Nghiên ứu mối quan hệ giữa lượng phát thải và hế độ làm việ ủa động ơ

MAI XUÂN NGHĨA BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - MAI XUÂN NGHĨA KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ NHIỆT NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA LƯỢNG PHÁT THẢI VÀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ NHIỆT KHOÁ 2009 Hà Nội – Năm 2011 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205302191000000 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu riêng Các số liệu kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác! Hà Nội, tháng 12 năm 2011 Tác giả Mai Xuân Nghĩa i LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn thầy Bộ môn Động đốt - Viện Cơ khí Động lực, bạn học viên lớp Kỹ thuật động nhiệt, 2009; bạn đồng nghiệp, Viện đào tạo sau đại học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội trang bị cho kiến thức cần thiết trình học tập Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội; tạo điều kiện sở vật chất suốt thời gian học tập làm luận văn Đặc biệt, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Phạm Hữu Tuyến, người hướng dẫn tơi tận tình chu đáo mặt chun mơn để tơi hồn thành Luận văn Cuối xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình bạn bè, người động viên chia sẻ với suốt thời gian tham gia học tập Tác giả Mai Xuân Nghĩa ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ vii PHẦN MỞ ĐẦU I Lý chọn đề tài II Lịch sử nghiên cứu III Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu Mục đích Đối tượng nghiên cứu 3 Phạm vi nghiên cứu IV Các luận điểm đóng góp tác giả V Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ PHÁT THẢI TỪ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG VÀ HỆ SỐ PHÁT THẢI T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 1.1 Các chất độc hại khí thải động T 43 T 43 1.1.1 Sự hình thành chất độc hại khí thải 1.1.2 Ảnh hưởng chế độ không ổn định đến thành phần độc hại 1.1.3 Ảnh hưởng chất độc hại đến môi trường sức khỏe người6 1.1.4 Vấn đề kiểm sốt khí thải giới Việt Nam 10 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 1.2 Hệ số phát thải 22 T 43 T 43 1.3 Phương pháp tính tổng lượng phát thải từ phương tiện giới 22 1.3.1 Cơng thức tính tổng lượng phát thải 22 1.3.2 Xác định quãng đường phương tiện L (km) 23 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 1.4 Các mơ hình tính tốn phát thải theo chế độ làm việc động 24 T 43 T 43 1.4.1 Mơ hình phát thải liên tục (Instantaneous emission factor models) 24 1.4.2 Mơ hình phát thải toàn 25 1.4.3 Mơ hình DGV (Digitalisiertes Grazer Verfahren) 25 1.4.4 Mơ hình EMPA (Thụy Sỹ) 26 1.4.5 Mơ hình PHEM 27 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 1.5 Một số nghiên cứu tính tốn xác định lượng phát thải Việt Nam 28 T 43 T 43 CHƯƠNG II 30 TÍNH TỐN HÀM LƯỢNG PHÁT THẢI TỪ SỐ LIỆU ĐO LIÊN TỤC 30 T 43 T 43 T 43 T 43 2.1 Hệ thống thử nghiệm đo phát thải liên tục 30 2.2 Cơ sở tính tốn hàm lượng phát thải từ số liệu đo liên tục 34 T 43 T 43 T 43 T 43 2.2.1 Tính tốn quy đổi hàm lượng phát thải từ phần triệu thể tích (ppm) sang khối lượng (g/km) 34 2.2.2 Áp dụng công thức tính tốn với thành phần phát 35 2.2.3 Phương pháp tính tốn xây dựng quan hệ hàm lượng phát thải tốc độ xe 39 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 iii Chương III 46 XÂY DỰNG QUAN HỆ GIỮA LƯỢNG PHÁT THẢI VÀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ 46 T 43 T 43 T 43 3.1 Đối tượng thử nghiệm 46 T 43 T 43 3.2.1 Xe Land Cruiser 4,0 46 3.2.2 Xe Ford Ranger 46 3.2.3 Xe Ford landser ghina 47 3.2.4 Xe Toyota prado 47 3.2.5 Xe Innova 47 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 3.2 Chu trình thử nghiệm 48 T 43 T 43 3.2.1 Chu trình thử châu Âu NEDC 48 3.2.2 Chu trình thử CECDC 49 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 3.3 Các quan hệ hàm lượng phát thải tốc độ xe 50 T 43 T 43 3.3.1 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ hệ số phát thải theo vận tốc 50 3.3.2 Quan hệ hàm lượng phát thải theo vận tốc 52 3.3.3 Phân tích kiểm nghiệm kết 55 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam QCVN Quy chuẩn Việt Nam NEDC Chu trình thử châu Âu CECDC Chu trình thử Tổng cục mơi trường xe hạng nhẹ HMDC Chu trình thử Tổng cục môi trường xe máy CVS Phương pháp lấy mẫu với thể tích khơng đổi v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Tiêu chuẩn cấp Mỹ ô tô khách xe tải nhẹ, FPT 75,g/dặm 11 T 43U T 43U Bảng 1.2: Tiêu chuẩn Mỹ xe hạng nặng, g/mã lực,giờ 13 T 43U T 43U Bảng 1.3: Tiêu chuẩn Châu Âu ôtô khách (loại M1*) 14 T 43U PU P T 43 Bảng 1.4: Tiêu chuẩn Châu Âu xe hạng nhẹ 15 T 43U UT 43 Bảng 1.5: Tiêu chuẩn Nhật Bản ô tô du lịch sử dụng động xăng 17 T 43U UT 43 Bảng 1.6: Tiêu chuẩn Nhật Bản động diesel xe khách, g/km 18 T 43U T 43U Bảng 1.7: Tiêu chuẩn Nhật Bản động diesel xe hạng nhẹ 19 T 43U T 43U Bảng 1.8: Giới hạn tối đa cho phép thành phần nhiễm khí xả 21 T 43U T 43U phương tiện vận tải 21 T 43U T 43U Bảng 3.1 So sánh đồ thị CO-V phương trình quan hệ theo nhiên liệu chu trình T 43U thử 55 Bảng 3.2 So sánh đồ thị CO2-V phương trình quan hệ theo nhiên liệu chu T 43U trình thử 56 Bảng 3.3 So sánh đồ thị HC-V phương trình quan hệ theo nhiên liệu chu trình T 43U thử 56 Bảng 3.4 So sánh đồ thị NOx-V phương trình quan hệ theo nhiên liệu chu T 43U trình thử 57 Bảng 3.5 So sánh kết tính phát thải xe 58 T 43U T 43U Bảng 3.6 So sánh kết tính phát thải xe xăng 59 T 43U UT 43 Bảng 3.7 So sánh kết tính phát thải xe theo chu trình thử CECDC 60 T 43U Bảng 3.8 So sánh sai số tính phát thải xe theo nhiên liệu chu trình thử 61 T 43U Bảng 3.9 Giá trị trung bình vận tốc Hàm lượng phát thải (g/km) số xe T 43U lắp ráp nước 62 Bảng 3.10 So sánh kết tính hàm lượng phát thải theo phương trình liên hệ T 43U giá trị hàm lượng phát thải từ số liệu đo xe lắp ráp nước 65 T 43U vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Đặc tính tiêu hao nhiên liệu phát thải động [1] 24 Hình 1.3 Mơ hình phát thải DGV 26 Hình 1.4 Đặc tính phát thải CO2 theo áp suất có ích trung bình tốc độ động 26 Hình 1.5 Xây dựng đặc tính phát thải theo cơng suất có ích tốc độ động từ kết thử nghiệm băng thử mơ hình PHEM 27 Hình 1.6 Chu trình lái HMDC [2] 28 Hình 1.7 Chu trình lái cho xe máy CEMDC 29 Hình 1.8 Chu trình lái cho tơ hạng nhẹ CECDC 29 Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống thử nghiệm khí thải xe hạng nhẹ 30 Hình 2.2 Sơ đồ cấu tạo phân tích CO 32 Hình 2.3 Nguyên lý phân tích H C 32 Hình 2.4 Sơ đồ cấu tạo phân tích NOx 33 Hình 2.5 Số liệu đo liên tục 39 Hình 2.6 Hàm lượng phát thải CO tốc độ xe theo thời gian 39 Hình 2.7 Hàm lượng phát thải CO2 tốc độ xe theo thời gian 40 Hình 2.8 Hàm lượng phát thải HC tốc độ xe theo thời gian 40 Hình 2.9 Hàm lượng phát thải NOx tốc độ xe theo thời gian 41 Hình 2.10 Đồ thị thành phần CO- vận tốc theo thời gian sau dịch 42 Hình 2.11 Đồ thị thành phần CO2- vận tốc theo thời gian sau dịch 43 Hình 2.12 Đồ thị thành phần HC- vận tốc theo thời gian sau dịch 43 Hình 2.13 Đồ thị thành phần NOx- vận tốc theo thời gian sau dịch 44 Hình 2.14 Sơ đồ trình xây dựng quan hệ phát thải-tốc độ xe hạng nhẹ từ số liệu đo phát thải liên tục băng thử ô tô 45 Hình 3.1: Chu trình thử châu Âu NEDC 48 Hình 3.2: Màn hình trợ giúp vận hành 49 Hình 3.3 Chu trình thử CECDC 49 Hình 3.4 Đồ thị hàm lượng CO-V xe 50 Hình 3.5 Đồ thị hàm lượng CO2-V xe 51 Hình 3.6 Đồ thị hàm lượng HC-V xe 51 Hình 3.7 Đồ thị hàm lượng HC-V xe 52 Hình 3.8 Đồ thị quan hệ CO-V 52 Hình 3.9 Đồ thị quan hệ CO2-V 53 Hình 3.11 Đồ thị quan hệ NOx-V 54 Hình 3.12 Kiểm nghiệm kết hàm lượng phát thảiCO số xe khác đồ thị CO-V 63 Hình 3.13 Kiểm nghiệm kết hàm lượng phát thảiCO2 số xe khác đồ thị CO2-V 63 Hình 3.14 Kiểm nghiệm kết hàm lượng phát thải HC số xe khác đồ thị HC-V 64 Hình 3.15 Kiểm nghiệm kết hàm lượng phát thải NOx số xe khác đồ thị NOx-V 64 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 R R T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 R R T 43 T 43 T 43 T 43 R R T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 T 43 vii PHẦN MỞ ĐẦU I Lý chọn đề tài Động đốt nguồn động lực trình phát triển kinh tế xã hội quốc gia giới, thành tựu phát triển vượt bậc lịch sử nhân loại suốt kỷ 19, 20, khơng thể tách rời vai trị động đốt Ngày nay, động đốt ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực như: Nông nghiệp, khai khống, điện, giao thơng vận tải, xây dựng, vv Tuy nhiên, khí thải từ động đốt trong nguồn gây ô nhiễm môi trường, làm biến đổi khí hậu, ảnh hưởng tới đời sống sức khỏe người Các hội nghị thượng đỉnh Liên hiệp quốc biến đổi khí hậu diễn Rio De Janeiro (Braxin, 6/1992), Kyoto (Nhật, 12/1997), Johannesburg (Nam Phi, 9/2002), Bali (Indonexia, 12/2007), Copenhagen (Đan Mạch, 12/2009), Cancun (Mehico, 11/2010), Durban (Nam Phi, 12/2011) nhằm đưa lộ trình cắt giảm lượng khí thải quốc gia giới, đặc biệt quốc gia có lượng phát thải cao Mỹ, Trung Quốc, Braxin, Liên minh châu Âu, vv Trong lĩnh vực giao thông vận tải, quốc gia Mỹ, Liên minh châu Âu, Nhật Bản nhiều quốc gia khác đưa qui định để kiểm sốt khí thải từ nguồn, bước giảm lượng phát thải xuống mức thấp nhằm hạn chế độc hại phương tiện tham gia giao thông, thông qua thử nghiệm công nhận kiểu theo điều kiện đường giao thông thực tế vận hành Tuy nhiên, để giảm lượng phát thải toàn diện, cần phải sử dụng phương pháp tính tổng lượng phát thải phương tiện giao thông sinh theo vùng, khu vực, quốc gia hàng năm, từ có chế kiểm soát, điều chỉnh nhằm đạt đến mục tiêu giảm lượng phát thải trì phát triển kinh tế xã hội Khảo sát tổng lượng phát thải phương tiện vận tải gây vùng, cần phải xác định hệ số phát thải phương tiện đó, hệ số phát thải phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: loại nhiên liệu; kiểu loại, chất lượng động cơ, tải trọng, chế độ làm việc động cơ, vv… -1- Mức độ gây ô nhiễm phát thải phương tiện giao thơng cịn phụ thuộc đặc trưng lái phương tiện, chủng loại, chất lượng phương tiện với người lái khác lượng tiêu hao nhiên liệu khác dẫn đến phát thải khác nhau; phương tiện đoạn đường khác nhau, chất lượng đường giao thông khác phát thải khác Đặc trưng lái sở quan trọng cho việc xác định lượng tiêu hao nhiên liệu lượng phát thải phương tiện đoạn đường cụ thể Tại Việt Nam, đặc thù giao thông đường bộ; đặc biệt giao thông đô thị Hà Nội, TP Hồ Chí Minh thành phố lớn khác, chế độ làm việc động có đặc thù riêng, ảnh hưởng không nhỏ đến hệ số phát thải tổng lượng phát thải hàng năm động cơ, việc nghiên cứu tồn diện lĩnh vực chưa nhà khoa học, nhà quản lý quan tâm Đề tài “Nghiên cứu mối quan hệ lượng phát thải chế độ làm việc động cơ” tiến hành xác định lượng phát thải số loại động ô tô lưu hành Việt Nam theo chế độ làm việc dựa kết đo phát thải liên tục băng thử, từ xây dựng mối quan hệ lượng phát thải chế độ làm việc động Đây sở để xác định lượng phát thải theo đặc điểm giao thông vùng, khu vực, thời điểm cụ thể Việt Nam; đồng thời cung cấp liệu cho nghiên cứu II Lịch sử nghiên cứu Nghiên cứu xây dựng quan hệ phát thải chế độ làm việc động nhằm tính tốn lượng phát thải từ phương tiện giao thông môi trường thực nhiều nước khu vực giới Các quan hệ dựa số liệu thực nghiệm băng thử Tuy nhiên, lượng phát thải phụ thuộc vào nhiều yếu tố chủng loại, chất lượng động cơ, chế độ làm việc (tải, tốc độ) nên để đánh giá phát thải loại phương tiện với chu trình lái khác cần số lượng thử nghiệm lớn Để giảm số lượng thử nghiệm động làm việc chế độ khác nhau, có số mơ hình tính tốn lượng phát thải với thơng số đầu vào chu trình lái mơ hình EMPA (Thụy Sỹ), PHEM (TU Graz, Áo) Các -2-