, một chiến lược nhằm bảo vệ môi trường và sức khỏecon người Khí thải là hiện tượng toàn cầu chứ không phải vấn đề riêng của mỗiquốc gia Những quy định của chính phủ các nước; đặc biệt là các nước có lượngphát thải cao như: Mỹ, Trung Quốc, Ấn Độ, Braxin, Liên minh châu Âu , ảnhhưởng đến không chỉ phạm vi riêng từng quốc gia, khu vực, mà tác động lên toànthế giới, bởi dân số Trái đất hít thở chung một bầu khí quyển Trên thế giới, như Mỹ

ngay từ những năm cuối thập kỷ 50, đầu những năm thập kỷ 60, Mỹ đã đưa ra cácbiện pháp để hạn chế khí thải của các phương tiện tham gia giao thông, hai bộ tiêuchuẩn đối với xe hạng nhẹ đã được đưa ra theo Luật chống ô nhiễm không khí sửađổi (CAAA) năm 1990 Tiêu chuẩn cấp 1 được công bố ngày 05/6/1991 và giaiđoạn áp dụng khoảng giữa năm 1994 đến 1999, Tiêu chuẩn cấp 2, được thông quangày 21/12/1999, với lộ trình thực hiện 2004-2009 Bảng 1.1 giới thiệu sự thay đổi

về giới hạn nồng độ các chất ô nhiễm trong khí xả ô tô ở Mỹ theo thời gian đối với

xe khách và xe tải nhẹ, được đo theo Chu trình thử Liên bang FPT 75

Bảng 1.1: Tiêu chuẩn cấp 1 Mỹ đối với ô tô khách và xe tải nhẹ, FPT 75, g/dặm

CO

NOx†

diesel

NO x xă ng

PM

‡

THC

NMHC

CO

NOx†

diesel

NO x xă ng

0.10

0.10

0.12

1 – Mức giới hạn hoạt động 120,000 miles/11 năm cho tất cả xe trên 600lbs

(HLDT) đối với các tiêu chuẩn THC và LDT

† - Mở rộng giới hạn đối với NOx áp dụng cho các đời xe năm 2003

‡ - Tiêu chuẩn PM chỉ áp dụng cho động cơ diesel

Chữ viết tắt:

LVW - Trọng lượng xe tải (trọng lượng giới hạn + 300 lbs)

NOx†

diesel

NO x xă ng

PM

‡

THC

NMHC

CO

NOx†

diesel

NO x xă ng

GVWR - Trọng lượng xe cộng với năng lực vận chuyển hàng hóa ước lượng

Tiêu chuẩn cấp 2 đưa ra các yêu cầu nghiêm ngặt hơn tiêu chuẩn cấp 1 vàmột số thay đổi bổ sung cho các loại xe có trọng lượng lớn hơn, tiêu chuẩn cấp 2 ápdụng cho xe có trọng lượng đến 8500 lbs Các giới hạn phát thải cũng áp dụng chotất cả các loại xe không phụ thuộc vào loại nhiên liệu sử dụng Tức là, xe nhiên liệubằng xăng, dầu diesel, hoặc nhiên liệu thay thế tất cả phải đáp ứng các tiêu chuẩnnhư nhau Từ khi tiêu chuẩn khí thải này được tính bằng g (chất gây ô nhiễm)/dặm,

xe có động cơ lớn (xe tải nhẹ hoặc SUV) phải sử dụng công nghệ kiểm soát khí thảitiên tiến hơn so với các động cơ xe nhỏ hơn để đáp ứng các tiêu chuẩn

Xe hạng nặng được định nghĩa là xe có GVWR (tổng trọng lượng xe cộngnăng lực vận chuyển hàng hóa ước lượng) trên 8.500 lbs theo quy định Liên bang

và trên 14.000 lbs tại California (xe ra đời năm 1995 và sau đó) Động cơ dieselđược sử dụng trong các xe hạng nặng được chia theo GVWR, như sau:

- Động cơ diesel hạng nặng thấp: 8.500 < LHDDE < 19.500 lbs (14.000 < LHDDE

< 19.500 ở California, năm 1995)

- Động cơ diesel hạng nặng trung bình: 19.500 ≤ MHDDE ≤ 33.000 lbs

- Động cơ diesel hạng nặng cao (bao gồm cả xe buýt đô thị): HHDDE > 33.000 lbs

Bảng 1.2: Tiêu chuẩn Mỹ đối với xe hạng nặng, g/mã lực,giờ

Động cơ diesel xe tải nặng

* Trong sử dụng, tiêu chuẩn PM = 0,07

Châu Âu là cái nôi của ngành công nghiệp ôtô thế giới bởi những phát minhsáng chế đầu tiên về động cơ đốt trong ra đời từ lục địa này; tuy vậy châu Âu thựchiện các biện pháp để hạn chế khí thải của các phương tiện tham gia giao thôngmuộn hơn, vào khoảng cuối những năm 70

Sự phát triển vượt bậc của thị trường ôtô giai đoạn 1960 - 1970 và bài học vềcái chết của 80 người dân New York trong 4 ngày thời tiết đảo lộn do ô nhiễmkhông khí, buộc chính phủ của các nước châu Âu xây dựng một chương trình cắtgiảm khí thải xe hơi vào năm 1970 Tuy nhiên, phải đến năm 1987, dự luật hoànchỉnh quy định giá trị nồng độ giới hạn của các loại khí thải mới được thông qua vàngười ta vẫn thường gọi đó là Euro 0 Trải qua 22 năm, thêm 5 tiêu chuẩn nữa đượcban hành bao gồm: Euro I năm 1991, Euro II năm 1996, Euro III năm 2000, Euro

IV năm 2005 và Euro v năm 2009 Với mỗi tiêu chuẩn mới ra đời, nồng độ giới hạncủa khí thải lại thấp hơn tiêu chuẩn trước Hệ thống Euro áp dụng cho tất cả các loại

xe trên 4 bánh lắp động cơ đốt trong chạy bằng nhiên liệu xăng, dầu, LPG(Liquefied Petroleum Gas) và chia theo tính năng như: xe du lịch, xe công suất nhỏ,

xe công suất lớn và xe bus Mức độ phát sinh ô nhiễm cho phép đối với ô tô du lịch

và ô tô tải hạng nhẹ theo quy trình thử ECE áp dụng ở cộng đồng Châu Âu cho ởbảng 1.3, 1.4

Bảng 1.3: Tiêu chuẩn Châu Âu đối với ôtô khách (loại M1 * )

Giai đoạn Thời điểm

áp dụng

g/kmĐộng cơ Diesel

* Tại giai đoạn 1-4, xe khách > 2.500 kg được chấp thuận như xe loại N1

C Giá trị trong ngoặc là phù hợp với giới hạn sản xuất (COP)

a Cho đến 30/9/1999 (sau thời hạn trên, động cơ ID phải đáp ứng các giới hạn IDI)

b 01/2011 cho tất cả các động cơ

c 01/2013 cho tất cả các động cơ

d NMHC = 0,068 g/h

e Chỉ áp dụng cho xe sử dụng động cơ ID, f 0,0045 g/km thủ tục đo PMP

Bảng 1.4: Tiêu chuẩn Châu Âu đối với xe hạng nhẹ

-Euro 4 2006.01 2.27 0.16 - 0.11 Euro 5 2010.09c 2.27 0.16i - 0.082 0.005e,f

-Euro 6 2015.09 2.27 0.16i - 0.082 0.005e,f

N2 Euro 5Euro 6 2010.092015.09c 2.272.27 0.160.16ii -- 0.0820.082 0.0050.005e,fe,f

* Cho ½ loại N1, tham khảo các loại I ≤ 1250 kg, II 1250-1700 kg, III > 1700 kg

a – Đến 30/09/1999 (sau thời hạn trên động cơ ID phải đáp ứng giới hạn IDI)

Các quốc gia Đông Âu cũng áp dụng tiêu chuẩn ECE

Tại Nhật, dựa theo mô hình của Top Runner, sẽ chọn ra sản phẩm động cơ hoànhảo nhất ở mỗi loại phương tiện làm tiêu chuẩn định mức tiêu thụ nhiên liệu trungbình Đối với ô tô du lịch sử dụng động cơ xăng, tiêu chuẩn Nhật Bản theo chu trìnhthử 10 chế độ và 11 chế độ ứng với các loại ô tô khác nhau

Loại 1: ô tô có trọng lượng <1305kg

Loại 2: (1305  1760)kg

Loại 3: lớn hơn 1760kg

Bảng 1.5: Tiêu chuẩn Nhật Bản đối với ô tô du lịch sử dụng động cơ xăng

10-2.1 (2.7) 0.40

(0.62)

0.70(0.98)

(0.62)

0.50(0.72)

(0.62)

0.50(0.72)

0.20(0.34)

(0.62)

0.40(0.55)

0.08(0.14)

2.1 (2.7) 0.40

(0.62)

0.90(1.26)

(0.62)

0.60(0.84)

(0.62)

0.60(0.84)

0.20(0.34)

(0.62)

0.40(0.55)

0.08(0.14)

2005b

* Trọng lượng quán tính tương đương (EIW), trọng lượng xe 1265kg

a 10.2002 đối với xe trong nước, 09.2004 đối với xe xuất khẩu

b Thực hiện đầy đủ vào cuối năm 2005

c Thực hiện đầy đủ theo lộ trình đến năm 2011

d không chứa metan hydrocacbon

e 10.2009 cho các xe mới trong nước, 09.2010 cho các xe hiện có và nhập khẩu

Bảng 1.7: Tiêu chuẩn Nhật Bản đối với động cơ diesel xe hạng nhẹ

GVW 3500 kg ( 2500 kg tr ≤3500 kg (≤2500 kg trước năm 2005) ≤3500 kg (≤2500 kg trước năm 2005) ước năm 2005) c n m 2005) ăm 2005)

Trọng

lượng

xe*

Nămápdụng

Chu trìnhthử

Đơnvị

10-g/km

2.1 (2.7) 0.40

(0.62)

0.90(1.26)1993

2.1 (2.7) 0.40

(0.62)

0.60(0.84)

0.20(0.34)

1997 2.1 (2.7) 0.40

(0.62)

0.40(0.55)

0.08(0.14)

DI: 380(500)IDI: 260(350)1993

10-15mode

g/km

2.1 (2.7) 0.40

(0.62)

1.30(1.82)

0.25(0.43)

(0.62)

0.70(0.97)

0.09(0.18)

b Thực hiện đầy đủ vào cuối năm 2005

c Giai đoạn áp dụng đầy đủ vào năm 2011

d Không chứa metan hydrocarbon

e 10.2009 xe nội địa mới, 09.2010 xe đang sử dụng và nhập khẩu

b Vấn đề kiểm soát khí thải ở Việt Nam

Việt Nam bắt đầu quan tâm tới vấn đề ô nhiễm môi trường do khí thải của cácphương tiện tham gia giao thông gây ra từ năm 1995 Theo thống kê của cục ĐăngKiểm Việt Nam từ năm 1999 đến năm 2008 con số ôtô đang hoạt động tăng từ

460.000 đến 700.000 và số lượng xe máy tăng từ 11 triệu xe lên đến 20 triệu xe.Phần lớn lượng ôtô xe máy trên đang lưu hành tại các thành phố lớn như Hà Nội(12%), thành phố Hồ Chí Minh (30%),…gây ra ô nhiễm môi trường nặng nề; tạinhiều nút giao thông trọng điểm vào các giờ cao điểm thì nồng độ các chất độc hại

đã tới giới hạn cho phép Khí thải từ giao thông vận tải là một nguồn gây ô nhiễmkhông khí, đặc biệt đối với môi trường không khí ở đô thị, nhất là các đô thị lớn.Theo đánh giá của các chuyên gia môi trường, ô nhiễm không khí ở đô thị do giaothông vận tải gây ra chiếm tỉ lệ khoảng 70% Đường phố đô thị nước ta bị ô nhiễm

do bụi, khí CO và hơi xăng dầu, phần lớn đều do hoạt động giao thông thải ra Lưulượng xe lớn và tình trạng kẹt xe liên tục càng làm cho ô nhiễm không khí trở nêntrầm trọng hơn

Năm 1990, Việt Nam đã ban hành tiêu chuẩn TCVN 5123-1990 quy định về hàmlượng CO trong khí thải động cơ xăng ở chế độ không tải Năm 1991, Việt Nam banhành tiêu chuẩn TCVN 5418-1991 quy định về độ khói trong khí thải động cơDiesel Tiêu chuẩn này được áp dụng cho tất cả các loại ô tô sử dụng động cơDiesel

Năm 1998, Việt Nam ban hành tiêu chuẩn TCVN 6438-1998 quyđịnh lại cụ thể hơn giới hạn cho phép của các chất ô nhiễm trong khí thải củaphương tiện vận tải (Bảng 1.8)

Bảng 1.8: Giới hạn tối đa cho phép của thành phần ô nhiễm trong khí xả của các

phương tiện vận tải.

xăng

Phương tiệnđộng cơdiesel

Phươngtiện động

cơ xăng

Phương tiệnđộng cơ diesel

Mức1

Mức2

Mức3

Mức1

Mức2

Mức1

Mức2

1

Mức2

Mức3

Mức4

Mức1

Mức2

Mức1

Mức2Mức3

* Đối với mô tô 3 bánh giá trị này được nhân với 1,5

** Đối với mô tô 3 bánh giá trị này được nhân với 1,5

Năm 2009, Việt Nam ban hành Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN05:2009/BGTVT về khí thải cho xe ô tô sản xuất, lắp ráp và nhập khẩu mới, Quychuẩn này được biên soạn trên cơ sở các Tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành: TCVN6785: 2001, TCVN 6567:1999, TCVN 6565:1999 và các quy định kỹ thuật ECE 83,ECE 49 và ECE 24

Theo quy định tại quyết định số 249/2005/QĐ-TTg ngày 10 tháng 10 năm 2005của Thủ tướng Chính phủ, lộ trình áp dụng tiêu chuẩn EURO 2 đối với xe cơ giớiđược sản xuất, lắp ráp trong nước và nhập khẩu mới phải áp dụng các mức tiêuchuẩn khí thải theo các Tiêu chuẩn Việt Nam tương đương mức Euro II đối với từngloại xe kể từ ngày 01 tháng 7 năm 2007; đối với xe cơ giới mà kiểu loại đã đượcchứng nhận chất lượng, an toàn kỹ thuật và bảo vệ môi trường trước ngày 01 tháng 7năm 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 từngày 01 tháng 7 năm 2008.

Đối với xe cơ giới đã qua sử dụng nhập khẩu vào Việt Nam phải áp dụng mứctiêu chuẩn khí thải theo bảng 1.8 kể từ ngày 01 tháng 7 năm 2006

1.2 Hệ số phát thải

1.2.1 Khái niệm hệ số phát thải

Hệ số phát thải của phương tiện giao thông là mức độ phát thải một thành phầnđộc hại nào đó trong khí thải của phương tiện (CO, HC, NOx, PM, CO2) tính trênmỗi km di chuyển hoặc trên mỗi đơn vị nhiên liệu tiêu thụ

Hệ số phát thải xây dựng từ các chu trình thử nghiệm, làm tiêu chuẩn so sánh đểđánh giá chất lượng xe trong thử nghiệm công nhận kiểu

Hệ số phát thải phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chủng loại xe, chất lượng xe,đặc trưng phương tiện đi trên đường như kỹ thuật của người điều khiển xe, đặcđiểm quãng đường phương tiện di chuyển, thời điểm tham gia giao thông, mật độphương tiện tham giao thông… Trong số các yếu tố gây ảnh hưởng tới hệ số phát

thải có thể kể tới một yếu tố có ảnh hưởng rất lớn đó là đặc trưng lái Do có đặc thù

riêng nên phương tiện đi trên các vùng hay thành phố khác nhau có đặc trưng lái

riêng Với một loại xe khi lái theo những chu trình lái khác nhau sẽ cho hệ số phát

thải cũng như tiêu hao nhiên liệu khác nhau trên cùng đoạn đường di chuyển

1.2.2 Phương pháp tính tổng lượng phát thải từ phương tiện cơ giới

a Công thức tính lượng phát thải

Lượng phát thải từ một loại phương tiện cơ giới (xe máy, xe con, xe tải…) có thể

sử dụng công thức như sau:

E = ∑e abcd A abcd + ∑E C,b +∑ E V,b (1.1)

Trong đó:

E là tổng lượng phát thải (khối lượng/năm)

e là hệ số phát thải, (khối lượng/mức độ hoạt động của phương tiện)

A là lượng nhiên liệu tiêu thụ (khối lượng/năm) hoặc khoảng cách đi lại (quãng đường/năm)

EC là tổng lượng phát thải gia tăng khi động cơ khởi động nguội

EV là tổng lượng phát thải gia tăng do nhiên liệu bốc hơi

a,b,c,d là các hệ số phụ thuộc loại nhiên liệu sử dụng, chủng loại xe, biện pháp hạn chế phát thải của xe, loại đường, tốc độ xe

Tuy nhiên, lượng phát thải gia tăng do nhiên liệu bốc hơi và do khởi động nguội

là không đáng kể; mặt khác do phạm vi nghiên cứu của Luận văn, công thức đơn giản sau được sử dụng:

E i(tấn/năm) = e i(g/km) x L i(km/năm) x 10 -6 (1.2)

Trong đó:

Ei: Lượng phát thải trong một năm của xe thứ i (tấn/năm)

ei: Hàm lượng phát thải của xe thứ i (g/km)

Li: Số km xe thứ i đi được trong một năm (km)

Tổng lượng phát thải của các loại xe trong một vùng tính bằng:

E (tấn/năm) = E i (tấn/năm) (1.3)

Từ các công thức (1.2) và (1.3), có thể thấy rằng để xác định lượng phát thải củacác phương tiện trong một phạm vi nhất định cần biết hai thông số cơ bản là hàmlượng phát thải của xe (e, g/km) và số km xe đi được trong một năm (L)

b Xác định quãng đường đi được của phương tiện L (km)

(1) Theo dõi trực tiếp thông qua đồng hồ đo tốc độ đối với phương tiện

(2) Theo dõi thông qua lượng xe đi qua một quãng đường, một thành phố, mộtvùng…

(3) Thông qua lượng nhiên liệu bán ra, kết hợp với khả năng phát công suất,lượng nhiên liệu tiêu thụ của động cơ để xác định

Với phương pháp thứ nhất thì tính chính xác cao nhưng chỉ có thể áp dụng đốivới số lượng động cơ ít nên thường chỉ áp dụng trong thực nghiệm nghiên cứu Vớiphương pháp thứ 2 và 3 có thể tính được số km đi được một cách định lượng và cóthể áp dụng đối với quy mô rộng

1.3 Các mô hình tính toán phát thải theo chế độ làm việc của động cơ

1.3.1 Mô hình phát thải liên tục (Instantaneous emission factor models)

Mô hình này tính toán phát thải theo từng giây tương ứng với chế độ làm việcthay đổi của động cơ Mô hình này cần có trước đặc tính phát thải của động cơ tạicác chế độ làm việc (Hình 1.1), đặc tính này có được qua phân tích kết quả thửnghiệm với một số chu trình lái xác định Thông số vào cho mô hình sẽ là các chutrình lái gồm giá trị tốc độ theo thời gian

Hình 1.1 Đặc tính tiêu hao nhiên liệu hoặc phát thải của động cơ

1.3.2 Mô hình phát thải toàn bộ

Tính toán lượng phát thải ứng với giá trị trung bình của tốc độ trong một chutrình thử cụ thể (Hình 1.2) Mô hình này phù hợp với việc tính lượng phát thải trungbình trong một vùng

Hình 1.2 Tính toán phát thải NOx theo giá trị tốc độ trung bình của chu trình thử

1.3.3 Mô hình DGV (Digitalisiertes Grazer Verfahren)

Mô hình này được phát triển bởi trường Đại học kỹ thuật Graz, Áo Đây là môhình phát thải liên tục, đặc tính phát thải được xây dựng theo tốc độ và gia tốc đođược theo các chu trình lái xác định trên băng thử (Hình 1.3) Với chu trình lái bất

kỳ, mô hình sẽ tính toán vận tốc và gia tốc theo từng giây và xác định được lượngphát thải tương ứng lấy từ đặc tính sẵn có của mô hình

Hình 1.3 Mô hình phát thải DGV

1.3.4 Mô hình EMPA (Thụy Sỹ)

Mô hình phát thải liên tục này dựa trên có đặc tính phát thải động cơ xây dựngtheo áp suất có ích trung bình và tốc độ động cơ (Hình 1.4)

Tốc độ trung bình (km/h)

Phát thải

NO x

(g/km)

Hình 1.4 Đặc tính phát thải CO2 theo áp suất có ích trung bình và tốc độ động cơ

Để mô phỏng phát thải theo các chu trình lái khác nhau cần xây dựng được thông

số vào là biểu đồ áp suất có ích trung bình và tốc độ động cơ theo thời gian Cácthông số ra là giá trị liên tục của các thành phần phát thải và suất tiêu hao nhiênliệu

1.3.5 Mô hình PHEM

Mô hình PHEM được phát triển từ năm 2000 tại trường Đại học kỹ thuật Graz,

Áo Đặc tính phát thải sử dụng trong mô hình này được xây dựng theo công suất cóích và tốc độ động cơ (Hình 1.5)

Hình 1.5 Xây dựng đặc tính phát thải theo công suất có ích và tốc độ động cơ từ kết

quả thử nghiệm trên băng thử trong mô hình PHEM

Với chu trình lái cho trước, công suất của động cơ được tính toán theo từng giây

từ các công suất cần thiết để thắng cản mặt đường, cản gió, để gia tốc xe, để bù chocác tổn hao của hệ truyền lực từ động cơ đến bánh xe và các hệ thống phụ trợ trên

xe Tốc độ động cơ được tính toán từ tốc độ của xe qua tỷ số truyền của hệ truyềnđộng và kích thước bánh xe kết hợp với mô hình chuyển số Từ công suất và tốc độđộng cơ tính toán được, phát thải được xác định từ đặc tính

1.4 Một số nghiên cứu tính toán xác định lượng phát thải tại Việt Nam

Nhằm xây dựng bộ dữ liệu về hệ số phát thải của phương tiện giao thông, đánhgiá được thực trạng phát thải của phương tiện giao thông, tại Việt Nam đã có một sốnghiên cứu về xây dựng chu trình lái đặc trưng và tính toán phát thải từ một số loạiphương tiện cơ giới Viện Cơ khí động lực đã thực hiện đề tài cấp thành phố “Xâydựng chu trình thử nghiệm khí thải và tiêu hao nhiên liệu đặc trưng cho xe máy ở

Hà Nội (HMDC driving cycle) và bộ dữ liệu hệ số phát thải cho xe máy” năm 2009

Đề tài đã xây dựng được chu trình lái đặc trưng cho xe máy trong thành phố HàNội Chu trình lái này có độ dài 1250 giây, quãng đường đi được là 7,076km, tốc độ

di chuyển cực đại 39,41km/h, tốc độ trung bình 20,4km/h Chu trình thử này baogồm các thông số cơ bản như sau:

1) Tốc độ trung bình của toàn chu trình lái kể cả các giai đoạn không tải:

v1=20,4 (km/h),

2) Tốc độ trung bình của toàn chu trình lái không kể các giai đoạn không tải:

v2=23,1 (km/h),

3) Gia tốc trung bình của tất cả các giai đoạn gia tốc: a = 0,40 (m/s2),

4) Gia tốc trung bình của tất cả các đoạn giảm tốc: d = 0,44 (m/s2),

5) Độ dài trung bình của các cung đoạn của chu trình: c = 136,6 (s),

6) Tỷ lệ về thời gian của các giai đoạn không tải: pi = 13,2 (%),

7) Tỷ lệ về thời gian của các giai đoạn tăng tốc: pa = 36,4 (%),

8) Tỷ lệ về thời gian của các giai đoạn tốc độ không đổi: pc = 18,2 (%),

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

9) Tỷ lệ về thời gian của các giai đoạn giảm tốc: pd = 32,2 (%),

10) Căn bậc hai của trung bình bình phương các gia tốc: RMS = 0,431 (m/s2)

Hình 1.7 Chu trình lái cho xe máy CEMDC

Chu trình thử ECE R40

Đây là chương trình thử của Châu Âu được áp dụng cho xe máy có khối lượngnhỏ hơn 400kg, tốc độ thiết kế tối đa lớn hơn 50km/h, dung tích xylanh lớn hơn50cm3 Chương trình thử gồm 40 giây đầu chạy không tải và 6 chu trình lặp lại, thờigian của mỗi chu trình là 195 giây, tổng thời gian chu trình là 780 giây, chiều dàiquãng đường là 4,052km Các thông số cơ bản của chu trình gồm:

1)Tốc độ trung bình của toàn chu trình lái kể cả các giai đoạn không tải: v1=18,7(km/h),

2)Tốc độ trung bình của toàn chu trình lái không kể các giai đoạn không tải:

v2=27,1 (km/h),

3)Gia tốc trung bình của tất cả các giai đoạn gia tốc: a = 0,75 (m/s2),

4)Gia tốc trung bình của tất cả các đoạn giảm tốc: d = 0,75 (m/s2),

5)Độ dài trung bình của các cung đoạn của chu trình: c = 40,0 (s),

6)Tỷ lệ về thời gian của các giai đoạn không tải: pi = 30,8 (%),

7)Tỷ lệ về thời gian của các giai đoạn tăng tốc: pa = 18,5 (%),

8)Tỷ lệ về thời gian của các giai đoạn tốc độ không đổi: pc = 32,3 (%),

9)Tỷ lệ về thời gian của các giai đoạn giảm tốc: pd = 18,5 (%),

10)Căn bậc hai của trung bình bình phương các gia tốc: RMS = 0,770 (m/s2)

Hình 1.8 Chu trình thử ECE R40Giá trị tốc độ tại các thời điểm của 1 chu trình thử như trong bảng 2.1

Bảng 1.12 Tốc độ của xe trong 1 chu trình