Nghiên cứu thiết kế xe buýt CNG phục vụ vận tải hành khách công cộng tại thành phố hồ chí minh

Thống kê này chưa bao gồm các vụ ùn tắc nhỏ, kéo dài 10-15 phút.Tỷ lệ người sử dụng phương tiện giao thông công cộng ở các thành phố lớn nước ta đạt 50% là một trong những mục tiêu phấn

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN

TÓM TẮT LUẬN VĂN

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

BẢNG PHỤ LỤC

Chương 1.KHẢO SÁT HIỆN TRẠNG XE BUÝT DIESEL TẠI THÀNH PHỐ

HỒ CHÍ MINH HIỆN NAY 07

1.1 Hiện trạng giao thông công cộng và hệ thống xe buýt TP.HCM hiện nay 07 1.1.1 Hiện trạng đường xá và giao thông đô thị 07

1.1.2 Cơ sở hạ tầng vận chuyển hành khách bằng xe buýt 10

1.2 Tiêu chuẩn khí thải đối với xe buýt diesel 13

1.2.1 Tiêu chuẩn khí thải của các nước trên thế giới 13

1.2.2 Tiêu chuẩn khí thải Việt Nam 14

1.2.3 Các qui trình đo chỉ tiêu ô nhiễm 15

1.2.3.1 Qui trình thử của cộng đồng Châu Âu 15

1.2.3.2 Qui trình đo khí thải Việt Nam đối với động cơ cháy do nén 17

1.3 Hiện trạng kỹ thuật xe buýt diesel hiện nay 18

1.3.1 Động cơ và khung gầm 18

1.3.2 Thân, vỏ xe và trang bị trên xe 19

1.4 Tác động môi trường của xe buýt diesel 20

1.4.1 Xe buýt diesel gây ô nhiễm môi trường 20

1.4.2 Kiểm tra khí thải thực tế trên một xe buýt B80 21

1.4.2.1 Khái niệm 21

1.4.2.2 Giới thiệu thiết bị đo 21

1.4.2.3 Giới thiệu phương tiện đo 22

1.4.2.4 Thao tác chính trong quá trình đo 23

1.4.2.5 Kết quả 23

1.4.3 Khí thải xe buýt diesel và những tác hại với môi trường 25

1.5 Tác động môi trường của khí thải xe buýt diesel 28

1.6 Biện pháp giảm ô nhiễm khí thải động cơ diesel xe buýt 30

1.6.1 Biện pháp cải thiện quá trình cháy 30

1.6.1.1 Tăng áp 30

1.6.1.2 Cải thiện quá trình phun nhiên liệu 31

1.6.2 Biện pháp hồi lưu khí xả 31

1.6.3 Biện pháp dùng bộ xúc tác khí xả 32

1.6.4 Sử dụng nhiên liệu thay thế 33

1.7 Mục tiêu đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 34

1.8 Ý nghĩa khoa học của đề tài 35

Chương 2 NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ CNG CHO XE BUÝT TRÊN THẾ GIỚI 36

2.1 Giới thiệu về nhiên liệu CNG 36

2.1.1 Giới thiệu 36

2.1.2 Trữ lượng và nguồn cung cấp CNG ở nước ta 39

2.2 Hiện trạng sử dụng xe buýt CNG trên thế giới và Việt Nam 42

2.2.1 Hiện trạng sử dụng xe buýt CNG của các nưới trên thế giới 42

2.2.2 Tình hình sử dụng xe buýt CNG ở Việt Nam 46

2.3 Cấu tạo, bố trí chung của xe buýt CNG 47

2.4 Động cơ và hệ thống nhiên liệu CNG 48

2.4.1 Hệ thống nhiên liệu CNG dùng bộ chế hòa khí 48

2.4.2 Hệ thống nhiên liệu CNG phun gián tiếp 49

2.4.2 1 Phun CNG đa điểm 49

2.4.2 2 Phun CNG đơn điểm 51

2.4.3 Hệ thống nhiên liệu CNG phun trực tiếp (CNG – DI) 52

2.5 Công nghệ chuyển đổi động cơ Diesel thành động cơ CNG 53

2.5.1 Động cơ lưỡng nhiên liệu 53

2.5.2 Chuyển đổi động cơ sang sử dụng hoàn toàn CNG 55

2.6 Kết Luận 56

Chương 3 NGHIÊN CỨU XE BUÝT DIESEL TRANSINCO B80 57

3.1 Nghiên cứu xe buýt diesel Transinco B80 57

3.1.1 Giới thiệu về xe buýt diesel Transinco B80 57

3.1.2 Các thông số động cơ và hệ thống nhiên liệu 59

3.1.2.1 Buồng cháy và Piston 59

3.1.2.2 Nắp xylanh 60

3.1.2.3 Thanh truyền 61

3.1.2.4 Trục khủy 62

3.1.2.5 Hệ thống nhiên liệu 63

3.1.2.6 Gầm xe 63

3.2 Tính toán nhiệt động cơ D6AV 64

3.2.1 Quá trình nạp 66

3.2.2 Quá trình nén 67

3.2.3 Quá trình cháy 67

3.2.4 Quá trình dãn nở 68

3.2.5 Tính toán các thông số 69

3.2.6 Tổng hợp quá trình tính toán nhiệt 70

3.2.7 Vẽ đồ thị công chỉ thị 71

3.2.7.1 Chọn tọa độ vuông góc 72

3.2.7.2 Các điểm đặc biệt trên đồ thị công 72

3.2.7.3 Dựng đường cong nén 72

3.2.7.4 Dựng đường cong dãn nở 72

3.2.7.5 Dựng và hiệu đính đồ thị công 73

3.2.8 Đường đặc tính ngoài động cơ 74

Chương 4 NGHIÊN CỨU CHUYỂN ĐỔI XE BUÝT DIESEL TRANSINCO B80 THÀNH XE BUÝT CNG 76

4.1 Chuyển đổi động cơ D6AV sang động cơ CNG đánh lửa cưỡng bức 76

4.1.1 Giảm tỉ số nén động cơ 76

4.1.1.1 Chọn phương án 76

4.1.1.2 Tính toán cải tạo piston 77

4.1.1.3 Tính toán bền Piston sau cải tạo 78

4.1.2 Cân bằng động cơ sau cải tạo 79

4.1.3 Cải tạo nắp xylanh, lắp đặt bugi đánh lửa 83

4.1.4 Nghiên cứu lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu CNG cho động cơ 85

4.2 Lựa chọn và bố trí dãy bình nhiên liệu CNG cho xe buýt sau cải tạo 86

4.2.1 Lựa chọn loại bình chứa CNG 86

4.2.1.1 Giới thiệu một số loại bình chứa CNG 86

4.2.1.2 Điều kiện hoạt động của xe 88

4.2.1.3 Lựa chọn loại bình CNG 88

4.2.2 Bố trí dãy bình nhiên liệu CNG trong khoang gầm xe buýt B80 89

4.2.2.1 Chọn phương án 89

4.3 Tính toán nhiệt động cơ sau cải tạo 93

4.3.1 Quá trình nạp 95

4.3.2 Quá trình nén 96

4.3.3 Quá trình cháy 96

4.3.4 Quá trình dãn nở 97

4.3.5 Tính toán các thông số 98

4.3.6 Tổng hợp quá trình tính toán nhiệt, so sánh với động cơ trước cải tạo 99

4.3.7 Vẽ đồ thị công chỉ thị 100

4.3.7.1 Chọn tọa độ vuông góc 100

4.3.7.2 Các điểm đặc biệt trên đồ thị công 100

4.3.7.3 Dựng đường cong nén 101

4.3.7.4 Dựng đường cong dãn nở 101

4.3.7.5 Dựng và hiệu đính đồ thị công 102

4.3.8 Dựng đường đặc tính ngoài động cơ 103

4.4 Tính toán động lực học xe buýt sau cải tạo 105

4.4.1 Tốc độ di chuyển của ô tô 105

4.4.2 Lực kéo trên bánh xe chủ động 105

4.4.3 Lực cản không khí khi ô tô di chuyển 106

4.4.4 Nhân tố động lực học của ô tô 106

4.4.5 Khả năng vượt dốc 106

4.4.6 Đồ thị nhân tố động lực học 108

4.4.7 Kết luận 108

4.5 So sánh, đánh giá 109

Chương 5 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ ĐÓNG MỚI XE BUÝT CNG 113

5.1 Thiết kế bố trí chung 113

5.1.1 Điều kiện làm việc và tiêu chuẩn của xe buýt 113

5.1.2 Yêu cầu đối với việc bố trí chung các hệ thống trên xe 114

5.1.2.1 Ghế hành khách 114

5.1.2.2 Ghế người lái 116

5.1.2.3 Khoang hành khách 117

5.1.2.4 Khoang lái 118

5.1.2.5 Cửa sổ 120

5.1.2.6 Gương chiếu hậu 120

5.1.2.7 Hệ thống nhiên liệu 121

5.1.2.8 Hệ thống chiếu sáng và tín hiệu 122

5.1.2.9 Hệ thống điều hoà khí hậu 122

5.1.2.10 Trang thiết bị khác 123

5.1.3 Chọn phương án 123

5.2 Thiết kế bố trí chung cho xe buýt 125

5.2.1 Tính toán sơ bộ khối lượng xe buýt thiết kế 125

5.2.2 Xác định tọa độ trọng tâm 125

5.2.2.1 Trọng tâm Chassis 126

5.2.2.2 Trọng tâm ghế và hành khách 126

5.2.2.3 Trọng tâm khung xương 127

5.2.2.4 Trọng tâm dãy bình CNG 133

5.2.2.5 Trọng tâm của xe thiết kế 134

5.2.3 Tổng thể xe buýt thiết kế 135

5.3 Tính toán ổn định và động lực học xe buýt thiết kế 137

5.3.1 Tính ổn định dọc 137

5.3.1.1 Ổn định dọc tĩnh 139

5.3.1.2 Ổn định dọc động 140

5.3.2 Tính ổn định ngang 141

5.3.3 Ổn định khi phanh 143

5.3.3.1 Gia tốc chậm dần khi phanh 144

5.3.3.2 Quãng đường phanh 144

5.3.3.3 Thời gian phanh 144

5.3.3.4 Tính ổn định của ô tô khi phanh 144

5.3.4 Tính bán kính quay vòng nhỏ nhất của ôtô 147

5.4 Tính toán động lực học xe buýt thiết kế 149

5.4.1 Công suất và mô men động cơ theo số vòng quay 149

5.4.2 Tốc độ di chuyển của ô tô 149

5.4.3 Lực kéo trên bánh xe chủ động 149

5.4.4 Lực cản không khí khi ô tô di chuyển 149

5.4.5 Nhân tố động lực học của ô tô 150

5.4.6 Khả năng vượt dốc 150

5.4.7 Khả năng tăng tốc 150

5.4.8 Đường đặc tính ngoài động cơ 152

5.4.9 Đồ thị nhân tố động lực học 153

5.4.10 Đồ thị đặc tính tăng tốc 154

5.5 Tổng kết, đánh giá xe buýt CNG thiết kế đóng mới 155

Chương 6 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 158

6.1 Kết luận 158

6.2 Kiến nghị 158

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 160 PHỤ LỤC

Chương 1 KHẢO SÁT HIỆN TRẠNG XE BUÝT DIESEL TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH HIỆN NAY

1.1 Hiện trạng giao thông công cộng và hệ thống xe buýt TP.HCM hiện nay

1.1.1 Hiện trạng đường xá và giao thông đô thị [11]

Thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM) nằm trong vùng chuyển tiếp giữa miền Đông Nam Bộ và Đồng bằng sông Cửu Long, là thành phố đông dân nhất, đồng thời cũng là trung tâm kinh tế, văn hóa, giáo dục quan trọng bậc nhất của Việt Nam

TP.HCM ngày nay bao gồm 19 quận và 5 huyện tổng diện tích 2.095,01 km² Vào năm 2009, thành phố có dân số 6.650.942 người, mật độ trung bình 3.175 người/km², giữ vai trò quan trọng trong nền kinh tế Việt Nam Thành phố chiếm 20.2 % tổng sản phẩm và 27.9 % giá trị sản xuất công nghiệp của toàn quốc Nhờ điều kiện tự nhiên thuận lợi, Thành phố trở thành một đầu mối giao thông quan trọng của Việt Nam và Đông Nam Á, bao gồm cả đường bộ, đường sắt, đường thủy và đường không Trong các lĩnh vực giáo dục, truyền thông, thể thao, giải trí, TP.HCM đều giữ vai trò quan trọng bậc nhất

Mạng lưới giao thông đường bộ TP.HCM có 3.584 con đường với tổng chiều dài 3.669 km, tổng diện tích mặt đường là 25.704.420 m2 trên tổng số 2.097,7 km2 diện tích đất tự nhiên toàn thành phố Diện tích đất dành cho giao thông chiếm trung bình 1.227%, rất thấp so với các nước phát triển là 10-15% Đất dành cho giao thông thiếu

và phân bố không đều Trong khi đó xuất phát từ lịch sử phát triển của thành phố và những bất cập trong công tác quản lý, quy hoạch khiến cho cơ sở hạ tầng giao thông thành phố còn thấp kém; hàng loạt tuyến đường có bề rộng nhỏ; mạng lưới đường sá chưa được xây dựng đồng bộ ở các khu vực dẫn tới hiện tượng bị chia cắt Đủ loại phương tiện giao thông cùng lúc chạy trên đường vừa phức tạp vừa kém an toàn giao thông

Các dự án tuyến đường vành đai, đại lộ Đông Tây, mở rộng đường Nam Kỳ Khởi Nghĩa - Nguyễn Văn Trỗi… cùng hàng loạt cây cầu huyết mạch như cầu Nguyễn Văn

Cừ, cầu Thủ Thiêm.… về cơ bản đã hoàn thành nhưng hiệu quả sử dụng chưa cao, bị cản trở bởi các loại lô cốt Chính sự bất cân đối này đến hầu như các tuyến đường đều quá tải, số vụ ùn tắc giao thông kéo dài hơn 30 phút trên địa bàn chỉ tính riêng trong 6 tháng đầu năm nay đã lên đến 22 vụ, gấp đôi so với cùng kỳ năm trước đó Thống kê này chưa bao gồm các vụ ùn tắc nhỏ, kéo dài 10-15 phút.

Tỷ lệ người sử dụng phương tiện giao thông công cộng ở các thành phố lớn nước

ta đạt 50% là một trong những mục tiêu phấn đấu của Chiến lược phát triển giao thông vận tải bền vững về môi trường đây cũng là mục tiêu của Bộ Tài nguyên và Môi trường cùng Bộ Giao thông Vận tải đề ra đến năm 2020 Mục tiêu chiến lược nhằm xây dựng một hệ thống giao thông vận tải bền vững về môi trường, đáp ứng được nhu cầu giao thông vận tải của người dân một cách an toàn, bảo đảm sức khỏe con người và công bằng trong xã hội; đồng thời hạn chế sự tiêu thụ các nguồn tài nguyên không tái tạo, tiết kiệm đất và không ảng hưởng đến hệ sinh thái

Nội dung, nhiệm vụ của Chiến lược tập trung vào việc phát triển mạng lưới vận tải hành khách công cộng ưu tiên phát triển hệ thống vận tải công cộng tại các đô thị; hạn chế và kiểm soát sự phát triển số lượng phương tiện cá nhân mà trước hết là mô tô – xe máy; đầu tư cải tạo và phát triển hạ tầng kỹ thuật giao thông đô thị nhằm đạt mức trung bình của các nước tiên tiến trong khu vực Cùng với đó là việc kiểm soát khí thải từ phương tiện giao thông, xây dựng và ban hành các quy định về kiểm soát khí thải, hỗ trợ việc loại bỏ và thay thế các phương tiện cũ, tăng cường kiểm tra, kiểm soát khí thải trên đường và khuyến khích thúc đẩy sử dụng các phương tiên giao thông phi cơ giới; xây dựng và ban hành các quy định về kiểm tra và bảo dưỡng phương tiện giao thông Đồng thời, chiến lược cũng hướng đến việc hoàn thiện chính sách và thể chế về quản lý chất lượng nhiên liệu, đầu tư phát triển cơ sở hạ tầng giao thông vận tải và bảo trì đường bộ, nâng cao hiệu lực quản lý nhà nước về an toàn giao thông, cải thiện và nâng chất các trạm quan trắc chất lượng không khí bên đường

Chiến lược còn hướng đến các mục tiêu đến năm 2020 sẽ giảm hàm lượng bụi lơ lửng (TSP) phát sinh đạt tiêu chuẩn quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về môi trường tiêu chuẩn do WHO quy định tại các đô thị loại I trở lên; giảm nồng độ khí thải CO, HC,

NOX, VOC so với năm 2005 tại Hà Nội và TP.HCM; xây dựng lộ trình áp dụng tiêu chuẩn khí thải đối với xe cơ giới để đạt tiêu chuẩn Euro 3 vào năm 2012 và Euro 4 vào năm 2017.

Về giao thông đô thị tại TP.HCM được chia thành hai nhóm chính là nhóm Phương tiện vận tải hành khách công cộng (PTVTHKCC) và nhóm Phương tiện cá nhân Nhóm PTVTHKCC gồm có hai loại chính: Xe buýt, taxi

Đến năm 2009, qua bảy năm thực hiện thành phố đã có 151 tuyến xe buýt do 29 Doanh nghiệp vận tải thuộc 4 thành phần kinh tế, sử dụng 3.225 xe buýt để tham gia tổ chức hoạt động, tổng khối lượng vận chuyển hành khách bằng xe buýt đạt 342.5 triệu

HK (936 ngàn HK/ngày), bình quân giai đoạn 2002-2008 tăng 45.44%/năm, tăng gấp 9,5 lần so với năm 2002, thu hút được 5,4% nhu cầu đi lại nếu kể cả taxi thì đáp ứng 7,2% nhu cầu đi lại [8]

Hiện nay các đơn vị vận tải xe buýt đang gặp khó khăn lớn vì tình trạng làm ăn thua lỗ Theo các đơn vị này, mức trợ giá xe buýt được Uỷ ban nhân dân Thành phố áp dụng từ năm 2003 đến nay đã không phù hợp Dù được tính mức đơn giá tạm thời trong khi chờ thành phố phê duyệt đơn giá mới nhưng mức tính này vẫn thấp hơn giá thị trường từ 12% - 18% Hơn nữa, mọi chi phí từ lương nhân viên, phí trùng tu xe, phí bến bãi… đều tăng qua các năm khiến nhiều Hợp tác xã xe buýt phải bù lỗ Theo số liệu thống kê của các đơn vị xe buýt trong năm 2008, nhiều Hợp tác xã xe buýt bị thua

lỗ hàng tỷ đồng Đứng đầu danh sách là Liên hiệp Hợp tác xã vận tải TP.HCM với 42,5

tỷ đồng; Công ty Trách nhiệm hữu hạn Vận tải TP.HCM lỗ 3 tỷ đồng; Saigon Star lỗ hơn 4 tỷ đồng; ngay cả hoạt động xe buýt có trợ giá của Công ty Xe khách Sài Gòn cũng lỗ hơn 12 tỷ đồng

Bên cạnh đó, trong điều kiện đường xá của nước ta nhỏ hẹp trong khi kích thước một số loại xe buýt lớn đã góp phần làm tăng thêm tình trạng kẹt xe trầm trọng tại các tuyến đường có bề rộng nhỏ Hiện nay đang có xu hướng sử dụng các xe buýt cỡ nhỏ hơn khoảng 28 – 30 chỗ ngồi cho các tuyến đường nội thành

Đối với xe taxi trên địa bàn TP.HCM hiện có 40 doanh nghiệp với khoảng 8.000 đầu xe Trong đó cao nhất là Vinasun 2300 đầu xe và Mai Linh 2000 đầu xe Cho đến

nay đi lại bằng taxi vẫn còn là quá xa xỉ so với mức thu nhập của đại bộ phận dân chúng.

Nhóm Phương tiện cá nhân gồm có xe đạp, xe gắn máy, xe hơi:

Hiện nay phương tiện giao thông chính của người dân vẫn là xe gắn máy với 3.638.266 chiếc và 366.435 xe ôtô (tính đến 4/2009) Cùng với khoảng 700.000 xe máy, 60.000 ô tô biển số các tỉnh đang lưu thông trên địa bàn thành phố Theo số liệu thống kê hiện nay, trên địa bàn TP.HCM trung bình một ngày có thêm 106 xe ô tô và

929 xe gắn máy được cấp đăng ký mới Trong hội thảo môi trường mới đây về môi trường TP.HCM, các nhà khoa học khẳng định: 90% các loại khí gây ô nhiễm không khí thành phố hiện nay là do phương tiện giao thông gây ra, nhất là xe gắn máy

Thành phố nói riêng và cả nước nói chung đã đưa ra nhiều đề xuất để hạn chế sự tăng lượng xe cá nhân như tăng thuế, thu phí.… Tuy nhiên cho đến nay các phương án trên chưa có được sự đồng thuận cao trong quần chúng nhân dân nên vẫn chưa được áp dụng

Bảng 1.1: Thống kê số lượng xe cơ giới trên địa bàn TP.HCM [11]

1.1.2 Cơ sở hạ tầng vận chuyển hành khách bằng xe buýt

Giao thông công cộng tại thành phố vẫn chủ yếu là xe buýt Tuy nhiên bản thân hệ thống xe buýt vẫn còn nhiều vấn đề cần chấn chỉnh: Mạng lưới chưa được nghiên cứu

bố trí một cách khoa học; thiếu trầm trọng bến bãi đậu xe và các dự án đầu tư bến bãi vẫn nằm trên giấy; tình trạng dừng đỗ không đúng trạm; thái độ chưa đúng mực của một bộ phận tiếp viên tài xế

Là đô thị lớn nhất nước nhưng đa phần luồng tuyến xe buýt của TP.HCM kết thúc vận hành vào 19 giờ Tất cả đưa đến hệ quả là xe buýt chưa thật sự thuận tiện cho người sử dụng Bởi thế người dân vẫn chưa mặn mà trong việc sử dụng xe buýt: chỉ

khoảng trên dưới 6% nhu cầu đi lại của người dân là bằng xe buýt [8] Con số này dẫn tới một vấn đề khác: xe máy cá nhân vô hình chung đang giữ “trọng trách” cáng đáng phần lớn nhu cầu đi lại của cư dân thành phố.

Toàn bộ xe buýt tại TP.HCM hiện nay đều là xe buýt diesel Theo số chỗ ngồi có thể phân thành các loại như sau: loại nhỏ (từ 12 – 16 ghế) loại trung (từ 17 – 39 ghế) loại lớn (trên 39 ghế) [8]

Bảng 1.2: Số lượng xe buýt công cộng TP.HCM từ 2002 – 2009

Số lượng xe buýt 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 Tổng số (xe) 2.100 2.04

Ngoài ra, còn có 2 bãi giữ xe miễn phí tại Thủ Đức và Củ Chi phục vụ cho hành khách sử dụng xe buýt

Hiện nay, bến bãi là vấn đề bức xúc nhất của hệ thống xe buýt Để phát triển hệ thống hay hoàn thiện mạng lưới tuyến thì bến bãi dành cho VTHKCC là yếu tố rất

quan trọng Có thể chứng minh cụ thể là theo Dự án Hoàn chỉnh quy hoạch mạng lưới tuyến xe buýt thành phố đến năm 2010 của Trung tâm Nghiên cứu phát triển GTVT

phía Nam (TDSI South), tại vành đai 2 phải là điểm tiếp chuyển của xe buýt trước khi vào khu vực nội thành để giảm bớt áp lực về giao thông của phương tiện cá nhân trong giờ cao điểm Như vậy, một hành khách từ Củ Chi, Hóc Môn có thể đi xe buýt về Ngã

tư An Sương và gửi xe để có thể tiếp tục sử dụng xe buýt vào khu trung tâm Tuy nhiên, nếu không bố trí được hệ thống bãi xe buýt dọc theo vành đai 2 thì hành khách không thể sử dụng xe buýt để đi vào khu trung tâm được Do đó cần thiết hệ thống bến bãi phải được phát triển song hành cùng hệ thống vận tải bằng xe buýt để có sự tương

hỗ giữa các yếu tố này

Theo sở GTVT TP.HCM, đến năm 2010 phương tiện vận tải hành khách sẽ đáp ứng 8% - 10% nhu cầu đi lại của người dân nên việc phát triển xe buýt sẽ đi liền với việc đầu tư bến bãi, phương tiện, nhà chờ… Trong đó đầu tư bến bãi là quan trọng nhất bởi tình trạng thiếu bến bãi đang trở nên nghiêm trọng

Mạng lưới luồng, tuyến là yếu tố vô cùng quan trọng và có thể coi là cơ sở, nền tảng của hệ thống vận chuyển hành khách công cộng nói chung và vận tải hành khách nói riêng Mạng lưới tuyến hợp lý chỉ khi nó thỏa mãn tối đa nhu cầu đi lại của hành khách với thời gian thực hiện tuyến đi của hành khách là ngắn nhất

Hiện nay trên địa bàn TP.HCM chỉ có 416 trên 3365 con đường, chiếm 16% số con đường, 29% chiều dài đường có xe buýt đi qua mặc dù số tuyến xe buýt hiện nay là

151 tuyến nhưng nhìn chung luồng tuyến xe buýt vẫn còn rất thiếu

Về hệ thống trạm chờ, đến năm 2009, trên địa bàn thành phố có 420 nhà chờ, 2.500 trụ dừng, 800 bảng treo được bố trí trên hệ thống mạng lưới tuyến buýt Hiện nay một số trạm dừng nhà chờ chưa đáp ứng được nhu cầu về thông tin cũng như các điều kiện vật chất tối thiểu Một số tuyến có bố trí trạm dừng hợp lí còn lại đa số các tuyến trạm dừng còn thưa Theo các chuyên gia ở các nước phát triển thì trạm xe buýt cách

nhà dân khoảng 500 m, trong khi đó tại TP.HCM rất nhiều người dân chưa tiếp cận được với xe buýt do nhà cách quá xa trạm xe buýt.

Có thể nói luồng tuyến mạng lưới xe buýt đang thiếu trầm trọng, chưa có

sự phân cấp giữa các tuyến ( tuyến trục chính, tuyến nhánh, tuyến thu gom…) nên chưa thể hình thành mạng liên hoàn

Tuyến xe buýt hiện nay đa số ở khu vực nội thành và đa số kết nối với trung tâm hoặc nối trực tiếp giữa 2 điểm có nhu cầu đi lại lớn (Bến Thành - Củ Chi, Bến Thành - An Sương, Bến xe miền Tây – Bến xe miền đông) Điều này có nghĩa mạng lưới tuyến hiện nay chỉ thuận lợi cho những hành khách đi trực tiếp và hạn chế đi lại trên toàn mạng Đây cũng chính là một trong số những nguyên nhân khiến cho loại hình vận tải công cộng này chưa thật sự hấp dẫn cho mọi đối tượng

1.2 Tiêu chuẩn khí thải đối với xe buýt diesel

1.2.1 Tiêu chuẩn khí thải của các nước trên thế giới

Tiêu chuẩn khí thải được áp dụng phổ biến nhất trên thế giới hiện nay là bộ tiêu chuẩn của cộng đồng các quốc gia Châu Âu Euro Bảng sau giới thiệu chi tiết các giới hạn phát thải ô nhiễm đối với xe buýt và các loại xe dùng động cơ diesel qui định trong

bộ tiêu chuẩn Euro [17]

Bảng 1.3: Các tiêu chuẩn khí thải Euro cho xe tải và xe buýt Diesel

-Euro 1

1992(dưới 115 mã lực)(trên 115 mã lực)

4,54,5

1,11,1

8,08,0

0,6120,36

-

-Euro 2 Tháng 10/1996

Tháng 10/1998

4,04,0

1,11,1

8,07,0

0,250,15

-

Euro 5 Tháng 10/2008 1,5 0,46 2,0 0,02 0,5

Lộ trình áp dụng tiêu chuẩn khí thải của một số quốc gia và vùng lãnh thổ trên thế giới [17]:

1.2.2 Tiêu chuẩn khí thải Việt Nam

Ở nước ta, từ tháng 1/2007 chính phủ bắt đầu áp dụng chương trình cắt giảm khí thải theo tiêu chuẩn EURO II cho tất cả các phương tiện cơ giới sản xuất mới trong nước và nhập khẩu Từ tháng 1/2008 áp dụng tiêu chuẩn EURO II cho tất cả các phương tiện cơ giới sản xuất mới trong nước, nhập khẩu và đang lưu thông Nội dung của tiêu chuẩn EURO II áp dụng tại Việt Nam như sau [9]:

Bảng 1.4: Tiêu chuẩn khí thải Euro 2 đang áp dụng tại Việt Nam

% CO % HC Độ khói (%HSU)

-3 Ô tô lắp động cơ cưỡng bức đặc biệt 4,5 3300

-Hình 1.1: Lộ trình áp dụng tiêu chuẩn khí thải của một số quốc gia

4 Ô tô lắp động cơ cháy do nén - - 72

Như vậy so với các nước trên thế giới, Việt Nam hiện đang áp dụng tiêu chuẩn khí thải rất lạc hậu

1.2.3 Các qui trình đo chỉ tiêu ô nhiễm

Hiện nay chưa có một qui trình nào được áp dụng chung cho tất cả các nước để đo các chỉ tiêu ô nhiễm khí thải các phương tiện sử dụng động cơ đốt trong Trên thế giới tồn tại nhiều qui trình khác nhau như của Mỹ, Nhật, Cộng đồng Châu Âu Chúng được xây dựng ứng với một tiêu chuẩn ô nhiễm xác định của mỗi nước và không có quan hệ tương đương nào được xác lập giữa các qui trình này

Qui trình thử là qui phạm quốc gia, phụ thuộc vào điều kiện giao thông của mỗi nước Nó dựa trên nhiều yếu tố, trong đó mật độ giao thông và chất lượng đường sá là hai yếu tố quan trọng nhất Bên cạnh đó, tình trạng kỹ thuật của ô tô cũng dẫn tới những kết quả rất khác nhau Sau đây là qui trình thử của Cộng đồng Châu Âu hiện đang được nhiều quốc gia áp dụng:

1.2.3 1 Qui trình thử của cộng đồng Châu Âu

 Qui trình thử trong thành phố ECE: Gồm 4 giai đoạn giống nhau

 Quãng đường tổng cộng là 4,052 km

 Bắt đầu thử ở trạng thái nguội

 Thời gian thử của mỗi giai đoạn là 195 giây, ứng với quãng đường 1,013 km với tốc độ trung bình 18,7 km/h

 Tốc độ cực đại 50 km/h

 Phần thời gian chạy không tải trong qui trình thành phố chiếm tới 31%, ngoài ra còn thử với các điều kiện như xe leo dốc

 Qui trình thử ngoại thành EUDC:

Qui trình EUDC được thực hiện bằng cách bổ sung thêm vào qui trình ECE một công đoạn thử tương ứng với chế độ vận hành của ô tô ở khu vực ngoại thành

Công đoạn bổ sung có tốc độ cực đại 120 km/h, thời gian thử là 400 giây tương ứng với quãng đường 6,955 km với tốc độ trung bình 62,6 km/h Công đoạn thử bổ

sung này được thực hiện sau khi đã thực hiện chu trình ECE và được bắt đầu bằng một giai đoạn chạy không tải 30 giây.

Hình 1.2: Qui trình thử thành phố ECE

Hình 1.3: Qui trình thử ngoại thành EUDC

1.2.3 2 Qui trình đo khí thải Việt Nam đối với động cơ cháy do nén

Theo hướng dẫn của Bộ Giao Thông Vận Tải/ Cục Đăng Kiểm Việt Nam, kiểm tra khí thải phương tiện lắp động cơ cháy do nén được thực hiện bằng phương pháp đo mẫu khí thải theo chu trình khi động cơ ở chế độ gia tốc tự do Chu trình đo gồm 05 giai đoạn như sau:

1 Nghỉ (không đạp ga): Thiết bị đo yêu cầu để động cơ ở chế độ tốc độ vòng

quay không tải nhỏ nhất trong khoảng từ 15 giây đến 30 giây

2 Đạp ga tăng tốc: Đạp nhanh đến hết hành trình bàn đạp ga để động cơ tăng tốc

đến giá trị vòng quay lớn nhất với thời gian tăng tốc ngắn nhất tùy thuộc vào loại động

cơ phương tiện và không được lớn hơn 5 giây

3 Quá trình động cơ tăng tốc: Tốc độ động cơ tăng nhanh đến giá trị lớn nhất, độ

khói lớn nhất được tạo ra trong động cơ

4 Giữ ổn định ở tốc độ lớn nhất : Tốc độ động cơ được giữ ổn định ở giá trị lớn

nhất trong một khoảng thời gian từ 1 giây đến 3 giây

Hình 1.4: Chu trình đo khí thải động cơ cháy do nén

5 Trở về tốc độ nhỏ nhất: Nhả bàn đạp ga và động cơ trở lại tốc độ vòng quay

Các loại xe buýt ở Việt Nam hiện nay được lắp ráp dưới dạng CKD bởi các công

ty như Samco, Vinamotor, Trường Hải … Động cơ và khung gầm được cung cấp bởi các thương hiệu nước ngoài như Isuzu, Hino, Huyndai, Mercedes-Benz, Deawoo…

Bảng 1.5: Nguồn cung cấp động cơ của các dòng xe buýt ở nước ta [21]

Công ty lắp ráp Model Khả năng chuyên

chở (Người) Loại động cơ

SAMCO

Samco 18CN + 22CĐ 40 Isuzu 4HK1 E2N Diesel

5,2 litSamco 24CN + 24CĐ 48 Isuzu 4HK1 E2N Diesel

5,2 litSamco 26CN + 21CĐ 47 Isuzu 4HK1 E2N Diesel

5,2 litSamco 28CN + 22CĐ 50 Isuzu 4HK1 E2N Diesel

5,2 lit

8,0 litVINAMOTOR

Transinco B40 40 (23CN+17CĐ) Hyundai D4DA Diesel

4,77 litTransinco B42 42 (23CN+19CĐ) CA113Z Diesel 4,77 litTransinco B50 50 (26CN+24CĐ) CA 4DF2 Diesel 4,751 litTransinco B55 55 (28CN+27CĐ) Hyundai D6BR Diesel

4,751 litTransinco B60 60 (30CN+30CĐ) Deawoo D1146 Diesel

7,521 litTransinco B65 65 (30CN+35CĐ) -

Transinco B70 70 (35CN+35CĐ) Transinco B80 80 (40CN+40CĐ) Hyundai D6AV Diesel

-11,149 lit

1.3.2 Thân, vỏ xe và trang bị trên xe

Thân, vỏ và các hệ thống trên xe được đóng trong nước dựa trên nền khung gầm sẵn

có Các chi tiết, bộ phận thân xe do các nhà máy tự sản xuất hoặc mua từ các nhà cung ứng trong nước để giảm chi phí sản xuất tối đa

 Chế tạo từng mảng khung xương của thân xe

 Hàn nối 6 mảng khung xương thành thân xe hoàn chỉnh

 Sơn thân xe

 Lắp ráp thân xe lên Chassis

 Lắp ráp cửa kính

 Đi đường dây hệ thống điện

 Lắp ráp đèn dàn lạnh và các trang thiết bị nội thất

1.4 Tác động môi trường của xe buýt diesel

1.4.1 Xe buýt diesel gây ô nhiễm môi trường

Hình 1.5: Thân vỏ xe buýt đóng mới tại nhà máy Samco Củ Chi

Hệ thống xe buýt diesel TP.HCM hiện nay có vai trò to lớn trong giao thông đô thị, đóng góp khoảng 6% nhu cầu đi lại trong thành phố Tuy nhiên, hàng ngày các xe buýt đang thải ra môi trường thành phố một lượng lớn khí thải

Theo qui định, các xe buýt diesel hiện tại phải đạt tiêu chuẩn khí thải Euro 2 Đây

là một tiêu chuẩn khí thải thấp, đã lạc hậu so với thế giới, thêm vào đó nhiều xe đang lưu hành hiện không đạt được tiêu chuẩn này Trong quá trình khảo sát thực tế trên đường cho thấy có nhiều chiếc xả khói đen mù mịt làm ô nhiễm môi trường đe dọa sức khỏe và cuộc sống của người dân đô thị

1.4.2 Kiểm tra khí thải thực tế trên một xe buýt B80

1.4.2 1 Khái niệm

1 Độ khói, N (%HSU): Phần ánh sáng bị chặn lại không đến được bộ phận thu của

thiết bị đo khi được truyền từ một nguồn sáng qua môi trường khói của khí thải động

cơ cháy do nén và được tính theo phần trăm đơn vị khói Hatridge

Hệ số hấp thụ ánh sáng của khí thải, k (m-1 ): Khả năng hấp thụ ánh sáng của một

đơn vị chiều dài môi trường khói mà ánh sáng đi qua và được tính theo công thức sau:

L

k

A

k - Hệ số hấp thụ ánh sáng của khí thải động cơ cháy do nén;

N – Độ khói của khí thải động cơ cháy do nén;

Hình 1.6: Xe buýt diesel gây ô nhiễm môi trường

LA – Chiều dài chùm sáng hiệu dụng (đoạn chùm sáng bị chắn bởi luồng khói), phụ

thuộc vào kết cấu thiết bị đo và thường có giá trị bằng 430 mm

1.4.2 2 Giới thiệu thiết bị đo

Thiết bị đo độ mờ khói AVL DiSmoke 4000 Phòng thí nghiệm trọng điểm Động

cơ đốt trong – Đại Học Bách Khoa TP HCM, có cấu tạo gồm hai phần chính: Bộ phận

đo độ mờ khói và Bộ phận xử lý thông tin (Hình 1.7):

Bộ phận đo độ mờ khói: Gồm có ống lấy mẫu khí thải và Buồng đo độ chắn sáng

Ống lấy mẫu khí thải có nhiệm vụ lấy khí thải từ ống xả động cơ và đưa vào buồng

đo độ chắn sáng

Buồng đo độ chắn sáng gồm một cực phát (ánh sáng) và một cực thu Khoảng

không gian giữa hai cực là nơi khí thải được dẫn tới Khí thải sẽ làm mờ ánh sáng khi

nó truyền từ cực phát sang cực thu Mức độ chắn sáng sẽ được thiết bị ghi nhân lại và

truyền tới Bộ phận xử lý thông tin qua một cáp nối

Bộ phận đo độ mờ khói Bộ phận xử lý

Hình 1.7: Thiết bị đo độ mờ khói AVL DiSmoke 4000

Bộ phận xử lý thông tin: Xử lý thông tin từ Bộ phận đo độ mờ khói và hiển thị kết

quả lên màn hình, gồm các thông số:

 Tốc độ động cơ

 Độ khói

 Hệ số hấp thụ ánh sáng của khí thải

 Thời gian tăng tốc

1.4.2 3 Giới thiệu phương tiện đo

1.4.2 4 Thao tác chính trong quá trình đo

Chuẩn bị phương tiện đo: Khởi động động cơ, cài số ở vị trí trung gian, đảm bảo

động cơ hoạt động bình thường Tắt tất cả các thiết bị chiếu sáng, máy lạnh

Chuẩn bị thiết bị đo: Khởi động, chờ thiết bị gia nhiệt (tới 500 C) và sẵn sàng cho quá trình đo Kẹp chặt đầu lấy mẫu vào ống xả của phương tiện

Hình 1.8: Cấu tạo/ sơ đồ hoạt động của bộ phận đo độ mờ khói

Kiểm tra, xác nhận trước khi đo: Thực hiện thử một chu trình gia tốc tự do, đảm

bảo phải có khí thải đi vào thiết bị đo, kiểm tra tốc độ nhỏ nhất, lớn nhất thực tế của động cơ Đảm bảo quá trình đo diễn ra bình thường

Tiến hành đo 03 lần theo chu trình gia tốc tự do Kết quả là trung bình các giá trị lớn nhất đo được của 03 chu trình

1.4.2 5 Kết quả

Bảng 1.6: Kết quả đo độ khói thực tế xe buýt B80

Theo thống kê của Trung Tâm Quản Lý Và Điều Hành Vận Tải HKCC TP.HCM

ta thấy hầu hết các xe buýt công cộng (96%) có năm sản xuất từ 2006 trở về trước, thậm chí có những xe sản xuất từ những năm 1988, 1989,… Qua kiểm tra ngẫu nhiên trên một xe đời 2007 như trên ta có thể thấy rằng gần như tất cả các xe buýt công cộng

Hình 1.9: Đo khí thải thực tế trên một xe buýt B80

trên địa bàn Thành phố hiện nay đều không đạt tiêu chuẩn khí thải Euro 2 theo qui định

Bảng 1.7: Thống kê năm sản xuất xe buýt công cộng TP HCM [21]

1.4.3 Khí thải xe buýt diesel và những tác hại với môi trường

Trong động cơ Diesel, nhiên liệu được phun vào buồng cháy ở dạng sương Quá trình cháy được khơi mào bằng sự tự bốc cháy của nhiên liệu Điều này đã tạo ra quá trình cháy dị thể; và nó là nguồn gốc của sự hình thành các hạt suie (muội than) trong các vùng thiếu oxy Do đó trong khí thải động cơ diesel, ngoài các thành phần như

CO2,H2O, CO, HC, NOX ,… còn có thêm thành phần hạt rắn suie

Quá trình hình thành suie trong khí thải động cơ diesel có thể phân làm 4 giai đoạn như sau [27]:

Giai đoạn 1: Hình thành các hợp chất trung gian (vd: éthylène …) từ quá trình

pyrolyse nhiên liệu Ethylène sẽ được polymer hóa và hình thành các cấu trúc đa vòng hay chính xác hơn là các cấu trúc turbostratique Cấu trúc turbostratique là các chồng đồng tâm của các vòng 6 carbon được sắp xếp một cách bất kì

Giai đoạn 2: Phát triển nhân và tạo thành các hạt rắn đầu tiên Các hạt này có hình

cầu và bán kính từ 1 đến 2 nm

Giai đoạn 3: Kết tụ của các hạt rắn ở trên (các hạt rắn kết dính với nhau và hình

thành hạt rắn lớn hơn), cho đến khi hình thành các khối cầu có kích thước khoảng 10 –

30 nm Đến đây có thể gọi các hạt này là hạt muội than (Suie) sơ cấp

Giai đoạn 4: Sự kết tụ của các hạt muội than sơ cấp tạo thành các agrégat Agrégat

thu được có kích thước lên đến hàng trăm nm

Cấu trúc của muội than diesel: Muội than Diesel được tạo thành từ nhiều hạt rắn

có kích thước khoảng 0,3µm Các hạt rắn này lại được tạo thành từ các hạt carbone nhỏ hơn có bán kính khoảng 10 – 60 nm liên kết lại với nhau thành dạng chuỗi hay agrégat,

có hình thù kết túm đặc trưng, và có thể coi hạt muội than diesel là một hỗn hợp của các cấu tử hữu cơ và vô cơ

Hình 1.10: Quá trình hình thành muội than trong khí thải động cơ diesel

Suie được tạo nên từ một pha rắn ở tâm và một pha ngưng tụ trên bề mặt Tâm của muội than là than carbone Pha ngưng tụ thực chất là các chất hữu cơ gồm các hydrocarbon ngưng tụ trong pha lỏng trên bề mặt (SOF) và các sufates.

Các sulfates trong khí thải động cơ Diesel có nguồn gốc từ các chất hữu cơ chứa lưu huỳnh trong nhiên liệu Khi nhiên liệu cháy, lưu huỳnh trong các hợp chất hóa học này chuyển thành SO2 và sau đấy một phần (khoảng 2%) sẽ bị oxi hóa thành SO3, SO3

sau đó sẽ phản ứng với nước để tạo thành các giọt lỏng acide sulfurique

Theo khối lượng, thành phần % của hạt muội than như sau:

 Khối than carbon rắn ở tâm chiếm khoảng 20 – 60%

 Pha lỏng trên bề mặt SOF chiếm 20 – 60%

Hình 1.11: Cấu trúc muội than của động cơ diesel

Hình 1.12: Minh họa thành phần cấu trúc hạt muội than [27]

 Các sulfate chiếm khoảng 5 – 10%.

 Các tạp chất kim loại chiếm khoảng 2 – 4%

Các hạt muội than thải ra từ động cơ Diesel có ảnh hưởng xấu đến môi trường cũng như sức khỏe con người Các hạt rắn này góp phần tạo thành các đám bụi lơ lửng trong môi trường đô thị Kích thước của hạt đóng một vai trò quan trọng Hạt càng nhỏ, chúng càng lơ lửng lâu trong không khí và khi đi vào phổi, thời gian chúng lưu lại càng lâu Đối với những hạt có đường kính lớn hơn 10µm, chúng dễ dàng bị đẩy ra khỏi đường hô hấp; các hạt có từ 3 – 10µm, chúng dễ dàng lưu lại ở khí quản và phế quản; dưới 3µm, các hạt này có thể thâm nhập vào tận các phế nang của phổi và có thể thâm nhập vào máu Các hạt rắn này là nguồn gốc của các bệnh về hô hấp thường gặp như: hen suyễn, viêm phế quản và ung thư phổi

1.5 Tác động môi trường của khí thải xe buýt diesel

Theo báo cáo của Sở Giao Thông Vận Tải TP.HCM [11] và báo cáo của Hiệp hội các nhà sản xuất ô tô Việt Nam Vama [21], số lượng xe buýt diesel tại TP.HCM năm

2009 là 2436 xe Có thể chia thành các nhóm theo số ghế và công suất động cơ như sau:

Bảng 1.8 : Phân nhóm xe buýt diesel theo số ghế và công suất động cơ

Số ghế Số lượng xe

năm 2009 Công suất (kw)

Công suất trung bình của nhóm

Qui đổi

Công suất của nhóm xe buýt từ 39 ghế trở lên có công suất động cơ từ 154 – 184

kw, chọn giá trị trung bình cho một xe là 167kw (công suất xe buýt B80 Transinco – loại xe chiếm tỉ lệ cao trong các dòng xe buýt cỡ lớn) Tương tự chọn công suất trung bình cho nhóm từ 17 – 38 ghế là 120kw như ở Bảng 1.8 trên

Để thuận tiện trong quá trình tính toán ta qui đổi toàn bộ xe buýt về thành loại xe chuẩn có công suất động cơ 167kw Có nghĩa là một xe thuộc nhóm từ 17 – 38 ghế sẽ

bằng 0,72 xe chuẩn có công suất 167kw Như vậy tổng số xe buýt diesel của TP.HCM năm 2009 qui về xe chuẩn là:

Tổng xe buýt diesel năm 2009: 1335 + 0,72 x 1198 = 2197 xe (loại 167 kw) (1)Tương tự ta tính được số xe chuẩn cho các năm như ở Bảng 1.10 bên dưới

Cũng theo [11], các tuyến xe buýt TP HCM tính đến 2009, tuyến dài nhất là tuyến: Bình Khánh - Cần Thạnh với cự ly là 45,6 km; Tuyến ngắn nhất là tuyến: BX

Củ Chi - Cầu Cai Thầy với cự ly là 5,8 km Cự ly trung bình trong toàn mạng là 18,63

km

Theo thống kê của Công Ty Xe Khách Sài Gòn thì với các tuyến có cự ly khoảng

18 km, trung bình xe buýt chạy được khoảng từ 8 ÷ 11 lượt/ ngày; mỗi xe chạy trung bình 320 ngày/năm Chọn giá trị số lượt chạy trung bình của mỗi xe là 9,5 lượt/ ngày, như vậy trung bình mỗi năm một xe chạy được quãng đường là:

Số km trung bình mỗi xe chạy trong 1 năm = 9,5 x 18,63 x 320 = 56.635 km (2)

Ta có bảng phát thải các chất ô nhiễm của xe buýt diesel ứng với tốc độ trung bình

37006,4

37699,

7 39355,4

41084,9

Biểu đồ lượng phát thải các thành phần trong khí xả động cơ diesel theo các năm như sau:

1.6 Biện pháp giảm ô nhiễm khí thải động cơ diesel xe buýt

Trên thế giới hiện nay có một số biện pháp làm giảm ô nhiễm từ khí thải động cơ diesel như : Cải thiện quá trình cháy, hồi lưu khí xả, dùng bộ xúc tác 3-way catalyst và dùng nhiên liệu hay thế

1.6.1 Biện pháp cải thiện quá trình cháy

Các biện pháp cải thiện quá trình cháy phổ biến hiện nay là tăng áp áp động cơ (Máy nén tăng áp, tua bin tăng áp), cải thiện quá trình phun nhiên liệu

1.6.1 1 Tăng áp

Là biện pháp dùng các thiết bị như máy nén khí, tua-bin máy nén hoặc các đường ống nạp có kết cấu đặc biệt để tăng áp suất của dòng khí nạp khi nạp vào các xi-lanh của động cơ Theo lý thuyết động cơ đốt trong, khi áp suất nạp tăng, áp suất cuối quán trình nén sẽ tăng theo, cải thiện được tính năng của quá trình cháy, làm tăng công suất của động cơ, giảm ô nhiễm môi trường

Tăng áp là một trong những biện pháp tăng công suất mà động cơ vẫn gọn nhẹ đang được áp dụng rất phổ biến đối với động cơ diesel cũng như động cơ xăng Tuy vậy, khi sử dụng biện pháp tăng áp, các chi tiết máy của động cơ chịu tải trọng cơ học

và dầu mỡ bôi trơn cũng yêu cầu cao hơn Điều kiện làm mát, cũng đòi hỏi cao hơn,

Biểu 1: Mức phát thải các thành phần trong khí xả xe buýt

diesel TP HCM qua các năm

người sử dụng cần quan tâm bảo đảm công tác bảo dưỡng định kỳ Biện pháp này làm giảm ô nhiễm, tuy nhiên mức giảm không đáng kể.

1.6.1 2 Cải thiện quá trình phun nhiên liệu

Với các giải pháp kỹ thuật tối ưu làm giảm mức độ phát sinh ô nhiễm và suất tiêu hao nhiên liệu Các nhà sản xuất động cơ Diesel đã đề ra nhiều biện pháp khác nhau về

kỹ thuật phun và tổ chức quá trình cháy nhằm giới hạn các chất ô nhiễm Các biện pháp chủ yếu tập trung vào giải quyết các vấn đề:

 Tăng tốc độ phun để làm giảm nồng độ bồ hóng do tăng tốc hòa trộn nhiên liệu- không khí

 Tăng áp suất phun

 Điều chỉnh dạng quy luật phun theo khuynh hướng kết thúc nhanh quá trình phun

Hiện nay, các nhược điểm của hệ thống nhiên liệu Diesel đã được khắc phục bằng cải tiến các bộ phận như: Bơm cao áp, vòi phun, ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao, các ứng dụng điều khiển tự động nhờ sự phát triển của công nghệ Đó là hệ thống nhiên liệu Common Rail Diesel

Phương pháp này cũng giúp tăng công suất, hiệu suất động cơ, giảm ô nhiễm môi trường Tuy nhiên không thể giải quyết triệt để vấn đề ô nhiễm của động cơ diesel.Nhìn chung các biện pháp cải thiện quá trình cháy động cơ diesel truyền thống giúp cải thiện công suất, hiệu suất động cơ, giảm thiểu ô nhiễm môi trường Tuy nhiên những công nghệ tiên tiến này thường chưa được áp dụng cho xe khách công cộng Bên cạnh đó nó không giải quyết triệt để được bài toán ô nhiễm và sự lệ thuộc vào nhiên liệu truyền thống

1.6.2 Biện pháp hồi lưu khí xả

Hệ thống hồi lưu khí xả hay còn gọi là Hệ thống EGR (Exhaust Gas Recirculation System), được phát minh để kiểm soát mức độ ô nhiễm môi trường của xe hơi vào đầu những năm 1970, chủ yếu là dùng để khống chế NOx là bằng cách dùng sự tuần hoàn của khí thải Tác dụng chủ yếu của khí thải tuần hoàn ở động cơ diesel là tăng nhiệt

dung riêng của hỗn hợp, qua đó giảm nhiệt độ cháy và giúp nâng cao hiệu quả và giảm tiêu hao nhiên liệu

Khi nhiệt độ buồng đốt cao, bộ EGR sẽ nạp một mẫu nhỏ khí thải vào hỗn hợp với không khí và nhiên liệu Hệ thống EGR bao gồm: van EGR, các đường ống chân không, công tắt nhiệt và một bộ cảm biến áp suất của khí thải Bộ van EGR được bố trí trên đường ống nạp Nó bao gồm một cái vỏ, bêntrong chứa một lò xo và một màng chân không, khi chân không trong vỏ gia tăng thì màng sẽ dịch chuyển kéo van đi lên

và mở van để đưa một mẫu nhỏ khí thải vào đường ống nạp Tín hiệu chân không được lấy từ đường ống nạp hoặc bộ khuyếch đại chân không

Tuy vậy hệ thống này cũng không giải quyết được triệt để vấn đề ô nhiễm

1.6.3 Biện pháp dùng bộ xúc tác khí xả

Đây là bộ xúc tác có cấu trúc dạng tổ ong, với tiết diện ống dạng tam giác hay vuông Xương ống được làm từ hợp kim tốt như inox hoặc làm từ hợp kim gốm sứ Ngày nay, người ta thường sử dụng xương ống bằng lá kim loại liền có độ dày rất nhỏ,

do đó, chúng dẫn nhiệt tốt nên mất ít thời gian để kích hoạt bộ xúc tác Xương ống được phủ một lớp dạng xốp làm vật mang để kết hợp với các kim loại quý hiếm Bề mặt được phủ lên này có độ dày từ 20-60 micromet, khá nhấp nhô để tăng diện tích tiếp xúc của khí xả đối với bề mặt chất xúc tác Vật mang thường là các ôxit kim loại

có tác dụng tăng hoạt tính cho các chất xúc tác hoặc đóng vai trò ổn định cấu trúc bề mặt xúc tác Các ôxit thường được sử dụng cho vật mang là ôxit Zirconi, ôxit Xêri,… Các kim loại quý trong bộ xúc tác như Rodi (Rh), bạch kim (Pt), paladi (Pd) đều là những chất xúc tác rất tốt trong khả năng kiểm soát khí xả

Đối với động cơ diesel, tuy các thành phần độc hại như CO, HC, NOx đều thấp hơn so với động cơ xăng nhưng vấn đề của động cơ diesel là suie Do đó người ta đặt phía trước bộ xúc tác trên động cơ diesel một bộ lọc để hấp thụ hạt bụi từ khí thải động

cơ Sau đó, các hạt bụi này sẽ được đốt cháy một lần nữa Tuy nhiên, nhiệt độ khí xả từ động cơ diesel khá thấp, chỉ đạt từ 150 độ C đến 500 độ C, thường là từ 240 độ C đến

350 độ C

Nếu chỉ dựa vào nhiệt độ khí xả, khó đảm bảo các hạt bụi của động cơ diesel có thể được đốt cháy Trong khi đó, mục đích chính của các chất xúc tác là giảm nhiệt độ bốc cháy được của các chất độc hại Do vậy, các chất xúc tác cấu trúc phức tạp từ ôxit của các kim loại kiềm thổ, với khả năng bắt cháy trong khoảng từ 2400C đến 3150 C, được

Ở Việt Nam hiện nay, chất lượng nhiên liệu chỉ đạt tiêu chuẩn Euro II Với những chiếc xe nhập khẩu đạt tiêu chuẩn khí thải lên tới Euro IV, xe cũng phải sử dụng loại nhiên liệu đáp ứng được tiêu chuẩn Euro IV cho nhiên liệu Khi chạy xe với nhiên liệu kém chất lượng, tuổi thọ và các chức năng của bộ lọc khí độc sẽ hoạt động không như thiết kế ban đầu Bên cạnh đó tái sinh bộ lọc cũng rất phức tạp

1.6.4 Sử dụng nhiên liệu sạch

Nhiên liệu được cho là sạch như Ethanol, LPG, CNG, điện, ….đã được các nước trên thế giới sử dụng rộng rãi nhằm giảm sự phụ thuộc vào dầu mỏ

Ethanol là nhiên liệu tái sinh, có nguồn gốc từ thực vật lên men Ethanol được xem

là một nguồn nhiên liệu khá sạch thay thế cho xăng Từ lâu nay nó đã được sử dụng ở nhiều nước bằng cách pha vào xăng Tuy nhiên việc sản xuất Ethanol bị hạn chế do việc sản xuất nguồn nguyên liệu đầu vào là có hạn

Điện là một nguồn năng lượng hoàn toàn không phát thải các chất ô nhiễm Tuy nhiên cho đến nay người ta vẫn còn đặt dấu hỏi về việc ứng dụng nó trên ô tô

LPG thực chất là khí dầu mỏ hóa lỏng, có thành phần chủ yếu là propane (C3H8) và butane (C4H10), tồn tại dưới dạng lỏng với áp suất khoảng 7 atm Trong khi đó, CNG là khí thiên nhiên nén, thành phần chủ yếu là metane (CH4) được lấy từ các mỏ khí thiên

nhiên, qua xử lý và nén ở áp suất cao (200 atm) để tồn trữ Do có thành phần cấu tạo ít cacbon và hầu như không có tạp chất nên LPG và CNG là những nhiên liệu rất sạch, đặc biệt là CNG, là loại nhiên liệu sạch nhất so với các loại có nguồn gốc hóa thạch khác (xem Chương 2)

LPG được sử dụng làm khí đốt trong các ngành công nghiệp và dân dụng, bên cạnh đó nó còn là một nguồn nhiên liệu thay thế cho các phương tiện giao thông Ở một số nước LPG được sử dụng thay cho xăng trên xe hơi và các phương tiện khác Tuy nhiên ở nước ta ngành công nghiệp xe hơi chưa phát triển, công nghệ sản xuất phụ tùng hỗ trợ việc chuyển đổi động cơ sang sử dụng các loại nhiên liệu khác hầu như chưa có Bên cạnh đó lượng LPG sản xuất trong nước chỉ chiếm 50% nhu cầu nên chủ yếu loại nhiên liệu này chỉ dùng làm khí đốt trong công nghiệp và dân dụng

CNG có rất nhiều ưu điểm so với nhiên liệu truyền thống là xăng và diesel như : an toàn, và ít gây ô nhiễm môi trường Do có cấu tạo từ các thành phần khí nhẹ nên quá trình đốt cháy CNG thải ra ít khí độc hơn Chỉ số octane của CNG cũng cao hơn so với xăng vì vậy động cơ có thể làm việc với tỉ số nén khá cao tăng hiệu quả quá trình cháy So với động cơ diesel động cơ CNG có thể giảm 90% lượng PM 90% SO2 20% HC 20% NOx 50% CO (xem Chương 2) Chính vì vậy rất nhiều nước trên thế giới đã đưa CNG vào sử dụng cho ô tô, đặc biệt là các phương tiện công cộng

Kết luận:

Có nhiều biện pháp để làm giảm ô nhiễm từ khí thải động cơ xe buýt diesel như đã nêu ở trên, tuy nhiên phương án sử dụng nhiên liệu thay thế CNG là rất khả thi Với điều kiện nước ta hiện nay việc sử dụng CNG cho hệ thống xe buýt công cộng có những ưu điểm sau :

 Giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi trường

 Tận dụng nguồn nhiên liệu khí thiên nhiên được đánh giá là rất dồi dào của nước ta

 Gía thành nhiên liệu rẻ (xem Chương 2)

1.7 Mục tiêu đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu thiết kế xe buýt CNG phục vụ cho nhu cầu giao thông công cộng tại TP HCM Nội dung bao gồm hai phương hướng: Thiết kế hoán cải

xe buýt CNG từ xe buýt diesel để chuyển đổi một số lượng rất lớn xe buýt diesel hiện nay sang sử dụng nhiên liệu CNG; Thiết kế đóng mới xe buýt CNG dựa trên chassis và động cơ CNG sẵn có

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là xe buýt CNG Nội dung trọng tâm của đề tài là nghiên cứu thiết kế xe buýt CNG cho khu vực TP HCM

1.8 Ý nghĩa khoa học của đề tài

Hai vấn đề lớn hiện nay của xe buýt diesel là: ô nhiễm môi trường và tình trạng thua lỗ của các doanh nghiệp vận tải do giá thành nhiên liệu tăng cao trong khi không thể tăng giá vé lên quá cao

Vì vậy việc nghiên cứu thiết kế xe buýt CNG thân thiện với môi trường, có chi phí vận tải thấp hơn, tận dụng được nguồn khí thiên nhiên dồi dào ở nước ta mang ý nghĩa quan trọng góp phần thúc đẩy sự phát triển GTCC, giải quyết tình trạng ô nhiễm môi trường của xe buýt diesel, sự quá tải của giao thông hiện nay

Chương 2 NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ CNG CHO XE BUÝT TRÊN THẾ GIỚI

2.1 Giới thiệu về nhiên liệu CNG

2.1.1 Giới thiệu

Khí thiên nhiên là nhiên liệu hóa thạch, được khai thác từ các mỏ khí có sẵn trong

tự nhiên Khí thiên nhiên là một nguồn nhiên liệu thay thế sạch nhất hiện nay cho các phương tiện vận tải Khí thiên nhiên chứa khoảng 85% khí methane, 10% ethane, Ngoài ra còn chứa một lượng nhỏ propane, butane… và gần như không chứa các thành phần độc hại nào

CNG (Compressed Natural Gas): là khí thiên nhiên được nén lại và chứa trong

các bình khí nén với áp suất cao khoảng 100bar - 250bar sử dụng cho các phương tiện giao thông vận tải và các mục đích khác

Bảng 2.1 sau mô tả thành phần % theo khối lượng các thành phần có trong khí thiên nhiên :

Bảng 2.1 : Các thành phần của khí thiên nhiên [4]

Khí thiên nhiên hiện nay chủ yếu được sử dụng để sinh nhiệt gia dụng và công nhiệp (sưởi, tạo nhiệt, …) Tỉ lệ khí thiên nhiên sử dụng trong lĩnh vực giao thông vận tải còn rất khiêm tốn, tuy nhiên từ những năm 1990 việc dùng nó làm nhiên liệu đã có

ở nhiều nơi trên thế giới

Khí thiên nhiên được xem là nhiên liệu sạch vì vậy việc dùng nó để chạy động cơ ngoài mục đích đa dạng hóa nguồn nhiên liệu còn góp phần làm giảm ô nhiễm môi trường một cách đáng kể

Khí thiên nhiên có thể chứa trong bình nhiên liệu của ô tô ở hai dạng:

 Dạng khí ở nhiệt độ môi trường, áp suất cao (khoảng 200bar)

Hình 2.1: Bản đồ phân bố trữ lượng khí thiên nhiên trên thế giới [1]

 Dạng lỏng ở nhiệt độ -1600 C , áp suất môi trường không khí

Cùng một khối lượng, khí thiên nhiên hóa lỏng có thể tích nhỏ hơn nhiều so với khi nó ở dạng khí nén Tuy nhiên, việc sử dụng khí thiên nhiên ở trạng thái lỏng cần có

kĩ thuật làm lạnh phức tạp, bình chứa phải được cách nhiệt hoàn toàn Khi không còn được cách nhiệt, phải mở van an toàn để cho khí thiên nhiên thoát ra Tình trạng này gây tổn thất nhiên liệu không cần thiết, nhưng nguy hiểm nhất là sự cháy nổ nếu sự bay hơi diễn ra trong một khu vực kín Do vậy hiện nay trên thế giới người ta thường dùng khí thiên nhiên dạng khí để chạy ô tô Tuy nhiên, ở một số nước như Mĩ, Úc,… người

ta đang tiếp tục nghiên cứu sử dụng khí thiên nhiên hóa lỏng để sử dụng trên các động

cơ công suất lớn (xe tải, tàu lửa, tàu biển,…)

CNG an toàn hơn xăng ở nhiều phương diện vì nhiệt độ phát hỏa của nó cao hơn xăng và diesel Thêm vào đó do nhẹ hơn không khí nên nếu rò rỉ CNG sẽ bay và khuyếch tán vào không khí dễ dàng Trong khi xăng dầu được chứa trong các bồn trên mặt đất rất dễ xảy ra cháy nổ, CNG là khí không độc và không làm ô nhiễm nguồn nước ngầm khi rò rỉ Bên cạnh đó CNG là nguồn năng lượng hóa thạch có trữ lượng lớn còn chưa được sử dụng rộng rãi Do có cấu tạo từ các thành phần khí nhẹ, nên quá trình đốt cháy CNG thải ra ít khí độc hơn Chỉ số octane của CNG cũng cao hơn so với xăng vì vậy động cơ có thể làm việc với tỉ số nén khá cao, tăng hiệu quả quá trình cháy, So với động cơ diesel, động cơ CNG có thể giảm 90% lượng PM, 90% SO2, 20%

HC, 20% NOx, 50% CO [7]

Hình 2.2: Mức giảm ô nhiễm của động cơ CNG so với động cơ diesel [7]

Tuy nhiên so với xăng và diesel, CNG cũng có một số nhược điểm như là mật độ năng lượng thấp, dẫn đến hiệu suất động cơ không cao Mật độ nhiên liệu thấp nên cần phải nén nhiên liệu ở áp suất cao gây khó khăn trong lưu trữ và nạp nhiên liệu,

Bảng sau so sánh tính chất lý hóa của CNG so với nhiên liệu truyền thống:

Bảng 2.2: So sánh đặc tính nhiên liệu CNG – Diesel – Xăng [20]

Khối lượng nhiên liệu lỏng (kg/ lít) - 0,746 0,808

Khối lượng nhiên liệu khí (kg/ m3) 0,72 4,4

2.1.2 Trữ lượng và nguồn cung cấp CNG ở nước ta [28]

Tiềm năng khí thiên nhiên ở nước ta là rất lớn với tổng trữ lượng khoảng 1.200 tỷ

m3, tương đương 1.200 triệu tấn dầu (trong khi trữ lượng dầu ở nước ta được đánh giá khoảng 700 triệu tấn) Trong đó đã phát hiện trên 150 tỷ m3 (gồm khí đồng hành ở bể Cửu Long và khí thiên nhiên thuộc bể Nam Côn Sơn) Việt Nam đã có những dự án khai thác khí thiên nhiên lớn đã và đang đi vào hoạt động

Đường ống dẫn khí Nam Côn Sơn: là một đường dẫn khí thiên nhiên từ bể khí

Nam Côn Sơn ngoài khơi Vũng Tàu vào đất liền Điểm bắt đầu là giàn khai thác khí Lan Tây và điểm kết thúc là Nhà máy Chế biến khí Dinh Cố (thị trấn Long Hải, huyện Long Điền, Vũng Tàu) Toàn bộ chiều dài của đường ống là 370 km (không kể đoạn từ nhà máy Dinh Cố đi các nơi khác) Đường kính của ống là 26 inch và là loại đường ống hai pha Công suất vận chuyển theo thiết kế 19,8 triệu m3 khí/ngày (khoảng 7 tỷ m3

khí/năm), có các đầu chờ được đặt ở vị trí thích hợp để nhận khí từ các mỏ khác ngoài các mỏ Lan Đỏ và Lan Tây Dự án lắp đặt đường ống dẫn khí Nam Côn Sơn được khởi công vào ngày 15 tháng 12 năm 2000 và hoàn thành vào cuối năm 2002,

Dự án Khí - Điện - Đạm Cà Mau: là một trong ba dự án kinh tế lớn giai đoạn

2000-2005 của Việt Nam Dự án này được Tổng công ty Dầu khí Việt Nam (Petrovietnam) làm chủ đầu tư Dự án bao gồm việc xây dựng đường ống dẫn khí bằng thép dài 325 km (có 298 km đi ngầm dưới biển) đường kính ống 18 inch, dày 12,5 mm, công suất vận chuyển tối đa 2 tỷ m³ khí/năm đưa khí từ mỏ PM3 thuộc vùng chồng lấn Việt Nam và Malaysia vào Khu công nghiệp Khánh An ở huyện U Minh, Cà Mau để cấp cho hai nhà máy nhiệt điện và một nhà máy sản xuất phân đạm urê Hai nhà máy điện có công suất tổng cộng là 1500 MW và nhà máy đạm (urea) có công suất 800.000 tấn/năm Tổng vốn dự kiến lên đến 1,4 tỷ USD Dự kiến hoàn thành toàn bộ dự án vào năm 2009 (dự án khí hoàn thành 2006, dự án điện hoàn thành 2008 và dự án đạm hoàn thành năm 2009) Dự án Khí - Điện - Đạm Cà Mau cùng với dự án khí Lô B - Ô Môn đưa khí từ biển Tây đến Tổ hợp các nhà máy điện ở Ô Môn (Cần Thơ) (công suất Tổ hợp Ô Môn là 2600 MW) góp phần phát triển Đồng bằng Sông Cửu Long thành một trung tâm năng lượng của cả Việt Nam

Dự án đường ống dẫn khí Bạch Hổ: với tổng mức đầu tư lên đến 1.500 tỷ đồng

gồm dự án đường ống dẫn khí Sư Tử Vàng, Sư Tử Đen, Rạng Đông do Tập đoàn Dầu khí quốc gia Việt Nam làm chủ đầu tư đã hoàn thành và chính thức đưa vào vận hành

kể từ ngày 24-7-2009 Đây là một phần của đề án tận dụng khí đồng hành, cung cấp khí cho các khách hàng tiêu thụ thông qua hệ thống đường ống dẫn khí nối các mỏ vào

bờ, bổ sung nguồn khí mới cho đề án khí Bạch Hổ Hệ thống đường ống dẫn khí này giúp vận chuyển khoảng 1,25 triệu m³/ngày khí đồng hành từ các mỏ Sư Tử Đen, Sư

Tử Vàng và các mỏ khác thuộc bể Cửu Long tới Rạng Đông và chuyển tiếp tới Bạch

Hổ thông qua đường ống Rạng Đông - Bạch Hổ Lãnh đạo Tổng Công ty Khí Việt Nam (PV Gas), đơn vị được Tập đoàn Dầu khí Việt Nam giao làm chủ đầu tư cho biết:

Từ dòng khí đầu tiên vào bờ năm 1995 tại khu vực Đông Nam Bộ (cung cấp khí cho Nhà máy Điện Bà Rịa với sản lượng khí khô khoảng 1 triệu m³/ngày đêm)

Dự án đường ống dẫn khí Lô B – Ô Môn: dài xấp xỉ 400km (246km ngoài khơi

và 152km trên bờ) do Tập đoàn Dầu khí Việt Nam làm chủ đầu tư với tổng mức đầu tư gần 800 triệu USD Dự án đường ống dẫn khí này sẽ cung cấp khí từ ngoài khơi Lô B

48/95 và 52/97 cho các nhà máy điện khí tại khu vực miền Tây Nam Bộ, gồm 01 tổ hợp nhà máy điện khí tại huyện Ô Môn, Thành phố Cần Thơ với tổng công suất gần 3.000MW và 01 nhà máy điện khí tại tỉnh Cà Mau có công suất 750MW Dự án sẽ được khởi công vào quý IV/2009 và dự kiến hoàn thành vào tháng 7/2011.

Hiện nay, Tổng Công ty Khí Việt Nam (PV GAS) là đơn vị duy nhất cung cấp sản phẩm CNG cho thị trường trong nước, chiếm 100% thị phần CNG toàn quốc Ngoài phương thức cung cấp bằng LNG, PV GAS đang thực hiện 2 phương thức cung cấp khí khác: cung cấp cho các hộ công nghiệp bằng tuyến đường ống dẫn khí cố định và cung cấp CNG bằng xe bồn dài 40 feet và bồn CNG có sức chứa khoảng 3 tấn, với áp suất của bồn khoảng 200 bar

Đối với hộ công nghiệp xa tuyến ống không có điều kiện tiếp cận nguồn khí bằng đường ống, CNG được vận chuyển bằng xe bồn tới khách hàng đấu nối với hệ thống tiếp nhận Đối với CNG ứng dụng trong giao thông vận tải thì CNG được vận chuyển bằng xe bồn tới các trạm nạp CNG cho xe buýt, taxi, ôtô,… CNG cung cấp cho các địa chỉ xa tuyến ống đòi hỏi rất cao về tính cung ứng liên tục, đảm bảo không gây gián đoạn cho dây chuyền sản xuất của khách hàng, và đặc biệt, thiết bị dự trữ và cung ứng CNG phải đạt được độ tin cậy rất cao Đây được coi là hệ thống ống “ảo” đưa khí thiên nhiên đến những nơi chưa có cơ hội tiếp cận với đường ống dẫn khí chính,

Hình 2.3: Phương tiện vận chuyển khí CNG từ trạm mẹ sang trạm con