Phần 2 của bài giảng Ô tô và ô nhiễm môi trường tiếp tục cung cấp cho học viên những nội dung về: các biện pháp kĩ thuật làm giảm mức độ gây ô nhiễm của động cơ đốt trong; động cơ sử dụng nhiên liệu khí - một giải pháp làm giảm ô nhiễm môi trường; xu hướng phát triển động cơ ô tô nhằm làm giảm ô nhiễm môi trường;... Mời các bạn cùng tham khảo!
Chương CÁC BIỆN PHÁP KĨ THUẬT LÀM GIẢM MỨC ĐỘ GÂY Ô NHIỄM CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Trong chương này, nghiên cứu biện pháp làm giảm mức độ phát sinh ô nhiễm trình cháy động đốt giải pháp kĩ thuật xử lí nhiễm đường xả xúc tác hay lọc 7.1 Giảm mức độ phát sinh ô nhiễm từ nguồn Trong thập niên tới, mối quan tâm hàng đầu việc thiết kế động giảm mức độ phát sinh ô nhiễm từ nguồn, nghĩa trước khỏi soupape xả Vì vậy, nhà thiết kế động không trọng đơn công suất hay tính kinh tế động mà phải cân nhắc tiêu mức độ phát sinh ô nhiễm 7.1.1 Động đánh lửa cưỡng Đối với động đánh lửa cưỡng bức, ba chất ô nhiễm cần quan tâm NOx, HC CO Ảnh hưởng tổng quát yếu tố kết cấu vận hành động đến hình thành chất nhiễm phân tích chương Ở động hệ làm việc với hỗn hợp nghèo, người ta khống chế thêm vận động rối hỗn hợp nhiên liệu-khơng khí q trình cháy để làm giảm nồng độ chất nhiễm, đặc biệt HC Sự tăng cường chuyển động rối làm tăng tốc độ lan tràn màng lửa hạn chế việc xuất vùng 'chết' (gần thành buồng cháy) Gia tăng vận động rối thực cách: - Gia tăng vận động xoáy lốc hỗn hợp đường ống nạp - Sử dụng hai soupape nạp động làm việc chế độ toàn tải soupape làm việc tải cục - Tạo tia khí tốc độ cao phun vào đường nạp phụ có kích thước nhỏ đường ống nạp Việc lựa chọn phương pháp phun nhiên liệu riêng rẽ cho cylindre hay phun tập trung cổ góp đường nạp phụ thuộc nhiều yếu tố (khả điều chỉnh, tính kinh tế-kỹ thuật, giá thành ) Phương pháp phun nhiên liệu có ảnh hưởng đến hình thành chất ô nhiễm Thật vậy, phương pháp phun tập trung có ưu điểm thời gian dành cho việc bốc nhiên liệu tương đối dài hạn chế tượng ngưng tụ 104 Chương 7: Các biện pháp kĩ thuật làm giảm mức độ gây ô nhiễm động đốt nhiên liệu đường ống nạp, phương án phun riêng rẽ cho phép tránh không đồng thành phần hỗn hợp cylindre Việc điều chỉnh góc độ phối khí biện pháp làm hài hịa tính động mức độ phát ô nhiễm HC NOx Gia tăng góc độ trùng điệp làm tăng lượng khí xả hồi lưu làm giảm NOx Sự thay đổi quy luật phối khí gây ảnh hưởng đến phát sinh HC Những động ngày có khuynh hướng dùng nhiều soupape với trục cam điều chỉnh góc độ phối khí Giải pháp cho phép giảm nồng độ HC NOx từ 20 đến 25% so với động kiểu cũ có tính kinh tế-kĩ thuật Cuối cùng, động làm việc với hỗn hợp nghèo, việc làm giảm nồng độ NOx khí xả thực riêng rẽ hay đồng thời hai giải pháp sau đây: - Tổ chức trình trình cháy với độ đậm đặc thấp (f = 0,60-0,70) - Hồi lưu phận khí xả (EGR: Exhaust Gas Recirculation) Ngày nay, hệ thống hồi lưu khí xả dùng phổ biến tất loại động đánh lửa cưỡng cổ điển hay động hệ làm việc với hỗn hợp nghèo Nó cho phép làm bẩn hỗn hợp số chế độ công tác động nhằm làm giảm nhiệt độ cháy làm giảm nồng độ NOx Về mặt kết cấu nói chung, hệ thống hồi lưu khí xả gồm van hồi lưu, hệ thống điều khiển điện trợ lực khí nén vi xử lí chuyên dụng Bộ vi xử lí nhận tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ khí nạp, tốc độ động cơ, lượng nhiên liệu cung cấp Sau xử lí thơng tin nhờ quan hệ lưu trữ sẵn nhớ, vi xử lí phát tín hiệu để điều khiển hệ thống điện trợ lực khí nén đóng mở van hồi lưu quay ngược lượng khí xả thích hợp vào đường nạp Hệ thống hồi lưu khí xả phải điều chỉnh theo tốc độ tải động để tránh xảy tượng cháy khơng bình thường làm gia tăng HC khí xả Trong q trình làm việc, van điều khiển khí xả hồi lưu bị kẹt ngưng tụ sản phẩm cháy nên cần phải pha chất phụ gia tẩy rửa vào xăng 7.1.2 Động Diesel Đối với động Diesel giải pháp kĩ thuật tối ưu làm giảm mức độ phát sinh ô nhiễm buồng cháy cần phải cân nhắc nồng độ chất HC, NOx bồ hóng khí xả Như phân tích chương 6, việc thay đổi góc phun sớm có ảnh hưởng trái ngược đến nồng độ HC NOx (hình 7.1) 105 HC 200 200 NOx Chương 7: Các biện pháp kĩ thuật làm giảm mức độ gây ô nhiễm động đốt 100 100 +4 +2 -2 Góc bắt đầu phun tối ưu -4 -6 Gqtk Trễ Sớm Hình 7.1 : Ảnh hưởng góc phun sớm đến hình thành HC NOx khí xả động Diesel Các nhà chế tạo động Diesel đề nhiều biện pháp khác kĩ thuật phun tổ chức trình cháy nhằm giới hạn nồng độ hai chất nhiễm Các biện pháp là: - Tăng tốc độ phun để làm giảm nồng độ bồ hóng tăng tốc độ hịa trộn nhiên liệu-khơng khí - Tăng áp suất phun, đặc biệt động phun trực tiếp - Điều chỉnh dạng quy luật phun (quan hệ lưu lượng-thời gian) theo khuynh hướng kết thúc nhanh trình phun để làm giảm HC Đối với động Diesel, dạng hình học buồng cháy ảnh hưởng đến mức độ phát sinh ô nhiễm quan trọng động xăng Cũng động xăng, hồi lưu khí xả biện pháp hiệu để giảm mức độ phát sinh NOx động Diesel Tuy nhiên, mặt kết cấu, hệ thống hồi lưu khí xả động Diesel phức tạp độ chân không đường nạp bé không đủ sức mở van hồi lưu Vì vậy, ngồi vi xử lí chuyên dụng, van điện từ trợ lực khí nén van hồi lưu, hệ thống cịn có bơm tạo chân khơng (hình 7.2) Mặt khác, người ta sử dụng thêm phương pháp phụ sau để tăng độ chân khơng để hút khí xả vào đường nạp: - Tiết lưu đường nạp để tạo độ chân không cần thiết - Sử dụng bơm đặc biệt để hút khí xả - Trích khí cháy hồi lưu trước turbine sau qua lọc 106 Chương 7: Các biện pháp kĩ thuật làm giảm mức độ gây ô nhiễm động đốt Bơm hút Van điện/khí nén Lọc Van hồi lưu khí xả Bộ trao đổi khơng khí/khơng khí Lưu lượng kế Tốc độ Máy nén Bộ vi xử lý Lọc khí Lưu lượng nhiên liệu Hình 7.2: Sơ đồ ngun lí hệ thống hồi lưu khí xả động Diesel Hiện nay, tỉ lệ khí xả hồi lưu động Diesel tơ du lịch cịn thấp Trong tương lai, chắn tỉ lệ phải tăng lên để thỏa mãn luật môi trường ngày trở nên khắt khe Tuy nhiên, khí xả hồi lưu làm tăng nồng độ bồ hóng (hình 7.3) điều cần phải xem xét Cũng động đánh lửa cưỡng bức, khí xả hồi lưu nguồn gây bẩn đường nạp buồng cháy Vì vậy, việc sử dụng rộng rãi hệ thống hồi lưu khí xả động Diesel cần phải song song với việc phát triển dầu Diesel có chứa chất tẩy Phát sinh bồ hóng (mg/g nhiên liệu) Phát sinh NOx (mg/g nhiên liệu) 12 0,8 0,4 0% 10% 107 20% Tỉ lệ khí xả hồi lưu 30% Chương 7: Các biện pháp kĩ thuật làm giảm mức độ gây ô nhiễm động đốt Hình 7.3: Ảnh hưởng tỉ lệ khí xả hồi lưu đến mức độ phát sinh NOx hạt rắn Cuối cùng, tương lai, việc hoàn thiện điều chỉnh điện tử tổ hợp, tác động lúc đến nhiều thơng số: góc phun sớm, lượng nhiên liệu chu trình, lượng khí xả hồi lưu lắp xe du lịch xe vận tải góp phần đáng kể vào việc làm giảm mức độ phát nhiễm từ q trình cháy 7.2 Xử lí khí xả xúc tác Việc xử lí khí xả động đốt xúc tác nghiên cứu phát triển Mĩ Châu Âu từ năm 1960 Đầu tiên, người ta sử dụng xúc tác oxy hóa động hoạt động với hỗn hợp giàu Sau đó, hệ thống xúc tác lưỡng tính phát triển để xử lí khí xả Hệ thống bao gồm xúc tác khử, cung cấp khơng khí xúc tác oxy hóa Bộ xúc tác 'ba chức năng' đưa vào sử dụng từ năm 1975 động đánh lửa cưỡng làm việc với hệ số dư lượng không khí a xấp xỉ trở thành xúc tác ứng dụng rộng rãi Từ năm 1990, xúc tác áp dụng động đánh lửa cưỡng làm việc với hỗn hợp nghèo, động Diesel động kì Trong chờ đợi giải pháp kĩ thuật lí tưởng nhằm hạn chế triệt để chất nhiễm từ q trình cháy việc xử lí khí xả xúc tác biện pháp hữu hiệu để giảm mức độ phát sinh ô nhiễm ô tô Người ta ước tính đến năm 2000-2005 có 80% tơ lưu hành trang bị xúc tác 7.2.1 Bộ xúc tác ba chức Bộ xúc tác 'ba chức năng' (three-way) xúc tác cho phép xử lí đồng thời CO, HC NOx phản ứng oxy hóa-khử (hai chất bị oxy hóa cịn chất thứ ba bị khử) 7.2.1.1 Nguyên tắc chung cấu tạo xúc tác Các phản ứng diễn xúc tác gồm: ⎧ → CO ⎪⎪ CO + O Oxy hóa ⎨ y⎞ y ⎛ ⎪C x H y + ⎜ x + ⎟ O → xCO + H O ⎝ ⎪⎩ 4⎠ 108 Chương 7: Các biện pháp kĩ thuật làm giảm mức độ gây ô nhiễm động đốt ⎧ → N + H 2O ⎪ NO + H 2 ⎪ ⎪ Khº ⎨ NO + CO → N + CO 2 ⎪ y ⎛ ⎞ ⎪⎜ x + ⎟ NO + C H → ⎛⎜ x + y ⎞⎟ N + xCO + y H O x y ⎝ ⎪⎩⎝ 2⎠ 4⎠ 2 Hai phản ứng oxy hóa diễn độ đậm đặc f nhỏ hay (hỗn hợp nghèo) Trong đó, ba phản ứng phân hủy NO diễn thuận lợi hỗn hợp giàu Trong phản ứng khử, người ta quan tâm đến NO thành phần chủ yếu NOx Trong điều kiện nhiệt độ, việc oxy hóa CO, HC khử NOx (nghĩa phản ứng kể phải diễn lúc với tốc độ đủ lớn), diễn cách đồng thời hệ số dư lượng khơng khí hỗn hợp nạp vào động xấp xỉ Đó lí giải thích tất tơ có xúc tác ba chức phải làm việc với tỉ lệ hỗn hợp cháy hồn tồn lí thuyết tỉ lệ điều chỉnh nhờ cảm biến lambda Tỉ lệ biến đổi chất ô nhiễm qua xúc tác nhạy cảm thay đổi tỉ lệ hỗn hợp (hình 7.4) Mặt khác, việc trì thành phần hỗn hợp có f=1 ngồi việc tăng tỉ lệ biến đổi chất nhiễm cịn hạn chế phản ứng 'nhiễu' tạo N2O (protoxyde nitơ): 2NO + CO → N 2O + CO 2NO + H → N 2O + H O 2NO + hydrocarbure → N 2O + H 2O + CO 100 Cường độ phản ứng bé độ đậm đặc hỗn hợp xấp xỉ 80 HC 60 CO NOx 40 20 NO ->N2O -0,2 -0,1 0,1 Cháy hoàn tồn lí thuyết 0,2 Biến thiên tỉ số khơng khí/nhiên liệu Hình 7.4: Biến thiên hiệu ống xả xúc tác chức theo độ lệch tỉ số khơng khí/nhiên liệu so với giá trị cháy hồn tồn lí thuyết 109 Chương 7: Các biện pháp kĩ thuật làm giảm mức độ gây ô nhiễm động đốt Hệ thống xúc tác bao gồm gộp đỡ (support) lớp kim loại hoạt tính Ngày gộp gốm hay kim loại liền khối, gọi monolithe, dùng rộng rãi Gộp đỡ monolithe ống trụ tiết diện tròn hay ovale bên chia nhỏ vách ngăn song song với trục Mặt cắt ngang phận cơng tác có dạng tổ ong với tiết diện tam giác hay vng Đối với động có cơng suất khoảng 100kW, tiết diện tổng cộng cần thiết phần tử cơng tác khoảng 130cm2 thể tích tổng cộng monolithe khoảng 2-3 lít (0,02-0,03 dm3/kW) Vật liệu gồm dùng phổ biến cordiérite: 2MgO,2Al2O3,5SiO2 Vật liệu có ưu điểm nhiệt độ nóng chảy cao (1400°C) chịu đựng nhiệt độ khí xả nhiệt độ xúc tác (đôi lúc lên đến 1100°C) Gộp đỡ monolithe kim loại ngày có nhiều ưu Nó chế tạo thép khơng rỉ có bề dày bé Ưu điểm kim loại dẫn nhiệt tốt cho phép giảm thời gian khởi động hệ thống xúc tác Lớp hoạt tính nơi diễn phản ứng xúc tác chế tạo kim loại quý mạ thành lớp mỏng vật liệu (wash-coat) Vật liệu cần thiết gộp đỡ (kim loại hay gốm) có diện tích bề mặt riêng thấp Vật liệu chủ yếu lớp nhôm gamma, bề dày khoảng 20-50 micron tráng bề mặt rãnh gộp Sự diện cho phép làm tăng bề mặt riêng gộp thuận lợi cho hoạt tính xúc tác kim loại q Ngồi nhơm ra, vật liệu chứa thành phần ổn định kim loại khởi động cho hoạt tính xúc tác Có loại kim loại q thường dùng để tráng bề mặt vật liệu nền: Platine, Palladium, Rhodium Hai chất (Pt, Pd) dùng cho phản ứng xúc tác oxy hóa, Rh cần thiết cho phản ứng xúc tác khử NOx thành N2 Thành phần Pt/Pd lựa chọn dựa số yêu cầu tính xúc tác: hiệu xúc tác nhiệt độ thấp, độ bền, tuổi thọ Khối lượng kim loại quý dùng cho xúc tác thấp, khoảng từ đến gam cho tơ Ngồi ra, xúc tác chứa chất khác kền, cérium, lanthane, baryum, zirconium, sắt, silicium với hàm lượng bé Những chất tăng cường thêm hoạt tính xúc tác, tính ổn định chống lão hóa kim loại quý 7.2.1.2 Khởi động xúc tác Bộ xúc tác ba chức phát huy tác dụng nhiệt độ làm việc lớn 250°C Khi vượt qua ngưỡng nhiệt độ này, tỉ số biến đổi chất ô nhiễm xúc tác tăng nhanh, đạt tỉ lệ lớn 90% Do đó, ô tô xúc tác tác động sau khoảng thời gian khởi động định để nhiệt độ xúc tác đạt giá trị ngưỡng Trong khoảng thời gian đó, chất nhiễm khí xả khơng xử lí Thực nghiệm cho thấy xúc tác đạt nhiệt độ ngưỡng sau ô tô chạy từ đến km thành phố 110 Chương 7: Các biện pháp kĩ thuật làm giảm mức độ gây ô nhiễm động đốt Nhiệt độ khởi động xúc tác định nghĩa nhiệt độ mà tỉ lệ biến đổi chất ô nhiễm đạt 50% Hình 7.5 cho thấy nhiệt độ khởi động xúc tác thay đối theo thành phần hóa học hỗn hợp cần xử lí Nói chung alkane chuỗi ngắn, đặc biệt méthane hydrocarbure khó oxy hóa nhất; hydrocarbure thơm, alcène, oxy hóa nhiệt độ tương đối thấp Vì vậy, động cơ, nhiệt độ khởi động xúc tác chênh lệch từ 10 đến 20 độ tùy theo thành phần nhiên liệu sử dụng Một biện pháp dùng để giảm thời gian khởi động sấy xúc tác điện Biện pháp tốn kém, công suất cần thiết thiết bị sấy tương đối cao (khoảng 5,5kW để đạt nhiệt độ sấy từ 300 đến 350°C 15s) 7.2.1.3 Sự lão hóa xúc tác Tính hiệu xúc tác giảm dần theo thời gian sử dụng (hình 7.6) Nguyên nhân gây lão hóa tác động đồng thời tác nhân hóa, lí, nhiệt học, tác nhân hóa học nhiên liệu trực tiếp hay gián tiếp gây quan trọng 800 Nhiệt độ khởi động (K) Alcanes 700 600 500 Acétylène Aromatique Alcools Ethylène Số nguyên tử Carbon Hình 7.5: Nhiệt độ khởi động hợp chất hữu khác 100 Gia tăng nhiệt độ khởi động (C) HC CO NOx 10 111 0,5 10 50 100 Thời gian sử dụng (h) Chương 7: Các biện pháp kĩ thuật làm giảm mức độ gây nhiễm động đốt Hình 7.6: Gia tăng nhiệt độ khởi động xúc tác theo thời gian sử dụng ô tô A Tác động chì Tác hại chì đến xúc tác nhiều hợp chất hóa học hình thành trình cháy gây (các oxyde, halogénure, sulfate) Tác hại chì phủ lên mặt chất xúc tác lớp kim loại trơ nhiệt độ cao chèn kín lỗ xốp nhiệt độ pháttính ơnhiễm thấp Những chất halogène, chlor brome, chúng làm Mức giảmđộdần (g/mile) độ phát xúc tác chúngMức bị hấp thụ ônhiễm bề mặt kim loại quý (% giá trị ban đầu) HC CO 400 16 300 12 200 100 bình xăng pha chì 500 bình xăng pha chì bình xăng khơng pha chì 1000 1500 2000 bình xăng khơng pha chì 2500 3000 Quãng đường chạy (mile) Hình 7.6: Ảnh hưởng chì đến xúc tác chức Vì vậy, phải tránh việc sử dụng xăng pha chì động có ống xả xúc tác Tuy nhiên, xăng pha chì khơng hủy hồn tồn hoạt tính xúc tác Tính xúc tác phục hồi lại phần sử dụng xăng khơng pha chì (hình 7.6) B Tác động phosphore Sự diện phosphore nhiên liệu gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến xúc tác Phosphore mặt gây sai lệch tín hiệu cảm biến lambda mặt khác, làm giảm hiệu xúc tác, việc oxy hóa CO 112 Chương 7: Các biện pháp kĩ thuật làm giảm mức độ gây ô nhiễm động đốt Trong thực tế, nhiên liệu thơng thường có hàm lượng phosphore nhỏ 0,02ppm Mặt khác, phosphore khí xả bắt nguồn từ chất chống mịn pha dầu bơi trơn (dialkyldithiophosphate kẽm) Tuy nhiên, hàm lượng khơng đủ gây tác hại đáng kể xúc tác C Tác động lưu huỳnh Lưu huỳnh diện xăng có tác hại làm trơ hóa dần xúc tác ba chức năng, đặc biệt điều kiện hỗn hợp tương đối giàu Tuy nhiên trơ hóa lưu huỳnh gây phục hồi sử dụng xăng có thành phần lưu huỳnh thấp Lưu huỳnh xăng cịn gây tượng bất lợi khác: phát sinh bọng khí H2S số điều kiện làm việc, chẳng hạn khởi động trạng thái nguội hay chạy không tải sau giai đoạn giảm tốc Thật vậy, động làm việc với hỗn hợp tương đối nghèo, lưu huỳnh lưu trữ dạng sulfate, chủ yếu sulfate cerium Hợp chất sau biến thành H2S thành phần nhiên liệu-khơng khí tức thời chuyển sang giàu Để chống lại tượng này, người ta pha vào kim loại xúc tác hàm lượng kền bé Giải pháp áp dụng Mĩ không áp dụng Châu Âu độc tính kền D Lớp bám carbon Khi tơ có xúc tác ba chức sử dụng thường xuyên quãng đường ngắn, lập lại thường xuyên trình khởi động, trình địi hỏi hỗn hợp giàu, gây lớp than đáng kể bám ống xả xúc tác Khi cần nhiệt độ cao xúc tác khởi động Tuy nhiên tác động lớp than đến xúc tác khử đốt cháy nhiệt độ cao Bộ xúc tác trở lại tính ban đầu sau hết lớp than 7.2.2 Bộ xúc tác oxy hóa dùng cho động Diesel Bộ xúc tác oxy hóa Diesel chưa phổ biến rộng rãi xúc tác ba chức động xăng mức độ phát sinh ô nhiễm động Diesel CO HC nằm giới hạn cho phép, chưa cần thiết phải sử dụng thiết bị xử lí đường xả Mặt khác, xúc tác oxy hóa khơng có tác dụng NOx có tác dụng giới hạn bồ hóng 7.2.2.1 Đặc điểm xúc tác điều kiện sử dụng: Khí xả động Diesel có chứa bồ hóng lượng bé CO, HC hệ số dư lượng khơng khí lớn Trên ngun tắc, xúc tác oxy hóa diễn thuận lợi Khó khăn liên quan đến nhiệt độ môi trường phản ứng thấp Hình 7.7 cho thấy nhiệt độ mơi trường cần phải đạt đến 200°C xúc tác bắt đầu khởi động Vào khoảng 300°C, xúc tác bắt đầu oxy hóa đồng thời SO2 thành SO3 Các chất lưu huỳnh nhiên liệu tạo Đây tượng xấu làm gia tăng 113 Chương 9: Xu hướng phát triển động ô tô nhằm làm giảm ô nhiễm môi trường cải thiện hệ số nạp từ làm tăng hiệu suất động Mặt khác, modul hóa khoảng trùng điệp soupape cho phép làm giảm mức độ phát sinh HC NOx Trong thực tế, người ta phối hợp việc điều chỉnh góc độ phối khí với thay đổi luật nâng soupape Nhìn chung, độ nâng soupape chế độ tốc độ thấp nhỏ độ nâng chế độ tốc độ cao Hệ thống hãng Honda phát triển với tên gọi VTEC (Variable valve Timing and lift Electronic Control) Nó trang bị động có soupape cho cylindre Mỗi soupape mở theo một luật riêng phụ thuộc chế độ làm việc động 9.1.1.2 Gia tốc trình khởi động xúc tác Các xúc tác chức lắp đặt ô tô hoạt động hiệu sau động làm việc khoảng 2-3 phút Thường sau khoảng thời gian xúc tác đạt nhiệt độ khởi động Để gia tốc giai đoạn sấy, người ta đặt ống xúc tác gần động điều không phù hợp động làm việc tải cao Vì vậy, người ta nghiên cứu giải pháp khác phức tạp Một giải pháp lắp đặt trước xúc tác xúc tác khởi động Bộ xúc tác khởi động có đặc điểm nhiệt dung thấp khởi động nhanh cho phép xử lí khí xả sau khởi động động Ngoài người ta áp dụng số kĩ thuật khác như: - Sấy xúc tác điện: Bộ xúc tác cho phép xử lí triệt để khí xả để đạt tiêu chuẩn ULEV Việc sấy thường thực xúc tác khởi động Công suất điện (cũng lượng cần thiết) để gia tốc việc khử chất ô nhiễm tới giới hạn cho trước trường hợp thấp trường hợp sấy trực tiếp xúc tác Trong trường hợp cụ thể người ta sử dụng sấy có cơng suất điện khoảng 1kW tiêu thụ chưa đầy 4Wh để đảm bảo khí xả động thỏa mãn tiêu chuẩn ULEV Các giá trị lượng tiêu tốn tăng lên lần sấy đặt ống xúc tác - Sấy nhiệt đốt nhiên liệu: lượng tỏa đốt cháy phận nhiên liệu cịn sót lượng nhiên liệu phun vào khí xả (hình 9.1) Cả trường hợp cần phải cấp thêm lượng khơng khí phụ vào ống xả để đảm bảo đốt cháy lượng nhiên liệu Hình 9.2 giới thiệu ví dụ giảm nhiễm nhờ sấy xúc tác Nhiên liệu Khơng khí thứ cấp –ng xả Động Vòi đốt 167 Bộ xúc tác Chương 9: Xu hướng phát triển động ô tô nhằm làm giảm nhiễm mơi trường Hình 9.1: Gia nhiệt xúc tác vòi đốt nhiên liệu Mức độ ô nhiễm động hoạt động với xúc tác cũ Sãy điện 3,5kW Sãy đốt nhiên liệu cịn lại khí xả (15kW) Sãy vịi đốt nhiên liệu đường xả (15kW) Hình 9.2: Hiệu xử lí khí xả nhờ sấy độ xúcơtác Mức nhiễm (giá trị tương đối) - Phun khơng khí: Việc phun khơng khí thực sau soupape xả bắt đầu khởi động động Giải pháp cho phép điều chỉnh thành phần khí xả phù hợp với điều kiện xử lí tối ưu xúc tác ba chức năng, đồng thời tạo điều kiện oxy hóa trước CO HC góp phần làm tăng nhiệt độ xúc tác - Lưu giữ tạm thời HC: Việc lưu giữ tạm thời HC khí xả thực hấp thụ (hình 9.3) Hệ thống kèm với xúc tác khởi động ‘Bẫy’ chứa than hoạt tính Động Bộ xúc tác khởi động Van điều khiển Bộ xúc tác ba chức Hình 9.3: Hệ thống xúc tác có thêm lưu giữ tạm thời HC Hiện nhà chế tạo tiếp tục nghiên cứu hệ thống để phát triển áp dụng năm tới Mặc dù chúng cần có hệ thống điều khiển phức tạp đắt tiền mang lại hiệu cao xử lí khí xả 9.1.1.3 Động đánh lửa cưỡng phun trực tiếp, 168 Chương 9: Xu hướng phát triển động ô tô nhằm làm giảm ô nhiễm môi trường làm việc với hỗn hợp nghèo Loại động cho phép nâng cao hiệu suất cách cho động làm việc với hỗn hợp nghèo Việc thiết kế chế tạo động phức tạp nên chúng chưa áp dụng rộng rãi (chủ yếu áp dụng Nhật) Tuy nhiên tính ưu việt chúng nhiều mặt, nhà chế tạo khẩn trương nghiên cứu phát triển loại động Nến đánh lửa Vịi phun nhiên liệu Khơng khí Các ống tách dịng đường nạp Đầu piston định hình Hỗn hợp đậm Hình 9.4: Tạo hỗn hợp tải thấp động Mitsubishi Động làm việc với hỗn hợp nghèo hệ chế tạo dựa việc tối ưu hóa đồng hỗn hợp nhiên liệu phân bố nhiên liệu buồng cháy Nhờ vậy, trình cháy loại động tiến hành cách bình thường với độ đậm đặc hỗn hợp thấp so với động cổ điển khoảng (f=0,7 - 0,8) Suất tiêu hao nhiên liệu (g/kWh) f=1 Mức độ phát sinh NOx (g/kWh) f điều chỉnh 169 Giới hạn ổn định Chương 9: Xu hướng phát triển động ô tô nhằm làm giảm ô nhiễm môi trường Hình 9.5: Ảnh hưởng độ đậm đặc đến suất tiêu hao nhiên liệu mức độ phát sinh NOx động Honda VTEC Động làm việc với hỗn hợp phân lớp cho phép nâng cao thêm hiệu suất công tác Việc thiết kế chế tạo loại động quan tâm Kĩ thuật động làm việc với hỗn hợp phân lớp dựa việc tạo buồng cháy hỗn hợp đậm đặc cục (gần đánh lửa) đủ để khởi động đảm bảo lan tràn màng lửa phù hợp điều kiện thành phần hỗn hợp có độ đậm đặc thấp Hiện nay, hỗn hợp phân lớp dùng động làm việc tải thấp; động làm việc với tải cao, động sử hỗn hợp cháy hồn tồn lí thuyết 9.1.2 Động Diesel Động Diesel tiếp tục cải tiến để nâng cao hiệu suất dù có nhiều ưu điểm mặt Về phương diện hạn chế mức độ phát sinh ô nhiễm động Diesel, giải pháp kĩ thuật nói chung cịn giai đoạn thí nghiệm Cho tới năm cuối thập niên 1990, kĩ thuật áp dụng hạn chế đắt tiền làm việc chưa thật đáng tin cậy Các giải pháp là: Bộ xúc tác giảm NOx Lọc bồ hóng Việc áp dụng xúc tác oxy hóa động Diesel khơng vấp phải trở ngại đặc biệt Chỉ có điều cần ý hiệu cao hàm lượng lưu huỳnh nhiên liệu thấp Kĩ thuật xúc tác loại trừ NOx phát triển Việc ứng dụng kĩ thuật đặt số vấn đề kĩ thuật, đặc biệt vấn đề làm việc ổn định xúc tác theo thời gian Mặt khác, xúc tác loại trừ NOx đòi hỏi nhiên liệu không chứa lưu huỳnh Tuy hiệu thấp xúc tác chức người ta lạc quan tin kĩ thuật áp dụng tương lai gần Kĩ thuật lọc bồ hóng có nhiều hứa hẹn áp dụng ô tô du lịch ô tô vận tải Tuy nhiên, việc áp dụng kĩ thuật đòi hỏi tiến lõi lọc lần kĩ thuật tái sinh lọc (xem chương 7) 170 Chương 9: Xu hướng phát triển động ô tô nhằm làm giảm ô nhiễm môi trường Đối với xe bus hoạt động thành phố, vùng nhạy cảm vấn đề ô nhiễm, việc trang bị hệ thống lọc bồ hóng cần thiết cho dù giá thành cịn cao, khơng, nguồn lượng cạnh tranh (khí, điện) làm vị trí độc tơn động Diesel lắp chủng loại ô tô Về phương diện hiệu suất, động Diesel phun trực tiếp có suất tiêu hao nhiên liệu thấp động phun gián tiếp khoảng 15% Ưu điểm chắn khai thác triệt để trình phát triển loại động Diesel Đồng thời, tương lai gần đây, thừa hưởng tiến động Diesel nói chung nghiên cứu phát triển Sau đề cập đến vài tiến áp dụng Những tiến đặc biệt liên quan đến động Diesel lắp xe du lịch chúng áp dụng tơ tải Các nghiên cứu cải thiện động Diesel trước hết liên quan đến việc hoàn thiện kĩ thuật phun, đặc biệt việc áp dụng kĩ thuật phun điều khiển điện tử cho phép nâng cao momen công suất, giảm ồn, giảm ô nhiễm Các cải tiến liên quan chủ yếu đến áp suất phun, dạng quy luật phun độ xác lượng nhiên liệu phun Mức độ phát sinh bồ hóng (tương đối) Áp suất phun Mức độ phát sinh (tương đối) Hình 9.6: Ảnh hưởng áp suất phun đến quanNOx hệ NO x/bồ hóng Một ví dụ điển hình kĩ thuật phun phát triển hệ thống ‘ray chung’ (common-rail) Trong hệ thống này, áp suất phun modun hóa cách tùy ý theo tải theo tốc độ động Nói chung, áp suất phun trường hợp cao nhiều so với áp suất phun hệ thống cổ điển, đầy tải tốc độ cao Theo kĩ thuật này, nhiên liệu phun với áp suất cao thời gian ngắn Điều cho phép hạn chế phát sinh hạt bồ hóng lại làm gia tăng lượng NOx 171 Chương 9: Xu hướng phát triển động ô tô nhằm làm giảm ô nhiễm môi trường Khi động làm việc chế độ tốc độ thấp tải cục bộ, có hai xu hướng nghiên cứu Hướng phổ biến ưu tiên cho hiệu suất cao; nhiên liệu phun áp suất cao làm tăng momen động so với động cỡ sử dụng hệ thống phun cổ điển Hướng thứ hai giảm mạnh áp suất phun động làm việc chế độ để làm giảm phát sinh NOx Nói chung tối ưu nồng độ NOx bồ hóng ln ln có lợi áp suất phun cao (hình 9.6) Việc sử dụng hệ thống ‘ray chung’ thuận lợi cho việc lắp đặt hệ thống phun mồi Sự phun trước lượng nhỏ nhiên liệu làm giảm tốc độ tỏa nhiệt ban đầu giảm lượng nhiên liệu cung cấp vào buồng cháy giai đoạn cháy trễ Kết nồng độ NOx tiếng ồn giảm đáng kể mà khơng làm tăng lượng bồ hóng Tính mềm dẻo lớn hệ thống phun kết hợp với hệ thống hồi lưu khí xả cho phép đạt tỉ lệ tối ưu nồng độ NOx bồ hóng chế độ làm việc đồng thời giúp cải thiện tính kinh tế-kĩ thuật động Tuy nhiên, tính phức tạp nên hệ thống chưa áp dụng rộng rãi Sự gia tăng số lượng soupape cylindre sử dụng hệ thống tăng áp làm tăng lượng khơng khí nạp cho chu trình, biện pháp làm tăng công suất momen động Việc áp dụng kĩ thuật hồi lưu khí xả động làm việc tải cục áp dụng rộng rãi động chủng loại ô tô khác để làm giảm NOx nhằm thỏa mãn quy định luật môi trường Cuối cùng, kĩ thuật điều khiển điện tử hoạt động hệ thống động (hệ thống phun, hệ thống hồi lưu khí xả ) thay kỹ thuật điều khiển khí nhằm làm tăng độ nhạy tính mềm dẻo hệ thống Các tiến kĩ thuật vừa nêu không liên quan đến động Diesel phun trực tiếp mà phần lớn kĩ thuật áp dụng động có buồng cháy dự bị phun gián tiếp Vì vậy, động phun gián tiếp tiếp tục cải tiến tương lai 9.2 Các kĩ thuật động kì Chúng ta khảo sát sau kĩ thuật nghiên cứu mạnh mẽ ngày nhằm nâng cao tính kinh tế-kĩ thuật giảm mức độ phát sinh ô nhiễm động xăng kì để sử dụng chúng tơ Động kì ngày dùng phổ biến xe máy, tàu thể thao, động gia dụng (máy cắt cỏ, máy cày ) Trong lĩnh vực này, động kì mạnh rõ rệt công suất riêng gọn nhẹ Tuy nhiên loại động có nhược điểm hiệu suất thấp mức độ phát sinh ô nhiễm cao, đặc biệt CO, HC 172 Chương 9: Xu hướng phát triển động ô tô nhằm làm giảm ô nhiễm môi trường Những nghiên cứu thực năm gần để cải thiện động kì, đặc biệt kĩ thuật phun trực tiếp nhiên liệu, cho phép nâng cao tính động khơng cho mục đích sử dụng truyền thống (mơ tơ, máy móc gia dụng, hàng hải) mà cịn phát triển để sử dụng tơ Tóm tắt ngun lí làm việc động kì đánh lửa cưỡng Động kì cổ điển thường sử dụng hỗn hợp chuẩn bị từ bên ngồi động nhờ chế hịa khí Chu trình cơng tác bao gồm q trình nạp, nén, cháy, giãn nở thải Tất trình thực vịng quay trục khuỷu thay vịng động kì Hình 9.7 trình bày tóm tắt sơ đồ ngun lí làm việc động kì nén khí nhờ carter Kĩ thuật thường dùng động cỡ nhỏ Nạp Cháy dãn nở Nén cylindre nạp vào Thải Thải Đường thông Thải nén Thải, quét khí lí làm việc dộng kì Hình 9.7: Nguyên Cylindre động có cửa, gọi cửa nạp, cửa thải cửa quét Đó lỗ có kích thước chuẩn giữ vai trị tương tự soupape động kì Khi piston chuyển động lên xuống, lỗ đóng mở theo quy luật định trước Mặt khác, hỗn hợp 173 Chương 9: Xu hướng phát triển động ô tô nhằm làm giảm ô nhiễm môi trường nhiên liệu khơng khí trước đưa vào cylindre chuyển vào carter nhờ độ chân không tạo piston lên Chu trình làm việc động bao gồm giai đoạn sau: Piston lên, nén hỗn hợp nạp hỗn hợp nhiên liệu khơng khí vào carter Cháy, giãn nở thải Cuối kì giản nỡ, cửa qt mở, hỗn hợp khí từ carter vào cylindre đẩy khí cháy ngồi Đây giai đoạn qt khí mà hồn thiện định tính kinh tế-kĩ thuật động kì Đóng cửa qt thải sau bắt đầu lại kì nén Các thành tựu nghiên cứu động kì Động kì hệ sử dụng kĩ thuật phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng cháy Kĩ thuật cho phép hạn chế thất thoát nhiên liệu ngồi theo theo khí xả giai đoạn qt khí đó, mặt làm tăng tính kinh tế động mặt khác, làm giảm nồng độ HC khí xả Vịi phun áp suất thấp thơng thường Cân nhờ trục cam IAPAC Thể tích chứa khí nén Soupape IAPAC Nến đánh lửa Làm mát Đường chuyển khí với tiết diện thay đổi Đường thải Van chiều Piston có phản xạ Hình 9.8: Động kì IAPAC lắp tơ Momen cực đại (Nm) 135-2000 v/phút Tiêu hao nhiên liệu (l/100km) Động kì (4 xy lanh, 1360cm3) ) IAPAC kì (3động xy lanh, Hình 9.9: So sánh hai tơ có cùngĐộng cơng suất sử 2dụng 21230cm kì IAPAC động kì Hai kĩ thuật quan tâm nhất: 174 Chương 9: Xu hướng phát triển động ô tô nhằm làm giảm ô nhiễm môi trường Phun nhiên liệu lỏng áp suất cao nhà chế tạo ô tô PSA Renault (Pháp), Chrysler (Mỹ), Subaru (Nhật) đặc biệt quan tâm Phun nhiên liệu khí nén Hãng Orbital (Úc) Viện Quốc gia Dầu mỏ Pháp IFP nghiên cứu Kĩ thuật phun nhiên liệu khơng khí nén tóm tắt sau: Nhiên liệu dẫn tới trước soupape vòi phun cổ điển dạng áp suất thấp (hình 9.8) Trong giai đoạn mở soupape, hỗn hợp giàu khơng khí nhiên liệu phun tơi trực tiếp vào buồng cháy áp suất thấp Sự phun nhiên liệu khí nén cho phép đạt tia phun với hạt nhiên liệu bé phân bố hợp lí buồng cháy Sự phun nhiên iệu khí nén thực cách độc lập so với kì qt khí Điều cho phép hạn chế tối đa lọt nhiên liệu theo khí xả Khí thải động kì hệ chứa NOx kết hợp nhiều yếu tố khác Trước hết, động kì khơng bị cường hóa động kì cơng suất Mặt khác, thành tựu phát triển cho phép động làm việc với hỗn hợp nghèo cho phép hồi lưu phận khí xả lớn Vì vậy, cần sử dụng xúc tác oxy hóa đủ để đạt mức độ ô nhiễm (CO, HC, NOx) giới hạn cho phép dự kiến áp dụng vào năm 2000 Hình 9.9 so sánh mức độ phát sinh ô nhiễm động kì động kì đại (IAPAC) (Injection Assistée Par Air Comprimé) Kết cho thấy động kì có tính ưu việt đáng kể mức độ phát sinh ô nhiễm (CO, HC, NOx) Mặt khác việc sử dụng động tơ cịn cho phép giảm suất tiêu hao nhiên liệu khoảng 17% tăng momen lên khoảng 20% tốc độ thấp trung bình so với động kì Nói chung động kì hệ thỏa mãn quy định khắt khe luật môi trường từ năm 1994 người ta chế tạo động kì thỏa mãn tiêu chuẩn ULEV Tuy nhiên động kì cịn cần phải vượt qua chướng ngại khác để qua mặt loại động cạnh tranh với Trước hết giảm tiếng ồn sau giải vấn đề bơi trơn cho động Giải triệt để vấn đề làm tăng khả ứng dụng rộng rãi động kì phương tiện vận tải Tương lai động kì: Cho tới nay, việc áp dụng động kì ô tô bước chờ đợi mô tô, chắn kĩ thuật động kì cổ điển thay kĩ thuật phun trực tiếp Những mơ tơ hai kì hệ chắn chiếm lĩnh thị trường đầy tiềm Đông nam Á, Trung Quốc Ở số quốc gia khu vực này, số lượng xe máy tăng 10% năm chúng tiêu thụ 50% lượng nhiên liệu sử dụng nước Các động hai kì kiểu cũ lắp mơ tơ thải khí trời từ 30-40% lượng nhiên liệu nạp vào buồng cháy Thông thường mô tô nhỏ tiêu thụ từ đến lít 100km Mức tiêu thụ không khác so với ô tô đại công suất nhỏ Tuy nhiên dùng động kì hệ suất tiêu hao nhiên liệu giảm từ 30 đến 50% 175 Chương 9: Xu hướng phát triển động ô tô nhằm làm giảm ô nhiễm môi trường 9.3 Động kì đánh lửa cưỡng phun trực tiếp Phun trực tiếp nhiên liệu vào buồng cháy cho phép động kì đánh lửa cưỡng làm việc với hỗn hợp nghèo (φ = 0,3 - 0,4) Tổn thất áp suất đường nạp bé, có thể bỏ qua toàn phạm vi hoạt động động từ khơng tải đến tồn tải Ngồi việc giảm tổn thất bơm, việc áp dụng kĩ thuật phun trực tiếp cho phép tăng độ xác việc định lượng nhiên liệu cải thiện điều kiện cháy chế độ tải thấp Nói chung, kĩ thuật cho phép làm tăng hiệu suất động Giống động phun gián tiếp, trình cháy hỗn hợp nghèo quan tâm động làm việc tải cục tốc độ thấp Trong điều kiện phân lớp mạnh độ đậm đặc cho phép động làm việc tốt hỗn hợp nghèo Điều thực nhờ giảm góc phun sớm (khi piston lên) hạn chế khuếch tán khơng khí vào tia nhiên liệu Ở chế độ đầy tải tốc độ cao, nhiên liệu phun vào buồng cháy sớm, giai đoạn nạp cho hỗn hợp nhiên liệu khơng khí với độ đậm đặc φ = có thời gian phân bố đồng khơng gian buồng cháy Bướm khống chế mức độ xốy lốc trạng thái mở Bướm khống chế mức độ xốy lốc trạng thái đóng Tải thấp tải trung bình (phun trễ) Tải lớn Hình 9.10: Ngun lí làm việc động Toyota D-4 Năm 1996, hãng Mitshubishi thương mại hóa tơ lắp động phun xăng trực tiếp Động có đặc điểm dạng đường nạp thiết kế đặc biệt, vị trí lắp đặt hợp lí phối hợp với mặt phản xạ đỉnh piston, tạo thuận lợi cho phân lớp độ đậm đặc theo chuyển động dòng khí Nhiên liệu phun với áp suất cao (50bar) Sự bay nhiên liệu lỏng dẫn đến giảm nhiệt độ khí nạp sử dụng tỉ số nén động cao so với động cổ điển (có thể nâng tỉ số nến lên đến 12) Do đó, hiệu suất động gia tăng suất tiêu hao nhiên liệu giảm đến 25% 176 Chương 9: Xu hướng phát triển động ô tô nhằm làm giảm ô nhiễm môi trường Người ta phân lớp hỗn hợp buồng cháy theo dịch chuyển vùng xoáy lốc Phương án áp dụng động mẫu D-4 hãng Toyota sáng chế Các giai đoạn công tác động giới thiệu hình 9.10 Khi động làm việc với hỗn hợp nghèo, phân lớp thực nhờ tiết lưu hai ống nạp nhờ thiết kế hợp lí ống nạp lại 9.4 Quan hệ tối ưu tính kinh tế-kĩ thuật mức độ phát sinh nhiễm động Có thể tương lai yếu tố định đến mức độ ô nhiễm khí xả động NOx Nếu thể tính động tô tương lai theo đặc trưng mức độ phát sinh NOx suất tiêu hao nhiên liệu thể vị trí đặc trưng loại động khác hình 9.12 Sự thể có tính gần chưa xét đến cải tiến tương lai Tuy nhiên giúp xác định khuynh hướng phát triển động cơ: Động Diesel động xăng làm việc với hỗn hợp nghèo (phun trực tiếp hay gián tiếp) có bất lợi tương đương phương diện phát sinh NOx Sự hứa hẹn động kì hệ mớI Động đánh lửa cưỡng làm việc với hỗn hợp cháy hồn tồn lí thuyết có mức độ phát sinh ô nhiễm thấp suất tiêu hao nhiên liệu cao Một khuynh hướng khác cho loại động có trang bị hệ thống xử lí ô nhiễm đường xả chúng thỏa mãn luật mơi trường người ta so sánh tính kinh tế-kĩ thuật động dựa mức tiêu thụ lượng, công suất riêng giá thành Hình 9.12 cho thấy việc áp dụng kĩ thuật tiên tiến cho phép làm tăng thêm hiệu suất động khoảng 30% Động kì có khả tăng thêm 40% cơng suất riêng, có tính kĩ thuật tốt 1,5 NOx (g/dậm) Phun xÙng trùc tiỏp GDI, Tiởu chuẻn Hoa KÈ 1991 1,0 Diesel kẩ Xng, hỗn hợp ngho ti cơc bé, f =1 tn tội DI IDI Tiởu chuẻn Hoa KÈ 0,5 XÙng kÈ XÙng kÈ, f =1 177 ULEV 10 SuÊt tiởu hao nhiởn liơu (lÝt/100 km) Chương 9: Xu hướng phát triển động ô tô nhằm làm giảm nhiễm mơi trường Hình 9.11: Quan hệ suất tiêu hao nhiên liệu phát sinh NOx loại động khác (dung tích xy lanh 1,5-1,8 lít) Lợi hay thiệt cơng suất riêng (%) Xăng kì, phun trực tiếp Xăng kì, f=1,phun gián tiếp 1995 Xăng kì, hỗn hợp nghèo PGT 2000 PTT Lợi suất tiêu hao nhiên liệu (%) Ơ tơ trung bình năm 1994, Xăng, f=1, 65kW Diesel phun trực tiếp Hình 9.12: Lợi cơng suất suất tiêu hao nhiên liệu động đốt tương lai 9.5 Nhiên liệu tái sinh Rất khó mà dự đoán tỉ lệ nhiên liệu tái sinh tồn lượng tiêu thụ cho giao thơng vận tải đến thập niên đầu kỷ 21 Những yếu tố ảnh hưởng đến tình trạng là: Tính khắt khe luật mơi trường, mức độ tiêu thụ lượng, mức độ thải chất khí gây hiệu ứng nhà kính Các điều kiện sở vật chất phục vụ giao thơng Tâm lí người sử dụng Ở Hoa Kì, theo dự báo, số sản phẩm khơng truyền thống khí dầu mỏ hóa lỏng LPG khí thiên nhiên NGV chiếm ưu với mức độ tiêu thụ theo thứ tự khoảng 3% tổng lượng xăng tiêu thụ năm 2010 Tuy nhiên tình trạng giao thơng Hoa Kì đặc biệt (xăng chiếm đại phận thị trường nhiên liệu, luật môi trường khắt khe) nên tổng quát hóa dự báo cho khu vực khác giới Nhiên liệu sinh học sử dụng vài khu vực giới (Châu Âu, Mĩ, Brazil Châu Phi) Ở Châu Âu người ta dự kiến sử dụng đất nông nghiệp để sản xuất nhiên liệu sinh học với mục tiêu thay 5% tổng lượng nhiên liệu truyền thống tương lai Khí thiên nhiên có trữ lượng lớn phân bố hầu khắp châu lục nên nguồn nhiên liệu dồi cho tơ Tuy nhiên yếu tố định cho việc phổ 178 Chương 9: Xu hướng phát triển động ô tô nhằm làm giảm ô nhiễm môi trường biến rộng rãi ô tô dùng khí thiên nhiên lợi ích thực chúng (tính kinh tế-kĩ thuật, vần đề ô nhiễm môi trường), tâm lí người sử dụng (mức độ an toàn), việc xây dựng hạ tầng sở phục vụ cho tơ sử dụng khí thiên nhiên (xem chương 8) Người ta dự đoán Mĩ vào năm 2010 có khoảng 25% tơ sử dụng NGV Methanol dường khơng có nhiều hứa hẹn trở thành nhiên liệu thay Trên đề cập đến ưu LPG nhiên liệu tái sinh đặc biệt nhấn mạnh phổ biến rộng rãi chúng số vùng giới (Hà Lan, Ý, Viễn Đông) Trên phạm vi tồn cầu, việc sử dụng LPG cho tô chiếm khoảng 3% lượng nhiên liệu lỏng truyền thống tương lai gần 9.6 Ơ tơ dùng điện Hình 9.13 biểu diễn phát triển dự kiến hàng năm ô tô dùng điện đến năm 2010 Châu Âu, Châu Mĩ Nhật Bản Người ta ước tính chừng triệu ô tô điện sản xuất hàng năm ba khu vực nói Tuy thị trường ô tô điện có giá trị tuyệt đối đáng kể chiếm tỉ lệ thấp (khoảng 3%) so với ô tô cổ điển dùng động nhiệt Về mặt kĩ thuật, tơ chạy điện có nhược điểm quan trọng lượng dự trữ thấp (khoảng 100 lần thấp ô tô dùng động nhiệt truyền thống) giá thành ban đầu cao (khoảng 30-40% cao so với ô tô dùng động nhiệt) Những chướng ngại khác cần giải để đưa ô tô chạy điện vào ứng dụng thực tế cách đại trà khả gia tốc, thời gian nạp điện, vần đề sưởi điều hịa khơng khí tơ Số tô bán (1000chiếc/năm) Những tiến quan trọng gần tính kĩ thuật bình điện có nhiều hứa hẹn áp dụng năm tới Khả chứa điện tăng từ 35-50Wh/kg bình điện chì a-xít hay nickelcadmium đến 70Wh/kg bình điện Ni-MH (hydrure kim loại) tăng đến 160Wh/kg bình điện Lithium dạng ion hay polymère 1200 1000 Hoa kì 800 600 Nhật 400 Châu Âu 200 1995 2000 2005 2010 Hình 9.13: Dự báo số lượng ô tô điện đến năm 2010 Khả hoạt động độc lập tơ tăng từ 80km (giá trị chưa thỏa mãn người tiêu dùng) đến 300 chí 500km tương lai Khoảng 179 Chương 9: Xu hướng phát triển động ô tô nhằm làm giảm ô nhiễm mơi trường đường hoạt động độc lập chấp nhận ô tô hoạt động thành phố hay vùng ven đô Hiện người ta quan tâm nghiên cứu ô tô vừa hoạt động nhiệt, vừa hoạt động điện Khi chạy với tải tốc độ cao, ô tô sử dụng động nhiệt cịn chạy thành phố, tô dùng động điện Về phương diện ô nhiễm, ô tô chạy điện lí tưởng giới hạn mức độ gây ồn không phát sinh chất gây nhiễm thơng thường bồ hóng chất độc dạng khí khác Ơ tơ điện xếp vào loại ô tô (ZEV: Zero Emission Vehicles) Tuy nhiên, kĩ thuật sản xuất điện nhiều gây nhiễm mơi trường, đặc biệt nhiệt điện Mức độ phát ô nhiễm phương pháp sản xuất điện phụ thuộc vào đặc tính nhiên liệu sử dụng cơng nghệ xử lí chất thải Kĩ thuật sản xuất điện đa dạng quốc gia khác (77% điện Pháp sản xuất lượng nguyên tử, 53% điện Đức sản xuất than ) Đó yếu tố quan trọng cần quan tâm xem xét tính nhiễm ô tô dùng điện Về phương diện phát sinh chất khí gây hiệu ứng nhà kính, tơ dùng điện đương nhiên có lợi so với ô tô dùng động nhiệt Tuy nhiên lợi hay nhiều cịn phụ thuộc loại nhiên liệu dùng sản xuất điện So với nhiên liệu truyền thống, mức độ có lợi (tính theo CO2 tương đương 1km) lên đến khoảng 90% điện sản xuất lượng nguyên tử, khoảng 20% sản xuất điện nhiên liệu gần không lợi sản xuất điện than Sự thâm nhập ô tô điện vào sống nhân loại theo nhịp độ trình bày hình 8.12 phải nhân tố góp phần cải thiện đáng kể vần đề ô nhiễm môi trường đô thị? Câu hỏi cần có thời gian để suy nghĩ Thật vậy, ô tô điện đưa vào hoạt động thay tơ dùng động nhiệt xử lí nhiễm triệt để với thành tựu cơng nghệ đại Vì mức độ lợi mặt ô nhiễm dùng động điện không đáng kể, chắn có lợi thay tơ cũ ô tô dùng động nhiệt Ở không muốn làm hẹp cánh cửa mở ô tô điện vào năm đầu kỉ 21 mà phát triển theo cải tiến, hoàn thiện hay phát minh quan trọng công nghệ Tuy nhiên, phát triển ô tô không cho phép giải cách nhanh chóng vấn đề nhiễm mơi trường thị khơng thể xây dựng tồn cấu hạ tầng sở phục vụ chúng thời gian ngắn Ơ tơ chạy điện giai đoạn đầu có ảnh hưởng quan trọng đến vấn đề tâm lí xã hội Thật vậy, hạn chế tính kĩ thuật bán kính hoạt động ô tô, trở 180 Chương 9: Xu hướng phát triển động ô tô nhằm làm giảm ô nhiễm môi trường ngại vấn đề nạp điện, khả sử dụng dịch vụ tự phục vụ góp phần làm thay đổi thói quen người dùng làm thay đổi cách sống 181 ... làm giảm ô nhiễm môi trường liệu cho ô tô nhằm mục đích giảm nhiễm mơi trường tỉ lệ đáng kể, chẳng hạn Hà Lan, Ý ( 42% ) Các số liệu chưa kể động ô tô chuyên dụng sử dụng LPG (chẳng hạn ô tô chạy... làm giảm ô nhiễm môi trường 0,4 Giới hạn Euro 96 0 ,2 HC (g/km) 0 ,2 0,4 0,6 0,8 1,0 CO (g/km) Hình 8.14: So sánh mức độ phát ô nhiễm ô tô dùng xăng LPG Bảng 8.3: Mức độ phát ô nhiễm ô tô sử dụng... 129 Chương 8: Động sử dụng nhiên liệu khí: giải pháp làm giảm nhiễm môi trường n-Penten 0% 0,03% Isopentane 0% 0,06% Buta-1,3-diène 0% LPG California (Z)-but -2 - ène LPG Pháp 0% 1,8% (E)-but -2 - ène