Phương pháp giảm phát thải từ ô tô và xe máy: Phần 1

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:122

Thêm vào BST

Báo xấu

5
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 1 cuốn sách "Các biện pháp giảm lượng phát thải từ Ô tô - xe máy" do TS. Vũ Quang Thập làm chủ biên cung cấp cho người đọc các nội dung: Tổng quan về khí thải ôtô, xe máy; hệ thống điều khiển lập trình trên động cơ ôtô; các giải pháp kỹ thuật giảm khí thải trên động cơ. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Phương pháp giảm phát thải từ ô tô và xe máy: Phần 1

CK.0000070638 BỘ CÔNG THƯƠNG I m ư ờ ng đ ạ i h ọ c s a o Đỏ TS. VŨ QUANG THẬP (Chủ biên) CÁC BIỆN PHÁP GIẢM LƯỢNG PHÁT THÀI T0 ÔTÔ - XE máv NGUYÊN ÌỆÊầ yS j n hà x u ấ t bản kh o a h ọ c v à k ỹ th u ậ t
B ộ CONG THƯƠNG - TRƯỬNG ĐẠI HỌC SAO Đỏ TS. VŨ Q U A N G T H Ậ P (C h ủ b iê n ) ThS. NGUYỄN V Ă N N A M - ThS. C A O HUY G IÁ P ThS. LÊ H O À I N A M - ThS. LÊ V Ă N T H A N G ThS. NGU YỄN C Ô N G HUY - ThS. PH A M V Ă N T H A N G GẤCBIỆN PHẤP « ĐẠIHỌC THẨINGUYÊN TEUNG TÂM IỈỘC LIỆU NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT
MỤC LỤC Trang LỜI NỐIĐAU ...............................................................................................................................5 /. TỔNG QUAN VÊ KHÍ THẢI ỔTỒ, XE MÁY ...........................................................7 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VÈ KHỈ THẢI ĐỘNG c ơ ............................................. 7 1.2. MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ VÀ NGUYÊN LÝ SINH RA KHÍ XẢ ............... 9 1.3. ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT THẢI ĐỘNG c ơ ĐỐT TRONG ....................... 12 1 4 TIÊU CHUẢN CỦA THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM VÈ NỔNG Đ ộ CHO PHÉP CÙA CÁC CHÁT Ô NHIẼM TRONG KHÍ XẢ ..........................14 1.5. QUY TRÌNH THỬ CỦA MỘT s ố NƯỚC ..................................................... 21 1.6. CÁC YÉU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐÉN NỒNG Đ ộ CÁC CHÁT Ô NHIẼM TRONG KHÍ XẢ ĐỘNG c ơ Ô T Ô .................................................................. 23 1.7. CÁC MÕ HÌNH TÍNH TOÁN PHÁT THẢI THEO CHÉ Đ ộ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG C ơ ................................................................ .......... ................. 35 1.8. MỘT S ố NGHIÊN c ứ u TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH LƯỢNG PHÁT THẢI TẠI VIỆT NAM .................................................................................................39 < U *y ĩ. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIẾN LẬP TRÌNH TRÊN ĐỘNG c ơ ÔTÔ & 43 2.1. KHÁI QUÁT VÈ HỆ THỔNG ĐIÈU KHIÉN LẠP TRÌNH CHO ĐỘNG C ơ ÔTÔ ............................................ ................................................. 43 2.2. CÁU TRÚC HỆ THỐNG ĐIÈU KHIỂN LẬP TRÌNH VÀ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIÊN ............................................................................ ........ .............46 2.3. CÁC LOẠI CẢM BIẾN VÀ TÍN HIỆU NGÕ VÀO .......................................... 50 2.4. B ộ ĐIÈU KHIẺN ĐIỆN TỬ (ECU - ELECTRONIC CONTROL UNIT) .... 66 2.5. ĐIÈU KHIÉN ĐÁNH LỬA ............................................................................... 70 2.6. ĐIÈU KHIẺN NHIÊN L IỆ U .............................................................................. 79 2.7. ĐIẾU KHIỂN PHA PHỐI K H Ỉ..........................................................................96 2.8. HỆ THỐNG T ự CHẰN Đ O Á N ........................................................................98 W ***? s. CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT GIẢM KHÍ THÀI TRÊN ĐỘNG c ơ .................100 3.1. PHƯƠNG PHÁP X Ử L Ý K H iX Ả '................................................................. 100 3.2. PHƯƠNG PHÁP HẠN CHÉ s ự BAY HƠI NHIÊN LIỆU, SẢN PH ẢM C H ÁY......................................................................................... 109 3.3. Sử DỤNG HỆTHỒNG KIÊM SOÁT ĐÁNH LỬA....................................... 113 3.4. MỘT S ố PHƯƠNG PHÁP x ử LÝ KHÍ THẢI KHÁC...................................116
4 J[_______________________________ CẤC BIỆN PHÁP GIẢM LƯỢNG PHẤT THẢI TỪ ỔTỔ - XE MÁY VAưnnỹ i. THIẾT BỊ KIẺM TRA ĐÁNH GIÁ TÌNH TRẠNG CỦA ĐỘNG c ơ 119 4.1. GIỚI THIỆU CHUNG VÈ THI ÉT BỊ PHÂN TÍCH TỒNG HỢP ĐIỆN ĐONG C ơ B I D ONE................ .................... ................. .119 4 2 THIẾT BI TRO 8040........................................................................................ 125 4.3. XÂY DỰNG QUY TRÌNH VẬN HÀNH THI ÉT B! TRO 8 0 40.......................131 4.4. ĐO KHi THẢI BÀNG THIÉT BỊ TRO 8040.................................................... 139 4.5. S ử DỤNG THIẾT BI CHÂN ĐOÁN ST8000................................................. 151 4.6. CÁC CHỨC NĂNG CỦA OSCILLOSCOPE.................................................158 4.7. HỆ THỔNG THỬ NGHIỆM ĐO PHÁC THẢI LIÊN TỤC VỚI XE MÁY ... 162 5. XÂY DỰNG QUAN HỆ GIỮA LƯỢNG PHÁT THÀI VÀ CHẾ Đ ộ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG c ơ XE MÁY ................................................................... 172 5.1. HỆ SỐ PHÁT T H À I..........................................................................................172 5.2. C ơ SỞ TÍNH TOÁN HÀM LƯỢNG PHÁT THÁI TỪ SỐ LIỆU ĐO LIÊN TỤC ........ ................................................................................................. 174 5.3. THIÉT Bị VÀ XE MÁY THÍ NGHIỆM ĐO PHÁT THẢI LIÊN TỤC........... 185 5.4. MỐI QUAN HẸ GIỮA HÀM LƯỢNG PHÁT THÂI VÀ TỐC Đ ộ X E ........186 THỬ NGHIỆM BIỆN PHÁP ĐẢM BẢO TÍNH ỐN ĐỊNH CỦA ĐỘNG c ơ ... 206 6.1. C ơ S ở LÝ THUYẾT XẦY DỰNG QUY TRÌNH CHẰN Đ O ÁN .................. 206 6.2. CHÂN ĐOÁN LÕI THEO HỆ THỐNG T ự CHÂN ĐOÁN TRÊN ĐỘNG C ơ .......................... .................... ........................................................209 6.3. KIỂM TRA CÁC THÀNH PHẢNTRONG HỆ THỐNG ĐIÈU KHIỂN ĐIỆN T ử ĐỘNG C ơ .................................... .................................................. 214 6.4 PHƯƠNG PHÁP THỬ MGHIỆM trển đ ộ n g c ơ ................................... 230 6.5. KẾT NỐI, VẬN HÀNH THI ÉT B|.................................................................... 230 6.6. KẾT QUÀ THỰC NGHIỆM............................................................................. 237 6.7. CÁC BIỆN PHÁP ĐẢM BẢO TÍNH ỒN ĐỊNH CỦA ĐỘNG c ơ TRONG QUẢ TRÌNH LÀM VIỆ C .................................. ................................. 241 'e/uMnỹ 7. NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM BIỆN PHÁP GIẢM KHÍ THÀI CÙA ÒTÔ, XE M Á Y ...................................................................................................... 245 7.1 NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ỬNG DỤNG B ộ x ú c TÁC x ử LÝ KHÍ THẢI 3 CHỨC NĂNG ĐỂ GIẢM PHÁT THẢI CHO XE MÁY..............245 7.2. NGHIỆN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM BIỆN PHÁP GIẢM KHÍ THẢI CUA OTO, XE M A Y ...................... ........... ..................... 265 TÀI LIỆU THAM K H Ả O .............................................................................................................. 290
5 T < ỉi n ó i đ a u Như chúng ta đã biết, ngành giao thông vận tài đã đang và sẽ đóng góp rất lớn vào thành quà cùa sự phát triển kinh tế - xã hội ớ mỗi quốc gia. Tại Việt Nam. hiện nay các phương tiện giao thông đang phái triển một cách rất nhanh chóng đặc biệt là ôtô, xe máy. Đáy là các phương tiện đường bộ phô biến nhất ờ nước ta, tuy nhiên khi thài từ động cơ đốt trong cua các phương tiện trên là một trong những nguôn gây ô nhiễm môi trường, làm biến đói khi hậu. anh hường lớn tới đời sống và sức khỏe con người. Vì vậy, cần có các cơ chế kiêm soát, điều chinh nham đạt đên mục tiêu giám lượng phát thài trong khi vẫn duy trì sự phát triên kinh tế - xã hội. Đê thực hiện được vấn đề này cần thực hiện đong bộ nhiều giái pháp trong thực tê, trong đó việc hiẽu biẽt vé bán chát cua động cơ ôtô, xe máy; anh hường và các tiêu chuân cho phép: các thiết bị đo và kiêm tra về khí thai cũng như các biện pháp kỹ thuật đẽ giám lượng phát thài từ ôtô. xe máy là hết sức cần thiết. Chinh vì vậy, chúng tôi biên soạn cuốn sách “Các biện pháp giảm lượng phát thải từ ôtô - xe m áy ” nhằm làm tài liệu tham khào cho sinh viên ngành Công nghệ kỹ thuật ôtô. cán bộ kỹ thuật, giàng dạy trong các cơ sờ đào tạo và bạn đọc quan tâm đến lĩnh vực ôtô. xe máy. Cuốn sách gồm 7 chương như sau: Chưomg 1. Tông quan về khi thai ótô. xe máy Chương 2. Hệ thông điêu khiên lập trình trẽn động cơ ôtô Chương 3. Các giai pháp kỹ thuật giám khi thãi trên động cơ Chương 4. Thiêt bị kiêm tra. đánh giá tình trạng cùa động cơ Chương 5. Xây dựng quan hệ giữa lượng phát thài và chế độ làm việc cùa động cơ xe máy Chương 6. Thừ nghiệm biện pháp đam bao tinh ôn định cua động cơ Chương 7. Nghiên cứu và thực nghiệm biện pháp giam khi thài cua ôtô, xe má)' Nội dung sách giới thiệu lông quan về khi thái cua ôtô, xe máv: kết cấu và nguyên lý cúạ hệ thong điều khiến lập trình trên động cơ đời mới: các biện pháp kỹ thuật chung đê giám phát thài độc hại cũng như các thiết bị dùng đê kiếm tra và
í - l -------------------- c * c BI?N PHÁP GIẢM LƯỢNG PHÁT THÀI Tư ỔTỒ - XE MÁY chán đoán tình trạng kỹ thuật cua ôtô và đặc biệt là các phuưng pháp tính toán, thu nghiêm thực tê đê đàm bao tinh ổn định và giam lượng phái th a i độc hại từ động cơ ôtô. xe máy. Từ đó đưa ra các khuyến cáo phù hạp cho người sù dụng, cho các nhà quàn lý đê việc khai thác các phương tiện trên một cách hiệu quà nhái. Tuy nliiẻn do lần đầu xuẩt ban nên cuốn sách khó tránh khói những thiếu sót. chúng lôi rát mong nhận được sự góp ý cua bạn đọc đẽ cuốn sách ngày càng hoàn thiện hcm. Mọi ỷ kiến đóng góp xin gùi về Khoa Công nghệ kỹ thuật ôtô, Trưcmg Đại học Sao Đ ó -2 4 Thái Học - Phường Sao Đo - Thị xã Chi Linh - Tinh Hai Dương Xin trân trọng câm cm. NHÓM TÁC GIẢ
TỔNG QUAN VỀ KHÍ THẢI ÔTÔf XE MÁY Trong những năm qua sự gia tăng nhanh chóng của các phương tiện giao thông cá nhân không chi tại các đô thị lớn mà ngay cà các vùng nông thôn đã không chi gây ra vấn đề kẹt xe, tắc đường mà hậu quả nghiêm trọng là vấn đề ô nhiễm khí thải động cơ đến mức báo động. Qua con số thống kê cùa các ngành liên quan, số lượng ôtô, xe máy tại các thành phố lớn nước ta hiện nay có khoáng 19 triệu chiếc, trong đó Hà Nội có 1,7 triệu chiếc, TP. Hồ Chí Minh 3,8 triệu chiếc. Hàng năm, số phương tiện này thải ra môi trường một lượng khổng lồ khí độc hại như cacbon, benzen, oxit lưu huỳnh và bụi,... Là nguyên nhân gây ra các bệnh về đường hô hấp bạch cầu. ung thư,... và là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng hiệu ứng nhà kính làm Trái Đất đang nóng lên. 1.1. G IỚ I THIỆU CHUNG VÊ KHÍ THÀI ĐỘNG c ơ Ờ động cơ đốt trong, quá trình cháy là quá trình ôxy hoá nhiên liệu và giải phóng nhiệt năng diễn ra trong buồng đốt theo cơ chế hết sức phức tạp và chịu ảnh hưởng cùa nhiều nhân tố. Quá trình cháy lí tường cùa hỗn hợp hiđrocacbon với không khí là chi sinh ra CƠ 2 , H2 O và N 2 . Tuy nhiên, do sụ không đồng nhất của hỗn hợp một cách lí tường cũng như do tính chất phức tạp của các hiện tượng lý hoá diễn ra trong quá trình cháy nên trong khí xả động cơ luôn chứa một hàm lượng đáng kể các chất độc hại như oxit nitơ (NO, NO 2 , N20 gọi chung là NOx), monoxit cacbon (CO), các hiđrocacbon chưa cháy (HC) và các hạt rấn 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. Ờ động cơ diesel, nồng độ c o rất nhỏ. chiếm tỷ lệ không đáng kể' nồng độ HC chì băng 20% nồng độ HC cùa động cơ xăng còn nồng độ NOx cùa hai loại động cơ này có giá trị tương đương nhau. Trái lại. bồ hóng là chất ô nhiễm quan trọng trong khí xả động cơ diesel, nhưng trong động cơ xăng hàm lượng của nó không đáng kể.
CÁC BIỆN PHÁP GIẢM LƯỢNG PHÁT THẢI Tơ ỜTỔ - XE MÁY l i 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 thê lên tới 0.5% đối với dầu diesel. Trong quá trinh cháy, lưu huỳnh bị ôxy hoá thành SƠ 2 , sau đó một bộ phận SO2 tiếp tục bị ôxy hoá thành SO 3 , chất có thể kết hợp với H 2 O để tạo ra H2 SO 4 . Mặt khác, đề tăng tính chống kích nổ của nhiên liệu, người ta pha thêm Thetraetyle chì Pb(C 2 Hs) 4 vào trong xăng. Sau khi cháy, những hạt chi có kích thước cực bé thoát ra theo khí xả, bay lơ lửng trong không khí và trờ thành chất gây ô nhiễm đối vớibầu khí quyển, nhất là ỡ khu vực thành phố có mật độ giao thông cao. Một trong những thông số có tính tổng quát ảnh hường đến mức độ phát sinh ô nhiễm của động cơ là hệ số dư lượng không khí Ả . Thành phần hoà khí thể hiện tỷ lệ hoà trộn giữa xăng và không khí, trong hoà khí được đặc trưng bàng hệ số Ả (hoặc a ) hoặc bằng số tỳ lệ không khí - nhiên liệu: là tỷ sô giữa không khí Gk và lượng xăng Gx chứa trong hoà khí (m = Gk/Gx). m = 14,7 : 1 đủ không khí ta có X = 1, đây là hoà khí chuẩn (lý tường) m > 14,7 : 1 dư không khi ta có X > 1, hoà khí nhạt (nghèo xăng) m < 14,7 : 1 thiếu không khí ta có X < 1, hoà khí đậm (giàu xăng) Mỗi chế độ hoạt động cùa xe đòi hòi có một thành phần nhất định. Lúc khời động lạnh yêu cầu hoà khí đậm m « 9 : 1, ờ tốc độ trung bình (bướm ga mở một phần) m « 15 : 1. Khi tăng tốc, bướm ga mờ đột ngột, cũng phải làm đậm tạm thời cho hoà khí nếu không động cơ sẽ chết máy. Hoà khí cũng được làm đậm m » 13 : 1 khi mờ rộng hoặc mờ hết bướm ga. Trên hình 1.1 thể hiện sự phụ thuộc cúa nồng độ NO, c o , và HC trong khí xả. Động co đánh lừa cưỡng bức thường làm 0.8 1 1,2 việc với hệ số dư lượng không khí X = 1 . . Theo đồ thị này thì động cơ lam việc với Hinh 1'1' Biến *hif" nồng độ các chất ô nhiểm 1 * , ____, theo hệ sô dư lưọ*ng không khí hon hợp nghèo thì có mức độ phát sinh ô a a nhiễm thấp hom. Tuy nhiên, nếu hỗn hợp quá nghèo thì tốc độ cháy thấp, đôi lúc diễn ra tinh trạng bỏ lừa và đó là nguyên nhân làm gia tăng nồng độ HC
TỔNG QUAN VẾ KHÍ THẢI ỔTỔ -X E MÁY Li Nhiệt độ cực đại cùa quá trình cháy cũng là một nhân tố quan trọng ảnh hường đến thành phần các chất ô nhiễm vì nó ảnh hường mạnh đến động học phàn ứng. đặc biệt là các phản ứng tạo NOx và bồ hóng. Nói chung tất cà nhũng thông số kết cấu và vận hành nào cùa động cơ có tác động đến thành phần hỗn hợp và nhiệt độ cháy đều ảnh hướng trực tiếp hay gián tiếp đến sự hình thành các chất ô nhiễm trong khí xả. 1.2. MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ VÀ NGUYÊN LÝ SINH RA KHÍ XÀ 1.2.1. Môi trường không khí Khí quyển Trái Đất thường được gọi là không khí được tạo bởi hai khí chính là ôxy chiếm khoáng 21% thể tích khí quyển và Nitơ chiếm khoảng 78%, 1% còn lại là bao gồm khí cacbonic và các chất tạo ra không có lợi cho con người như c o , HC. Theo cộng đồng châu Âu đưa ra khái niệm về ô nhiễm không khi vào năm 1967 như sau: “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”. Do vậy, khí thải gây ô nhiễm là những chất độc .hại có ảnh hường trực tiếp tới sức khoẻ con người và môi trường trong then gian dài bao gồm: cacbon monoxit (CO), oxit nitơ (NOx), hiđrocacbon nói chung (HC) và thành phần bụi bay theo (Particulate Matter - PM). Những chất ô nhiễm trong không khí phần lớn là những chất có mặt trong khí xả cùa động cơ đốt trong. Bàng 1.1. dưới đây cho thấy sư gia tăng nồng độ một cách đáng ngại cùa một số chất ô nhiễm trong bầu khí quyển. Tuỳ theo chính sách năng lượng của mỗi nước, sự phân bố tỷ lệ phát sinh ô nhiễm cùa các nguồn khác nhau không đồng nhất. Bàng 1.2. và 1.3. giới thiệu tỳ lệ phát thải c o HC và NOs ờ Nhật và Mỹ. Bàng 1.1. Sự gia tăng của các chất ô nhiễm trong khi quyền Chất ô nhiễm Thời kỳ tiền công nghiệp (ppm) Hiện nay (ppm) Tốc độ tăng (%/năm) C 02 270 340 0,4 n 20 0,28 0,30 0,25 CO 0,05 0,13 3 so 2 0,001 0,002 2
10 CÁC BIỆN PHÁP GIẢM LƯƠNG PHÁT THAI TỬỔTỔ- X E MẢY Bàng 1.2. Tỷ lệ phát thải các chất ô nhiễm ờ Nhật (tính theo %) Nguồn phát ô nhiễm CO HC NO, Ôtô 93,0 57,3 39 Sản xuất điện năng 0,1 0,1 21.5 Quả trình cháy trong công nghiệp 0.0 26,4 31,3 Các quá trình cháy khác 6,3 0,7 0.8 Công nghiệp dầu mỏ 0.0 14,8 5,1 Các hoạt động khác 0.6 0.7 2.6 Tổng cộng 100 100 100 Bàng 1.3. Tỷ lệ phát thải các chất ô nhiễm ờ Mỹ (tính theo %) Nguồn phát ô nhiễm co HC NOx ôtõ 64,7 45,7 36,6 Các phương tiện giao thông khác 9,0 7.2 10,5 Quá trinh cháy công nghiệp 9,1 16,8 42,8 Công nghiệp dầu mò 5,2 5.3 1,7 Các hoạt động khác 12,0 25,0 8,4 Tổng cộng 100 100 100 1.2.2. Nguyên lý sinh ra khí xả a) K hí oxit cacbon (CO) Khí CO sinh ra do sự cháy không hoàn toàn cùa nhiên liệu do thiếu ôxy trong buồng cháy (có nghĩa là hỗn hợp quá đậm) theo lý thuyết c o sẽ không sinh ra nếu có nhiều ôxy hơn lưu lượng lý thuyết yêu cầu nHung thực tế c o vẫn sinh ra trong truờng hợp đó nguyên nhân là do: CO biến thành CO 2 bới phàn ứng ôxy hoá c o + 0 2 -> C 0 2 nhưng phản ứng này diễn ra rất chậm và không hoàn toàn, do vậy c o vẫn sinh ra ngay cà khi hỗn hợp nhạt. Sự cháy không đều của khí - nhiên liệu do sự phân bố không đều trong buồng cháy. Nhiệt độ xung quanh thành xilanh thấp gây “sự dập tắt” có nghĩa là nhiệt độ quá thấp nên ngọn lừa không thể với tới những vùng này cùa xilanh
/■ TỔNG QUAN VỀ KHÍ THẢI ỔTỔ - XE MÁY Nhìn chung nồng độ c o ữong khí xả được quyết định bời tỷ lệ khí - nhiên liệu, do vậy cách tốt nhất đế giám khí xả là thúc đây sự cháy diễn ra hoàn toàn bàng cách tạo ra tỷ lệ khi - nhiên liệu tốt nhất có thể. b) K h i hiđrocacbon (HC) Có nhiều nguyên nhân dẫn đến khí hiđrocacbon được sinh ra. cụ thể là: - Tỷ lệ khí nhiên liệu không đúng. Lượng HC trong khí xả tăng khi hỗn hợp khí - nhiên liệu trờ lên quá đậm gây nên sự cháy không hoàn toàn do thiếu ôxy. nhưng nếu hỗn hợp quá nhạt nồng độ HC cũng tăng do thiếu nhiên liệu sẽ làm chậm sự lan truyền cùa ngọn lừa, kết quà là nhiên liệu bị đẩy ra khòi buồng cháy trước khi cháy hoàn toàn và có thê xảy ra hiện tượng bó máy. - Ap suât cuôi kỳ 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 xilanh chi có một ít nhiên liệu được hút vào qua mạch tốc độ thấp, áp suất nén thấp nhung hỗn hợp rất đậm gây hiện tượng bỏ máy và HC không cháy đi ra ngoài môi trường không khí. - Sự trừng lặp đóne mờ xupap trong khoãng thời gian ngắn lúc cả hai xupap nạp, xupap xà đều mờ, một lượng nhó HC bị hút ra khói buồng cháy qua xupap xả trước khi cháy. - Sự dập tẳt neọn lứa do nhiệt độ eiảm đột ngột ờ những vùng xung quanh thành xilanh ngăn cản hỗn hợp khí - nhiên liệu vùng này bắt lừa làm nhiên liệu không cháy hay cháy một phần sau đó được xả ra ngoài ưong kỳ xà. c) Các oxit nitff (NOx) Có đến 95% NOx có trong khí xả là NO. NOy sinh ra do cháy hoàn toàn nhiều hom là khi cháy không hoàn toàn vì chi khi nhiệt độ đù cao (> 1800°C) thi phản ứng hoá học mới tạo ra được NO ( N ị + O: -» 2NO). Do vậy cách tốt nhất để giảm lượns khí NOx là giám nhiệt độ trong buồng cháy xuống dưới 1800°c hoặc giám thời sian xuất hiện nhiệt độ cao hoặc có thề giảm nồng độ ôxy. d) Bồ hóng gồm các hạt rắn nhỏ và các chất lông bám theo Các hạt ran gồm cacbon tự do các chắt phụ gia dằu bôi trơn và hạt sát do mài mòn. Nó được sinh ra trona quá trình cháy cùa động cơ diesel. Ngoài các chất độc hại trên trona khí xà còn chứa các chất như lưu huỳnh (Sì anđêhit và các hợp chất chứa chì.
CÁC BIỆN PHÁP GIẢM LƯỢNG PHÁT THẢI Từ ỠTỔ-XE MÁY 1.3. ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT THẢI ĐỘNG c ơ ĐỐT TRONG 1.3.1. Đối với sức khoẻ con người CO: Monoxit cacbon là sản phẩm khí không màu. không mùi. không vị. sinh ra do ôxy hoá khône hoàn toàn cacbon trong nhiên liệu trong điều kiện thiếu ôxy. c o ngăn càn sự dịch chuyền cùa hồng cầu trong máu làm cho các bộ phận cùa cơ thể thiếu ôxy. Nạn nhân bị từ vong khi 70% số hồng cầu bị khống chế (khi nồng độ c o trong không khí lớn hơn lOOOppm). Ờ nồng độ thấp hơn, c o cũng có thể gây nguy hiểm lâu dài đối vói con người: khi 20 % hồng cầu bị khống chế, nạn nhân bị nhức đầu. chóng mặt. buồn nôn và khi tỳ số này lên đến 50% thì bộ não người bất đầu bị ành hường mạnh. NOx: là họ các oxit nitơ. trong đó NO chiếm đại bộ phận. NOx được hình thành do N 2 tác dụng với Ơ2 ở nhiệt độ cao (vượt quá 1100°C). Monoxit nitơ (x = 1) không nguy hiềm nhiều, nhưng nó lại là cơ sở để tạo ra nitơ dioxit (x = 2). NO 2 là chất khí màu hơi hồng, có mùi. khứu giác có thể phát hiện khi nồng độ của nó trong không khí đạt khoảng 0,12 ppm. NO 2 là chất khó hoà tan. do đó nó có thề theo đường hô hấp đi sâu vào phổi gây viêm và làm huỷ hoại các tế bào của cơ quan hô hấp. Nạn nhân bị mất ngủ, ho và khó thờ. Protonitơ (N 2 O) là chất cơ sờ tạo ra ozone ớ hạ tầng khí quyển. HC: Hiđrocacbon có mặt trong khí thài 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 khoè con người chủ yếu là do các hiđrocacbon thơm. Từ lâu người ta đã xác định được vai ữò cùa benzen trong càn bệnh ung thư máu khi nồng độ cùa nó lớn hơn 40 ppm hoặc gây rối loạn thần kinh khi nồng độ lớn hơn lg/m 3, đôi khi nó là nguyên nhân gây các bệnh về gan. SO2 : Oxit lưu huỳnh là một chất háo nước, vì vậy nó rất dễ hoà tan vào nước mũi, bị ôxy hoá thành H 2 SO4 và muối amonium roi đi theo đường hô hấp vào sâu trong phổi. Mặt khác. SO2 làm giàm khả năng đề kháng của cơ thể và làm tăng cường độ tác hại cùa các chất ô nhiễm khác đối với nạn nhân. Bồ hóng: Bồ hóng là chất ô nhiễm đặc biệt quan trọng trong khí xà động cơ diesel. Nó tồn tại dưới dạng những hạt rắn có đường kính trung bình 0.3 mm nên rất dễ xâm nhập sâu vào phôi. Sự nguy hỉêm của bô hóng, ngoài việc gây trở ngại cho cơ quan hô hấp như bât kỳ một lạp chât cơ học nào khác cỏ mặt trong không khí, nỏ còn là nguyên nhân gây ra bệnh ung thư do các hiđrocacbon thơm mạch vòng (HAP) hấp thụ trên bề mặt của chủng trong quá trinh hình thành. Chi: Chì có mặt trong khí xã Thetraetyl chì Pb(C 2 H j )4 được pha vào xăng để tăng tính chông kích nô của nhiên liệu. Chì ữone khí xà độne cơ tồn tại dưới dạng những hạt có
% u » y /- TỔNG QUAN VẺ KHÍ THẢI ỔTỞ - XẸ MẤY 13 đường kính cực bé nên rất dễ xâm nhập vào cơ thê qua da hoặc theo đường hô hâp. Khi đã vào được trong cơ thể, Khoàng từ 30% đến 40% lượng chì này sẽ đi vào máu. Sự hiện diện cùa chì gây xáo trộn sự trao đồi ion ỡ não, gây trớ ngại cho sự tông hợp enzyme đê hình thành hồng cầu, và đặc biệt hơn nữa, nó tác động lên hệ thần kinh làm trẻ em chậm phát triền trí tuệ. Chì bất đầu gây nguy hiểm đối với con người khi nồng độ của nó trong máu vượt quá 200 đến 250mg/lít. 1.3.2. Đối với môi trường a) Thay đối nhiệt độ kh í quyển Sự hiện diện của các chất ô nhiễm, đặc biệt là những chất khí gây hiệu ứng nhà kính, trong không khí trước hết ảnh hường đến quá trình cân bàng nhiệt cùa bầu khí quyển. Trong số những chất gây hiệu ứng nhà kính, người ta quan tâm đến khi cacbonic CO 2 vì nó là thành phần chính trong sản phẩm cháy cùa nhiên liệu có chứa thành phần cacbon. Với tốc độ gia tăng nồng độ khi cacbonic trong bầu khí quyên như hiện nay. người ta dự đoán vào khoáng giữa thế kỳ XXII, nồng độ khí quyển có thể tăng lên gấp đôi. Khi đó theo dự báo cùa các nhà khoa học, sẽ xảy ra sự thay đồi quan trọng đối với sự cân bang nhiệt ữẽn Trái Đất: - Nhiệt độ bầu khí quyển sẽ tàng lên từ 2 đến 3°c. - Một phần băng ờ vùng Bắc cực và Nam cực sẽ tan làm tăng chiều cao mực nước biển. - Làm thay đồi chế độ mưa gió và sa mạc hoá thêm bề mặt Trái Đất. b) Anh hir&ng đến sinh thái Sự gia tàng của NOx, đặc biệt là protoxyde nitơ NịO có nguy cơ làm gia tăng sự huỳ hoại lớp ozon ờ thượng tầng khí quyển, lớp khí cằn thiết đê lọc tia cực tim phát xạ từ mặt trời. Tia cực tím gây ung thư da và gây đột biến sinh học. đặc biệt là đột biến sinh ra các vi trùng có khá năng làm lây lan các bệnh lạ dẫn tới huý hoại sự song cùa mọi vật trên Trái Đất giống như điều kiện hiện nay trên Sao Hoà. Mặt khác, các chất khí có tính axit như SO 2 , NOị. bị ôxy hoá thành axit sunfuric. axit nitric hoà tan trong mưa. trong tuyết trong sương mù,... làm huỷ hoại thảm thực vật trên mặt đất và gây ăn mòn các công trinh kim loại (mưa axit).
CÁC BIỆN PHÁP GIẢM LƯỢNG PHÁT THẢI Từ ŨTỒ - XE MÁY 1.4. TIÊU CHUẨN CỦA THÊ GIỚ I VÀ VIỆT NAM VỀ NỒNG ĐỘ CHO PHÉP CỦA CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ XÀ 1.4.1. Tiêu chuẩn cùa thế giới a) Đối với các chất ô nhiễm thể khí • Mỹ Bàng 1.4 giới thiệu sự thay đổi về giới hạn nồng độ cho phép của các chất ô nhiễm trong khí xả ôtô ớ Mỹ theo thời gian đối với ôtô du lịch. Giới hạn này được áp dụng ờ hâu hêt các bang, trừ bang California và New York (những bang có yêu câu khăt khe hơn) và đo theo quy trình FTP 75. Các bàng này cho thấy mức độ khắt khe của tiêu chuẩn tăng dần theo thời gian: nồng độ cho phép của co từ 84 g/dặm năm 1960 giảm xuống còn 3.4 g/dặm hiện nay (giảm khoảng 25 lần); nồng độ HC cũng trong thời gian đó giảm từ 10.6 g/dặm xuống còn 0,25 g/dậm (giảm khoảng 40 lần); mức độ giàm NO, có thấp hơn. từ 4,1 xuống 0.4 (giảm 10 lần). Bàng 1.4. Tiêu chuẳn cùa Mỹ đối với õtõ du lịch (tính theo g/dặm, quy trình FTP75) Năm CO HC NO, 1960 84 10.6 4,1 1968 51 6,3 0,4 1970 34 4,1 0,4 1972 28 3.0 0,4 1973 28 3,0 3,1 1975 15 1.5 3.1 1977 15 1.5 2.0 1980 7,0 0,41 2.0 1983 3,4 0,41 1,0 Dự kiến 3.4 0,25 0,4 • Cộng đồng châu Ầu Trong bàng 1.5 là mức độ phát sinh ô nhiễm cho phép đối với xe du lịch và xe tải hạng nhẹ theo quy trình thừ ECE áp dụng ờ cộng đồng châu Âu.
SB fcay /■ TỔNG QUAN VÉ KHÍ THẢI ỔTÕ - XE MẨY___ ___ ____________________ f_ Ị5 Bảng 1.5. Tiêu chuẩn' cộng đồng châu Àu đối với xe du lịch và xe vận tải hạng nhẹ Loại động cơ CO HC + NO, NOx Năm áp dụng (V (lít) là thể tích xilanh) (g/km) (g/km) (g/km) Xăng V > 2,0 6.17 1,6 0,86 1988 Xăng 1,4< v< 2,0 7.4 1.97 - 1991 Xăng v < 1.4 4.6 1,23 - 1992 Diesel V > 2,0 7,4 1.97 - 1988 Diesel 1,4 < V 1760 kg
16 II_____________ ____ CÁC BIỆN PHÁP GIẦM LƯỢNG PHẦT THẢI Tử ỔTỔ - XE MÁY Từ năm 1991 đến nay cộng đồng châu Âu đã áp dụng các tiêu chuẩn sau: Euro I năm 1991, Euro II năm 1996, Euro III năm 2000 và Euro IV năm 2005. Với mỗi tiêu chuân mới ra đời, nồng độ giới hạn của khí thài lại thấp hơn so với tiêu chuẩn trước. Bàng 1.6 cho ta thấy điều đó. Hệ thống Euro áp dụng cho tất cả các loại xe trên 4 bánh lắp động cơ đốt trong chạy bằng nhiên liệu xăng, dầu, LPG (Liquefied Petroleum Gas) và chia theo tính nãng như: xe du lịch, xe công suất nhò, xe còng suất lớn và xe bus. • Nhật Bàn - Đối với ôtô du lịch sử dụng động cơ xăng: Tiêu chuẩn Nhật Bàn theo chu trình thừ 10 chế độ và 11 chế độ úng với các loại ôtô khác nhau trình bày trên các bảng 1.7, 1.8, 1.9. Bảng 1.7. Tiêu chuẩn Nhật Bàn đổi vỡi ôtô du lịch sử dụng động CO’ xăng CO (g/km) HC (g/km) NO, (g/km) Năm 10 chế độ 11 chế độ 10 chế độ 11 chế độ 10 chế độ 11 chế độ 1973 26 - 3,80 - 3,00 - 1975 2,7 20,81 0,39 2,33 1,60 2,70 1976 2.7 20,81 0,39 2,33 1,20 2,20 1978 2,7 20,81 0,39 2,33 0,48 1.47 1988 2,7 20,81 0,39 2,33 0,25 1.47 Bàng 1.8. Tiêu chuẳn Nhật Bản với ôtỏ du lịch sử dụng động cơ diesel CO (g/km) HC (g/km) NOx (g/km) Năm 10 chế độ 11 chế độ 10 chế độ 11 chế độ 19 chế độ ) 1 chế độ 1974 - 680ppm - 670ppm - 590ppm 1977 - 680ppm - 670ppm - 500ppm 1979 - 680ppm - 670ppm - 450ppm 1982 - 680ppm - 67ppm - 390ppm 1983 - 680ppm - 670ppm - 610ppm 1987 2,7 (g/km) - 0,62 (g/km) - 0,98 (g/km) -
% u » y /. TỔNG QUAN VÉ KHÍ THẢI ổĩO - XE MÁY _________ _________________________ II w Bàng 1.9. Tiêu chuẩn Nhật Bàn đối với õtô vặn tài nhẹ sử dụng động cơ xăng hay LPG CO (g/km) HC (g/km) NOx Năm 10 chế độ 11 chế độ 10 chế độ 11 chế độ 10 chế độ 11 chế độ 1973 26 - 3,8 - 3,0 - 1975 17 31,83 2.7 4,16 2,3 4.9 1979 17 31.89 2.7 4,16 1.6 2,69 1981 17 31,83 2,7 4,16 1,26 2,33 1988 17 31,83 2.7 4,16 0,7 2,33 Các loại xe vận tài và xe buýt sứ dụng động cơ diesel tuân theo cùng tiêu chuẩn ô nhiễm cùa xe du lịch dùng động cơ diesel. • Các nước khác Các nước đang phát triền sử dụng quy trinh thừ cùa các nước phát triển và ấn định mức độ phát sinh gây ò nhiễm cho phép phù hợp với điều kiện cùa nước mình. Quy trình thừ và giới hạn cho phép về nồng độ các chất ô nhiễm trong khi xà động cơ ờ một số nước đối với ôtô có tài trọng nhò hơn 2,7 tấn áp dụng ờ một so nước được giới thiệu trong bàng l.io . Các nước đang phát triên sứ dụng các chủ trinh cùa Mỹ. châu Âu và Nhật Bàn. Tính khắt khe về giới hạn nồng độ các chất ô nhiễm tăng dần theo thời gian. Bàng 1.10. Quy trình thử và giới hạn ô nhiễm ờ một số nước đang phát triển Nước Năm Quy trình CO (g/km) HC (g/km) NOx(g/km) 1975 FTP 75 15,53 1.24 1.92 Canada 1987 FTP 75 2.11 0,25 0,62 1994 FTP 75 2,11 0,15 0,25 1976 FTP 72 24,20 2.10 1,90 Australia và 1982 FTP 72 22,00 1,91 1,73 Newzealand 1986 FTP 75 9,30 0,93 1,90 1987 ECE 14.31 4,96 (HC+NO,) Đài Loan 1988 ECE 14,31 4,96 (HC+NO,) 1989 FTP 7i] ; u 0,25 0,25 '40,-M i Nimi VF.N
18J CÁC BIỆN PHÁP GIẢM LƯỢNG PHÁT THẢI TỪ ỒTỒ - XE M /'' Nước Năm Quy trình CO (g/km) HC (g/km) NOx(g/km) Singapor Israel 1986 ECE Tiêu chuẩn châu Âu Ả rập Xê-út 1983 10 c.độ 26 3,8 3.0 1984 10 c.độ 18 2,8 2.5 Hàn Quôc 1987(1) FTP 75 8 2,1 1.5 1987(2) FTP 75 2,11 0,25 0,62 1989 FTP 75 21.9 1.99 2,29 1990 FTP 75 18.52 1.79 1,99 Mêxicô 1991 FTP 75 6,96 0.70 1,39 1993 FTP 75 2.11 0,25 0.62 1988 FTP 75 24 2.10 2.00 Brazil 1992 FTP 75 12 1.20 1,40 b) Các quy định về nông độ bô hóng trong khí xà động CO' diese/ Các quy định về nồng độ cho phép của các chất ô nhiễm dạng khí trong khí xà động cơ được áp dụng rất sớm so với các quy định về nồng độ bồ hóng. Tiêu chuẩn liên bang Hoa Kỳ quy định, theo chu trình đo 2.8, độ mờ không vượt quá 20% khi gia tốc 15% khi phanh và 50% ờ một điểm bất kỳ cùa chu trinh. Theo tiêu chuẩn Cộng đồng châu Âu ờ chế độ ồn định đầy tải. giới hạn của hệ số hấp thụ quang học theo lưu lượng cùa dòng khi xà cho ỡ bảng 1 . 1 1 . Tiêu chuân độ khói trong khí xà động cơ diesel được đo theo các đơn vị khác nhau phụ thuộc từng nước: hệ số hấp thụ quang học k (Cộng đồng châu Âu. Australia. Brazil), độ mờ (Mỹ. Hàn Quốc), chi số Bosch (Nhật Ban. Thụy Điển). Bàng 1.12. oiới thiệu tiêu chuân độ khói của một sô nước.