Nghiên cứu một số cơ sở khoa học và khảo sát thực nghiệm góp phần xây dựng tiêu chuẩn kiểm định khí xả ở việt nam

Luận văn

Hà Nội - 2005

Bộ Giáo dục và đào tạo

Trường Đại học Nông nghiệp I hà Nội

Lời cam đoan

- Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và ch−a hề đ−ợc sử dụng để bảo vệ một học vị nào

- Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã

đ−ợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đ−ợc chỉ rõ nguồn gốc

Phạm Hùng Lân

Lời cám ơn

- Tôi xin bày tỏ lòng biết ơnchân thành của mình đối với thầy Bùi Hải Triều cùng tập thể các thầy cô giáo trong bộ môn Ô tô - Máy kéo, khoa cơ điện, trường Đại học nông nghiệp 1 Hà Nội đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi thực hiện đề tài

- Chân thành cảm ơn các bạn đồng nghiệp trong Trung tâm Đăng kiểm xe cơ giới Thái Nguyên đã giúp đỡ và cộng tác cùng tôi trong quá trình thực hiện đề tài

- Tôi xin chân thành cảm ơn nhóm nghiên cứu thử nghiệm khí thải một số loại ô tô lắp giáp tại Việt Nam Gồm các ông : ThS Vũ Huy Đương, PGS TS Phạm Minh Tuấn, PGS.TS Phạm Văn Thể, KS Trần Quang Vinh, KS Nguyễn Thế Lương Đã cho tôi được cùng tham gia và cho phép tôi được sử dụng kết quả thử nghiệm cho luận văn này

Phạm Hùng Lân

Mục lục

1.1 Sự ô nhiễm môi trường do khí xả và động cơ gây ra 3

1.2 Phản ứng xã hội về đe doạ huỷ hoại môi trường của

khí thải công nghiệp và giao thông

6

1.4 Phát triển bùng nổ phương tiện giao thông và các thiết bị

dùng động cơ đốt trong ở Việt Nam

3.1 Lấy mẫu và phương pháp làm loãng khí (Phương pháp CVS) 37

3.3 Sự phát triển các tiêu chuẩn kiểm tra khí xả trên thế giới

và Việt Nam

55

Chương IV Phân tích lý thuyết và thực nghiệm hiện

trạng phương tiện và các tiêu chuẩn khí thải

59

4.1 Một số số liệu về chủng loại và tình trạng kỹ thuật các

phương tiện cơ giới đường bộ đang lưu hành ở Việt Nam

59

4.2 Thí nghiệm kiểm tra khí thải theo TCVN tại Trung tâm đăng

kiểm xe cơ giới Thái Nguyên

61

4.3 Thí nghiệm khảo sát khí xả một số loại ô tô con lắp

giáp tại Việt Nam theo tiêu chuẩn EURO 2

80

mở đầu 1.1 đặt vấn đề

Môi trường của con người đang bị huỷ hoại nghiêm trọng từ nhiều nguồn khác nhau Một trong những nguồn ô nhiễm chủ yếu là khí thải của động cơ đốt trong Động cơ cung cấp tới 80% tổng số năng lượngtiêu thụ trên thế giới,

Hiện nay, trên thế giới có trên 750 triệu ô tô, hàng năm thải ra môi trường hàng trăm tấn độc hại Riêng tại việt nam tính tới thời điểm 31.12.2004 cả nước có 490.000 ô tô và gần 6.000.000 xe máy đang hoạt động Cùng với sự phát triển kinh

tế xã hội, tốc độ tăng trưởng hàng năm của các phương tiện nêu trên tăng khá nhanh

(bình quân 11,94% năm) (Cục đăng kiểm Việt Nam Tổng hợp số liệu về phương

tiện giao thông đang lưu hành trong cả nước tháng 1/2005).[3]

ở Việt Nam phần lớn ô tô, xe máy tập trung ở các đô thị lớn như Hà nội (12%), Thành phố Hồ chí Minh (30%) và một số tỉnh thành phố khác; gây ra ô nhiễm môi trường nặng nề Vì vậy việc nghiên cứu để hạn chế ô nhiễm do khí thải của động cơ là vấn đề cấp bách không chỉ riêng một quốc gia nào Trong đó việc

định ra tiêu chuẩn cho phép đối với các phương tiện Tham gia giao thông về mặt khí thải cho phù hợp là vấn đè cần thiết để các phương tiện cơ giới tham gia giao thông phải thải tối thiểu ô nhiễm môi trường Với nghị định 36/CP có hiệu lực từ ngày 01/08/1995 và một số tiêu chuẩn giới hạn độc hại kèm theo (Tuy còn sơ lược), Chúng ta đã bắt đầu quan tâm đến vấn đề ô nhiễm môi trường cho các phương tiện giao thông gây ra Cho đến nay, mạng lưới đăng kiểm xe cơ giới đồng bộ với 74 Trung tâm (trạm) phân bổ khắp cả nước đều dược trang bị thiết bị kiểm tra khí thải

động cơ Cục Đăng kiểm Việt Nam thuộc Bộ Giao thông Vận tải và Tổng Cục Đăng kiểm Việt Nam đo lường chất lượng thuộc Bộ khoa học công nhệ Môi trường, đã ban hành tiêu chuẩn về khí thải Tuy nhiên việc áp dụng khí thải đối với các phương tiện cơ giới đường bộ mới chỉ bắt buộc ở 4 Thành phố lớn là Hà nội, Hải phòng, Đà nẵng, Thành phố Hồ chí minh Về thực tế việc đề ra các tiêu chuẩn phù hợp đối với các đối tượng cụ thể (Ví dụ phương tiện xe xuất xưởng, hay đã qua sử dụng, xe tải,

xe con ) đòi hỏi phải tiến hành một cách toàn diện để chọn ra những phương án khả thi

1

Để góp phần mục thực hiện mục tiêu quản lý khí thải giao thông, chúng tôi thực hiện đề tài : “Nghiên cứu một số cơ sở khoa học và khảo sát thực nghiệm góp phần xây dựng tiêu chuẩn kiểm định khí xả ở Việt Nam”

2.2 Mục đích yêu cầu của đề tài:

Nghiên cứu, Tổng hợp số liệu thực tế và các Thiết bị hiện có về kiểm tra khí xả, phân tích từ số liệu thực tế của các phương tiện cơ giới đường bộ đang lưu hành trên

địa bàn tỉnh Thái nguyên để đề xuất phương pháp đo và tiêu chuẩn khí thải cho phép

áp dụng cho các phương tiện cơ giới đường bộ đang lưu hành cho phù hợp

Chương I

Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

1.1 Sự ô nhiễm môi trường do khí xả của Động cơ gây ra 1.1.1 Sản phẩm cháy

Quá trình cháy trong động cơ đốt trong là quá trình ô xy hoá nhiên liệu, giải phóng nhiệt năng, diễn ra trong buồng cháy của động cơtheo những cơ chế hết sức phức tạp và chịu ảnh hưởng nhiều thông số (Bùi Văn Ca, Phạm Xuân Mai, Trần Văn

Nam, Trần Thanh Hải Tùng (1997) Mô hình hoá quá trình cháy trong động cơ đốt

trong) Vấn đề này được nghiên cứu tỷ mỉ trong các công trình nhiên cứu về lý thuyết động lực phản ứng, sản phẩm cuối cùng trong khí thải gọi là Sản phẩm cháy, bao gồm các chất sau:

CO2, H2O, H2, CO, O2, C-H-O (An đe hít), CnHn (Các bon hyđrô), NOx, các hợp chất chì Pb (Đối với các động cơ xăng pha chì), Các hợp chất lưu huỳnh (động cơ Diesel Trong số này chỉ có một số thành phần có tính độc hại với môi trường và sức khoẻ của con người nên gọi là thành phần độc hại

1.1.2 Các thành phần độc hại chính và ảnh hưởng của chúng [7]

- Sự cháy không đều của các hỗn hợp khí - nhiên liệu do sự phân phối vốn đă không đều của nhiên liệu trong buồng cháy

- Nhiệt độ xung quanh thành xy lanh thấp gây ra “Sự dập tắt” nghĩa là ngọn lửa không với tới vùng xa hơn trong buồng cháy

34

- Tác động có hại của CO: Khí CO ở dạng không màu, không mùi, khi kết hợp với sắt có trong sắc tố của máu sẽ tạo thành hợp chất ngăn cản quá trình hấp thụ ô xy trong các tế bào trong cơ thể Mô nô xít các bon rất độc, chỉ với hàm lượng nhỏ trong không khí có thể gây ra cho con người tử vong hàm lượng cực đại cho phép (CO)= 33 mg/m3

2 Khí các bon hyđrô CnHn : Hay còn được ký hiệu là HC

+ Khi hơi xăng bị nung nóng lên bởi nhiệt độ cao, nó ô xy hoá rất nhanh nhưng cháy không hoàn toàn hay thậm chí không cháy, xăng không cháy còn lại trong buồng cháy rồi bay vào khí quyển ở dạng khí HC Cũng như đối với CO, Nếu xăng cháy hoàn toàn trong buồng đốt sẽ không sinh ra khí HC trong khí xả nhưng thực tế

HC vẫn sinh ra, lý do được giải thích như sau:

- Tỷ lệ khí và nhiênliệu không đúng

- áp suất nén thấp:

- Khi chạy theo quán tính hay giảm ga, bướm ga đóng hoàn toàn Kết quả là hầu như không có khí nạp vào trong xy lanh, chỉ có một ít nhiên liệu vào qua mạch tốc độ thấp Kết quả là áp suất rất thấp nhưng nhiên liệu rất đậm, áp suất nén thấp và thiếu O2 sẽ gây ra bỏ máy dẫn đến sự cháy không hoàn toàn của nhiên liệu Kết quả là tạo ra HC không cháy trong khí xả

Một số HC không độc, nhưng một số khác lại có nhân Benzen có thể gây ung thư, gây sương mù trong khí quyển và gây tác hại cho mắt niêm mạc đường hô hấp

3 NOX: pe ô xít ni tơ là sản phẩm ô xy hoá ni tơ có trong không khí (được đưa vào buồng đốt động cơ) trong điều kiện nhiệt độ cao do ni tơ có nhiều hoá trị nên Ô xít ni tơ tồn tại ở nhiều dạng khác nhau, được gọi chung là NOX Trong khíthải của

động cơ đốt trong NOX tồn tại ở hai dạng N2O và NO

- NO: là thành phần của NOX trong khí thải NO là loại khí không mùi, gây ra tác hại hoạt động phổi, gây tổn thương niêm mạc Trong khí quyển, NO không ổn

định nên bị ô xi hoá thành NO2 và kết hợp với hơi nước tạo thành axít ni tơ ríc Hàm lượng cực đại cho phép trong khí quyển (NO) = 9 mg/ m3

4 Anđêhýt: Có nhiều dạng khác nhau nhưng có chung một công thức tổng quát C-H-O, khi ở dạng khí Anđêhýt có mùi gắt và có tác dụng gây tê, một số loại có thể gây ung thư, Đối với foóc môn đê hýt hàm lượng cực đại cho phép là 0,6 mg/ m3

5 P-M: là dạng hạt trong khí thải ở dạng rắn hoặc lỏng (Trữ nước), ở nhiệt độ

520 các hạt rắn chủ yếu là muội than hay còn gọi là bồ hóng, sinh ra do phân huỷ Nhiên liệu và dầu bôi trơn muội than gây gây độc hại với con người trước hết là

đường hô hấp Ngoài ra còn một số các bonhyđrô thơm bám vào muội than có thể gây ung thư Đối với môi trường PH còn là tác nhân gây sương mù, ảnh hưởng đến giao thông và sinh hoạt của con người

6 CO2: là Sản phẩm cháy hoàn toàn của các bon với ô xy Tuy CO2 không độc với sức khoẻ con người, nhưng với nồng quá lớn sẽ gây ngạt, ngoài ra CO2 là thủ phạn gây ra hiệu ứng nhà kính

1.2 phản ứng x∙ hội về đe doạ huỷ hoại môi trường của khí thải công nghiệp và giao thông [1,6]

Trong môi trường, dưới tác động của nhiệt độ và ánh sáng sẽ xảy ra các phản ứng hoá học phân giải các chất độc hại, một số thành phần hoà tan vào nước, theo nước mưa rơi xuống làm ô nhiễm đất, nguồn nước và xâm hại thảm thực vật Một số chất phân huỷ nhanh như CO, NOx, SO2 Nhưng cũng có một số chất rất lâu bị phân giải như CH4, CO2 Với nồng độ tích tụ ngày càng lớn, gây ảnh hưởng to lớn đến khí hậu của trái đất thông qua hiệu ứng nhà kính

6

Nồng độ các chất độc hại trong khí quyển là một thông số rất quan trọng đánh giá mức độ ô nhiễm Nồng độ chất độc hại phụ thuộc trước hết vào mức độ tập trung công nghiệp và giao thông thời gian hoạt động cao điểm Nồng độ độc hại cho phép

được ban hành bởi các cơ quan choc năng để bảo vệ sức khoẻ của nhân dân và báo

động khi nồng độ độc hại vượt quá giới hạn cho phép

Các chất độc hại gây bệnh dịch, ung thư vv ảnh hưởng đến sức khoẻ con người- Một thành tố quan trọng của môi trường đã được trình bày ở mục 1.1

Đối với môi trường thiên nhiên, độc hại sẽ làm ảnh hưởng mùa màng, ô nhiễm môi trường khí quyển, đất và nước Cụ thể gây ra xói mòn và làm bạc màu đất canh tác, phá huỷ rừng và đẩy nhanh tốc độ ăn mòn phá huỷ các công trình kiến trúc

Đối với khí hậu, các chất độc hại phá huỷ dần dần tầng ô-zôn- được coi như tấm áo che chắn giảm thiểu tác hại của tia cực tím và tia vũ trụ đối với trái đất Ngoài ra một số chất độc hại gây hiệu ứng nhà kính làm biến đổi nhanh chóng khí hậu trái đất Cụ thể : Tầng khí quyển trái đất dày khoảng 16 Km là tầng bình lưu, ngoài các chất khí còn có các chất khí như CO2, O, O3, CFC11, CFC12 ( CFC11, CFC12) Những chất khí kể trên có tính chất đặc biệt là cho

tia mặt trời (gồm chủ yếu các sóng ngắn) đi qua chiếu xuống bề mặt trái đất Tại

đây một phần năng lượng biến thành nhiệt và phản xạ lên tầng bình lưu ở dạng tia nhiệt (sóng dài ) Khi gặp các chất khí nêu trên, tia nhiệt bị hấp thụ và tụ lại Hiện tượng này gọi là hiệu ứng nhà kính, còn các chất khi tạo ra hiệu ứng này gọi là khí nhà kính Nhờ có hiện tượng này mà trái đất của chúng ta ấm áp với nhiệt độ trung bình khoảng 15oC Tuy nhiên, với hoạt động công nhiệp của con người ngày càng gia tăng, nếu tốc độ tích tụ các khí nhà kính trên lớp bình lưu ngày càng lớn hơn tốc

độ phân huỷ tự nhiên của chúng Do đó lượng khí nhà kính trên tầng bình lưu ngày một nhiều lên làm cho hiệu ứng nhà kính ngày một mạnh lên Hậu quả là khí hậu trái đất biến đổi nhanh chóng, cụ thể là nhiệt độ trung bình tăng lên 0,7oC trong vòng 100 năm qua Theo dự đoán của các nhà khoa học, nếu với tốc độ tiêu thụ năng lượng như hiện nay thì nhiệt độ trung bình của trái đất sẽ tăng từ 1,5oC đến 4oC trong vòng 50 năm tới Nhiệt độ trái đất tăng sẽ làm băng ở hai cực của trái đất tan

ra, nước biển dâng lên làm ngập nhiều thành phố, làng mạc và đồng bằng ven biển,

ảnh hưởng đến cuộc sống của hàng trăm triệu con người

7

Khí nhà kính có nhiều loại nhưng ảnh hưởng đến hiệu ứng nhà kính chung

khác nhau tuỳ thuộc vào nồng độ trong tầng bình lưu và hiệu ứng nhà kính riêng của

từng loại Tuy có hiệu ứng nhà kính riêng nhỏ nhưng với nồng độ trong tầng bình

lưu rất lớn nên CO2 ảnh hưởng quyết định tới hiệu ứng nhà kính chung Nói cách

khác CO2 là thủ phạm chính của hiện tượng tăng nhiệt độ trái đất Nhận rõ điểm này, các hội nghị thượng đỉnh thế giới về môi trường đã đạt được thoả thuận quy

định phát thải CO2( chủ yếu do đốt các nhiên liệu hoá thạch như dầu mỏ, than đá )

cho các nước, trước hết là những cường quốc như Mỹ, Nhật cộng đồng Châu Âu Eu,

Nga, Trung Quốc

Để giảm lượng phát CO2 có thể áp dụng các biện pháp sau:

- Dùng nhiên liệu có nhiệt trị cao nhưng chứa ít các bon, tỷ số C/Qh nhỏ

- Nghiên cứu chế tạo các động cơ có hiệu suất cao, tiêu thụ nhiên liệu ít

- Hạn chế dùng nhiên liệu có nguồn gốc dầu mỏ, thay thế bằng nhiên liệu gốc thực vật mê- tyl- nol

- Thực hiện chu trình năng lượng tái sinh: Cây hấp thụ CO2 và quang hợp sản xuất dầu thực vật đốt cháy buồng động cơ sinh công thải ra

CO2 cây hấp thụ CO2 và quang hợp

1.3 Các biện pháp giới hạn lượng thải

Bảo vệ và giữ cho môi trường sống của con người luôn được trong lành là nhiệm vụ trọng tâm và có tính cấp bách đặt trong công tác quản lý nhà nước về môi

trường Bảo vệ môi trường là trách nhiệm chung của cả cộng đồng, là công việc phải

được thực hiện thường xuyên , liên tục

Ô nhiễm môi trường khí thải từ các loại phương tiện giao thông vận tải là nguồn gốc gây ô nhiễm môi trường không khí lớn và rấy nguy hại Đã có rất nhiều

tài liệu phân tích tác hại gây ra do khí thải phát ra từ nguồn là các phương tiện giao

thông vận tải ảnh hưởng đến môi trường nói chung và sức khoẻ con người nói riêng

Để góp phần làm giảm thiểu ô nhiễm khí thải xe cơ giới Các nhà chức trách

của nhiều nước trên thế giới từ lâu đã quan tâm đến việc kiểm soát môi trường các

loại ôtô, xây dựng các hệ thống kiểm soát và định ra các tiêu chuẩn để hạn chế

8

lượng khí thải, xây dựng các tiêu chuẩn và quy trình thử nghiệm Tuy rằng ở các nước và các khu vực khác nhau có những quy trình thử nghiệm và những tiêu chuẩn,

lộ trình áp dụng khác nhau (điển hình là ở 3 khu vực và các nước có nền công nghiệp ôtô phát triển mạnh là Mỹ, Nhật Bản, và Châu Âu ) Nhưng nhìn chung các nước và khu vực này đều có mục đích chung là đưa ra được những tiêu chuẩn tích cực để hạn chế lượng khí thải và có những thủ tục quy định về kỹ thuật liên quan

đến nhau và công nhận lẫn nhau Và vào ngày 2 - 03 - 1958 Liên Hiệp Quốc đã thống nhất thông qua hiệp định có tên là: “Hiệp định Liên Hiệp Quốc về việc chấp nhận những quy định kỹ thuật

thống nhất đối với phương tiện có bánh xe, trang bị và các bộ phận có thể được lắp vào hoặc được sử dụng trên phương tiện có bánh xe và những điều kiện cần thiết để công nhận lẫn nhau, giấy chứng nhận được cấp trên cơ sở những quy định này” Căn

cứ vào hiệp định này ECE (Uỷ ban kinh tế Châu Âu) cũng như một số cường quốc khác đã lần lựot ban hành về các quy định an toàn và môi trườngđối với các loại phương tiện khác nhau và luôn đổi mới theo sự phát triển của công nghiệp ôtô và yêu cầu về an toàn và môi trường thể hiện một tiến trình kiểm soát môi trường ôtô mới của mình có tính kế hoạch lâu dài

Chính từ những yêu cầu ngày càng ngặt nghèo về tiêu chuẩn phát thải của khí thải động cơ đốt trong đã đòi hỏi các nhà sản xuất luôn phải có suy nghĩ không ngừng cải tiến động cơ lắp trên các phương tiện cơ giới Ngoài những cải tiến nhằm hoàn thiện về các mặt hiện đại của động cơ như gọn nhẹ, công suất lớn các nhà máy chế tạo còn phải đặc biệt chú ý cải tiến để động cơ có suất tiêu hao nhiên liệu ít nhất để giảm lượng khí thải phát ra, ngoài ra còn thêm nhiều biên pháp để giảm lượng khí độc hại trong khí thải động cơ thải ra môi trường như sử dụng xăng không pha chì, các chất lọc khí thải, luân hồi lọc khí thải nhằm giảm tối thiểu thành phần

độc hại của khí xả.(một số biện pháp tiêu biểu sẽ được trình bày ở phần sau )

1.4 Sự phát triển bùng nổ phương tiện giao thông và các trang thiết bị dùng động cơ đốt trong ở Việt nam

ở Việt nam, cùng với sự tăng trưởng của nền kinh tế ở những năm cuối thế

kỷ XX và những năm đầu của thế kỷ XXI là sự tăng trưởng về số lượng phương tiện

sử dụng động cơ đốt trong tham gia giao thông, ở các loại hình giao thông (đường sắt, đường thuỷ, đường không, đường bộ ) Trong đó đối với đường bộ có tỷ lệ và số lượng phương tiện cơ giới tham gia giao thông

là phát triển mạnh nhất và cũng là những phương tiện trực tiếp gây ra ô nhiễm môi trường ở tầng thấp nhiều nhất Về xe máy, tính đến nay( giữa năm 2005) cả nước

đã có khoảng 13 triệu xe máy đang lưu hành Bình quân mỗi năm qua lượng xe máy tăng khoảng 1,5 triệu chiếc.[4]

Về ôtô: Số lượng ngày càng tăng một cách đáng kể ,theo số lượng thống kê

từ cục đă kiểm Việt Nam, số lượng ôtô đang lưu hành trong cả nước bình quân tăng

mỗi năm là 13%, (Cục đăng kiểm Việt Nam Báo cáo tổng kết 10 năm kiểm định xe

Trong tổng số ôtô lưu hành trong cả nước tính đến tháng 5 năm 2005 là

560393 chiếc thì có:

Tuổi xe từ 10 năm trở xuống có : 281476 chiếc

10

Tuổi xe từ 10 năm đến 15 năm có : 125834 chiếc

Tuổi xe từ 15 năm đến 20 năm có : 712003 chiếc

Tuổi xe lớn hơn 20 năm có : 81880 chiếc

Theo số lượng thống kê trên ta thấy, số lượng xe cũ (từ 15 năm trở lên) là

tương đối nhiều, đặc biệt là những xe có tuổi đời trên 20 năm còn tồn tại khá nhiều

Đây chính là những phương tiện góp phần gây ô nhiễm nhiều nhất, bởi những phương tiện cũ này có động cơ dơ dão nhiều sinh ra lọt khí và cháy không hoàn

toàn, và cũng chính các động cơ này tiêu hao nhiên liệu nhiều hơn những động cơ

khác, lượng khí phát thải các thành phần độc hại là cao hơn hẳn các phương tiện

khác

Cùng với sự phát triển của các phương tiện cơ giới đường bộ, cơ sở hạ tầng

giao thông của nước ta trong nhiều năm qua cũng đã được phát triển rất nhanh, nhiều tuyến đường cao tốc đã được hoàn thành, các đường quốc lộ , tỉnh lộ ở các địa

phương trong cả nước đã được nâng cấp Đặc biệt trong các đô thị của các tỉnh thành

trong cả nước, nhất là các đô thị lớn như Hà Nội, Hải Phòng, Thành phố Hồ Chí

Minh, Đà Nẵng…Rất nhiều tuyến đường mới được mở rộng để phục vụ giao thông

đô thị, bước đầu đã đáp ứng được nhu cầu đi lại của nhân dân Tuy nhiên sự tăng

trưởng của các cơ sở hạ tầng giao thông hiện nay cũng vẫn chưa đáp ứng được vói sự

tăng trưởng của các phương tiện tham gia giao thông, nhiều tuyến đường mật độ

phương tiện tham gia giao thông vẫn còn cao, đặc biệt là trong các đô thị lớn Hiện

tượng cản trở giao thông trong các đô thị luôn luôn xảy ra, nhất là vào những giờ

cao điểm, chính vì thế môi trường ở những khu vực đó sẽ bị ô nhiễm nghiêm trọng

do chính những phương tiện di chuyển chậm hoặc ùn tắc gây ra, lượng thải của khí

xả động cơ tăng cao trên quãng đường ngắn, mật độ khí thải đậm đặc hơn nhiều do

nhiều động cơ cùng thải khí ra một khu vực

Để giải quyết những vấn đề trên, một mặt cần tăng cường phát triển cơ sở hạ

tầng giao thông, mặt khác việc kiểm tra chặt chẽ tiêu chuẩn khí thải là một việc làm

rất cần thiết và cấp bách để đảm bảo những phương tiện tham gia giao thông có

lượng độc hại thải ra môi trường là ít nhất trong điều kiện có thể

Điển hình là từ khi nghị định 36/CP và luật giao thông có hiệu lực (01- 08- 1995) công tác kiểm định xe cơ giới đã được hình thành và phát triển vững

chắc trên cả ba lĩnh vực: Kiểm tra chất lượng an toàn kỹ thuật và bảo vệ an toàn cho

xe cơ giới lưu hành , xe cơ giới được sản xuát lắp ráp, nhập khẩu cần thử nghiệm các

hệ thống tổng thành, chi tiết xe cơ giới Công tác này trong những năm qua đã đạt

được những thành quả quan trọng, góp phần tích cực vào việc tạo nền cho đất nước

có nhữngdòng xe đẹp hơn, tốt hơn, an toàn và sạch hơn

Dưới sự chỉ đạo của Bộ giao thông vận tải, với sự phối hợp của các Vụ, Cục chức năng, Cục Đăng kiểm Việt Nam, đã xây dựng , hoàn chỉnh văn bản pháp lý, văn bản hướng dẫn, các tiêu chuẩn kỹ thuật, tiêu chuẩn ngành, quy tình kiểm tra, tạo

ra một hành lang pháp lý vững chắc trong công tác đăng kiểm xe cơ giới và xe máy chuyên dùng Đã xây dựng các đề tài để tham mưu với bộ giao thông vận tải trình chính phủ ban hành chỉ thị 24/2000/CP – TTg sử dụng xăng không pha chì, các nghị

định quy định niên hạn xe tải và xe chở người, lộ trình áp dụng tiêu chuẩn khí thải

xe cơ giới, đề xuất để bộ trưởng ban hành các quyết định quản lý xe ôtô cũ, xe công nông nhằm nâng cao chất lượng an toàn kỹ thuật và bảo vệ môi trường của các phương tiện tham gia giao thông đường bộ

Công tác quốc tế đã thực sự được coi trọng, vì thông qua hợp tác quốc tế chúng ta đã rút ngắn được thời gian tìm hiểu, áp dụng được các thành tựu khoa học

kỹ thuật mới Trong những năm qua chúng ta đã đặt quan hệ hợp tác chặt chẽ với nhiều tổ chức quốc tế, đặc biệt là trung tâm chẩn hoá quốc tế của Nhật(JASIC), tham gia tổ chức hiệp hội ôtô quốc tế CITA tháng 9 – 1998 Bộ trưởng Giao thông vận tải Việt Nam đã ký hiệp định công nhận lẫn nhau Giấy chứng nhận kiểm định

xe cơ giới giữa các nước trong khu vực Asean Hiện nay so vói các nước trong khu vực Asean, công nghệ đăng kiểm của nước ta

chỉ thua kém mỗi Singapo, còn với Thái Lan , Philippin và Malaysia, Việt Nam đang ngang bằng và không hề thua kém…Tháng 9 – 2003 Việt Nam đã tở thành thành viên chính thức của CITA và tháng 5 – 2003 Cục trưởng Cục Đăng kiểm Việt Nam

đã được bầu làm chủ tịch khu vực Châu á - Thái Bình Dương, và đến tháng 11-

2006 Hội nghị toàn thế giới CITA lần thứ 12 sẽ được tổ chức tại Hà Nội, đánh dấu một bước tiến quan trọng của Đăng kiểm xe cơ giới Việt Nam trong hội nhập quốc

tế

Nhìn lại những gì đã làm được trong công tác kiểm định an toàn kỹ thuật và bảo vệ môi trường trong 10 năm qua ta nhận thấy, chúng ta đã có những bước tiến

đáng kể so với những năm trước đó, nhưng trong tiến trình hoà nhập quốc tế đòi hỏi phải có nhiều bước tiến nhảy vọt hơn nữa về mọi mặt thì mới có thể đáp ứng được

Đặc biệt là trong công tác kiểm soát và giám sát lượng thải của động cơ từ các phương tiện cơ giới đường bộ tham gia giao thông Vì thực tế ở Việt Nam tồn tại khá nhiều chủng loại xe của nhiều nước khác nhau, thiết bị và quy trình kiểm định còn có nhiều điểm cần phải xem xét có như vậy mới có thể đáp ứng được lộ trình áp dụng tiêu chuẩn EURO2 vào năm 2007

Từ những vấn đề đó, tôi nghiên cứu đề tài này với mục đích và nhiệm vụ sau:

Mục đích

Phân tích một số cơ sở khoa học để đưa ra những kiến nghị khuyến cáo hợp

lý góp phần xây dựng và hoàn thiện hệ thống kiểm định khí xả ở Việt Nam trong tiến trình hoà nhập khu vực và Quốc tế trong việc kiểm soát và giám sát lượng thải

động cơ của các phương tiện cơ giới đường bộ tham gia giao thông

Nhiệm vụ của đề tài

+ Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về khí thải: Sự hình thành các thành phần khí thải, ảnh hưởng của các yếu tố cấu tạo và sử dụng đến thành phần khí thải, các biện pháp giảm lượng khí thải độc hại, các phương pháp phân tích khí thải

+ Nêu các tiêu chuẩn và phương pháp kiểm tra khí thải trên thế giới và Việt Nam

+ Phân tích so sánh bằng tính toán lý thuyết và thực nghiệm về tiêu chuẩn và phương pháp kiểm định khí thải của Việt Nam và thế giới

+ Đưa ra các kiến nghị và khuyến cáo

Chương II Nghiên cứu cơ sở lý thuyết

2.1 Sự hình thành các thành phần khí xả chính

Khi động cơ đốt trong hoạt động, sản phẩm của quá trình đốt cháy trong trường hợp cháy hoàn toàn sẽ gồm nước(H2O) và khí các boníc(CO2) Trong trường hợp cháy hoàn toàn ,sản phẩm cháy sẽ gồm có:

- Các bua hidro không cháy CnHm(Paraphin, olephin, Aromatic)

- Các bua hidro không cháy từng phần CnHmCHO(Andehyt); CnHmCO (Ketone); CnHmCOOH( Axit cacbon); CO(Oxit cacbon)

- Các sản phẩm crackinh nhiệt như C2H2, C2H4, H2, muội than và các thành phần Cacbua hydro cao phân tử

Trong khi đốt cháy nhiên liệu còn kèm theo sự ô xy hoá nitơ trong không khí tạo thành NO và NO2, ô xy hoá các phụ gia tạo thành ô xít chì hoặc các muối Hanogen của chì đồng thời ô xy hoá hợp chất lưu huỳnh thành ô xít lưu huỳnh Dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời còn làm xuất hiện các chất tạo thành từ các thành phần khí xả như peroxit hữu cơ, ôzon và các peroxincylnitrat Các thành phần chính

của khí xả là Cácboníc, Nitơ và hơi nước Các chất này không độc, tuy nhiên lượng khí thải CO2 phụ thuộc chủ yếu vào chi phí nhiên liệu sẽ góp phần đáng kể làm tăng hiệu ứng nhà kính

Các thành phần khác:

Ô xít cácbon(CO) là khí không màu, không mùi, có vị khó chịu, nếu có 0,3% theo thể tích không khí để thở có thể làm chết người trong 30 phút Khi động cơ chạy không, hàm lượng CO trong khí xả lớn do vậy không dược cho phép động cơ chạy không trong gara kín

-Mônô ô xít ni tơ(NO) cũng là khí không màu, không mùi và có vị khó chịu Trong môi trường không khí NO sẽ dần biến thành NO2 Khí NO2dạng tinh khiết có màu đỏ nâu là loại khí độc Với nồng độ

lớn trong không khí có thể làm hỏng da NO và NO2 được gọi chung là

NOx

- Cácbuahidro trong khí xả có nhiều dạng, trong môi trường không khí và ánh sáng mặt trời có thể tạo thành các ô xít và các chất ô xi hoá

- Các sản phẩm ở thể khí gồm các vật chất (trừ nước không liên kết) mà trong điều kiện bình thường ở dạng rắn (tro, muội than) hoặc dạng lỏng trong ống xả

2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần khí xả

2.2.1 ảnh hưởng từ yếu tố sử dụng [9,10]

(Nguyễn Tất Tiến Nguyên lý động cơ đốt trong, NXB Giáo dục, Hà Nội & Phạm Minh Tuấn Động cơ đốt trong, NXB KH kỹ thuật, Hà Nội)

2.2.1.1 Tỷ lệ khí - nhiên liệu lý thuyết

Tỷ lệ khí - nhiên liệu lý thuyết là tỷ số giữa khối lượng không khí trên khối lượng nhiên liệu trong hỗn hợp khí- nhiên liệu Như ta đã biết, xăng là hỗn hợp của một vài hydro cacbon mà chiếm ưu thế nhất là ốc tan(C8H18)

Nếu một lượng nhất định ốc tan bốc cháy hoàn toàn, nó sẽ kết hợp với ô xy trong không khí theo tỷ lệ ở bên trái mũi tên trong phản ứng hoá học dưới đây để tạo

ra năng lượng Kết quả của phản ứng này là ( bên cạnh năng lượng) khí CO2và H2O, theo tỷlệ ở bên phải mũi tên

Tỷ lệ khí - nhiên liệu lý thuyết là tỷ lệ không khí trên nhiên liệu sao cho vừa

đủ O2 để nhiên liệu cháy hoàn toàn Trong trường hợp C8H18 nguyên chất, tỷ lệ này

là 15:1 Tuy nhiên xăng dùng trong phần lớn các động cơ ôtô không phải là ốc tan nguyên chất mà là hỗn hợp giữa ốc tan và các hydro cácbon khác Vì lý do này , tỷ

lệ khí- nhiên liệu cho xăng thương nhỏ hơn 15 một chút Tỷ lệ khí- nhiên liệu lý thuyết đóng vai trò rất quan trọng Nếu tỷ lệ này của một hỗn hợp cụ thể nhỏ hơn tỷ

lệ lý thuyết cho xăng (Ví dụ 10:1) Hỗn hợp sẽ quá đậm và không đủ ô xy trong hỗn hợp cho sự cháy của tất cả các nhiên liệu Mặt khác, nếu tỷ lệ khí nhiên liệu cao hơn

lý thuyết cho xăng (Ví dụ 20:1), hỗn hợp sẽ quá nhạt và có quá nhiều ô xy cho sự cháy hoàn toàn

2.2.1.2 Ôxit các bon (CO)

Khí CO sinh ra do sự cháy hoàn toàn của nhiên liệu do thiếu O2 trong buồng cháy(có nghĩa là hỗn hợp quá đậm) Theo lý thuyết, CO sẽ không sinh ra nếu có nhiều O2 theo lượng lý thuyết yêu cầu(nghĩa là hỗn hợp quá nhạt) nhưng trong thực

tế CO vẫn sinh ra trong cả trường hợp đó Có ba nguyên nhân sau:

- CO biến thành CO2 bởi phản ứng ô xy hoá( 2CO + O2 → 2CO2) nhưng phản ứng này rất chậm và không thể biến tất cả lượng CO còn lại thành CO2 được Vì lý do này, CO được sinh ra ngay cả khi hỗn hợp nhạt

- Sự cháy không đều của hỗn hợp khí- nhiên liệu do sự phân bố vốn đã không đều của nhiên liệu trong buồng cháy

- Nhiệt độ xung quanh thành xi lanh thấp, gây ra "sự dập tắt" có nghĩa là nhiệt độ quá thấp cho sự cháy xảy ra trên ngọn lửa không thể với tới những vùng này của xi lanh.( Ngọn lửa sau khi được châm ngòi bởi bugi lan truyền ra khắp buồng cháy đến tận khi nó gặp phải thành xi lanh, mặt dưới nắp quy lát, mặt dưới các xu páp và đỉnh pít tông nhiệt độ ngọn lửa đột nhiên giảm xuống ở những vùng này hoặc những vùng làm cho nó bị tắt do sự phân tản nhiệt trước khi nó chạm vào thành xi lanh những vùng này vì vậy được gọi là vùng dập tắt sau đó được xả ra khỏi xi lanh khi pít tông đi lên trong kỳ xả)

Nồng độ CO(theo thể tích) trong khí xả nhìn chung được quyết định bởi tỷ

lệ khí- nhiên liệu.Nồng độ CO khác với sự thay đổi tỷ lệ khí- nhiên liệu Điều này

được chỉ ra ở đồ thị dưới Đồ thị này chỉ ra nồng độ CO trong khí xả của một động cơ xăng thực tế giảm đi khi tỷ lệ khí- nhiên liệu tăng (có nghĩa là khi hỗn hợ nhạt

đi) Đồ thị này chỉ rõ cách tốt nhất để giảm nồng độ CO trong khí xả là thúc đẩy sự cháy hoàn toàn bằng cách tạo ra tỷ lệ khí- nhiên liệu cao(nhạt đến mức có thể)

8

CO% 6

4

2

0 13 16 19

Đậm hơn Tỷ lệ khí- Nhiên liệu Nhạt hơn

Hình 2.2: Đồ thị biể diễn sự phụ thuộc

của nồng độ CO vào tỷ lệ Khí - Nhiên liệu

2.2.1.3 Khí hdydro cácbon (HC)

Khi hơi xăng bị nung nóng lên ở nhiệt độ cao, nó ô xy hoá rất nhanh nhưng cháy không hoàn toàn hay thậm chí không cháy, xăng không cháy còn lại trong buồng cháy rồi bay vào khí quyển ở dạng khí HC

Cũng như đối với CO, nếu xăng cháy hoàn toàn trong buồng đốt sẽ không sinh ra HC trong khí xả, nhưng trong thực tế HC vẫn sinh ra trong trường hợp đó Lý

do được giải thích như sau:

- Do tỷ lệ khí- nhiên liệu không đúng: Đến một điểm xác định, lượng HC trong khí xả tăng khi hỗn hợp khí- nhiên liệu trở lên đậm hơn, điểm đó gây nên sự cháy không hoàn toàn do thiếu ô xy Tuy nhiên nếu hỗn hợp trở nên quá nhạt, nồng

độ HC cũng sẽ lại tăng thay cho việc phải giảm xuống Nguyên nhân là do thiếu nhiên liệu sẽ làm chậm sự lan truyền của ngọn lửa, kết quả là nhiên liệu sẽ bị đẩy ra ngoài buồng cháy trước khi nó có thể cháy hoàn toàn và hiện tượng bỏ máy sẽ xảy

ra

- Do áp suất nén thấp: Khi chạy theo quán tính hay giảm ga, bướm ga

đóng hoàn toàn Kết quả là gần như không có khí nạp vào xi lanh, chỉ có một ít nhiên liệu hút vào qua mạch tốc độ thấp và như vậy hỗn hợp sẽ rất đậm, áp suất thấp

và thiếu O2 sẽ gây ra bỏ máy dẫn đến sự cháy không hoàn toàn của nhiên liệu Kết quả là HC không cháy trong khí xả

- Sự trùng lặp tại thời điểm đóng mở xupáp: Trong khoảng thời gian ngắn, lúc cả xupáp nạp và xupáp hút đều mở Một ít khí HC bị hút ra khỏi buồng cháy Hiện tượng này gọi là lọt khí do mở sớm đóng muộn

Xu páp xả mở

Xu páp xả mở

Hình2.3: Sự trùng lặp của thời điểm đóng, mở xupáp

- Sự dập tắt: Nhiệt độ ngọn lửa giảm đột ngột ở những vùng ngăn cản hỗn hợp khí - nhiên liệu ở những vùng này bắt lửa Nhiên liệu không cháy hay cháy một phần ở những vùng dập tắt sau đó được xả ra khỏi xi lanh khi pít tông bắt đầu chuyển động lên phía trên trong kỳ xả

2.2.1.4 Các ôxit nitơ ( NO x )

95% NOx có trong khí xả là NO, tạo ra trong buồng cháy theo phương trình sau:

NO O

NO Nếu nhiệt độ không cao hơn 1800o C thì N2 và O2 sẽ bị xả ra ngoài mà không

kết hợp được để tạo ra NO Điều đó có nghĩa là những yếu tố ảnh hưởng mạnh nhất

đến nồng độ NOx tạo thành khí cháy là nhiệt độ cực đại trong buồng cháy và tỷ lệ khí nhiên liệu Cho nên cách tốt nhất để giảm lượng khí NOx là hoặc giảm nhiệt độ trong buồng cháy xuống dưới 1800o C hoặc giảm thời gian xuất hiện nhiệt độ cao Một khả năng khác là giảm nồng độ O2

- Tỷ lệ khí nhiên liệu và nhiệt độ buồng cháy: Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng nồng độ NOx sinh ra lớn nhất khi tỷ lệ khí - nhiên liệu khoảng 16:1 Nếu tỷ lệ thực

tế lớn hơn hay nhỏ hơn, nồng độ NOx sẽ giảm xuống đột ngột Lý do của sự giảm nồng độ NO ở phía tỷ lệ đậm của 16:1 là nồng độ ôxy thấp Lý do của sự giảm ở phía hỗn hợp nhạt là sự cháy chậm, ngăn cản nhiệt độ ngọn lửa trong buồng cháy Vì vậy bướm ga hở hoàn toàn thì nhiệt độ buồng cháy sẽ trở nên rất cao Nó tạo ra lượng NOx đáng kể mặc dù tỷ lệ khí - nhiên liệu là đậm

2.2.1.5 Chế độ lái xe và các khí xả

- Hâm nóng: Là giai đoạn từ lúc động cơ khởi động lạnh đến khi nhiệt độ nước làm mát tăng lên đến nhiệt độ bình thường 700C - 800C Trong giai đoạn này, vì động cơ chưa được hâm đủ nóng, xăng không thể bay hơi hoàn toàn, nên hỗn hợp khí - nhiên liệu quá đậm vì vậy sinh ra lượng lớn hơn bình thường CO và HC

- Chế độ không tải: Khi chạy không tải, nhiệt độ bên trong buồng cháy giảm, nên xăng không bay hơi đủ Nó có thể gây ra cháy không ổn định, nếu chế hoà khí không được thiết kế để chống lại hiện tượng này bằng cách cung cấp thêm nhiên liệu để làm hỗn hợp đậm hơn Bình thường, trong những trường hợp như thế,

sự cung cấp nhiên liệu bổ xung này làm cho tỷ lệ khí - nhiên liệu trở nên đậm hơn Nồng độ CO và HC bởi vậy tăng do sự cháy không hoàn toàn trong khi nồng độ

NOx giảm gần tới không do sự giảm nhiệt độ cháy

- Tốc độ không đổi ( tải nhẹ ): ở chế độ tốc độ không đổi, tỷ lệ khí - nhiên liệu nhạt hơn một chút hay bằng với lý thuyết Vì vậy, do khí CO và HC sinh ra ít, lượng hỗn hợp nạp cũng ít dẫn đến mức khí NOx sinh ra cũng sẽ ít hơn so với mức bình thường

- Tăng tốc, chạy tốc độ cao (tải nặng): khi tăng ga tải lớn sẽ được đặt lên

động cơ Bướm ga mở hoàn toàn và hỗn hợp khí - nhiên liệu nạp vào tăng, tỷ lệ khí - nhiên liệu trở nên đậm Nồng độ CO và HC vì vậy tăng cao và lượng NOx được sinh

ra cũng tăng lên do nhiệt độ tăng trong buồng cháy

- Giảm tốc: Khi phanh bằng động cơ, bướm ga đóng hoàn toàn, nhưng tốc

độ động cơ vẫn cao, độ chân không trong buồng cháy và trong ống góp nạp do đó cũng lớn Độ chân không này làm giảm tốc độ lan truyền ngọn lửa trước khi nó kịp lan truyền đến toàn bộ buồng cháy Nó sinh ra khí HC không cháy mà được xả vào trong không khí Mặt khác độ chân không lớn làm nhiên liệu dính ở thành ống góp nạp bay hơi rất nhanh làm hỗn hợp quá đậm Điều này làm tăng nồng độ CO và HC nhưng cũng làm giảm nhiệt độ cháy dẫn đến nồng độ NOx giảm tới 0

2.2.2 ảnh hưởng từ các yếu tố kỹ thuật

2.2.2.1 ảnh hưởng của trạng thái kỹ thuật cơ cấu biên tay quay

Trong các bộ phận, chi tiết của cơ cấu biên tay quay thì tình trạng kỹ thuật của nhóm pit tông - xi lanh có ảnh hưởng rõ nhất, tác động mạnh nhất đến quá trình cháy dẫn đến sự thay đổi của các thành phần khí xả Trong nhóm pit tông - xi lanh, các sai lêch hư hỏng chủ yếu là: Tăng khe hở hướng kính giữa pit tông - xi lanh, khe hở liên kết giữa vòng găng hơi và vòng găng dầu trên pit tông, khe hở trong chốt pit tông, giảm đàn hồi và gãy vỡ vòng găng hơi, vòng găng dầu Khi không có sự kín sát trong nhóm pit tông - xi lanh sẽ làm tăng vọt khí từ không gian bên trên pit tông xuông các te, giảm áp suất nén trong buồng đốt, điều đó làm giảm lượng không khí được nạp vào xi lanh, điều này sẽ ảnh hưởng tới tỷ lệ khí - nhiên liệu, làm xấu chất lượng tạo thành hỗn hợp đốt và đốt cháy nhiên liệu Hỗn hợp sẽ rất đậm ở tốc độ thấp Sự thiếu ôxy do lượng khí nạp giảm và áp suất nén thấp do lọt hơi sẽ gây ra sự cháy không hoàn toàn của nhiên liệu, nhiệt độ buồng cháy giảm, kết quả là lượng HC không cháy trong không khí xả tăng lên Mặt khác

tỷ lệ khí - nhiên liệu và nhiệt độ buồng cháy cũng sẽ ảnh hưởng tới tỷ lệ của các thành phần NOx, CO trong khí xả và nói chung sự hao mòn, hư hỏng của cơ cấu biên tay quay mà đặc biệt là nhóm Pit tông - Xi lanh sẽ làm tăng chi phí nhiên liệu riêng, tăng độ khói trong khí xả, tác động theo hướng xấu đến thành phần khí xả

2.2.2.2 ảnh hưởng của trạng thái kỹ thuật hệ thống nạp và xả

Tình trạng kỹ thuật của hệ thống nạp và xả có ảnh hưởng rõ rệt đến thành phần khí xả, nhất là tốc độ thay đổi chân không trong đường nạp Độ chân không trong đường nạp được quyết định bởi tình trạng kỹ thuật của bầu lọc không khí và độ kín sát của các vị trí nối (ở đây ta giả thiết rằng tình

trạng kỹ thuật của hệ thống Biên - tay quay và các thành phần khác của cơ cấu phân phối khí là ở trong tình trạng kỹ thuật tốt)

Trong thực tế sử dụng Ôtô - Máy kéo, bình lọc không khí bị bẩn, tắc

là hư hỏng thường xuyên xảy ra và điều này làm giảm công suất động cơ, tăng chi phí nhiên liệu và tất yếu là các thành phần khí xả cũng thay đổi theo chiều hướng tăng các thành phần độc hại Điều này có thể thấy rõ qua sự giải thích về sự phụ thuộc chặt chẽ của một số thành phần khí xả chính vào tỷ lệ khí- nhiên liệu ( Mục2.2)

Khi bình lọc tắc, độ chân không trong đường ống nạp sẽ tăng lên, nhất là đối với các trường hợp tăng tốc đột ngột, điều này sẽ dẫn tới kết quả

là hỗn hợp đốt trở nên quá đậm và sẽ không đủ ôxy trong hỗn hợp cho sự cháy của tất cả nhiên liệu và như vậy thì tỷ lệ HC trong khí xả cũng tăng lên Mặt khác khí CO sinh ra do sự cháy không hoàn toàn của nhiên liệu do thiếu

ôxy trong buồng cháy Như vậy cũng có nghĩa là khi hệ thống nạp bị tắc nghẽn sẽ dẫn tới sự tăng tỷ lệ của thành phần CO trong khí xả

2.2.2.3 ảnh hưởng của trạng thái kỹ thuật hệ thống đánh lửa

Hệ thống đánh lửa của động cơ xăng bao gồm một tổ hợp nhiều kết cấu cơ

điện liên quan đến nhau để đáp ứng được nhiệm vụ là cung cấp điện áp phát ra đủ mạnh để phóng tia lửa điện giữa hai cực budi với năng lượng điện cản đủ để đảm bảo đốt cháy hỗn hợp vào thời điểm thích hợp nhất tương ứng với góc đánh lửa sớm Chính vì thế trạng thái kỹ thuật của từng chi tiết, bộ phận trong hệ thống đều có những ảnh hưởng trực tiếp tới khả năng đáp ứng yêu cầu kỹ thuật chung của hệ thống nhằm đốt cháy hỗn hợp Đó là tình trạng của bộ chia điện và chuyển mạch, là trạng thái đóng của tiếp điểm và khe hở giữa các tiếp điểm, góc đánh lửa sớm; Sự thay đổi góc đóng và góc đánh lửa sớm trên mỗi cam so với giá trị trung bình Là tình trạng của biến áp đánh lửa, là tình trạng của budi như khe hở giữa hai điện cực, tính liên tục của sự tạo thành tia lửa dưới tác dụng của xung điện Là tình trạng của

đường dây cao áp, tình trạng của cách điện Nếu có bất kỳ sự trục trặc hư hỏng nào thì sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng tia lửa và như vậy khả năng đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp sẽ thay đổi Điều này cũng có nghĩa là tỷ lê các thành phần khí - xả sẽ thay đổi khi có trục trặc từ hệ thống đánh lửa nói chung Đặc biệt, có một mối liên

24

quan chặt chẽ giữa thời điểm đánh lửa và sự sinh ra khí NOx Bởi vì đánh lửa sớm hay muộn sẽ thay đổi nhiệt độ cực đại trong buồng cháy Hãng TOYOTA đã nghiên cứu và vẽ được đồ thị chỉ ra sự thay đổi nồng độ NOx theo tỷ lệ khí - nhiên liệu khi thời điểm đánh lửa đặt ở 00 (TDC) và 100,200,300,400 BTDC

Nồng độ NOx ở gần tỷ lệ khí - nhiên liệu lý thuyết trở nên cao rõ rệt do nhiệt độ buồng cháy cao khi đánh lửa sớm ( ví dụ, khi thời điểm đánh lửa là

100BTDC, nồng độ là 700PPM, nhưng khi đánh lửa sớm 300BTDC thì nó tăng lên tới khoảng 2700PPM)

Ngay từ khi vấn đề ô nhiễm môi trường cho khí thải của động cơ bắt đầu

được quan tâm, một nhiệm vụ tất yếu được đặt ra là nghiên cứu và áp dụng các biện pháp sao cho động cơ giảm thiểu phát thải các thành phần độc hại và phát thải CO2vào khí quyển Nói chung, các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm có thể chia ra làm hai nhóm chính: Nhóm thứ nhất:bao gồm các biện pháp liên quan đến cấu tạo động cơ, loại nhiên liệu, phương pháp hình thành hỗn hợp, điều chỉnh và vận hành động cơ Tóm lại là các biện pháp liên quan tới động cơ Tuy nhiên bằng biện pháp này không thể thoả mãn các tiêu chuẩn giới hạn độc hại ngày càng nghiêm ngặt Do đó

nhóm thứ hai bao gồm các biện pháp xử lý khí thải tới mức bảo đảm nồng độ độc hại của khí thải trước khi xả vào môi trường phải nhỏ hơn giới hạn cho phép

Sau đây là một số biện pháp điển hình : [5,12,13]

2.3.1 Hệ thống thông khí trục khuỷu (PCV)

Khoảng 70% đến 80% khí lọt trong trục khuỷu là khí không cháy(ví dụ HC) trong khi sản phẩm của sự cháy dưới 20-30% còn lại Các chất này sẽ làm biến chất dầu máy, sinh ra cặn, ăn mòn và gây rỉ hộp trục khuỷu Đối với các xe đời cũ thường người ta cho thoát ra ngoài khí quyển qua ống thông khí, còn hiện nay đối với các

xe hiện đại các khí này được đưa lại buồng cháy để đốt lại Người ta lắp một van PVC giữa hộp trục khuỷu(vỏ nắp qui lát) và ống nạp Tuỳ theo độ chân không ở ống nạp mà lượng khí lọt được nạp để cháy lại nhiều hay ít

2.3.2 Hệ thống kiểm soát đánh lửa (SC)

Làm giảm thời điểm đánh lửa sẽ giảm được NOX sinh ra do giảm được nhiệt

độ cực đại trong quá trình cháy Tuy làm chậm thời điểm đánh lửa sẽ làm nhiệt độ khí xả tăng dẫn đến thúc đẩy việc cháy lại các khí này ở ống xả trong quá trình sinh công sau và trong quá trình xả và làm giảm lượng HC trong khí xả Nhưng nó làm giảm công suất động cơ Ne và tăng tiêu hao Nhiên liệu

• Loại thứ nhất: loại này sử dụng VTV(van truyền chân không) để làm chậm sự hoạt động của bộ đánh lửa sớm chân không, nó hoạt động như sau:

- Chạy không tải: do bướm ga đóng hoàn toàn, chân không chỉ tác dụng lên màng phụ qua cửa đánh lửa sớm phụ làm màng phụ bị kéo(tạo ra góc đánh lửa sớm khoảng 50) để cải thiện tính năng không tải của động cơ

- Chạy đều: khi bướm ga mở, chân không tác dụng lên cửa phụ bị ngắt, lò so sẽ

đẩy màng phụ về vị trí ban đầu kết thúc quá trình đánh lửa sớm Do dòng chân không tác dụng lên cửa chính, lực chân không từ cửa chính kéo màng chính một cách từ từ, làm chậm sự hoạt động bộ đánh lửa sớm chân không nhờ van VTV

• Loại thứ hai: loại này sử dụng BVSV(van chân không lưỡng kim) và van một chiều để cải thiện tính năng của động cơ khi lạnh Kiểu này làm sớm thời điểm

đánh lửa của động cơ khi lạnh

2.3.3 Hệ thống tuần hoàn khí xả (EGR)

Hệ thống EGR được dùng để giảm lượng NOX trong khi xả Như phần trên

đã đề cập, NOX khi tăng nhiệt độ trong buồng cháy trong trường hợp tăng ga hay tải lớn Nhiệt độ cao sẽ thúc đẩy N2 tác dụng với O2 trong không khí Vì vậy cách tốt nhất để giảm NOX là giảm nhiệt độ buồng cháy

Khí xả gồm 2 chất chính là CO2 và hơi nước (H2O) chúng là khí trơ không phản ứng với O2 Hệ thống EGR tuần hoàn lại những khí này qua ống nạp để giảm nhiệt độ cho sự cháy tạo ra Khi hỗn hợp khí – xăng và các khí xả được trộn với nhau, tỷ lệ hỗn hợp sẽ giảm(hỗn hợp sẽ nhạt hơn) và thêm vào đó một phần nhiệt lượngtạo ra do sự cháy của hỗn hợp được khí xả mang ra Nhiệt độ cực đại đạt được trong buồng cháy vì vậy sẽ giảm, làm giảm lượng NOX được sinh ra

Trong Hệ thống EGR lương khí xả tuần hoàn lại được điều chỉnh bởi bộ

điều chỉnh chân không EGR Điều này là cần thiết vì độ chân không trong ống nạp khi tải nhỏ là rất lớn nên nếu lượng khí xả nhiều hơn cần thiết sẽ tuần hoàn lại do độ chân không ống nạp lớn khi tải nhỏ, dẫn đến động cơ chạy không ổn định, Vì vây cần có bộ điều khiển chân không EGR để giới hạn lượng khí xả được tuần hoàn lại khi tải nhỏ

2.3.4 thống hút không khí (AS) và Hệ thống phun không khí (AL)

Nếu không khí được đẩy vào trong ống xả và nếu khí xả đủ nóng, khí xả sẽ

được cháy lại trước khi bị xả vào trong không khí, CO và HC có mặt trong khí xả sẽ biến thành không ô nhiễm là CO2 và H2O Có hai phương pháp hút khí và phương pháp phun khí

• Hệ thống hút khí (AS)

Phương pháp AS là dùng xung khí xả (có nghĩa là sự thay đổi đột ngột một cách bình thường của áp suất khí xả / để mở và đóng van lưỡi gà cho phép khí vào ống xả chớp nhoáng Lượng khí hút vào ống xả trong phương pháp này nhỏ hơn so với phương pháp AL nên phương pháp AS chỉ dùng với động cơ cỡ nhỏ

• Hệ thống phun khí (AL)

Trong phương pháp AL, một bơm khí thường được dẫn động bởi đai chữ V

đẩy khí xả vào trong ống xả Phương pháp này đảm bảo đủ khí để cháy lại nhưng phải mất một phần công suất động cơ

2.3.5 Hệ thống phản hồi khí-Nhiên liệu:

Hệ thống này được sử dụng cùng với Hệ thống TWC, Các phần tử cơ bản của hệ thống là: Cảm biến ô xy, ECU và EBCV cho động cơ chế hoà khí Nhờ tín hiệu từ Cảm biến ô xy, lượng khí hút của chế hoà khí được điều khiển để đảm bảo tỷ

lệ khí-xăng tốt nhất phù hợp với chế độ lái xe hiện tại do đó giảm lượng HC, CO và

NOX, nó cũng cải thiện khả năng tải về tính kinh tế nhiên liệu

2.3.6 Các bộ lọc khí xả

Chất xúc tác là chất thúc đẩy phản ứng hoá học nhưng bản thân chúng không thay đổi hình dạng cũng như khối lượng Ví dụ khí HC, CO và NOX bị nung nóng với ô xy đến 5000, Thực tế không có phản ứng hoá học nào xảy ra giữa chúng, tuy nhiên cho chúng đi qua chất xúc tác, phản ứng hoá học sẽ xảy ra biến chúng thành chất vô hại CO2 , H2O, và N2

CO2

H2O

N2

Xúc tác

Các chất xúc tác được dùng trong bộ lọc khí xả trên ô tô là khác nhau phụ thuộc vào từng loại khí, nhưng thường dùng là bạch kim, paladi,esidi và rodi Các chất xúc tác được phủ lên bề mặt của rất nhiều vật mang để tăng diện tích tiếp xúc với khí xả

2.4.1 thiết bị đo hàm lượng co, co 2 , no x , ch trong khí xả

Thiết bị đo hàm lượng CO, CO2, NOx, CH trong khí xả làm việc theo một trong các nguyên tắc sau:

+ Sử dụng nguồn nhiệt thừa của các chất chưa cháy hết có trong khí xả + Dựa vào khả năng truyền dẫn nhiệt của các chất có trong khí xả

+ Sử dụng tia hồng ngoại( hấp thụ ánh sáng của các chất khí trong khí thải)

2.4.1.1 Thiết bị đo dùng nguồn nhiệt thừa

Ngoài các sản phẩm cháy hoàn toàn như H2O, và CO2 ra, trong khí xả còn

có một số chất chưa cháy hết như CO, H2, CH Để xác định hàm lượng chất cần kiểm tra ngườ ta đã sử dụng phương pháp đốt cháy tiếp các sản phẩm chưa cháy hoàn toàn có trong khí xả Một lượng khí xả xác định được trộn với không khí và đi qua sợi đốt Platin đã được đun nóng từ trước Chất chư chý hết có trong khí xả sẽ

được đốt cháy tiếp tại đây và làm cho sợi Platin nóng thêm Việc thay đổi nhiệt độ của sợi đốt sẽ làm thay đổi điện trở của nó Mức độ thay đổi tỷ lệ thuận với lượng chất cháy chưa hết trong khí xả

Vì nhiệt của CO và H2 xấp xỉ nhau ( CO = 65,7Kcal/mol, H2= 65,7Kcal/mol ) nên loại thiết bị này chỉ thích hợp với trường hợp H2 có trong khí xả thấp

Trong trường hợp CH có trong khí xả cao sẽ gây ra sai số lớn khi xác định

CO, chính vì lý do nêu trên, mặc dù có kết cấu đơn giản nhưng ngày nay nó ít được

sử dụng để xác định chất độc có trong khí xả

2.4.1.2 Thiết bị dựa vào khả năng truyền nhiệt

Nguyên lý làm việc dựa vào khả năng truyền nhiệt của các chất có trong khí xả

Về kết cấu, loại thiết bị này có bộ phận chính tương tự như thiết bị dung nguồn nhiệt thừa, chỉ có điều ở đây không xảy ra hiện tượng tự đốt cháy các chất chưa cháy hết có trong khí xả Người ta cho một lượng khí xả xác định đi qua một nhánh của mạch cầu Whealson, nhánh còn lại làm bằng cùng một vật liệu và có điện trở như nhau Từ sự khác biệt về khả năng truyền dẫn nhiệt của khí xả có lượng các chất cháy hết khác nhau sẽ dẫn đến sự thay đổi về nhiệt độ và điiện trở Dựa vào đó, người ta có thể xác định được lượng các chất cần xác định có trong khí xả

Loại thiết bị này cũng có các nhược điểm như các thiết bị đã nêu ở phần trên nên hiện nay cũng ít được sử dụng

2.4.1.3 Thiết bị phân tích khí xả dùng tia hồng ngoại

Đây là loại thiết bị có độ chính xác cao, cho phép xác định được những thành phần khí khác nhau cho phép xác định được nhiều thành phần khí khác nhau

có trong khí xả.Vì thế loại thiết bị này được dùng rộng rãi ở nhiều nước để kiểm tra các thành phần có trong khí xả:

Mẫu máy phức tạp nhất cho phép phân tích, xác định riên biệt tất cả các thành phần khí cơ bản: CO, CO2, NOx, CH2, O2 Nguyên lý làm việc của máy phân tích khí xả hồng ngoại dựa trên tính chất hấp thụ chọn lọc bức xạ hồng ngoại của

các phân tử khí, có nghĩa là mỗi loại khí chỉ hấp thụ bức xạ hồng ngoại có bước sang nhất định(Hình 2.5) Nếu lấy hấp thụ αi tỷ lệ với thành phần hấp thụ

Trên hình 2.6 giới thiệu máy phân tích khí xả hồng ngoại với cảm biến

điện dung Nguồn bức xạ hồng ngoại là hai sợi đốt bằng hợp kim ? 2 Dòng bức xạ

được phản xạ bởi gương cầu 1 đi đến hai kênh quay, bị ngắt 6 lần trong 1 giây bởi

một đĩa quay 3 được truyền động từ một động cơ đồng bộ ở kênh đĩa quay trên bố

trí buồng làm việc 5, qua đó khí xả cần phân tích được dẫn qua liên tục, tuần hoàn

qua cửa 4 có buồng so 5/ nạp đầy Nitơ hoặc không khí sạch Sau đó dòng bức xạ đi

qua bộ lọc 6, bộ lọc này hấp thụ các thành phần bức xạ hồng ngoại không cần đo và

đi đến và đi đến buồng hấp thụ vi sai 7 Buồng vi sai 7 đuợc ngăn cách cân bằng bởi

cảm biến điện dung 8 Thành phần bức xạ được khí xả hấp thụ làm nóng khí trong

buồng hấp thụ và làm tăng áp suất khí Khi tăng nồng độ của thành phần cầu đo

trong khí xả, dòng bức xạ đi vào buồng hấp thụ trên bị yếu đi, do đó nhiệt độ và áp

suất ở đó giảm và thay đổi theo tần số ngắt của đĩa quay Tín hiệu thay đổi điện

dung từ cảm biến 8 đi qua bộ khuyếch đại và máy dò pha đến bộ phân hiển thị Máy

phân tích khí xả nhậy cảm với nhiệt độ, do đó nhiệt độ khí xả được ổn định nhờ bộ

phận làm mát Trước đó khí xả được lọc và tách nước ngưng Để đảm bảo nồng độ

khí đi qua buồng làm việc người ta sử dụng bơm để giữ áp suất không đổi

Cũng sử dụng phương pháp hấp thụ hồng ngoại có thể tham khảo loại

buồng đo với cảm biến dòng khí ( Hình 2.7)

Thiết bị gồm một bộ phận phát tia hồng ngoại được đốt nóng đến 700oC

Hình 2.7 Buồng đo hồng ngoại với cảm biến dòng khí Tia hồng ngoại được phát ra từ thiết bị để đi qua buồng đo 3 đến buồng

đón 1 Khi đo CO, khí xả trong buồng đón đã có hàm lượng CO xác định Trong buồng đón, một phần bức xạ hồng ngoại bị hấp thụ Sự hấp thụ hồng ngoại là nguyên nhân gây ra tăng nhiệt độ khí, tạo ra một dòng khí đi từ không gian V1 qua

đầu đo dòng sang không gian V2 Do bức xạ hồng ngoại từ bộ phát tia đến buồng

đón bị ngắt theo nhịp bởi một đĩa quay chắn ngang nên tạo ra một dòng khí cơ sở

đổi chiều giữa hai dòng không gian V1 và V2 Đầu đo dòng khí biến đổi tín hiệu điện

đổi chiều Phần khí cần đo có hàm lượng

CO thay đổi đi qua buồng đo hấp thụ một phần năng lượng bức xạ, do đó phần năng lượng này làm giảm dòng khí cơ sở trong buồng đón qua đầu đo Nhờ độ lệch tín hiệu nhận được so với tín hiệu đổi chiều cơ sở sẽ là số đo hàm lượng CO trong khí xả cần đo Đối với các thành phần khí xả như CH, CO2, NOx cũng có một nguyên

lý đo tương tự

33

Phương pháp phân tích khí xả hồng ngoại được một số hãng sau ứng dụng : Liên Xô (cũ) ; CAN (Mỹ); Hofman và Infralit (Đức); Jahagimoto (Nhật)

2.4.2 Thiết bị đo khói xả

Việc đo khói xả động cơ Diesel tại trạm dịch vụ và các trạm giám sát giao thông trên các xe, tập trung tập trung vào việc xác định lượng thải muội than

Hiện có hai phương pháp để xác định

+Trong phương pháp lọc, người ta lấy ra một lượng khí xả và cho đi qua một diện tích lọc Mức độ làm đen phần tử lọc là số đo thành phần muội than trong khí xả

+ Trong phương pháp hấp thụ (đo độ mờ hay độ khói) mức độ yếu đi của

ánh sáng qua lớp khí xả được lấy làm số đo đối với noòng độ muội than

Việc đo khói xả ở động cơ Diesel chỉ có ý nghĩa khi có tải trọng, bởi vì chỉ

ở vùng hoạt động này động cơ mới thải ra lượng thải rắn danh nghĩa Tải trọng đặt lên động cơ có thể tạo ra bằng hai cách:

- Đo tải trọng hoàn toàn trên bệ kiểm tra con lăn hoặc trên một đoạn đường kiểm tra định trước và dùng phanh

- Đo tải trọng khi tăng tốc tự do nhờ tăng ga đột ngột với mức ga định trước, tải trọng khi đó sẽ là mô men lực quán tính của động cơ tăng tần số quay

Kết quả đo độ khói của động cơ Diesel phụ thuộc cả vào phương pháp đo

và cả phương pháp tạo tải trọng nên không thể so sánh tổng quát một cách trực tiếp Trên hình 2.8 giới thiệu về sơ đồ nguyên lý và quá trình đo độ khói của động cơ Diesel Trong quá trình đo, một phần dòng khí xả được bơm hút qua bộ phận trích khí đưa vào buồng đo

Quá trình này tránh được ảnh hưởng đặc biệt của áp suất khí và sự biến

động của áp suất đến quá trình đo và kết quả đo

Trong buồng đo, khí xả nhận ánh sáng xuyên qua Mức độ yếu đi của ánh sáng được đo bằng điện tử quang học và chỉ thị thành độ khói hoặc hệ số hấp thụ Chiều dài buồng đo được xác định chính xác và tính chất thoát nhiệt của các cửa sổ buồng đo là điều kiện để có độ chính xác cao và tái tạo thuận lợi kết quả đo Khi thử nghiệm có tải trọng, quá trình được đo và chỉ thị liên tục Khi thử nghiệm tăng tốc

đường cong, kết quả đo được lưu trữ số, thiết bị tự đánh giá giá trị đỉnh và giá trị trung bình từ rất nhiều lần xả

Chương III Chương trình thí nghiệm để xây dựng giới hạn khí xả ở một số nước 35

Chương trình kiểm tra : [8]

Để có thể xác định chính xác lượng khí thải độc hại từ một xe thải ra cần phải thí nghiệm xe trên một thiết bị kiểm tra khí xả dưới những điều kiện nhất định, những điều kiện thể hiện chính xác nhất điều kiện của xe cộ Chỉ có như vậy mới có thể thực hiện so sánh được các thí nghiệm khí xả

Xe cần thử được đặt các bánh chủ động lên các con lăn quay được Nhờ các con lăn có thể mô phỏng ma sát mặt đường và lực cản gió tương ứng với lực cản của các con lăn khi quay, và cả trọng lượng của xe nhờ các khối lượng quay tháo lắp

được.Để làm mát xe đến mức cần thiết người ta bố trí quạt đặt gần xe để xác định lượng chất thải độc hại người ta thực hiện các quá trình tốc độ chính xác nhất định trong quá trình thử nghiệm Trong thời gian đó khí thải tạo ra được gom lại và sau khi kết thúc chương trình kiểm tra sẽ được phân tích theo thành phần độc hại Ngược lại với việc gom khí xả và xác định các lượng thải thành phần, các chương trình thử nghiệm được quy định thống nhất theo mỗi quốc gia.Ngoài việc giới hạn các thành phần độc hại trong khí xả ở một số nước, người ta còn quy đinh giới han cả hao tổn hoá hơi trong hệ thống nhiên liệu

- Bệ kiểm tra con lăn

Để mô phỏng các lực đặt vào xe như lực cản lăn và lực cản không khí người ta sử dụng các phanh nước dòng xoáy, phanh điện dòng xoáy hoặc phanh điện một chiều, để tạo ra tải trọng thích hợp phụ thuộc tốc độ Trọng lượng xe được mô phỏng bởi các khối lượng quay có giá trị khác nhau, tháo lắp dễ dàng Quá trình tải trọng theo tốc độ chuyển động và khối lượng chuyển động quay yêu cầu đạt được rất chính xác trong mọi trường hợp Các

điều kiện môi trường như độ ẩm, nhiệt độ và áp suất không khí cũng ảnh hưởng đến kết quả đo(sự sai lệch các quá trình tải trọng mô phỏng sẽ dẫn

đến làm sai giá trị đo)

36

- Mô hình chuyển động hoạt động của xe trên bệ thử tuân theo một chu kỳ chuyển động xác định với các quá trình chuyển số cho trước Các thời

kỳ chạy không, thời kỳ phanh cũng như các trạng thái đứng yên của xe tương ứng với các quá trình tốc độ và gia tốc trong hành trình giao thông chuẩn ở các thành phố lớn Trên thế giới hiện có 5 chu kỳ chuyển động khác nhau

được quy định trong quá trình kiểm tra Bình thường xe được đặt trên bệ với người lái và hoạt động theo các tốc độ dự kiến trước trên màn hình

3.1 Lấy mẫu và phương pháp làm lo∙ng khí (phương pháp CVS)

Từ các phương pháp thu gom khí xả chuyển đổi thành phương pháp làm loãng khí, từ năm 1982 ở Châu âu đã xuất hiện một phương pháp thống nhất về mặt nguyên lý để thu gom khí xả

- Lấy mẫu và phân tích lượng thải

Khí thải được thải ra từ xe kiểm tra được pha loãng với không khí môi trường theo tỉ lệ1:10 và được hút qua một bộ phận đặc biệt sao cho lưu lượng của khí xả và lưu lượng của không khí làm loãng không đổi, có nghĩa là hỗn hợp với không khí được tạo ra tức thời sau khí xả Trong thời gian thử nghiệm một phần lượng không đổi được trích ra từ dòng khí xả đã làm loãng được đưa đến gom lại trong một hay nhiều bình chứa Sau khi kết thúc chu kỳ thử nồng độ chất thải độc hại trong các bình chứa tương ứng chính xác giá trị trung bình của nồng độ trong hỗn hợp khí xả - không khí được hút vào Do thể tích cung cấp của hỗn hợp khí xả - không khí có thể tích xác định được nên có thể tính toán khối lượng chất thải độc hại thải ra trong khí thải từ nồng độ của chất thải Ưu điểm của phương pháp này là sự ngưng tụ của hơi nước chứa trong khí xả bị loại bỏ, điều này có tác dụng làm giảm thiểu hao hụt NOx trong bình chứa Ngoài ra nhờ làm loãng khí xả

và làm giảm các phản ứng tiếp theo giữa các thành phần khí xả (nhất là thành phần

CH ) Do làm loãng khí xả, tuy nhiên làm giảm nồng độ chất thải độc hại trong tương quan với độ loãng trung bình, điều này yêu cầu sử dụng những thiết bị phân tích đủ nhạy

37

Thiết bị phân tích và thiết bị làm loãng

Việc bố trí bơm để giữ lưu lượng không đổi trong quá trình thử có thể theo

2 phương pháp khác nhau Trong phương pháp thứ nhất, hỗn hợp không khí - khí xả

được hút nhờ một quạt hút bình thường qua một vòi venturi, còn trong phương pháp thứ hai người ta sử dụng một bơm pit tông quay đặc biệt ( bơm Root) Cả hai phương pháp đều có thể dùng để xác định đủ chính xác lưu lượng

- Xác định hao tổn hoá hơi trong hệ thông nhiên liệu

Độc lập với lượng khí thải độc hại xuất hiện khi đốt cháy nhiên liệu trong

động cơ xe hơi còn thải ra một lượng CH nữa do bốc hơi nhiên liệu trong mạch tuần hoàn của nhiên liệu và thùng chứa Trong một số quốc gia( thí dụ USA) đã có các quy định để giới hạn hao tổn hoá hơi này

Thử nghiệm SHED: Thử nghiệm SHED là phương pháp thông dụng để xác

định hao tổn hoá hơi và được tiến hành trong hai pha thử trong buồng khí( buồng SHED) Thử nghiệm thứ nhất được thực hiện khi thùng nhiên liệu

được đổ đến 40% khi hâm nóng nhiên liệu kiểm tra (nhiệt độ ra 100 - 14,50C) ở nhiệt độ 15,50C bắt đầu đo nồng độ CH trong buồng khí Việc thử kết thúc sau một giờ khi nhiệt độ của nhiên liệu tăng thêm 140C cùng với việc đo mới nồng độ CH Từ chênh lệch của hai lần đo trước và sau khi thử có thể xác định

được hao tổn hoá hơi của nhiên liệu Trong khi đo cần phải mở cửa sổ và nắp xe Để xác định lượng thải loãng trong pha thử thứ hai xe được chạy "nóng" trước đó nhờ thử nghiệm lượng thải và sau đó được đưa vào buồng thử Việc đo xác định sự tăng nồng độ CH trong thời gian 1 giờ khi xe nguội đi Tổng của hai kết quả đo cần phải

có giá trị nằm dưới giá trị giới hạn là 2 gam CH đối với thời gian hiện tại

Chu trình thử USA - FTP - 75

Chương trình chuyển động trong USA - FTP - 75 với 3 đoạn thử tập hợp từ các quá trình tốc độ chuyển động đo được thực tế ở Mỹ trên đường phố LosAngeles

đối với các xe đi làm vào buổi sáng ( bảng 3.1)

Bảng 3.1 Các pha thử nghiệm trong USA- FTP- 75

Đoạn thử nghiệm Thời gian thử

38

Pha chuyển tiếp Ct 0 505 Pha ổn định s 506 1372 Thử nóng ht 1972 2447

Sau khi chuẩn bị điều kiện thử thích hợp (đặt xe 12 giờ với nhiệt độ trong phòng 200 - 300C) xe thử nghiệm được khởi động và hoạt động theo chương trình đã quy định ( hình 3.1 ), trên bệ kiểm tra ( hình 3.2)

Hình 3.1 Chu trình thử USA (Fedral test procedure,FTP- 75)

Chiều dài: 11.115 Mile Tốc độ trung bình: 34,1 km/h

Thời gian: 1877 s + 600 s nghỉ

39

Hình 3.2

- Pha chuyển tiếp (ct) thu gom khí xả để làm loãng vào bình 1 trong giai

đoạn chuyển tiếp lạnh

- Pha ổn định (s) chuyển mạch lấy mẫu sang bình hai để bắt đầu thử nghiệm pha 8 (sau 550s) mà không làm gián đoạn chương trình Dừng thử 10 phút nhờ ngắt

động sau khi kết thúc pha ổn định

- Pha thử nóng (ht) động cơ được khởi động lại để thử nóng (kéo dài 505s) quá trình tốc độ tương ứng với pha chuyển tiếp lạnh Trong thời gian thử nóng khí xả được gom vào bình 3 Các mẫu thử trong các bình của các pha trước đó được phân tích vì các mẫu chỉ được lưu lại trong bình không quá 20 phút

Sau khi kết thúc chu trình chạy xe, mẫu khí xả trong bình thứ 3 được phân tích Các khối lượng chất thải độc hại được đánh giá từ 3 bình thử (CH,CO và NOx)

được tính theo quãng đường chạy quy đổi và được đưa ra nếu mức thải độc hại trên một mile Lượng thải độc hại cực đại cho phép được xác định khác nhau theo mỗi nước Phương pháp thử này được áp dụng cả ở một số nước khác ngoài Mỹ (bảng 3.2 , 3.3) Mỗi xe con mới cần giữ các giá trị giới hạn này (không phụ thuộc vào trọng lượng và thể tích làm việc của động cơ ) qua một quãng đường chạy 500000 mile

Bảng 3.2 Các giá trị giới hạn ở USA (49 tiểu bang) và Kalifornien

Năm chế tạo Vùng CO(g/mile) CH(g/mile) NOx g/mile Bốc hơi g/lần thử

Từ 1992 FED

KAL

3.4 7.0

0.41 0.41

1.0 0.4

2.0 2.0

40

FED - Liên bang; KAL - Kalifornien

ở Mỹ đối với mỗi loại (seri ) xe khác nhau, với những điều kiện nhất định

được phép có ngoại lệ Một đạo luật ban hành năm 1990 (Clean air Act) quy định bên cạnh nhiều biện pháp để bảo vệ môi trường còn phải làm chặt chẽ hơn các giá trị giới hạn đối với lượng khí xả của xe cộ từ 1994 (bảng 3.3)

Bang Kalifornien đã ban hành việc làm chặt chẽ hơn các giới hạn từ năm

1993 và lập kế hoạch cho những năm tiếp theo chặt chẽ hơn

Khi khởi động xe ở nhiệt độ thấp do việc làm giàu hỗn hợp xuất hiện lượng khí thải độc hại đặc biệt cao, điều này trong các quá trình thử đã có hiệu lực, hiện