intTypePromotion=1
ADSENSE

Giáo trình Ô tô và ô nhiễm môi trường (Nghề: Công nghệ ô tô - Cao đẳng 9+) - Trường CĐ Kiên Giang

Chia sẻ: Cuchoami2510 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:55

11
lượt xem
3
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

(NB) Giáo trình Ô tô và ô nhiễm môi trường gồm có bảy bài: Bài 1: Tác hại của các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ đốt trong, Bài 2: Qui trình đo các chỉ tiêu ô nhiễm của ô tô, Bài 3: Cơ chế hình thành NOx trong quá trình cháy của động cơ đốt trong, Bài 4: Cơ chế hình thành CO và HC trong quá trình cháy của động cơ đốt trong, Bài 5: Cơ chế hình thành bồ hóng trong quá trình cháy của động cơ Diesel tế,...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Ô tô và ô nhiễm môi trường (Nghề: Công nghệ ô tô - Cao đẳng 9+) - Trường CĐ Kiên Giang

  1. UBND TỈNH KIÊN GIANG TRƯỜNG CAO ĐẲNG KIÊN GIANG GIÁO TRÌNH (Lưu hành nội bộ) MÔN HỌC: Ô TÔ VÀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NGHỀ: CÔNG NGHỆ ÔTÔ TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (9+) Ban hành kèm theo Quyết định số: 202/QĐ-CĐKG ngày 15 tháng 11 năm 2021 của Hiệu trưởng trường Cao đẳng Kiên Giang Kiên Giang, năm 2021
  2. i TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
  3. ii LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình Ô tô và ô nhiễm môi trường này chủ yếu kế thừa từ tài liệu Ô tô và môi trường của tác giả GS. TS. Bùi Văn Ga (Đại học Đà Nẵng). Ngoài ra, trong giáo trình còn trích một số kiến thức và hình ảnh từ các tài liệu: Nhiên liệu dầu mỡ Trần Văn Triệu và Nguyễn Đài Lê, Hướng dẫn sử dụng nhiên liệu dầu mỡ của hai tác giả Vũ Tam Huề và Nguyễn Phương Tùng, Sản phẩm dầu mỏ thương phẩm của tác giả Trương Hữu Trì. Giáo trình gồm có bảy bài: Bài 1: Tác hại của các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ đốt trong, Bài 2: Qui trình đo các chỉ tiêu ô nhiễm của ô tô, Bài 3: Cơ chế hình thành NOx trong quá trình cháy của động cơ đốt trong, Bài 4: Cơ chế hình thành CO và HC trong quá trình cháy của động cơ đốt trong, Bài 5: Cơ chế hình thành bồ hóng trong quá trình cháy của động cơ Diesel tế, Bài 6: Các yếu tố ảnh hưởng đến nồng độ các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ đốt trong, Bài 7: Các biện pháp kỹ thuật làm giảm mức độ gây ô nhiễm của động cơ đốt trong. Do biên soạn lại từ các file PDF nên tồn tại một số lỗi chính tả và một số hình ảnh bị mờ, rất mong bạn đọc thông cảm. Dù chưa xin phép các tác giả nêu trên nhưng vì để phục vụ sinh viên nên chúng tôi rất mong các tác giả thông cảm. Xin chân thành cảm ơn ! Kiên giang, năm 2021
  4. iii MỤC LỤC trang LỜI GIỚI THIỆU .............................................................................................. ii BÀI 1: TÁC HẠI CỦA CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ XẢ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG.............................................................................................................. 2 1. Giới thiệu ....................................................................................................... 2 2. Ô nhiễm không khí là gì? .............................................................................. 4 3. Tác hại của các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ Đối với sức khỏe con người 4 BÀI 2: QUI TRÌNH ĐO CÁC CHỈ TIÊU Ô NHIỄM CỦA Ô TÔ .................... 7 1. Lịch sử phát triển ........................................................................................... 7 2. Quy trình đo các chỉ tiêu ô nhiễm.................................................................. 7 3. Cơ sở xây dựng các quy trình đo ô nhiễm ..................................................... 8 4. Quy trình thử của một số nước ...................................................................... 8 4.1. Quy trình thử của Mĩ .................................................................................. 8 4.2. Quy trình thử của Cộng đồng Châu Âu ...................................................... 9 4.3. Quy trình thử của Nhật Bản ...................................................................... 10 BÀI 3: CƠ CHẾ HÌNH THÀNH NOX TRONG QUÁ TRÌNH CHÁY CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ............................................................................................ 11 1. Giới thiệu ..................................................................................................... 11 2. Tác hại của Oxyde Nitơ............................................................................... 12 2.1. Ảnh hưởng của NOx đến sức khỏe con người ......................................... 12 2.2. Ảnh hưởng của NOx đến thực vật............................................................ 12 3. Cơ chế hình thành Oxyde Nitơ.................................................................... 13 3.1. Cơ chế hình thành monoxyde nitơ............................................................ 13
  5. iv 3.2. Sự hình thành dioxide nitơ ....................................................................... 14 3.3. Sự hình thành protoxyde nitơ ................................................................... 15 BÀI 4: CƠ CHẾ HÌNH THÀNH HYDROCARBURE TRONG QUÁ TRÌNH CHÁY CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG.......................................................... 16 1. Cơ chế hình thành hydrocarbure (HC) ........................................................ 16 1.1. Sự phát sinh hydrocarbure chưa cháy trong khí xả động đốt trong .......... 16 1.2. Cơ chế tôi màng lửa.................................................................................. 17 2. Sự phát sinh HC trong quá trình cháy của động cơ đánh lửa cưỡng bức ... 17 2.1. Tôi màng lửa trên thành buồng cháy ........................................................ 18 2.2. Ảnh hưởng của các không gian chết ........................................................ 19 3. Sự hấp thụ và giải phóng HC ở màng dầu bôi trơn ..................................... 20 4. Ảnh hưởng của chất lượng quá trình cháy................................................... 21 5. Ảnh hưởng của lớp muội than ..................................................................... 21 6. Ảnh hưởng của sự oxy hóa HC trong kì giãn nở và thải ............................. 21 BÀI 5: CƠ CHẾ HÌNH THÀNH BỒ HÓNG TRONG QUÁ TRÌNH CHÁY CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL ........................................................................................ 23 1. Giới thiệu ..................................................................................................... 23 2. Bồ hóng trong khí xả động cơ Diesel.......................................................... 24 3. Tình hình nghiên cứu và các quy định về nồng độ bồ hóng trong khí xả động cơ Diesel hiện nay ........................................................................................... 26 3.1. Tình hình nghiên cứu bồ hóng .................................................................. 26 3.2. Các quy định về nồng độ bồ hóng trong khí xả động cơ Diesel............... 27 4. Cơ chế tạo bồ hóng trong buồng cháy động cơ Diesel ............................... 28 BÀI 6: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NỒNG ĐỘ CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ XẢ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG .................................................. 30 1. Giới thiệu ..................................................................................................... 30
  6. v 2. Trường hợp động cơ đánh lửa cưỡng bức ................................................... 31 2.1. Động cơ hai kì .......................................................................................... 31 2.2. Động cơ làm việc với hỗn hợp nghèo....................................................... 31 2.3 Ảnh hưởng của các chế độ vận hành động cơ xăng .................................. 36 2.3.1. Cắt nhiên liệu khi giảm tốc ................................................................... 36 2.3.2. Dừng động cơ ở đèn đỏ ......................................................................... 37 3. Trường hợp động cơ Diesel......................................................................... 37 3.1. Ảnh hưởng của góc phun sớm và tối ưu hóa hệ thống phun .................... 37 3.2. Ảnh hưởng của dạng hình học buồng cháy .............................................. 40 3.3. Ảnh hưởng của vận động rối trong buồng cháy ....................................... 41 3.4. Ảnh hưởng của chế độ làm việc của động cơ và chế độ quá độ............... 41 3.5. Ảnh hưởng của chỉ số cétane của nhiên liệu ............................................ 41 3.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ khí ..................................................................... 41 3.7. Ảnh hưởng của tăng áp ............................................................................. 42 3.8. Ảnh hưởng của hệ thống hồi lưu khí xả ................................................... 42 3.9. Điều khiển vòi phun và hệ thống hồi lưu khí xả ...................................... 42 BÀI 7: CÁC BIỆN PHÁP KỸ THUẬT LÀM GIẢM MỨC ĐỘ GÂY Ô NHIỄM CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ...................................................................... 44 1. Giảm mức độ phát sinh ô nhiễm ngay từ nguồn ......................................... 44 1.1. Động cơ đánh lửa cưỡng bức ................................................................... 44 1.2. Động cơ Diesel ......................................................................................... 45 2. Xử lí khí xả bằng bộ xúc tác ....................................................................... 48 TÀI LIỆU CẦN THAM KHẢO ..................................................................... 49
  7. 1 GIÁO TRÌNH MÔN HỌC Tên môn học: Ô Tô Và Ô Nhiễm Môi Trường Mã môn học: MH 33 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học: - Vị trí: Là môn học trong chương trình đào tạo chuyên ngành công nghệ ô tô bậc cao đẳng 9+. Được bố trí sau khi học xong các môn học đại cương; các môn học/mô đun kỹ thuật cơ sở; - Tính chất: Là môn học tự chọn. - Ý nghĩa, vai trò của môn học: Môn học này là phần kiến thức mở rộng để sinh viên hiểu thêm về vấn đề ô nhiễm, từ đó hình thành và nâng cao ý thức bảo vệ môi trường. Mục tiêu của môn học: - Kiến thức: - Phân tích được tác hại của các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ đốt trong, - Trình bày được qui trình đo các thông số gây ô nhiễm môi trường của ô tô, - Nêu được các cơ chế hình thành NOx, CO, HC và bồ hóng trong quá trình cháy của động cơ đốt trong, - Phân tích được các yếu tố ảnh hưởng đến nồng độ các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ đốt trong, - Nêu được các biện pháp kỹ thuật làm giảm mức độ gây ô nhiễm của động cơ đốt trong. - Kỹ năng: - Phân tích được các sơ đồ, đồ thị, bảng biểu trong môn học, - Phân tích được các phương trình hoá học, - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: - Ý thức được tầm quan trọng của vấn đề ô nhiễm môi trường Nghiêm túc chấp hành các qui định về hạn chế ô nhiễm môi trường đối với ô tô.
  8. 2 Nội dung của môn học: BÀI 1: TÁC HẠI CỦA CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ XẢ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ***** Mục tiêu: Sau khi học xong bài học này, sinh viên có khả năng: - Nêu được các khái niệm và mức độ ô nhiễm không khí hiện tại; - Phân tích được tác hại của các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ. Nội dung: 1. Giới thiệu Quá trình cháy lí tưởng của hỗn hợp hydrocarbure với không khí chỉ sinh ra CO2, H2O và N2. Tuy nhiên, do sự không đồng nhất của hỗn hợp một cách lí tưởng cũng như do tính chất phức tạp của các hiện tượng lí hóa diễn ra trong quá trình cháy nên trong khí xả động cơ đốt trong luôn có chứa một hàm lượng đáng kể những chất độc hại như oxyde nitơ (NO, NO2, N2O, gọi chung là NOx), monoxyde carbon (CO), các hydrocarbure chưa cháy (HC) và các hạt rắn, đặc biệt là bồ hóng. Nồng độ các chất ô nhiễm trong khí xả phụ thuộc vào loại động cơ và chế độ vận hành. Ở động cơ Diesel, nồng độ CO rất bé, chiếm tỉ lệ không đáng kể; nồng độ HC chỉ bằng khoảng 20% nồng độ HC của động cơ xăng còn nồng độ NOx của hai loại động cơ có giá trị tương đương nhau. Trái lại, bồ hóng là chất ô nhiễm quan trọng trong khí xả động cơ Diesel, nhưng hàm lượng của nó không đáng kể trong khí xả động cơ xăng. Những tạp chất, đặc biệt là lưu huỳnh, và các chất phụ gia trong nhiên liệu cũng có ảnh hưởng đến thành phần các chất ô nhiễm trong sản phẩm cháy. Thông thường xăng thương mại có chứa khoảng 600ppm lưu huỳnh. Thành phần lưu huỳnh có thể lên đến 0,5% đối với dầu Diesel. Trong quá trình cháy, lưu huỳnh bị oxy hoá thành SO2, sau đó một bộ phận SO2 bị oxy hoá tiếp thành SO3, chất có thể kết hợp với nước để tạo ra H2SO4. Mặt khác, để tăng tính chống kích nổ của
  9. 3 nhiên liệu, người ta pha thêm Thétraétyle chì Pb(C2H5)4 vào xăng. Sau khi cháy, những hạt chì có đường kính cực bé thoát ra theo khí xả, lơ lửng trong không khí và trở thành chất ô nhiễm đối với bầu khí quyển, nhất là ở khu vực thành phố có mật độ giao thông cao. Một trong những thông số có tính tổng quát ảnh hưởng đến mức độ phát sinh ô nhiễm của động cơ là hệ số dư lượng không khí a. Hình 1.1 trình bày một cách định tính sự phụ thuộc của nồng độ NO, CO và HC trong khí xả theo a. Động cơ đánh lửa cưỡng bức thường làm việc với hệ số dư lượng không khí a ≈ 1. Theo đồ thị này thì động cơ làm việc với hỗn hợp nghèo có mức độ phát sinh ô nhiễm thấp hơn. Tuy nhiên, nếu hỗn hợp quá nghèo thì tốc độ cháy thấp, đôi lúc diễn ra tình trạng bỏ lửa và đó là những nguyên nhân làm gia tăng nồng độ HC. Nhiệt độ cực đại của quá trình cháy cũng là một nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến thành phần các chất ô nhiễm vì nó ảnh hưởng mạnh đến động học phản ứng, đặc biệt là các phản ứng tạo NOx và bồ hóng. Nói chung tất cả những thông số kết cấu hay vận hành nào của động cơ có tác động đến thành phần hỗn hợp và nhiệt độ cháy đều gây ảnh hưởng trực tiếp hay gián tiếp đến sự hình thành các chất ô nhiễm trong khí xả. Trong thực tế cuộc sống, do hàm lượng các chất độc hại trong khí xả động cơ đốt trong bé nên người sử dụng ít quan tâm tới sự nguy hiểm trước mắt do nó gây ra. Tuy nhiên sự phân tích các dữ liệu về sự thay đổi thành phần không khí trong những năm gần đây (bảng 1.1) đã cho thấy sự gia tăng rất đáng ngại của các chất ô nhiễm. Nếu không có những biện pháp hạn chế sự gia tăng này một cách kịp thời, những thế hệ tương lai sẽ phải đương đầu với một môi trường sống rất khắc nghiệt. Bảo vệ môi trường không phải chỉ là yêu cầu của từng nước, từng khu vực mà nó có ý nghĩa trên phạm vi toàn cầu. Tùy theo điều kiện của mỗi quốc gia, luật lệ cũng như tiêu chuẩn về ô nhiễm môi trường được áp dụng ở những thời điểm và với mức độ khắt khe khác nhau. Ô nhiễm môi trường do động cơ phát ra được các nhà khoa học quan tâm từ đầu thế kỉ 20 và nó bắt đầu thành luật ở một số nước vào những năm 50. Ở nước ta, luật bảo vệ môi trường có hiệu lực từ ngày 10-1-1994 và Chính phủ đã ban hành Nghị định số 175/CP ngày 18-10-1994 để hướng dẫn việc thi hành Luật bảo vệ môi trường.
  10. 4 2. Ô nhiễm không khí là gì? Chúng ta có thể tham khảo định nghĩa sau đây do Cộng đồng Châu Âu đưa ra vào năm 1967: "Không khí gọi là ô nhiễm khi thành phần của nó bị thay đổi hay khi có sự hiện diện của những chất lạ gây ra những tác hại mà khoa học chứng minh được hay gây ra sự khó chịu đối với con người". Theo định nghĩa đó thì: - Các chất gây ô nhiễm có thể gây nguy hại đến tự nhiên và con người mà khoa học ở thời điểm đó nhận biết được hay chỉ đơn thuần gây ra sự khó chịu chẳng hạn như mùi hôi, màu sắc... - Danh sách các chất ô nhiễm cũng như giới hạn về nồng độ cho phép của chúng trong các nguồn phát thải có thể thay đổi theo thời gian. Đến nay, người ta đã xác định được các chất ô nhiễm trong không khí mà phần lớn những chất đó có mặt trong khí xả của động cơ đốt trong. Bảng 1.1 dưới đây cho thấy sự gia tăng nồng độ một cách đáng ngại của một số chất ô nhiễm trong bầu khí quyển: Tùy theo chính sách năng lượng của mỗi nước, sự phân bố tỉ lệ phát sinh ô nhiễm của các nguồn khác nhau không đòng nhất. Bảng 1.2 và 1.3 giới thiệu tỉ lệ phát thải CO, HC và NOx ở Nhật và ở Mĩ. 3. Tác hại của các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ Đối với sức khỏe con người - CO: Monoxyde carbon là sản phẩm khí không màu, không mùi, không vị, sinh ra do ô xy hoá không hoàn toàn carbon trong nhiên liệu trong điều kiện thiếu oxygène. CO ngăn cản sự dịch chuyển của hồng cầu trong máu làm cho các bộ phận của cơ thể bị thiếu oxygène. Nạn nhân bị tử vong khi 70% số hồng cầu bị khống chế (khi nồng độ CO trong không khí lớn hơn 1000ppm). Ở nồng độ thấp hơn,
  11. 5 CO cũng có thể gây nguy hiểm lâu dài đối với con người: khi 20% hồng cầu bị khống chế, nạn nhân bị nhức đầu, chóng mặt, buồn nôn và khi tỉ số này lên đến 50%, não bộ con người bắt đầu bị ảnh hưởng mạnh. - NOx: NOx là họ các oxyde nitơ, trong đó NO chiếm đại bộ phận. NOx được hình thành do N2 tác dụng với O2 ở điều kiện nhiệt độ cao (vượt quá 1100°C). Monoxyde nitơ (x=1) không nguy hiểm mấy, nhưng nó là cơ sở để tạo ra dioxyde nitơ (x=2). NO2 là chất khí màu hơi hồng, có mùi, khứu giác có thể phát hiện khi nồng độ của nó trong không khí đạt khoảng 0,12ppm. NO2 là chất khó hòa tan, do đó nó có thể theo đường hô hấp đi sâu vào phổi gây viêm và làm hủy hoại các tế bào của cơ quan hô hấp. Nạn nhân bị mất ngủ, ho, khó thở. Protoxyde nitơ N2O là chất cơ sở tạo ra ozone ở hạ tầng khí quyển. - Hydocarbure: Hydrocarbure (HC) có mặt trong khí thải do quá trình cháy không hoàn toàn khi hỗn hợp giàu, hoặc do hiện tượng cháy không bình thường. Chúng gây tác hại đến sức khỏe con người chủ yếu là do các hydrocarbure thơm. Từ lâu người ta đã xác định được vai trò của benzen trong căn bệnh ung thư máu (leucémie) khi nồng độ của nó lớn hơn 40ppm hoặc gây rối loạn hệ thần kinh khi nồng độ lớn hơn 1g/m3, đôi khi nó là nguyên nhân gây các bệnh về gan. - SO2: Oxyde lưu huỳnh là một chất háu nước, vì vậy nó rất dễ hòa tan vào nước mũi, bị oxy hóa thành H2SO4 và muối amonium rồi đi theo đường hô hấp vào sâu trong phổi. Mặt khác, SO2 làm giảm khả năng đề kháng của cơ thể và làm tăng cường độ tác hại của các chất ô nhiễm khác đối với nạn nhân. - Bồ hóng: Bồ hóng là chất ô nhiễm đặc biệt quan trọng trong khí xả động cơ Diesel. Nó tồn tại dưới dạng những hạt rắn có đường kính trung bình khoảng
  12. 6 0,3mm nên rất dễ xâm nhập sâu vào phổi. Sự nguy hiểm của bồ hóng, ngoài việc gây trở ngại cho cơ quan hô hấp như bất kì một tạp chất cơ học nào khác có mặt trong không khí, nó còn là nguyên nhân gây ra bệnh ung thư do các hydrocarbure thơm mạch vòng (HAP) hấp thụ trên bề mặt của chúng trong qua trình hình thành. - Chì: Chì có mặt trong khí xả do Thétraétyl chì Pb(C2H5)4 được pha vào xăng để tăng tính chống kích nổ của nhiên liệu. Sự pha trộn chất phụ gia này vào xăng hiện nay vẫn còn là đề tài bàn cãi của giới khoa học. Chì trong khí xả động cơ tồn tại dưới dạng những hạt có đường kính cực bé nên rất dễ xâm nhập vào cơ thể qua da hoặc theo đường hô hấp. Khi đã vào được trong cơ thể, khoảng từ 30 đến 40% lượng chì này đi vào máu. Sự hiện hiện của chì gây xáo trộn sự trao đổi ion ở não, gây trở ngại cho sự tổng hợp enzyme để hình thành hồng cầu, và đặc biệt hơn nữa, nó tác động lên hệ thần kinh làm trẻ em chậm phát triển trí tuệ. Chì bắt đầu gây nguy hiểm đối với con người khi nồng độ của nó trong máu vượt quá 200 đến 250mg/lít.
  13. 7 BÀI 2: QUI TRÌNH ĐO CÁC CHỈ TIÊU Ô NHIỄM CỦA Ô TÔ ***** Mục tiêu: Sau khi học xong bài học này, sinh viên có khả năng: - Nêu được nội dung và cơ sở xây dựng các quy trình đo ô nhiễm; - Nêu được quy trình thử và nồng độ cho phép của các chất ô nhiễm trong khí xả ô tô. Nội dung: Mức độ phát sinh các chất ô nhiễm phụ thuộc vào điều kiện vận hành cũng như tình trạng kĩ thuật của động cơ. Do đó, tùy theo tình trạng giao thông cũng như mức độ khắt khe của luật môi trường ở mỗi nước mà quy trình thử có khác nhau. Trên thực tế hiện nay tồn tại một số quy trình chuẩn của các nước công nghiệp phát triển và những quy trình đó được nhiều nước đang phát triển áp dụng như quy phạm chính thức để đo mức độ phát sinh ô nhiễm của ô tô ở nước mình. 1. Lịch sử phát triển Ô nhiễm môi trường do khí xả động cơ gây ra đã là mối quan tâm của của nhiều quốc gia từ lúc nền công nghiệp ô tô bắt đầu phát triển. Theo thời gian, danh sách các chất ô nhiễm ngày càng trở nên chi tiết hơn, giới hạn nồng độ của chúng trong khí xả ngày càng trở nên khắt khe hơn và ngày càng nhiều quốc gia hưởng ứng vấn đề chống ô nhiễm môi trường do khí xả ô tô gây ra. Theo trình tự thời gian, chúng ta có thể kể các quốc gia đã sớm đặt vấn đề ô nhiễm môi trường do khí xả động cơ gây ra như sau: - Đức: 1910 - Mĩ: 1959 - Pháp: 1963 - Nhật: 1966 Tiếp theo là những nước khác trong cộng đồng Châu Âu, Canada, Úc, các nước thuộc khối Đông Âu cũ, các nước Châu Á (Singapore, Đài Loan, Hàn Quốc...). 2. Quy trình đo các chỉ tiêu ô nhiễm Hiện nay chưa có một quy trình nào được áp dụng chung cho tất cả các nước để đo các chỉ tiêu ô nhiễm trong khí xả động cơ đốt trong. Do đó trên thế giới tồn tại nhiều quy trình khác nhau, mỗi quy trình ứng với một tiêu chuẩn ô nhiễm xác định và không có quan hệ tương đương nào được xác lập giữa các tiêu chuẩn này. Quy trình đo các chỉ tiêu ô nhiễm của mỗi nước căn cứ vào chế độ giao thông tiêu biểu của nước đó. Bảng 2.1 so sánh các thông số đặc trưng của một số quy trình được áp dụng rộng rãi nhất hiện nay.
  14. 8 Bảng 2.1: So sánh các thông số đặc trưng của một số quy trình thử tiêu biểu 3. Cơ sở xây dựng các quy trình đo ô nhiễm Quy trình thử là quy 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. - Mật độ giao thông: Mức độ ô nhiễm cục bộ bầu không khí là tổng hợp mức độ phát thải của tất cả những phương tiện vận tải trong khu vực khảo sát gây ra, nghĩa là mức độ ô nhiễm phụ thuộc vào mật độ ô tô. Ở những thành phố lớn, khi mức độ ô nhiễm vượt giới hạn báo động, người ta khuyến khích dân chúng sử dụng phương tiện vận tải công cộng để giảm bớt mật độ xe. Ở những nơi có mật độ lưu thông bé, ô tô không nhất thiết phải tuân thủ những quy định nghiêm ngặt về mức độ phát sinh ô nhiễm của những thành phố mật độ giao thông cao. - Điều kiện đường sá: Tùy vào chất lượng đường sá của mỗi nước mà chế độ hoạt động của các phương tiện khác nhau, do đó khả năng phát ô nhiễm của chúng cũng khác nhau. Tiêu chuẩn ô nhiễm vì vậy cũng cần xét đến yếu tố này. 4. Quy trình thử của một số nước 4.1. Quy trình thử của Mĩ  Quy trình FTP 72 và FTP 75 Quy trình FTP 72 (Federal Test Procedure) (hình 2.1a) bao gồm hai giai đoạn.
  15. 9 Giai đoạn 1 kéo dài trong 505s, tương ứng với quãng đường 5,78km với tốc độ trung bình 41,2km/h. Giai đoạn 2 kéo dài trong 867s và được bắt đầu sau khi tạm dừng hoàn toàn động cơ trong 10 phút. Khi bắt đầu thử, động cơ được khởi động ở trạng thái nguội sau một đêm để ở nhiệt độ môi trường (20 °C). Quy trình FTP 75 gồm ba giai đoạn. Hai giai đoạn đầu giống như chu trình FTP 72. Giai đoạn 3 giống như giai đoạn 1 của chu trình trước (hình 2.1b) và được khởi động lại sau khi đã dừng động cơ 10 phút kể từ lúc kết thúc giai đoạn 2. Quãng đường tương ứng tổng cộng là 17,86km với tốc độ trung bình 34,1km/h. Lượng khí ô nhiễm được đo riêng từng giai đoạn và kết quả chung được tính bằng g/km với các hệ số điều chỉnh 0,43 đối với giai đoạn đầu, 1 đối với giai đoạn 2 và 0,57 đối với giai đoạn 3. b. Quy trình California Đây là quy trình thử cũ được sử dụng từ năm 1968. Nó gồm 7 giai đoạn giống hệt nhau (hình 2.2) và cách bởi thời gian chạy không tải. Quy trình thử kéo dài trong 16 phút 19 giây. Động cơ khởi động ở trạng thái nguội sau khi dừng ít nhất 12 giờ ở điều kiện nhiệt độ môi trường. Quy trình này hiện nay đã được thay thế bằng các quy trình FTP trên đây. Hình 2.2: Quy trình thử của Bang California 4.2. Quy trình thử của Cộng đồng Châu Âu  Quy trình thử thành phố ECE : Quy trình này được hình thành năm 1962 dựa vào điều kiện giao thông ở vùng Paris, rất khác biệt so với điều kiện giao thông ở California. Đến năm 1966, quy trình này được sử dụng chung cho Cộng đồng Châu Âu. Hình 2.3 trình bày diễn biến tốc độ của quy trình thử. Nó gồm 4 công đoạn y hệt nhau với quãng đường tổng cộng là 4,052km.  Quy trình thử ngoại thành của Cộng đồng Châu Âu EUDC Quy 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 vùng ngoại thành (hình 2.3b). Công đoạn bổ sung có tốc độ cực đại là 120km/h, thời gian thử là 400s tương ứng một quãng đường 6,955km với tốc độ trung bình 62,6km/h. Công đoạn thử bổ sung này được tiến hành sau khi đã thực hiện chu trình ECE và được bắt đầu bằng một giai đoạn chạy không tải 20s. Mức độ ô nhiễm được cho theo đơn vị g/km thay vì g/lần thử.
  16. 10 4.3. Quy trình thử của Nhật Bản  Quy trình thử 10 chế độ Hình 2.4: Quy trình thử 10 chế độ. Hình 2.5: Quy trình thử 11 chế độ. Quy trình thử 10 chế độ ứng với điều kiện giao thông trong thành phố. Thời gian của mỗi công đoạn thử là 135s, ứng với quãng đường 0,664km với tốc độ trung bình 17,7km/h (hình 2.4). Quy trình thử được lập lại với 6 công đoạn như nhau. Nồng độ ô nhiễm được biểu diễn theo g/km.  Quy trình thử 11 chế độ Qui trình này thể hiện chế độ giao thông trên xa lộ. Động cơ được khởi động nguội ởnhiệt độ khoảng từ 20 đến 30°C và chạy không tải trong 25s, sau đó tiến hành thử trong120s tương ứng với quãng đường 1,021km với tốc độ trung bình 30,6km/h (hình 2.5). Mức độ phát sinh ô nhiễm của ô tô được tính theo g/lần thử.  Quy trình thử 10-15 chế độ Hình 2.6: Quy trình thử 10-15 chế độ của Nhật Quy trình thử 10-15 chế độ ứng với điều kiện giao thông ở các vùng ngoại ô Nhật Bản. Quy trình này sử dụng 3 công đoạn của quy trình thử 10 chế độ trên đây và kéo dài thêm một đoạn có tốc độ cực đại 70km/h (hình 2.6). Quãng đường thử tương ứng dài 4,16km trong thời gian 660s với tốc độ trung bình 22,7km/h. Quy trình này được áp dụng cho ô tô du lịch xuất xưởng sau tháng 11 năm 1991. Đến tháng 10 năm 1993 được áp dụng thêm cho xe tải dưới 2,5 tấn.
  17. 11 BÀI 3: CƠ CHẾ HÌNH THÀNH NOX TRONG QUÁ TRÌNH CHÁY CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ***** Mục tiêu: Sau khi học xong bài học này, sinh viên có khả năng: - Nêu được tác hại của Oxyde Nitơ; - Phân tích được cơ chế hình thành và các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành Oxyde Nitơ. Nội dung: 1. Giới thiệu NOx là tên gọi chung của oxyde nitơ gồm các chất NO, NO2 và N2O hình thành do sự kết hợp giữa oxy và nitơ ở điều kiện nhiệt độ cao. Chất ô nhiễm này ngày càng được quan tâm và trong một số trường hợp, nó là chất ô nhiễm chính làm giới hạn tính năng kỹ thuật của động cơ. Thật vậy, một trong những xu hướng nâng cao tính kinh tế của động cơ ngày nay là áp dụng kỹ thuật chế hòa khí phân lớp cho động cơ làm việc với hỗn hớp nghèo. Trong điều kiện đó, NOx là đối tượng chính của việc xử lý ô nhiễm. Mặt khác, việc xử lý NOx trong điều kiện đó gặp nhiều khó khăn vì bộ xúc tác ba chức năng chỉ hoạt động có hiệu quả khi a = 1. Các giải pháp kỹ thuật khác nhằm hạn chế NOx ngay trong quá trình cháy cũng đã được áp dụng trên động cơ hiện đại: giải pháp hồi lưu khí xả, giải pháp thay đổi thời kỳ trùng điệp của góc độ phối khí. Vì vậy, việc hiểu biết tường tận cơ chế hình thành NOx để tìm biện pháp hạn chế nồng độ của chúng ngay trong quá trình cháy là cần thiết. Mức độ phát sinh ô nhiễm trung bình của quá trình cháy nhiên liệu hydrocarbure như sau: 5 Đây là số liệu mang tính chất trung bình ở điều kiện cháy của hỗn hợp có hệ số dư lượng không khí a=1. Tuy nhiên trong những điều kiện cháy đặc biệt ở áp suất và nhiệt độ cao với hệ số dư lượng không khí lớn thì tỉ lệ thành phần các chất ô nhiễm cho trong bảng trên đây thay đổi theo hướng gia tăng NOx.
  18. 12 2. Tác hại của Oxyde Nitơ Oxyde nitơ có thể phát sinh do các quá trình tự nhiên hay do hoạt động công nghiệp. NOx trong khí quyển do các quá trình tự nhiên sinh ra ước chừng 50.107 tấn. Nó phân bố đều trên mặt địa cầu với nồng độ khoảng 2 ÷ 10g/m3, gọi là nồng độ nền. NOx do hoạt động của con người tạo ra, tập trung chính ở vùng thành thị và các khu công nghiệp, chiếm khoảng 1/10 lượng NOx trong tự nhiên hiện nay. 2.1. Ảnh hưởng của NOx đến sức khỏe con người NOx có thể đi sâu vào phổi con người do ít hòa tan trong nước. Khi vào được trong phổi, 80% lượng NOx bị giữ lại (đối với SO2, cơ quan này chỉ giữ lại khoảng 5%). Trong các chất của NOx, độc tính của NO2 cao hơn rất nhiều lần so với NO. NOx chủ yếu do quá trình cháy gây ra. Ngoài các quá trình cháy công nghiệp và gia dụng, trong sinh hoạt, con người còn chịu đựng ảnh hưởng trực tiếp của NOx do khói thuốc lá gây ra. Tùy theo loại thuốc lá, khi hút một điếu thuốc người hút đã đưa vào phổi từ 100 đến 600g NOx, trong đó hơn 5% là NO2. Với thuốc lá nâu thông thường, trung bình mỗi điếu sinh ra 350g NOx . Nếu người hút thuốc hít 8 lần, mỗi lần 2s với dung tích 35ml và khoảng thời gian giữa hai lần hít là 60s, chúng ta tính được nồng độ NOx trung bình là 933ppm theo thể tích trong toàn bộ khói thuốc. Nhưng mỗi lần hít vào, khói thuốc lá hòa tan vào phổi có thể tích 3500ml, nghĩa là đã làm loãng đi 100 lần, nồng độ Nox trung bình trong phổi khoảng 9,3ppm đối với người chủ động hút thuốc lá. Đối với người thụ động chịu ảnh hưởng của thuốc lá (người hít không khí trong không gian bị ô nhiễm bởi khói thuốc lá) ảnh hưởng này nhỏ nhưng cũng đáng kể. Tính trung bình theo số liệu trên đây thì trong một phòng kín có thể tích 50m3, khi người ta hút một gói 20 điếu thuốc, thì nồng độ NOx trong phòng đạt khoảng 0,1ppm do người hút thải ra. Nếu tính luôn phần khói thuốc thoát ra giữa hai lần hít, người ta ước chừng nồng độ NOx trong phòng gấp 25 lần so với nồng độ trên đây, nghĩa là 0,2  0,5ppm. 2.2. Ảnh hưởng của NOx đến thực vật NOx chỉ ảnh hưởng đến thực vật khi nồng độ của nó đủ lớn. Người ta thấy ở vùng đô thị hóa cao, nồng độ NOx đạt khoảng 3,93ppm, sự quang hợp của thực vật chỉ giảm đi 25%. Thí nghiệm đặt cây dưa leo trong không khí có nồng độ NOx 0,75ppm trong hai tháng cho thấy không bị ảnh hưởng gì. Những thí nghiệm khác được thực hiện trên cà chua và đậu Hà Lan đặt trong môi trường không khí nhân tạo với nồng độ NOx cao hơn 10 lần so với nồng độ của chúng trong không khí khi bị ô nhiễm nặng nhất cho thấy các loại cây này không bị hư hại gì nhưng nồng độ nitơ tổng cộng trong môi trường gia tăng. Các thí nghiệm trên cây cam trồng trong không gian nhà kính với 4 điều
  19. 13 kiện môi trường không khí như sau: a. Không khí nguyên thủy nơi làm thí ghiệm b. Không khí được lọc c. Không khí lọc + NO2 với nồng độ môi trường d. Không khí lọc + 2 lần nồng độ NO2 trong môi trường Thí nghiệm được tiến hành bằng cách cân lá rụng và trái cây thu hoạch được trong thời gian cho trước trên một số cành xác định. Người ta thấy rằng lá cây trong điều kiện c có khuynh hướng rụng nhiều hơn cây trong điều kiện b; Lượng lá rụng nhiều nhất trong môi trường không khí d nhưng lượng trái cây thu hoạch được tối ưu nhất trong môi trường. Những thí nghiệm khác được tiến hành bằng cách đặt cam trong môi trường không khí ô nhiễm nặng hơn, có nồng độ NO2 từ 0,5 đến 1ppm, kéo dài trong 35 ngày cho thấy lá cây bị vàng và rụng nghiêm trọng. Vì vậy thực vật chỉ bị tác hại khi nồng độ NOx đủ lớn và thời gian đủ dài (210ppm; 420 g/m3 trong nhiều ngày). Oxyde nitơ không gây tác hại đến thực vật với nồng độ của chúng hiện nay trong khí quyển. Chỉ có sự tham dự của NOx vào các phản ứng hóa quang mới được xem là nguy hiểm vì NOx tác dụng với một số chất khác có mặt trong không khí trong những điều kiện nhất định tạo ra những chất nguy hiểm đối với thực vật. Chẳng hạn dưới tác dụng của tia cực tím trong môi trường có chứa hydrocarbure, NOx có thể tạo ra những hợp chất nguy hiểm đối với thực vật gấp ngàn lần hơn so với chính bản thân NOx. 3. Cơ chế hình thành Oxyde Nitơ 3.1. Cơ chế hình thành monoxyde nitơ Trong họ NOx thì NO chiếm tỉ lệ lớn nhất. NOx chủ yếu do N2 trong không khí nạp vào động cơ tạo ra. Nhiên liệu xăng hay Diesel chứa rất ít nitơ nên ảnh hưởng của chúng đến nồng độ NOx không đáng kể. Nhiên liệu nặng sử dụng ở động cơ tàu thủy tốc độ thấp có chứa khoảng vài phần nghìn nitơ (tỉ lệ khối lượng) nên có thể phát sinh một lượng nhỏ NOx trong khí xả. Sự hình thành NO do oxy hóa nitơ trong không khí có thể được mô tả bởi cơ chế Zeldovich. Trong điều kiện hệ số dư lượng không khí xấp xỉ 1, những phản ứng chính tạo thành và phân hủy NO là: Phản ứng (3.3) xảy ra khi hỗn hợp rất giàu. NO tạo thành trong màng lửa và trong sản phẩm cháy phía sau màng lửa. Trong động cơ, quá trình cháy diễn ra
  20. 14 trong điều kiện áp suất cao, vùng phản ứng rất mỏng (khoảng 0,1mm) và thời gian cháy rất ngắn; thêm vào đó, áp suất trong xilanh tăng trong quá trình cháy, điều này làm nhiệt độ của bộ phận khí cháy trước cao hơn nhiệt độ đạt được ngay sau khi ra khỏi khu vực màng lửa nên đại bộ phận NO hình thành trong khu vực sau màng lửa. Sự hình thành NO phụ thuộc rất mạnh vào nhiệt độ (hình 3.3). Hình 3.4 cho thấy mức độ tiến triển của phản ứng: Phản ứng tạo NO có tốc độ thấp hơn nhiều so với phản ứng cháy. Nồng độ NO cũng phụ thuộc mạnh vào nồng độ oxy. Vì vậy trong điều kiện nhiệt độ cao và nồng độ O2 lớn thì nồng độ NO trong sản phẩm cháy cũng lớn. 3.2. Sự hình thành dioxide nitơ Nồng độ NO2 có thể bỏ qua so với NO nếu tính toán theo nhiệt động học cân bằng trong điều kiện nhiệt độ bình thường của ngọn lửa. Kết quả này có thể áp dụng gần đúng trong trường hợp động cơ đánh lửa cưỡng bức. Đối với động cơ Diesel, người ta thấy có đến 30% NOx dưới dạng NO2. Dioxyde nitơ NO2 được hình thành từ monoxyde nitơ NO và các chất trung gian của sản vật cháy theo phản ứng sau: Hình 3.4: Biến thiên tỉ số NO2/NO theo tải của động cơ Diesel
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2