Giáo trình chuyên đề ô nhiễm môi trường (do ô tô gây ra) phần 1 TH s đỗ quốc ấm (đh sư phạm kỹ thuật TP HCM)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BỘ MÔN ĐỘNG CƠ ooOoo CHUYÊN ĐỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG ( DO ÔTÔ GÂY RA ) Giảng viên biên soạn: Th S Đỗ Quốc Ấm TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG NĂM 2005 Trường ĐH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Ô nhiễm môi trường Th.S Đỗ Quố c Ấm CHƯƠNG I TỔ NG QUAN VỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG I - CÁ C CHẤ T ĐỘC HẠI LÀM Ô NHIỄM MÔI TRƯỜ NG DO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU XĂ NG GÂY RA I.1-Ô nhiễm khô ng khí ? - Định nghóa ô nhiễm không khí cộng đồng Châu Âu đưa vào năm 1967: “Không khí gọ i ô nhiễm nh phần củ a bị thay đổ i, hay có điện củ a chấ t lạ gây tác hại mà khoa học ng minh được, hay gây khó chịu đố i với ngườ i “ - Theo định nghóa ta hiể u: chấ t gây ô nhiễm nguy hại đến tự nhiên ngườ i mà khoa học nhận biế t đượ c hay đơn giản gây khó chịu chẳ ng hạn mù i hôi, màu sắc - Các chất ô nhiễm giớ i hạn nồng độ cho phép củ a chúng cá c nguồn phát thả i thay đổi theo thờ i gian M HC - Ngà y nay, người ta xá c định chất ô nhiễm KT TPkhông khí, mà phần lớn SP chất có khí xả độ ng đố t g ĐH ờn Trư äc ve thuo uyền q Bản Hiệ n Tố c độ tăng Thờ i kỳ tiề n (ppm) (%/năm) Chấ t ô nhiễm Công nghieäp * (ppm) 270 340 0.4 CO2 0.28 0.30 0.25 NOX 0.05 0.13 CO 0.001 0.002 SO2 * ppm: part per million ( mộ t phần triệu ) Bả ngI.1: Sự gia tăng củ a chất ô nhiễm bầu khí quyể n - Tuỳ theo sách năn g lượ ng củ a nước , phân bố tỷ lệ phát sinh ô nhiễm cá c nguồn khác không đồn g nhất: Nguồn phát sinh ô nhiễm Ô tô Sản xuất điện Qúa trình cháy Công nghiệp Các trình cháy c Công nghiệp dầu mỏ Các hoạ t động khác Tổng cộng CO 93 0.1 0.0 6.3 0.6 100 HC 57.3 0.1 26.4 0.7 14.8 0.7 100 NOX 39 21.5 31.3 0.8 5.1 2.6 100 Bả ng I.2 Tỷ lệ phát thả i cá c chất ô nhiễm Nhật (tính theo %) Trang Thư viện ĐH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Trường ĐH SPKT TP HCM Ô nhiễm môi trường http://www.hcmute.edu.vn Th.S Đỗ Quố c Ấm Nguồn phát ô nhiễm CO HC NOX Ô tô 64.7 45.7 36.6 Các phương tiện giao thông khác 9.0 7.2 10.5 Qúa trình cháy công nghiệp 9.1 16.8 42.8 Công nghiệp dầu mỏ 5.2 5.3 1.7 Các hoạ t động khác 12 25 8.4 Tổng cộng 100 100 100 Bả ng I.3: Tỷ lệ phát thả i cá c chấ t ô nhiễm Mỹ (tính theo %) I.2- Các chất ô nhiễm sinh trê n độ ng đốt sử dụng nhiên liệ u xăng Qúa trình cháy lý tưởng củ a hỗn hợp hydrocarbone với khô ng khí sinh CO2, H2 O, N2 Tuy nhiên , không đồn g nhấ t hỗn hợp, tính chấ t phức tạp củ a hiệ n tượn g lý hoá diễn trình chá y nê n khí xả động đốt có a mộ t hàm lượng đáng kể cá c chất độc hạ i như:  oxide nitơ: NO, NO2, N2O gọi chung NOX M HC  Monoxide cacbon: CO T TP SPK  Hydrocarbon chưa cháy : HC g ĐH ờn  Bồ hóng, muộ i than Trư äc ve  Chì: Pb ; Lưu huỳnh: S thuo uyền cá c chất phụ gia nhiên liệu cũ ng có ảnh hưởng đến q - Nhữn g chất lưu huỳn h, chì Bản thành phần chấ t ô nhiễm sản phẩm cháy Một thông số có tính tổng quát ản h hưởn g đến mứ c độ phát sinh ô nhiễm củ a động hệ số dư lượng không khí  Hình I.4 trình bày cách định tính phụ thuộ c nồng độ NOX, CO, HC khí xả theo hệ số dư lượn g khôn g khí  Hình I 4: Biến thiên nồng độ cá c chấ t ô nhiễm theo hệ số dư lượng khôn g khí Trang Thư viện ĐH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Trường ĐH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Ô nhiễm môi trường Th.S Đỗ Quố c Ấm I.2.1 NOx ( oxide nitơ) : - NOX tên gọi chung củ a oxide nitơ gồm: NO, NO2 N 2O Hình thành kết hợp giữ a oxi nitơ điều kiện nhiệt độ cao - Một xu hướ ng nân g cao tính kinh tế củ a độ ng ngày áp dụng kỹ thuậ t chế hoà khí phân lớp cho động làm việ c vớ i hỗn hợp nghèo Trong điều kiện NOx đố i tượng củ a việ c xử lý ô nhiễm - Mức độ phát sinh ô nhiễm trung bình củ a trình cháy nhiê n liệu hydrocarbon Chấ t ô nhiễm NOx CO HC Bồ hóng Lượ ng phá t sinh (g/kg nhiên liệu ) 20 200 25 2÷5 M P HC Trê n số liệu trung bình, điều kiện cháy củ a hỗn PKT T hệ số dư lượng khôn g khí  hợp có HS = Tuy nhiên điều kiện cháy p suấøng Đnhiệ t độ cao, hệ số dư lượng không khí ươ t r ve T  lớn tỷ lệ thành phần cá c chất ô nhiễộc thay đổ i theo hướng gia tăng NOx um th I.2.2- Monoxide Carbon : CO yền qu Bản Monoxide Carbon có mặ t khí xả độn g đố t trình cháy khô ng hoàn toàn củ a hỗn hợp giàu hay phân giải sả n vật cháy với nhiệ t độ - CO chất khí khôn g màu , khô ng mù i độc Theo số liệ u thống kê cá c nguồ n phát sinh ô nhiễm chủ yếu nay, người ta thấy 70% lượng CO khí khí xả động ôtô gây ra, tốc độ gia tăng nông độ CO khí quyể n mứ c độ cao, gần 3% năm I.2.3-Hydrocarbon chưa cháy: HC - HC có mặ t khí xả chủ yếu cá c không gian chết buồ ng cháy hay i cá ch c HC đượ c hình nh ûnhữn g nơi có nhiệ t độ thấ p Ngoài hỗn hợ p nghèo, tố c độ cháy thấ p dẫn đến tình trạng bỏ lử a, nguyên nhân làm tăng nồng độ HC khí thải I.2.4-Bồ hó ng –muội than , chì , lưu huỳnh: - Bồ hó ng, muộ i than: đối vớ i động sử dụng nhiên liệu xăn g hàm lượng bồ hóng, muộ i than không đáng kể Tuy nhiên chất ô nhiễm quan trọng khí xả độ ng Diesel - Lưu huỳ nh: Thô ng thườ ng xăng có a khoảng 600 ppm lưu huỳnh Trong trình cháy, lưu huỳn h bị oxy hoá thàn h SO3, chất kế t hợ p vớ i nướ c để tạo H2SO4 SO3 + H2 O = H2 SO4 - Chì: để tăng tính chốn g kích nổ nhiên liệ u, người ta pha thêm tetraetyl chì Pb(C2H5)4 vào xăng Sau cháy, hạ t chì có đườn g kính cự c bé thoá t theo khí xả, lơ lửng không khí trở thành chất ô nhiễm đố i với bầu khí quyển, khu vự c thàn h phố có mậ t độ giao thông cao Trang Thư viện ĐH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Trường ĐH SPKT TP HCM Ô nhiễm môi trường http://www.hcmute.edu.vn Th.S Đỗ Quố c Ấm II- TÁ C HẠ I CỦA CÁC CHẤ T Ô NHIỄM: II.1-Đối với người : II.1.1 CO : - CO chấ t khí không màu, không mù i, khô ng vị CO ngăn cản dịch chuyển củ a hồng cầu máu, làm cho cá c phận củ a thể bị thiếu oxy Nạn nhân bị tử vong 70% số hồn g cầu bị khốn g chế (khi nồng độ CO không khí >1000 ppm) Ở nồng độ thấp hơn, CO gây nguy hạ i lâu dài với ngườ i - Khi 20% hồng cầu bị khống chế , nạn nhân bị nhứ c đầu, chón g mặ t buồn nôn - Khi 50% hồng cầu bị khống chế , não ngườ i bị ảnh hưởng mạnh -Tuy nhiên CO chất trung gian quan trọng trình oxy hoá cacbon thành cacbonic, khí cacbonic thông qua quang hợ p tạo oxi Quang hợp C6H12 O6 + 6O2 CM 6CO2 +6H2O H TP II.1.2-NOX : PKT S - NOX họ oxide nitơ, NO chiếm ờng phậ n NOX đượ c hình nh N2 tác đại ĐH r dụng với O2 điều kiện nhiệ t độ cao ộc T u h - NO không nguy hiểm nhiềuuyền t sở để tạo NO2 q , ûn - NO chất khí màu Ba ng nhạt, có mù i, khứu giác phát nồn g độ hồ không khí khoảng 0,12ppm NO2 chất khó hoà tan, theo đường hô hấ p vào phổ i gâ y viêm huỷ hoạ i tế bào củ a quan hô hấp Nạn nhân bị mấ t ngủ, ho, khó thở II.1.3-Hydrocarbon : HC - HC có khí thải trình cháy không hoàn toàn hỗn hợp giàu, tượng cháy khô ng bình thường - Chấ t gây tá c hạ i đến ngườ i chủ yếu HC thơm - Khi nồng độ củ a HC thơm lớn 40 ppm gây bệnh ung thư máu - Khi nồng độ lớn 1g/cm3 gây rố i loạn hệ thần kinh - Ngoà i HC cũ ng nguyê n nhân gây bệnh gan II.1.4-SO2 : - SO2 chấ t háo nướ c, SO2 dễ hò a tan vào nướ c mũi, sau oxy hoá thành H2SO4 rồ i theo đường hô hấp vào phổ i - Ngoài SO làm giảm khả đề ng củ a thể làm tăn g cườ ng độ tá c hạ i củ a chất ô nhiễm khác đố i vớ i nạn nhân II.1.5-Bồ hóng : - Bồ hóng chấ t ô nhiễm quan trọ ng, tồn dạng hạt rắn có đường kính trung bình khoảng 0,3m, nê n rấ t dễ xâm nhập sâu vào phổ i -Bồ hóng việc gây trở ngạ i cho quan hô hấp, nguyê n nhâ n gây bệnh ung thư cá c HC thơm mạch vòng đượ c hấp thụ bề mặ t củ a chúng trình hình thành Trang Thư viện ĐH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Trường ĐH SPKT TP HCM Ô nhiễm môi trường http://www.hcmute.edu.vn Th.S Đỗ Quố c Ấm II.1.6-Chì: - Chì có không khí thả i tetraetyl chì Pb(C2H5)4 pha o xăn g nhằm tăn g tính chống kính nổ củ a nhiên liệu Sự pha trộ n chất vào xăng vấn đề bàn cãi giớ i khoa học - Chì tồn tạ i khí xả dạng hạ t, có đường kính nhỏ Vì vậ y dễ xâm nhập vào thể qua da đườn g hô hấp Khi vào đượ c thể, khoảng 30-40% lượng chì o máu - Sự điện củ a chì gây xáo trộ n trao đổi ion não, làm trở ngạ i cho tổ ng hợp enzyme để hình thành hồ ng cầu Điều đặc biệt chì tác động lên hệ thần kinh làm cho trẻ em chậm phá t triển trí tuệ - Chì bắ t dầu gây nguy hiểm cho ngườ i nồ ng độ củ a máu vượ t 200 -250 g/lít M HC II.2-Đối với môi trườ ng: T TP SPK II.2.1-Thay đổi nhiệ t độ khí quyển: g ĐH rườn - Sự điện củ a cá c chất ô nhiễm,ộc vebiệt cá c chất khí gâ y hiệu ứng nhà kính, đặc T u không khí trướ c hết ảnh hưởng đến àn th trình cân nhiệ t củ a bầu khí uye q Bản - Trong số chấ t khí gây hiệu ứ ng nhà kính, người ta quan tâm đến khí cacbonic(CO2) thành phần sản phẩm cháy củ a nhiên liệu có a cacbon - Sự gia tăng nhiệ t độ bầu khí chấ t gây hiệu ứng nhà kính giả i thích + Quả đất nhận lượng từ mặ t trời xạ lạ i qua không gian mộ t phần nhiệ t lượng mà nhận , trình bứ c xạ lại khô ng gian mộ t phần nhiệ t lượn g củ a xạ mặ t trờ i bị lớp khí gây hiệ u ứng nhà kính giữ lại bứ c xạ ngượ c trái đất làm cho bầu khí quyể n trái đất ngày càn g nóng Hình I.5-Hiệu ứng nhà kính - Với tốc đôï gia tăng nồng độ khí cacbonic bầu khí quyể n Ngườ i ta dự đoán vào khoảng giữ a kỷ 22, nồ ng độ khí cacbonic tăng lên gấp đô i Khi theo dự tính củ a cá c nhà khoa họ c xảy thay đổ i quan trọ ng đố i với cân nhiệ t trá i đất - Nhiệ t độ bầu khí quyể n tăng lê n từ - o C - Một phần băn g vù ng bắc cự c nam cự c tan làm tăng chiề u cao mực nướ c biển Trang Thư viện ĐH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Trường ĐH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Ô nhiễm môi trường Th.S Đỗ Quố c Ấm - Làm thay đổ i chế độ mưa gió sa mạc hoá thêm bề mặt trái đất II.2.2-Ả nh hưở ng đế n sinh thái : - Sự gia tăng NOX, đặ t biệt NO2 có nguy làm gia tăng huỷ hoại lớp ozon thượng tầng khí Đó lớp khí cần thiết để lọ c tia cự c tím phá t xạ từ mặt trời - Tia cự c tím gây ung thư da gây độ t biến sinh học Đặc biệ t làm độ t biến sinh cá c vi trùng có khả làm lây lan bệnh lạ dẫn đến huỷ hoạ i sống mọ i sinh vật trê n trái đất giố ng điều kiện hỏ a - Mặt c chấ t khí có tính acid như: SO2 , NO 2, bị oxy hoá tạo thàn h acid sunfuric, acid Nitric hoà tan mưa, tuyết , sương mù… làm huỷ hoạ i thảm thực vậ t trê n mặt đấ t (do mưa acid) gây ăn mòn công trình kim loại Bản quy huo ền t äc ve ờng Trư M HC T TP PK ĐH S Trang Thư viện ĐH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Trường ĐH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Ô nhiễm môi trường Th.S Đỗ Quố c Ấm CHƯƠNG II CƠ CHẾ HÌNH THÀNH CÁ C CHẤ T ĐỘC HẠI VÀ CÁ C YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG CỦ A ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU XĂNG Dướ i tác động trình cháy độn g đố t trong, khí thả i khô ng bao gồm với số lượng lớn cá c chấ t như: CO2, H2O, N2 …mà mang theo chấ t độ c hại c, tá c động xấu đến sức khoẻ người môi trường : monoxidecarbon (CO), cá c hydrocarbon cháy không hết (HC), cá c oxyt nitơ (NOx) , cá c hợp chấ t chì … I-CƠ CHẾ HÌNH THÀNH CÁ C OXIDE NITƠ (NOx) I.1-Cơ chế hình thàn h oxide nitơ (NOx) NOX tên gọ i chung cá c oxide nitơ gồm có cá c chất như: NO, NO2, N2O, chúng hình thàn h kế t hợp giữ a oxi nitơ điều kiện nhiệ t độ cao I.1.1-Cơ chế hình thành monoxide nitơ (NO) - Trong trình hoạ t độ ng củ a động lượn g NO sinh chiếHCtỷ lệ lớn nhấ t họ mM TP NOX (90 - 98% tổng hợp NOX) PKT ĐHi S u kiệ n hệ số dư lượng không khí Sự hình thành NO oxi hoá nitơ khôn g ơkhí vớ điề øng ề Tr xấp xỉ 1, phản ứ ng sau xảy ra: ộc v thu NO + N (1) O+N2eàn uy ûn q BaN+O2 NO + O (2) N+OH NO + H (3) Phaûn ứn g (3) xảy hỗ n hợ p giàu, NO tạo thành mà ng lử a sản phẩm cháy phía sau màng lưả m/s Hình II.1 phụ thuộc nồng độ NO theo nhiệt độ Hình II.1 Cho thấy lượng NO hình thàn h phụ thuộc lớn vào nhiệ t độ Lượ ng NO sinh theo phản ứng sau: ≥ 1100OC N2 + O2 2NO (4) Nồng độ NO phụ thuộc o điều kiện nhiệ t độ cao nồn g độ O2 có sản phẩm cháy Trang Thư viện ĐH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Trường ĐH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Ô nhiễm môi trường Th.S Đỗ Quố c Ấm I.1.2-Cơ chế hình nh dioxide nitơ : (NO2) - NO2 chấ t khí độ c hại, đượ c hình thành nhiệt độ thườn g NO kết hợp vớ i O2 có khô ng khí 2NO2 (5) 2NO + O - NO2 đượ c hình thàn h từ NO với chất trung gian củ a sản vậ t cháy theo phả n ứng NO2 + OH (6) NO + HO2 - Trong điều kiện nhiệ t độ cao, NO2 tạo thành phân giải theo phản ứ ng (7) tO NO2 + O NO + O (7) - Trong trườn g hợp NO2 sinh lử a bị làm mát bở i mô i chấ t cóp nhiệ t độ thấp phả n ứn g phân giả i (7) bị khốn g chế nghiã NO2 tiế p tụ c tồn sản vật cháy Vì động làm việ c chế độ không tả i hay tả i thấp nồng độ NO2 khí thả i gia tăn g M HC I.1.3-Cơ chế hình nh protoxide nitơ (N2O) T TP SPK - N2O đượ c hình thành chủ yếu từ cá c chất trung g ĐH NH NCO chúng tá c dụng vớ i gian ờn Trư NO: äc ve uo (8) NH th N2 O + H uyền + NO ản q NCO + NO B N2O + CO (9) N2O cũ ng chủ yếu đượ c hình thành vùng oxy hoá nồng độ nguyên tử H cao, mà hydrogene chất tạo phân huỷ mạn h protoxide nitơ theo phản ứng: N2O + H NH + NO (10) N2 + OH (11) N2O +H Vì N2O chiếm tỷ lệ rấ t thấp khí xả củ a động đố t (khoảng 3-8 ppm/l) I.2- Các yế u tố ả nh hưở ng đế n hình nh oxide nitơ: I.2.1-n h hưởng củ a hệ số dư lượ ng khôn g khí : () - Nhiệt độ cháy cực đại tương ứn g =0.9 (hỗn hợ p giàu) Tuy nhiên lú c nồng độ O2 thấp nên lượ ng NO có khí thải không lớ n - Nồng độ NO đạ t cực đại  1.1 lú c nồ ng độ O tăng đồng thời nhiệ t độ hỗ n hợp giảm, hai yếu tố làm lượ ng NO đạ t cực đạ i - Khi  tăn g lớn, lú c độ đậm đặ c hỗn hợp giảm , nhiệ t độ cháy thấp nên lượng NO giảm theo  Trang Thư viện ĐH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Trường ĐH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Ô nhiễm môi trường Th.S Đỗ Quố c Ấm HìnhII.2:Biến thiên nồng độ NO theo hệ số dư lượng khôn g khí  I.2.2 Ản h hưởng hệ số khí sót : Khí sót giữ vai trò làm bẩn hỗn hợp, làm giảm nhiệ t độ cháy dẫn đến giảm nồng độ NOx Tuy nhiên, hệ số khí só t gia tăng lớ n động làm việ c khô ng ổn định, làm giảm tính kinh tế củ a độn g tăn g nồng độ HC M P HC T Tn nồng độ NO Hình II.3-Ả nh hưởng củ a tỷ lệ khí xả hồSPK đế i lưu ĐH ươ g - Theo đồ thị (Hình II.3) nồng độ chấ t ô nhiễmønNO giảm mạnh theo gia tăng củ a tỷ lệ r T hồi lưu khí xả cho đế n tỷ lệ đạhuộc % t 15-20 ền t I.2.3 Ản h hưởng góc ûn qny lửa sớm đá uh Ba - Khi gó c đánh lửa tăng, thời điểm chá y hỗn hợp sớm lên, áp suấ t cự c đại gần điểm chế t Nhiệt độ cự c đại cũn g tăng thờ i gian tồn khí cháy tăng theo: hai yếu tố khiến NO tăn g - Vì , tăng góc đán h lửa sớm làm tăng nồng độ NO khí xả cùn g áp suấ t cự c đại giảm gó c đánh lử a sớm 10 giảm nồng độ NO từ 20-30% Hình II.4–Ản h hưởng góc đánh lử a sớm đến nồng độ NO I.2.4- nh hưởng nhiệ t độ buồ ng cháy : - Nhiệ t độ buồ ng cháy tỷ lệ thuậ n vớ i lượng hỗn hợp đốt cháy, mở lớn bướm ga, hỗn hợp vào động tăng, nhiệ t độ buồng cháy tăng lượn g NOx tăn g 1,25) dẫn đến nồn g độ CO2 giảm nồn g độ chất ô nhiễm CO, HC NOX giảm, suất tiê u hao nhiên liệ u giảm Tuy nhiên, ưu điểm có đượ c điều kiện phải tổ chức tốt trình cháy phân bố hợp lý độ đậm đặc củ a hỗn hợp buồng cháy - Khi gia tăng hệ số dư lượng khôn g khí hay làm bẩn hỗn hợp khí xả hồi lưu vượ t giớ i hạn cho phép dẫn đến :  Giảm tốc độ cháy, điểm cự c đạ i củ a áp suấ t lệ ch phía giai đoạ n giãn nở dù đánh lử a sớm  Moment phát không dẫn đến động làm việ c không ổ n định  Thường xuyên bỏ lửa  Gia tăng mứ c độ phá t sinh HC  Gia tăng suất tiêu hao nhiên liệu tố c độ cháy giảm VI.2-Ảnh hưở ng chế độ vận hành độn g xăng: VI.2.1-Cắt nhiê n liệ u giảm tốc : M HC - Để hạn chế nồng độ HC giai đoạn động đón g vai P phanh ô tô (khi giảm tốc T T trò SPK cài ly hợp), biệ n phá p tố t ờng ĐHcung cấp nhiên liệu Tuy nhiên, điều ngưng rư dẫ n đến điều bất lợi làm T hai điểm cự c đại HC: thờ i điểm cắ t nhiên äc xuất huo liệu thờ i điểm cấ p nhiên yền t lại xảy động sử dụn g chế hoà khí u liệu trở q Bản VI.2.2-Dừng độ ng đè n đỏ : - Chế độ dừng độ ng hợp lý ô tô chạy thành phố giảm đồng thờ i mức độ phá t sinh ô nhiễm suất tiê u hao nhiên liệu Thự c nghiệm cho thấy thờ i gian dừng ôtô vượt mộ t giá trị cực đại nên tắ t động Nếu không xé t đến suất tiê u hao nhiên liệu việ c tắt động không đem lại lợ i ích mặ t ô nhiễm trường hợp động có xúc tá c trê n đườn g thải Trung bình thờ i gian dừn g cực đạ i 50 giây, vượ t thời gian nà y nên tắ t độ ng động tác khô ng làm giảm tuổi thọ củ a máy khởi động bình accu VI.3-Ảnh hưở ng việc giớ i hạn tốc độ ôtô đến phá t sinh ô nhiễm: - Khi ôtô hoạ t độ ng ổ n định, ngườ i ta thấy nồng độ CO đạt cực tiể u tố c độ 80÷90km/h, nồng độ HC giảm dần đến tốc độ đạt khoảng 100km/h, sau tăng lên chậm nồng độ NOx tăng từ từ đến tốc độ độ ng đạ t 70÷80km/h sau tăng mạnh, đố i với độn g có dung tích cylinder lớn Các kết đo đạ c trê n chu trình có điều kiện thử gần với điề u kiện vận hàn h thực tế cho thấ y giới hạn tố c độ gây ảnh hưởng đến mứ c độ phá t sinh ô nhiễm Khi giảm mạn h giớ i hạn tốc độ , nồng độ NOx giảm vài phần trăm, làm tă ng đô i t CO, HC Khi tăng tố c, nhờ rố i củ a khô ng khí phía sau xe, chấ t ô nhiễm thải khỏi ố ng xả khuế ch tá n nhanh chóng không gian, làm giảm nồng độ cụ c củ a chúng môi trường - Trên xa lộ Châu Âu , tố c độ giới hạn 130km/h hoạ t động đạ i phận ô tô giảm tốc độ từ 119-107km/h người ta thấy nồ ng độ chất ô nhiễm bầu khô ng khí quanh hẹâ thống xa lộ giảm đáng kể : CO giảm 12, HC giảm 1,7,NOX giảm 10,5 ôtô thí Trang 16 Thư viện ĐH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Trường ĐH SPKT TP HCM Ô nhiễm môi trường http://www.hcmute.edu.vn Th.S Đỗ Quố c Ấm nghiệm c đượ c thự c hiệ n cách giảm tố c độ giới hạn từ 100km/h xuố ng 60km/h hoạ t động phận xa lộ, ngườ i ta thấy lượng NOX giảm 50 thá ng VI.4-Ả nh hưởng nhiê n liệ u đến mức độ phá t sinh ô nhiễm độ ng (nhiên liệ u độ ng xă ng ) - Việ c điều chỉnh độn g có ản h hưởng lớn đế n lượng ô nhiễm phát sinh việ c điều chỉnh tác động đế n chế hình thành hay phân huỷ chất ô nhiễm trước thoá t ngoà i khí - Nhiên liệ u cũ ng gây ảnh hưởng đến phá t sinh ô nhiễm Chủ yếu tỉ lệ không khí/nhiên liệu bị thay đổ i thay đổ i đặ c trưng hoá lý củ a chúng không phả i lúc đượ c bù lại bở i điều chỉnh thông số củ a động Như biế t, độ đậm đặc củ a hỗn hợp ảnh hưởng lớn đến mức độ phá t sinh ô nhiễm: NOX đạt cự c đạ i môi trườ ng nghèo ; CO, HC đạt cự c tiểu mô i trường nghè o VI.4.1-Ả nh hưởn g khố i lượ ng riê ng nhiê n liệu : Khố i lượng riê ng nhiên liệu có quan hệ chặt chẽ với thàn h phần cá c hydrocarbon tạo thành hỗn hợp nhiên liệu thường hay super, đặc biêït tỉ lệ nguyên tử tổng t carbon/hydrogene M HC Sự gia tă ng khối lượng riêng củ a nhiên liệu có khuynh PKTnTPlàm nghèo hỗn hợp đối vớ i hướ g S động dùng chế hoà khí ngượ c lại làm giàu g ĐHhợ p động phun xăn g Tuy hỗn ườn r nhiên, phạm vi thay đổ i khố i lượng riênvenhiên liệu rấ t bé (từ 2,5 đến 4%) ả nh hưởng củ a g àT uộc đến mứ c độ phát sinh ô nhiễyền ta động điề u sẵn vớ i lượn g nhiên lịệu cho m củ h qu Bản trước không đá ng kể VI.4.2- Ả nh hưởn g tỷ lệ HC thơm: - Hiện ngườ i ta có khuynh hướ ng gia tăng hàm lượ ng chấ t hydrocarbon thơm nhiên liệ u để thay nhiên liệu có chì - Cá c hydrocarbon thơm có số octane nghiên cứu >100 số octane độ ng MON thường lớn 90 Do thêm thành phần HC thơm vào nhiê n liệ u mộ t biệ n pháp làm tă ng tính chốn g kích nổ củ a nhiên liệu đại - Các HC thơm có tỷ số C/H cao khố i lượ ng riêng lớn Do nhiệ t lượng toả đơn vị thể tích cao nên nhiệt độ cháy củ a hỗn hợp tăng làm tăn g NOX - Mức độ phá t sinh CO bị ản h hưởng hàm lượng hydrocarbon Tuy nhiên , hydrocarbon thơm có cấu tạo ổn định nê n có động họ c phản ứ ng cháy chậm hơn.Do đó, mộ t điều kiệ n cháy,sự phá t sinh hydrocarbon chưa cháy nhiê n liệu a nhiề u hydrocarbon thơm cao điề u kiện cháy VI.4.3-Ảnh hưở ng tính bay - Nhữn g thành phần nặng (bay nhiệ t độ lớ n 200-220C) có ảnh hưở ng đến phá t sinh HC chưa cháy, bố c cháy khôn g hoàn toàn - Những thành phần nhẹ hơn, cần thiế t cho việc khở i độn g làm việ c trạng thá i nguộ i, ngoà i ảnh hưởn g đến tổ n thất bay - Chính thành phần dễ bay nhất, đặc biệt cặp butane –penture Cặp nhẹ thường có nhiều quy định trình lọ c dầu, đượ c pha vào nhiên liệ u đế n giớ i hạn tố i đa cho phé p để tận dụ ng số octane cao củ a (butane có số octane nghiên u = 94) nhằm bù trừ việ c giảm hàm lượng chì Tính bay củ a nhiên liệu khô ng gây ả nh hưởng đế n phát sinh NOx khí xả , số CO HC gia tăng VI.4.4-Ả nh hưởn g số octane Trang 17 Thư viện ĐH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Trường ĐH SPKT TP HCM Ô nhiễm môi trường http://www.hcmute.edu.vn Th.S Đỗ Quố c Ấm Chỉ số octane có ả nh hưởng đến mứ c độ phá t sinh ô nhiễm , đặc biệ t độ ng bị kích nổ, giảm số octane dẫn đến gia tăng tính kích nổ, làm tăng NOX nhấ t hỗn hợp nghèo VI.4.5-Ảnh hưở ng chấ t phụ gia : - Trong nhiên liệu dù ng cho độ ng xăngthì thường pha o nhiều chấ t phụ gia như: chất phụ gia làm tăng số octane, chống oxi hoá, làm bề mặt đường ống nạp … - Những chấ t phụ gia chì, nh phần củ a không đủ để loại trừ hết lớp bám buồ ng cháy Sự điện lớp bám dường không gây ản h hưở ng đến nồng độ CO NOX làm tăng HC - Nhữn g chất phụ gia làm bề mặt đườn g ống nạp cho phép giữ đượ c điều chỉnh ban đầu ổn định mứ c độ phát sinh CO HC chế độ không tả i VI.4.6-Ảnh hưở ng việc sử dụng nhầm nhiên liệ u - Nhầm nhiê n liệu việc cung cấp không nhiên liệu cho động Trong thự c tế thườ ng diễ n nhầm lẫn cung cấp nhiên liệu pha chì cho độn g có ốn g xả xú c tác Chất chì gây hạ i cho xúc tác làm giảm hiệu củ a dẫ n đến gia tăng M HC dần cá c chất ô nhiễm sau ống xả Trong trường hợp này, T TP cung cấp xă ng khô ng chì trở SPK lại tính củ a xú c tác không đạ t đươcøng ĐHquả ban đầu hiệ u Trư VI.5-Thô ng số thiết kế äc ve thuo Mối quan tâm hàng đầu củ a việ c thiết kế động phả i để giảm mức độ phát sinh uyền q Bản ô nhiễm - Đối vớ i động xăng, có chấ t gây ô nhiễm đượ c đặc biệ t quan tâm: NOx, HC CO Để làm giảm nồng độ cá c chất khí độ c hại nằm giới hạn cho phép, cá c nhà thiết kế phả i chế tạo động cho thông số thiế t kế thông số hoạ t độn g … phù hợp vớ i loại động VI.5.1-Tỉ số điệ n tích bề mặ t buồn g đố t thể tích củ a - Một nhữ ng thông số đặc trưng củ a buồn g đố t tỉ số giữ a điện tích bề mặt buồng đố t thể tích củ a nó(F/V) Càng tăng tỉ số số lượng hỗn hợ p tiếp xú c với thành buồ ng đố t lớn Do mấ t mát nhiệ t vào nước làm má t lớn tính tiế t kiệm tố c độ lan trà n màng lưả giảm xuốn g dẫn đến lượng HC có khí thải tăng Trang 18 Thư viện ĐH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Trường ĐH SPKT TP HCM Ô nhiễm môi trường http://www.hcmute.edu.vn Th.S Đỗ Quố c Ấm Hình II.1- Sự phụ thuộ c nồng độ HC có khí thả i vào tỷ số giữ a bề mặt thể tích M buồng đốt.(F/V) HC T TP PK ĐH S g tỉ số F/V làm tăn g khoả ng cách từ bu- Ngoài điều kiện khác nhau, ương tă øn Tr äc ve i gian để đố t cháy hế t lượn g hỗn hợp hoà khí gi đế n điểm xa củ a buồ ng đố t Doó thờ th o uyền thả i Vì nguyên nhân tạo điều kiệ n thuậ n tă ng làm tăn g lượng HC có ûn q khí Ba lợ i cho việ c hình thàn h muộ i than sinh kích nổ độ ng VI.5.2-Tỉ số né n - Nhữ ng tính toán lý thuyế t cho thấy tăng tỉ số nén tính kinh tế củ a độn g tăng, đồng thờ i tăng tổn thất giới Ngoà i ra, tăng tỉ số né n lớn sinh tượ ng kích nổ động Vì việc tăng tỉ số nén có lợ i mộ t phạm vi nhấ t định - Khi tỉ số nén tăn g nhiệt độ cuố i trình cháy tăn g, điều nà y làm tăng nồn g độ NOx có khí thả i Ngoài ra, tăn g tỉ số né n làm cho nhiệ t độ cuố i trình thả i giảm xuống, làm tăng lượn g HC, CO có khí thả i - Theo giáo sư B.Vpêtơrop nhiệ t độ cuố i trình thải tính Tr=1450/ + 1092/  + 0,14n - 494K (khi   ) Tr=1450/ + 738/  + 0,14n +1336K(khi   ) Trang 19 Thư viện ĐH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Trường ĐH SPKT TP HCM Ô nhiễm môi trường http://www.hcmute.edu.vn Th.S Đỗ Quố c Ấm Hình II.2- nh hưởng củ a tỷ số nén đến nồn g độ NOx cóCM khí thải H TP PKT H Ta Đy S nhậ n thấy, thờ i gian cháy để đạ t Tỉ số nén ảnh hưởng trự c tiếp đế n tố c độønchá ươ g ề Tr tăng từ 0,0054 giâ y (=4) tớio0,00375 giây (=6) Tố c độ cháy thay đổ i giá trị Pmax v hu äc độ nén tăng, hỗn hợp nhiêyeliệt đặ c phần tử nhiên liệ u nằm gần Như n àn u qu Bản vậy, tăng tỉ số nén độ ng làm việc vớ i hỗn hợ p loãng (điều làm giảm chất độc hại có khí thả i ) Hình II.3 nh hưở ng tỷ số nén đến đường biểu diễ n trình cháy Đường A:=4 ; Đường B :=5 ; Đườ ng C :=6 Trang 20 Thư viện ĐH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Trường ĐH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Ô nhiễm môi trường Th.S Đỗ Quố c Ấm Hình II 4- Ảnh hưởng củ a tỷ số nén đến giớ i hạn làm việc củ a độ ng - Theo hình 3.4 ta thấy  tăng từ 1016 động làm việc vớ i hỗn hợp loãng VI.5.3 Hình dạng buồ ng đố t : - Hình dạng kích thướ c buồng đốt ản h hưởn g lớn đến tỉ số né n động Bằng thự c nghiệm ngườ i ta thấy với dạng buồng đố t hình chỏm cầu có bố trí xú-páp treo tỉ số né n lớn M - Dạng buồng đố t đươc thiết kế cho khả xoáy lốc củTP HC p tăn g, làm cho a hỗn hợ T K hoà hợp hỗn hợp nhiê n liệu đượ c tố t hơn, tăng khả nănH SPm” bung “những màng nhiê n liệ u g Đ g øn đọ ng lạ i vách cylinder để đưa vào ề Trươ oxi hoá Tuy nhiên dạng buồn g đố t trình äc v phức tạp làm tă ng tỉ số F/Vvà thuo hưởn g đến hình thành HC + CO trình bày àn ảnh quye phần trướ c Bản     Hình II.5 Quan hệ tỷ số nén với dạng buồng cháy (Khi dùng xăng có số ốc- tan =70) Trang 21 Thư viện ĐH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Trường ĐH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Ô nhiễm môi trường Th.S Đỗ Quố c Ấm VI.5.4-Bố trí bu-gi xú-páp: - Việc bố trí xú-páp, số lượ ng xú-páp có ảnh hưở ng trự c tiếp đến ng buồ ng đố t tỉ số nén động ảnh hưở ng đến tố c độ lan tràn mà ng lử a tố c độ tăng p suất độn g - Vị trí xú-páp bu-gi có quan hệ chặt chẽõ với Thông thường ngườ i ta bố trí bugi nằm lệ ch phía xú-páp thải đâ y nơi có khả xả y tượn g kích nổ lớn Điê ù giúp việ c đố t chá y hỗn hợp vùng không ổn định làm giảm khả năn g kích nổ động hay nói cá ch c làm giảm muội than HC có khí thải - Đố i với độn g sử dụng 45 xú-páp bu-gi thường đượ c bốâ trí tâm buồng đố t Như khoảng cá ch từ bu-gi đến điểm xa nhấ t củ a buồn g đố t đồn g Bản quy huo ền t äc ve ờng Trư M HC T TP PK ĐH S Hình II Vị trí củ a Bu-gi xu-ùp áp VI.5.5-Tỉ lệ khoảng chạ y piston thể tích cylinder (S/D): - Tỉ lệ S/D mộ t tỉ lệ có quan hệ mật thiế t vớ i tỉ lệ F/V - Ở cùn g mộ t thể tích cho trước, ta giảm tỉ lệ S/D nghóa khoảng chạy piston ngắn hơn, điện tích bề mặ t buồng đố t tăng lên (F/V tăng ), kết làm cho lượng HC có khí xả tăng nói phần trước Vì động có khoảng chạ y dà i thích hợ p Trang 22 Thư viện ĐH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Trường ĐH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Ô nhiễm môi trường Th.S Đỗ Quố c Ấm  M C Hình II.7- Sự phụ thuộ c HC từn g tỷ lệ S/D khác nhauH tỷ lệ nhiên liệu T TP SPK g ĐH ờn VI.6 Một số thô ng số chuẩn bị hỗnTrưp thô ng số điề u chỉnh khác hợ äc ve uo VI.6.1-Chuẩn bị hỗn hợp yền th phun nhiên liệ u : u q - Trong động hiệnûn Ba việc chuẩ n bị hỗn hợp kiểm soát hỗn hợp trước đốt cháy buồn đốt quan trọn g, ảnh hưởng lớn đến hình thành chất khí độ c hại khí thải động - Do hạn chế củ a độ ng làm việc phạm vi hẹ p hỗn hợp () Khi 1,2) Vì nhữ ng lý , chuẩn bị kiểm soá t hỗn hợp cũn g làm giảm tối thiểu tất thành phần độ c hại khí thả i mộ t lúc - Việc hình thành hỗn hợp điề u kiện tố t nhấ t mộ t mong muốn củ a nhà thiết kế: + Đối vớ i độ ng dùng chế hoà khí: hoạ t độn g tố t đạt đượ c giảm tố i thiể u hình thàn h mà ng nhiên liệu không kể đến ản h hưởn g cá c đặ c tính khác + Đối vớ i độn g phun xăng :để cho nhiên liệu đượ c phun tơi sương đòi hỏi phả i có biện pháp bổ sung tạo tú i khí xung quanh kim phun Trang 23 Thư viện ĐH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Trường ĐH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Ô nhiễm môi trường Th.S Đỗ Quố c Ấm Kim phun nhiê n liệ u ờng Trư Bản äc ve Đường ống nạp thuo ền Đường ống cung cấ p khô ng khí M HC T TP PK ĐH S quy Cánh bướm ga Hình II.8 : Sự phủ khí xung quanh kim phun - Lượng khí đượ c sinh khí thả i nhiề u hay cò n phụ thuộc vào ổn định hỗ n hợp, ổn định đượ c kiểm soát bở i cảm biế n  (cảm biến oxy) Nhiệm vụ củ a cảm biế n tự độ ng ghi tỉ lệ hỗn hợp điều chỉnh lương hỗn hợp lạ i cho phù hợp Tuy nhiên, hệ thống hoạ t độ ng phạm vi 1, ngoà i phạm vi làm việc khôn g nhạy Hình II.9- Sự làm việ c củ a cảm biế n  Trang 24 Thư viện ĐH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Trường ĐH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Ô nhiễm môi trường Th.S Đỗ Quố c Ấm - Để đảm bả o việc cung cấp lượng hỗn hợp cylinder đượ c đồ ng sứ c cản đường ống nạp đến cylinder phải đồ ng Yêu cầu nà y áp dụng tương tự trê n đường ống xả - Đố i với độn g phun nhiên liệu cylinder để khống chế =1 đồng cho mỗ i cylinder, mộ t giải phá p tốt bố trí cảm biến oxy, riê ng lẻ cho cylinder VI.6.2.Thời điểm đánh lử a-năng lượng đánh lử a ,vị trí bu-gi: Thờ i điểm đánh lửa, lượng đánh lửa vi trí bu-gi đánh lử a đặc tính có ảnh hưởng lớn đến nồng độ khí thả i - Nếu thờ i điểm đánh lửa trễ làm cho nhiệ t độ cự c đại trình chá y giảm xuống làm giảm lượng NOx Ngoà i ra, làm cho trình cháy kéo dà i sang kỳ thả i, thú c đẩy trình cháy đường ống xả diễn với hạ t khí HC CO làm lượ ng củ a chún g giảm Bản quy huo ền t äc ve ờng Trư M HC T TP PK ĐH S Hình II.10 n h hưởn g hệ thốn g nhiên liệu –khí thờ i điểm đán h lửa khí thả i ô nhiễm - Năng lượng đá nh lửa tăng lên động hoạ t độn g vớ i hỗn hợp loãng làm giảm nồng độ cá c chất khí độ c hại khí thả i - Khi bố trí bu-gi, rú t ngắn đượ c khoản g cách điểm xa nhấ t buồng đốt tố t lộ trình củ a lử a ngắ n làm tăng khả năn g đốt cháy hỗn hợp hoàn toàn, nồng độ HC sinh lượ ng tiêu hao nhiên liệu giảm xuố ng Đặc điểm đượ c tìm thấy cá c động có 45 xú -páp, động bu-gi thường đươc đặt giữa, ngoà i để rú t ngắn lộ trình lử a ngườ i ta bố trí hai bu-gi mộ t buồ ng đố t III.6.3-Thờ i điểm nhấc xú-páp : - Thời điểm nhấ c xú-páp phụ thuộc vào cá c yếu tố sau: Tăng momen quay củ a độ ng số vòng quay thấp Tăng côn g suất cực đạ i củ a độ ng giảm lượng nhiê n liệ u tiê u thụ Đặc tính không tải tố t lượng khí thải Các yêu cầ u thích hợp vớ i cùn g mộ t thời điểm đón g mở xú-páp - Khi thiế t kế động gó c trùng điệp xú- pá p mộ t đặ c tính quan trọng ảnh hưởng đến lượ ng khí thải sinh Khi ta tăng góc trùng điệ p lên lượng NOx giảm thờ i gian hỗn hợp vào lâu tuần hoàn khí thải cũn g tăng giúp cho nhiệ t độ buồng đốt giảm xuống, ngượ c lại HC lạ i tăng có hỗn hợp vừ a vào theo đường xả - Ngoài tăng góc trùng điệ p xú-páp làm cho công suấ t động tăng lê n Trang 25 Thư viện ĐH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Trường ĐH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Ô nhiễm môi trường Th.S Đỗ Quố c Ấm Khi tả i lớn Khi tả i nhỏ Khi tả i lớn Khi tả i nhỏ Hình II.11- nh hưởng củ a trùng điệp xú –páp đến khí thải ô nhiễm Các hệ thống làm cho thờ i điểm ng mở xú-páp thay đổi (đặ c biệt xú-páp hút ) M C đươc sử dụng rộng rãi cá c động đạ i nămHgần Nó giúp cho T TP SP củ trùn g điệp củ a xú -páp tăn g giảm phù hợp tùy theo từn g vị trí K a động g ĐH ờn Trư äc ve thuo uyền q Bản Hình II.12-Các thiết kế thự c củ a việ c nhấc van thay đổi A: Thay đổi thời điểm độ cao nhấc xú-páp (loại kết hợp) B: Thay đổi độ cao nhấc xú-páp C: Thay đổi thời điểm nhấc xú-páp Trang 26 Thư viện ĐH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn ... có khí th? ??i tăng Trang 18 Th? ? viện ĐH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Trường ĐH SPKT TP HCM Ô nhiễm môi trường http://www.hcmute.edu.vn Th. S Đỗ Quố c Ấm Hình II .1- S? ?? phụ thuộ c nồng... áp suấ t nạ p Trang 10 Th? ? viện ĐH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Trường ĐH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Ô nhiễm môi trường Th. S Đỗ Quố c Ấm II.2.2- Ả nh hưởng th? ?nh phần. .. SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Trường ĐH SPKT TP HCM Ô nhiễm môi trường http://www.hcmute.edu.vn Th. S Đỗ Quố c Ấm II- TÁ C HẠ I CỦA CÁC CHẤ T Ô NHIỄM: II .1- Đối với người : II .1. 1