Chương 2: Quy trình đo các chỉ tiêu ô nhiễm của ô tô
22
Hình 2.8: Tiêu chuẩn Cộng đồng Châu Âu
Hình 2.9: Tiêu chuẩn của Cộng đồng Châu Âu về độ khói trong
khí xả động cơ Diesel
Bảng 2.9: Tiêu chuẩn độ khói của động cơ Diesel áp dụng ở một số nước
Quốc gia Năm Chế độ đo Tiêu chuẩn
Cộng đồng
Châu Âu
1972
1982
Gia tốc tự do
(Xem hình 2.9) k <0,5 m-1
(Xem hình 2.9)
Thụy Điển 1972 Gia tốc có tải 3,5 đ.v. Bosch
Mĩ 1981 (Xem hình 2.8) (Xem hình 2.8)
Nhật 1972
1975
1984
Đầy tải
Gia tốc không tải
Đầy tải
Độ mờ 50%
Độ mờ 50%
4 đ.v. Bosch
Hàn Quốc 1980 Đầy tải Độ mờ 50%
2.6. Quy trình kiểm tra định kì mức độ phát sinh ô nhiễm của ô tô
Các quy định trên đây được áp dụng từ lúc ô tô xuất xưởng đến khi đã qua một thời
gian sử dụng nhất định và quy trình đo được thực hiện ở những trung tâm kiểm định theo
quy phạm nhà nước. Ở Mĩ, các tiêu chuẩn đó được áp dụng cho đến khi ô tô đạt được
80.000 km. Để thỏa mãn các quy định của tiêu chuẩn, trong quá trình sử dụng, ô tô phải
được bảo trì tốt. Tuy nhiên khi qua tay người sử dụng ô tô không phải lúc nào cũng được
bảo trì đúng kĩ thuật. Thống kê ở Mĩ cho thấy chỉ có 33% ô tô được bảo trì tốt, số còn lại bị
điều chỉnh không đúng qui định hoặc bị thay thế các bộ phận không đúng tiêu chuẩn. Tình
trạng bảo trì ô tô sử dụng ở các quốc gia có nền công nghiệp chưa phát triển chắc chắn còn
tồi hơn nhiều. Điều này làm nồng độ các chất ô nhiễm trong khí xả gia tăng vượt quá giới
hạn cho phép của các quy định.
Để đánh giá định kì mức độ phát ô nhiễm của ô tô đã qua sử dụng, người ta áp dụng
các quy trình kiểm tra sơ bộ.
Bảng 2.10: Tiêu chuẩn ô nhiễm của ô tô ở chế độ không tải
20
40
60
Chương 2: Quy trình đo các chỉ tiêu ô nhiễm của ô tô
23
Quốc gia Loại xe Chất ô nhiễmGiới hạn
Cộng đồng
Châu Âu
Du lịch, vận tải
Mô tô
CO
CO
3,5%
4,5%
Thụy Sĩ
Ô tô tải <0,76t hay khách <9 chỗ
Ô tô tải >0,76t hay khách >9 chỗ
Mô tô
CO
HC
CO
HC
CO
0,5%V
100ppmV
1%V
200ppmV
3,5%V
Hoa Kì Ô tô nhẹ CO
HC
1,2%V
220ppmV
Canada Ô tô nhẹ CO 0,5%
Nhật Bản Ô tô nhẹ
- Động cơ 4 kì
- Động cơ 2 kì
CO
HC
HC
4,5%
1200ppmV
7800ppmV
Hàn Quốc Ô tô nhẹ CO
HC
4,5%V
1200ppmV
Đài Loan Ô tô nhẹ CO
HC
3,5%V
900ppmV
2.6.1. Quy định về kiểm tra sơ bộ mức độ phát ô nhiễm của ô tô
ở các nước phát triển
Phần lớn các tiểu bang ở Mĩ đã sử dụng quy trình kiểm tra đơn giản để đánh giá mức
độ phát ô nhiễm của ô tô đã qua sử dụng. Quy trình đo được thực hiện ở chế độ không tải
với các tiêu chuẩn quy định đối với nồng độ CO, HC và độ mờ của khí xả động cơ Diesel.
Định kì hằng năm hay cứ hai năm một lần, tất cả ô tô phải qua kiểm tra ô nhiễm bằng quy
trình này. Bảng 2.10 giới thiệu tiêu chuẩn ô nhiễm của ô tô đo ở chế độ không tải ở một số
nước.
Cộng hòa Liên Bang Đức là nước đi đầu ở Châu Âu về kiểm tra định kì tình hình ô
nhiễm của ô tô. Quy trình kiểm tra được thực hiện bằng cách đo nồng độ CO ở chế độ
không tải. Tiếp theo là các nước Thụy Sĩ, Áo, Thụy Điển, Hà Lan.
Ở Thụy Sĩ, từ năm 1986 trở đi, cứ một năm hay ba năm một lần, ô tô phải qua kiểm
tra thành phần CO, CO2 và HC ở chế độ không tải. Ở Áo, từ năm 1985, hằng năm ô tô buộc
phải qua kiểm tra HC ở chế độ không tải (<600ppm) và độ mờ của khí xả động cơ Diesel ở
chế độ gia tốc tự do. Ở Anh, kiểm tra nồng độ CO ở chế độ không tải bắt buộc đối với ô tô
hằng năm. Giới hạn cho phép của CO là 4,5%. Ở Thụy Điển, hằng năm ô tô phải qua kiểm
tra định kì. Nồng độ CO ở chế độ không tải phải nhỏ hơn 5,5% và độ khói của khí xả Diesel
không được vượt quá 4,5 đơn vị Bosch ở chế độ đầy tải. Thụy điển cũng đề nghị quy trình
thử INCOLL, trong đó không cần băng thử ru-lô mà dùng quán tính của các bộ phận quay
tự do sau động cơ (bánh đà, ly hợp, các bánh răng của hộp tốc độ...) làm tải khi tăng tốc tự
do. Ở Hà Lan, tất cả ô tô đã qua sử dụng quá ba năm đều phải qua kiểm tra ô nhiễm dựa trên
việc đo nồng độ CO ở chế độ không tải.
Chương 2: Quy trình đo các chỉ tiêu ô nhiễm của ô tô
24
2.6.2. Tiêu chuẩn Việt Nam
- Năm 1990, Chính phủ Việt Nam đã ban hành tiêu chuẩn (TCVN 5123-90) quy
định về hàm lượng CO trong khí xả động cơ xăng ở chế độ không tải. Tiêu chuẩn này được
áp dụng cho tất cả ô tô chạy xăng có khối lượng lớn hơn 400 kg. Hàm lượng CO được đo
trực tiếp trong ống xả, cách miệng xả 300mm, ở hai chế độ tốc độ: nmin và 0,6ndm (ndm là tốc
độ định mức). Hàm lượng CO không được vượt quá 3,5% ở chế độ nmin và 2,0% ở chế độ
0,6ndm.
- Năm 1991, Chính phủ Việt Nam ban hành tiêu chuẩn TCVN 5418-91 quy định về
độ khói trong khí xả động cơ Diesel. Tiêu chuẩn này được áp dụng cho tất cả các loại ô tô
dùng động cơ Diesel. Độ khói của khí xả đo ở chế độ gia tốc tự do không được vượt quá
40% HSU (động cơ không tăng áp) và 50% HSU (động cơ tăng áp).
- Năm 1998, Chính phủ Việt Nam ban hành tiêu chuẩn TCVN 6438-98 quy định lại
cụ thể hơn giới hạn cho phép của các chất ô nhiễm trong khí xả của phương tiện vận tải
(bảng 2.11).
Bảng 2.11 : Giới hạn tối đa cho phép của thành phần ô nhiễm trong khí thải
của các phương tiện vận tải
Thành phần ô nhiễm
Phương tiện đang sử dụng Phương tiện đăng ký
lần đầu
trong khí thải Phương tiện
động cơ xăng
Phương tiện
động cơ Diesel
Phương
tiện động
cơ xăng
Phương tiện
động cơ
Diesel
Mức 1 Mức 2 Mức 3 Mức 1 Mức 2 Mức 1 Mức 2
CO (% thể tích) 6,5 6,0 4,5 4,5
HC (ppm thể tích) :
- Động cơ 4 kì - 1500 1200 - - 1200 - -
- Động cơ 2 kì - 7800 7800 - - 7800 - -
- Động cơ đặc biệt (có kết
cấu khác với động cơ
kiểu piston tịnh tiến)
- 3300 3300 - - 3300 - -
Độ khói (%HSU) - - - 85 72 - 72 50
_________________________________________________________________________
26
Chương 3 CƠ CHẾ HÌNH THÀNH NOX
TRONG QUÁ TRÌNH CHÁY
CỦA ĐỘNG CƠ Đ
Ố
T
TRONG
3.1. 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:
Chất ô nhiễm Lượng phát sinh
(g/kg nhiên liệu)
NOx 20
CO 200
HC 25
Bồ hóng 2÷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.
3.2. Tác hại của Oxyde Nitơ
Chương 3: Cơ chế hình thành NOx trong quá trình cháy của động cơ đốt trong
27
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 ÷ 10µg/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.
3.2.1. 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 600µg NOx, trong đó hơn 5% là NO2. Với thuốc lá nâu thông thường, trung
bình mỗi điếu sinh ra 350µg 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.
3.2.2. 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 kiện môi
trường không khí như sau:
a. Không khí nguyên thủy nơi làm thí nghiệm
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