CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG ô NHIỄM môi TRƯỜNG từ KHÍ xả XE ô tô

Ô nhiễm từ các phương tiện giao thông đang là một trong những nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường Ô nhiễm từ hoạt động giao thông ngày càng tăng Theo các chuyên gia môi trường, th

UBND TP.HCM TRƯỜNG CĐKT LÝ TỰ TRỌNG

KHOA ĐỘNG LỰC

  

TIỂU LUẬN MÔN HỌC: NHẬP MÔN CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

Đề Tài:

CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG

TỪ KHÍ XẢ XE Ô TÔ

GVHD: VÕ ĐẮC THỊNH

SVTH : NGUYỄN QUỐC VIÊN

LỚP: 13CĐÔ5

TP.HCM, 1/2014

MỤC LỤC Trang

Lời nói đầu 3

1 Thực trạng ô nhiễm môi trường 5

2 Các hướng giai quyết 6

2.1) Sử dụng nguyên liệu sạch cho động cơ 7

2.2) Xử lí khí thải bằng một số hệ thống phụ trợ 10

2.3) Sử dụng động cơ sạch 16

Lời cảm ơn và nhận xét 17

Tư liệu tham khảo 18

LỜI NÓI ĐẦU

Công nghiệp ô tô là một ngành ảnh hưởng quan trọng đến sự phát triển nền kinh tế của đất nước.Phát triển ngành công nghiệp là động lực và sức mạnh để nước ta bước vào công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa và trở thành một nước phát triển.Sự ảnh hưởng của nó là rất đáng kể,được xem như là ngành xương sống của nền kinh tế nước ta.Việc đi sâu vào phát triển ngành và thu hút vốn đầu tư,ứng dụng công nghệ khoa học hiện đại,mở cửa hội nhập là những điều kiện để nền công nghiệp ô tô phát triển vững chắc

Nền công nghiệp ô tô ở nước ta bắt đầu từ năm 1991 với sự xuất hiện của 2 công ty có vốn đầu tư (FDI) là Mekong và VMC.Đến nay có rất nhiều công ty và doanh nghiệp lớn nhỏ lắp ráp, sửa chửa ô tô nhưng vẫn chưa dừng lại ở đây

Nhưng bên cạnh sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp này thì nó củng mang lại những hậu quả rất nghiêm trọng, không chỉ ở Việt Nam mà trên thế giới củng phải đối mặt.Trong đó vấn đề ô nhiễm môi trường do khí xả động cơ là vấn

đề đang được quan tâm mạnh mẽ, cần phải giải quyết kịp thời.Vậy để giải quyết khí xả động cơ chúng ta cần phải làm gì? Sau đây là một số giải pháp được đưa ra trong bài tiểu luận này…

1 Thực trạng tình hình ô nhiễm môi trường do khí thải động cơ

Theo Bộ Tài nguyên và Môi trường, ô nhiễm giao thông hiện đang là một trong những nguồn gây ô nhiễm không khí nghiêm trọng ở các đô thị hiện nay

Mật độ các phương tiện tham gia giao thông ngày càng nhiều đã tác động trực tiếp đến người tham gia giao thông, người đi đường; ảnh hưởng không nhỏ đến môi trường sống và sức khỏe cộng đồng.Bởi vậy, cần có những giải pháp cấp bách nhằm hạn chế ô nhiễm, góp phần giảm mức độ ô nhiễm không khí đô thị nói riêng

và ô nhiễm môi trường nói chung

Hình1 Ô nhiễm từ các phương tiện giao thông đang là một trong những nguyên

nhân chính gây ô nhiễm môi trường

Ô nhiễm từ hoạt động giao thông ngày càng tăng

Theo các chuyên gia môi trường, thời gian qua, hoạt động giao thông vận tải đã có những đóng góp quan trọng vào công cuộc phát triển kinh tế - xã hội của cả nước.Tuy nhiên, việc tăng cường các hoạt động giao thông vận tải làm phát sinh không ít các vấn

đề môi trường không khí

Theo báo cáo của Bộ Tài nguyên và Môi trường, trong quá trình hoạt động, các phương tiện giao thông thải lượng lớn các chất như: Bụi, CO, NOx, SOx, hơi xăng dầu, bụi chì, benzen… vào môi trường không khí

Lượng khí thải gây ô nhiễm đang tăng lên hàng năm cùng với sự phát triển về số lượng các phương tiện giao thông đường bộ Cụ thể, nồng độ bụi trong không khí ở các thành phố như: Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đà Nẵng Tại các nút giao thông cao hơn tiêu chuẩn cho phép từ 3 -5 lần.Nồng độ khí CO, NO2 trung bình ngày ở một số nút giao thông lớn đã vượt tiêu chuẩn cho phép từ 1.2 – 1.5 lần

Theo số liệu từ Cục Đăng kiểm Việt Nam, thời gian trước năm 2010, cả nước có khoảng 20 triệu môtô và xe máy, năm 2010 đã tăng lên khoảng 24 triệu xe và đến năm

2015, dự báo lượng xe máy lưu hành trong cả nước khoảng 31 triệu xe Hàng ngày, chỉ cần một nửa số phương tiện trên hoạt động cũng đã xả ra môi trường một lượng lớn các khí độc hại, trong đó có nhiều thành phần gây nên hiệu ứng nhà kính, gây ra các loại bệnh như: Viêm nhiễm đường hô hấp do nhiễm vi khuẩn, hen suyễn, viêm phế quản mạn tính, viêm mũi

Đặc biệt, tiếng ồn phát sinh từ các hoạt động giao thông cũng đóng vai trò chủ yếu trong việc gây ô nhiễm.Có 60 - 80% các nguyên nhân do tiếng ồn từ động cơ như: Do ống xả, do rung động các bộ phận xe, đóng cửa xe, còi xe, phanh xe, do sự tương tác giữa lốp xe và mặt đường Tiếng ồn gây tác hại rất lớn đến toàn bộ cơ thể nói chung và cơ quan thính giác nói riêng Tiếng ồn mạnh, thường xuyên gây nên bệnh đau đầu, chóng mặt, trạng thái tâm thần bất ổn, mệt mỏi…

Báo cáo cũng cho thấy, sự phát thải của các phương tiện cơ giới đường bộ phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng các loại xe.Đối với các phương tiện như xe ô tô, xe máy qua nhiều năm sử dụng có chất lượng thấp, hiệu quả sử dụng nhiên liệu thấp, nồng độ chất độc hại, bụi trong khí xả cao…là nguyên nhân gây ô nhiễm nghiêm trọng Trong đó, xe máy là nguồn đóng góp chính các loại khí ô nhiễm, đặc biệt là các khí thải CO,VOC Xe tải, xe khách các loại lại thải nhiều NO2

Tại các khu dân cư, mức độ ô nhiễm thấp hơn từ 2 đến 3 lần so với các trục đường giao thông.Tuy nhiên, đối với khu dân cư nằm trong các đô thị lớn chịu ảnh hưởng rõ rệt của giao thông, mức độ ô nhiễm vẫn vượt nhiều lần ngưỡng cho phép quy chuẩn Việt Nam (QCVN), đáng kể như các điểm tại: Hà Nội, Vĩnh Phúc, Bình Dương Ngược lại, ở các khu dân cư đô thị quy mô nhỏ và vừa, chất lượng không khí đo được còn khá tốt

2 Các hướng giải quyết tình trạng ô nhiễm do khí xả xe ô tô

+ Nhóm thứ nhất: Tổ chức tốt quá trình cháy nhằm giảm ô nhiễm do các chất như

NOx, CO, HC ngay tại nguồn (trong xy-lanh) Nhóm này bao gồm các biện pháp liên quan đến việc tối ưu hóa kết cấu của các chi tiết, cụm chi tiết và hệ thống có ảnh hướng đến quá trình cháy:

Thiết kế đỉnh pít-tông và nắp máy tạo hiệu ứng lốc xoáy, tăng khả năng hòa trộn nhiên liệu và không khí tốt hơn, quá trình cháy diễn ra nhanh hơn – thường áp dụng cho động cơ diesel và phun xăng trực tiếp; sử dụng hệ thống tăng áp, tăng đường kính xu-páp, giảm tổn thất trên đường nạp để tăng hiệu suất nạp; tính toán thiết kế thời điểm mở sớm xu-páp thải một cách tối ưu; sử dụng các hệ thống phun nhiên liệu điều khiển điện tử, tăng áp suất phun, lựa chọn kiểu phun đơn điểm hay đa điểm…

Mặc dù đây là các biện pháp rất hữu hiệu nhưng chỉ riêng bản thân chúng chưa thể giúp động cơ đáp ứng được các tiêu chuẩn ô nhiễm ngày càng nghiêm ngặt hơn

+ Nhóm thứ hai: Xử lý khí thải Đây là các biện pháp nhằm đảm bảo hàm lượng các

chất độc hại có trong khí thải trước khi thải vào môi trường phải nhỏ hơn giới hạn cho phép đã được quy định trong các điều luật.Có rất nhiều công nghệ khác nhau để xử lý khí thải: Bộ xử lý khí thải kiểu xúc tác 3 đường (trung hòa 3 thành phần cơ bản trong khí thải

là CO, HC và NOx); Bộ lọc PM, Bộ xử lý khí thải kiểu ô-xy hóa dùng cho động cơ diesel, Bộ xử lý NOx kiểu tích lũy, )

+ Nhóm thứ ba: Sử dụng kết hợp các hệ thống phụ trợ Để phát huy hiệu quả của hai

nhóm giải pháp trên cũng như hạn chế sự phát thải quá mức của động cơ ở một số chế độ làm việc, cần phải sử dụng thêm các hệ thống phụ trợ như: Hệ thống kiểm soát vòng lặp kín (hồi lưu khí thải); hệ thống đảm bảo nhiệt độ khí nạp; hệ thống phun khí (ô-xy) nhằm

hỗ trợ phản ứng trên đường thải; hệ thống tự chẩn đoán - OBD (OnBoard Diagnostics)

+ Nhóm thứ tư: Các giải pháp có liên quan đến nhiên liệu Nhiên liệu có ảnh hưởng

đáng kể đến đặc tính ô nhiễm khí thải của động cơ đốt trong.Có nhiều giải pháp giảm ô nhiễm khí thải có liên quan đến nhiên liệu như: Đảm bảo sự phù hợp giữa động cơ và nhiên liệu (động cơ có tỷ số nén càng cao thì sử dụng xăng có chỉ số octan càng lớn); nâng cao chất lượng nhiên liệu (ít tạp chất và các phụ gia độc hại); sử dụng nhiên liệu xanh, nhiên liệu thay thế; sử dụng phụ gia trong nhiên liệu,

2.1) Sử dụng nguyên liệu sạch cho động cơ

2.1.1) Nguyên liệu hydro:

phương tiện giao thông và sự cạn kiệt của xăng dầu, đã có nhiều giải pháp về nhiên liệu thay thế cho dầu mỏ, trong số đó, nguyên liệu hydro là một trong những giải pháp tối ưu giải quyết được hai vấn đề trên

Hình2 Xe chạy bằng nguyên liệu hydro

2.1.2) Nhiên liệu sinh học

Nhiên liệu sinh học được sản xuất từ sinh khối, thông thường là thực vật, và nhiên liệu sinh học dạng lỏng có thể được sử dụng trong vận tải.Chúng tôi là một trong các nhà phân phối nhiên liệu sinh học lớn nhất thế giới và đang phát triển các loại nhiên liệu sinh học tốt hơn giảm thải khí CO2 và là nguồn nhiên liệu thay thế bền vững

Hai dạng nhiên liệu sinh học chính ngày nay là ethanol và FAME (Fatty Acid Methyl Easters), phần lớn nguồn cung cấp dựa vào mùa vụ cây lương thực như lúa mì hoặc mía đường.Chúng tôi đang nghiên cứu tìm một nguồn nguyên liệu khác không cạnh tranh với cây lương thực để phát triển quy trình chuyển hóa thải ra ít khí CO2 và sản xuất nhiên liệu hiệu quả

Việc nghiên cứu nhiên liệu sinh học của chúng tôi bao gồm tìm các nguồn cung cấp nguyên liệu thay thế.Chúng tôi xem xét tìm kiếm các enzyme mới và rắn chắc để phá vỡ cấu trúc cellulose trong thực vật như rơm, rạ

Tảo có tiềm năng là nguồn dầu thực vật bền vững, có thể sử dụng để sản xuất nhiên liệu sinh học cho động cơ diesel.Hiện vẫn còn ở giai đoạn đầu tiên, nhưng tảo có nhiều hứa hẹn vì chúng phát triển nhanh và có thể trồng trong các hồ nước biển và hạn chế sử dụng đất màu mỡ cũng như nước ngọt

2.1.3) Sử dụng nguyên liệu hảo hạn

Đó là gaz “dầu hỏa hóa lỏng”, là một hỗn hợp các chất khí butan và propan không chứa chì hay benzen.So với xăng thường, thứ nhiên liệu này chỉ phóng thích ra một lượng monôoxyt cacbon và ôxyt nitric bằng một nửa.Nhiên liệu này đốt cháy hoàn hảo hơn và động cơ ít bị hao mòn và không gây ồn Tuy nhiên, đến nay thứ nhiên liệu này vẫn chưa hoàn toàn chiếm lĩnh thị trường vì nhiều nguyên nhân, trong đó có dụng cụ chở theo xe (giá thành khoảng trên 2000 USD) và các trạm xăng phải trang bị bơm chuyên dụng cho thứ nhiên liệu này.Đó là chưa kể tới sự lặng thinh của các nhà sản xuất ô tô và sự chống đối không khoan nhượng từ các nhà kinh doanh dầu hỏa

2.2) Xử lý khí thải bằng một số hệ thống phụ trợ

Để đạt được các tiêu chuẩn về nồng độ khí thải, các nhà sản xuất ôtô thường sử dụng kết hợp các hệ thống phụ trợ.

Hình3.Hệ thống phụ trợ xử lý khí thải

Do mức độ ô nhiễm không khí và nhận thức của con người về môi trường sống ngày càng cao nên các tiêu chuẩn về nồng độ phát thải của động cơ đốt trong ngày càng

nghiêm ngặt hơn.Để tồn tại và phát triển, các hãng ôtô không có sự lựa chọn nào khác là tìm mọi cách để kiểm soát được nồng độ các chất ô nhiễm có trong khí thải không vượt quá tiêu chuẩn cho phép

Bên cạnh các giải pháp nhằm giảm lượng khí thải ô nhiễm như tổ chức quá trình đốt cháy hòa khí tốt, sử dụng các bộ xử lý khí thải,… thì các hệ thống phụ trợ như hồi lưu khí thải, xử lý nhiệt độ trên đường thải và phun khí ô-xy luôn là trợ thủ đắc lực không thể thiếu

2.2.1) Hệ thống hồi lưu khí thải

Khi nhiệt độ trong buồng đốt động cơ ở kỳ cháy quá cao do việc tăng tỷ số nén của động cơ, khí ni-tơ trong không khí kết hợp với ô-xy sẽ tạo nên những ô-xít ni-tơ

(NOx).Đây là một trong những thành phần gây ô nhiễm môi trường.Vì vậy, cách tốt nhất

để giảm lượng NOX là làm giảm nhiệt độ buồng đốt và làm giảm hàm lượng khí O2

Để thực hiện được điều này, biện pháp tối ưu nhất là sử dụng hệ thống hồi lưu khí thải

- EGR (Exhaust Gas Recycling).Thực chất của biện pháp này là đưa một phần khí thải quay trở lại buồng đốt.Hệ thống EGR có thể dùng cho cả động cơ xăng và động cơ

Diesel

Trên động cơ xăng: EGR là biện pháp được sử dụng khá phổ biến Hỗn hợp khí thải gồm HC, CO, NOx có nhiệt độ cao sau khi ra khỏi buồng đốt được trích một phần quay ngược trở lại buồng đốt cho chu kỳ tiếp theo của động cơ.Điều này làm tăng nhiệt độ hòa khí ở cuối hành trình nén, đảm bảo điều kiện nhiệt độ để hỗn hợp nhiên liệu được đốt cháy dễ dàng

Hình4.Việc áp dụng các hệ thống phụ trợ kết hợp với giải pháp xử lý khí thải cơ bản sẽ giúp các nhà sản xuất ôtô đáp ứng được những tiêu chuẩn khí thải nghiêm ngặt trên thế giới

2.2.2) Hệ thống xử lý nhiệt khí thải

Nguyên tắc của hệ thống này là lưu giữ khí thải trong một thời gian dài ở trạng thái nhiệt độ cao, nhằm mục đích kéo dài quá trình phản ứng ô-xy hoá các thành phần CO, HC.Để quá trình xử lý nhiệt có hiệu quả, buồng phản ứng xử lý nhiệt được bố trí ngay sau xu-páp thải, đảm bảo nhiệt độ phản ứng T > 1.0000K (7280C) cho quá trình ô-xy

hoá.Buồng phản ứng được cách nhiệt và có kích thước phù hợp để tiếp nhận một lượng lớn khí thải

2.2.3) Hệ thống phun ô-xy

Nguyên tắc hoạt động của hệ thống này là cung cấp thêm ô-xy (không khí) để tiếp tục ô-xy hoá CO, HC còn tồn tại trong khí thải.Không khí bổ sung thường được đưa vào ngay sau xu-páp thải (tại đây khí thải có nhiệt độ cao nhất) bằng bơm

Trên các động cơ hiện nay thường sử dụng bơm cung cấp ô-xy kiểu phiến gạt, được dẫn động từ động cơ.Lượng không khí bổ sung sẽ hoà trộn với dòng khí thải có nhiệt độ cao, hỗ trợ cho quá trình ô-xy hoá tiếp theo các sản phẩm cháy (chủ yếu là HC

và CO) Đối với hệ thống phun khí ô-xy, thì lượng không khí phun bổ sung vào đường thải và lượng khí tiêu thụ của động cơ, phải tương thích và cần được tối ưu hoá, để giảm thiểu lượng thải CO, HC

Do vậy, lượng không khí phun bổ sung sẽ được lựa chọn hợp lý, để hàm lượng các chất ô nhiễm sau xử lý của động cơ là nhỏ nhất.Giống như hệ thống xử lý nhiệt, hệ thống phun ô-xy không làm giảm được lượng NOx

2.2.4) Sử dụng pô xúc tác

Ống pô xúc tác đã được sử dụng như một biện pháp ngăn ngừa phần lớn chất ô nhiễm trong khí thải.Dụng cụ này có cấu tạo thích hợp, khiến khói từ động

cơ phải đi qua chiếc hộp cố định ở ống pô thoát khí có nhiều lỗ nhỏ giữ lại các chất ô nhiễm và cả xăng không cháy hết Tuy ống pô này còn có một vài nhược điểm cần khắc phục thêm, nhưng rõ ràng đã có tác dụng khá tốt

2.3) Sử dụng động cơ sạch

2.3.1) Động cơ diesel sạch

Hình5 Xe sử dụng động cơ diesel

Động cơ diesel được sử dụng rộng rãi bởi vì chúng có khả năng tiết kiệm nhiên liệu hơn, thải ra khí CO2 ít hơn và sinh ra công suất lớn hơn các động cơ xăng thông thường.Nhưng ngược lại, việc chăm sóc, bảo dưỡng, động cơ diesel lại tốn kém hơn bên

cạnh đó nó tạo ra lượng ôxít nitơ NOx và muội than nhiều hơn.

NOx là tên gọi chung của ôxít nitơ gồm các chất NO, NO2 và N2O hình thành do sự kết hợp giữa ôxy và nitơ ở điều kiện nhiệt độ cao.Chất ô nhiễm này ngày càng được quan tâm và trong một số trường hợp, nó là chất ô nhiễm chính làm giới hạn tính năng kỹ thuật của động cơ.Các ô-xít nitơ gây ảnh hưởng lớn đến sức khoẻ con người, thay đổi nhiệt độ khí quyển, ảnh hưởng đến các loài thực vật giảm sự quang hợp của chúng, ảnh hưởng đến sinh thái

Đến nay, người ta đã xác định được các chất ô nhiễm trong không khí mà phần lớn những chất đó có mặt trong khí xả của động cơ đốt trong.Bảng dưới đây cho thấy sự gia tăng nồng độ một cách đáng ngại của một số chất ô nhiễm trong bầu khí quyển:

Tùy theo chính sách năng lượng của mỗi nước, sự phân bố tỷ lệ phát sinh ô nhiễm của các nguồn khác nhau không đồng nhất Bảng dưới đây cho thấy tỷ lệ khí thải từ ôtô cao nhất theo thống kê ở Nhật và Mỹ

Sự hình thành NOx trong động cơ Diesel

Quá trình cháy trong động cơ diesel gồm hai giai đoạn: giai đoạn cháy đồng nhất diễn

ra ngay sau kì cháy trễ và giai đoạn cháy khuếch tán Sự phân bố nhiệt độ và thành phần khí cháy trong không gian buồng cháy là không đồng nhất.Trong buồng cháy động cơ