Nghiên cứu mối quan hệ giữa chế độ làm việc của động cơ xe máy với hàm lượng phát thải

Khảo sát tổnglượng phát thải do các phương tiện vận tải gây ra trong một vùng, cần phải xácđịnh hệ số phát thải của các phương tiện đó, hệ số phát thải phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: lo

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi Các

số liệu kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được

ai công bố trong các công trình nào khác!

Hà Nội, tháng 9 năm 2012

Tác giả

Cao Huy Giáp

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập và làm luận văn cao học với nội dung “Nghiên cứu

mối quan hệ giữa chế độ làm việc của động cơ xe máy với hàm lượng phát thải” Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy trong Bộ môn Động cơ đốt trong - Viện

Cơ khí Động lực, các bạn học viên lớp Kỹ thuật động cơ nhiệt – Uông Bí khóa2010; các bạn đồng nghiệp, Viện đào tạo sau đại học Trường Đại học Bách khoa HàNội đã trang bị cho tôi những kiến thức cần thiết trong quá trình học tập tại TrườngĐại học Bách Khoa Hà Nội; tạo điều kiện về cơ sở vật chất và giúp đỡ tôi trong suốtthời gian học tập và làm luận văn

Đặc biệt, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Phạm Hữu Tuyến, người

đã hướng dẫn tôi hết sức tận tình và chu đáo, giúp đỡ tôi về mặt chuyên môn để tôihoàn thành bản Luận văn này

Tác giả

Cao Huy Giáp

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN 2

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 3

DANH MỤC CÁC BẢNG 3

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 3

PHẦN MỞ ĐẦU 3

PHẦN MỞ ĐẦU 3

1 Lý do chọn đề tài 3

2 Lịch sử nghiên cứu 3

3 Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu 3

4 Các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả 3

5 Phương pháp nghiên cứu 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHÁT THẢI TỪ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG VÀ HỆ SỐ PHÁT THẢI 3

1.1 Các chất độc hại trong khí thải động cơ 3

1.1.1 Sự hình thành các chất độc hại trong khí thải 3

1.1.2 Ảnh hưởng của các chế độ làm việc không ổn định đến thành phần độc hại trong khí thải 3

1.1.3 Ảnh hưởng của các chất độc hại đến môi trường và sức khỏe con người 3

1.1.4 Vấn đề kiểm soát khí thải trên thế giới và ở Việt Nam 3

1.2 Hệ số phát thải 3

1.2.1 Khái niệm hệ số phát thải 3

1.2.2 Phương pháp tính tổng lượng phát thải từ phương tiện cơ giới 3

1.3 Các mô hình tính toán phát thải theo chế độ làm việc của động cơ 3

1.3.1 Mô hình phát thải liên tục (Instantaneous emission factor models) 3

1.3.2 Mô hình phát thải toàn bộ 3

1.3.3 Mô hình DGV (Digitalisiertes Grazer Verfahren) 3

1.3.4 Mô hình EMPA (Thụy Sỹ) 3

1.3.5 Mô hình PHEM 3

1.4 Một số nghiên cứu tính toán xác định lượng phát thải tại Việt Nam 3

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN HÀM LƯỢNG PHÁT THẢI TỪ SỐ LIỆU ĐO LIÊN TỤC 3

2.1 Hệ thống thử nghiệm đo phát thải liên tục với xe máy 3

2.1.1 Cấu tạo hệ thống 3

2.1.2 Nguyên lý làm việc 3

2.2 Cơ sở tính toán hàm lượng phát thải từ số liệu đo liên tục 3

2.2.1 Tính toán quy đổi hàm lượng phát thải từ phần triệu thể tích (ppm) sang khối lượng (g/km) 3

2.2.2 Áp dụng các công thức tính toán với từng thành phần phát thải 3

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG QUAN HỆ GIỮA LƯỢNG PHÁT THẢI VÀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ XE MÁY 3

3.1 Các loại xe máy thử nghệm 3

3.2 Mối quan hệ giữa hàm lượng phát thải và tốc độ xe 3

3.2.1 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ của hệ số phát thải theo vận tốc 3

3.2.2 Quan hệ giữa hàm lượng phát thải theo vận tốc 3

3.3 Phân tích và kiểm nghiệm kết quả 3

3.3.1 Đồ thị và phương trình quan hệ 3

3.3.2 Kiểm nghiệm kết quả từ số liệu đo liên tục của các xe 3

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 3

TÀI LIỆU THAM KHẢO 3

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

NEDC Chu trình thử châu Âu

CECDC Chu trình thử của Tổng cục môi trường đối với xe hạng nhẹ.HMDC Chu trình thử của Tổng cục môi trường đối với xe máy.ECE R40 Chu trình thử của châu Âu với xe máy

CVS Phương pháp lấy mẫu với thể tích không đổi

DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Tiêu chuẩn cấp 1 Mỹ đối với ô tô khách và xe tải nhẹ, FPT 75,g/dặm

3

Bảng 1.2: Tiêu chuẩn Mỹ đối với xe hạng nặng, g/mã lực,giờ 3

Bảng 1.3: Tiêu chuẩn Châu Âu đối với ôtô khách (loại M1 * ) 3

Bảng 1.4: Tiêu chuẩn Châu Âu đối với xe hạng nhẹ 3

Bảng 1.5: Tiêu chuẩn Nhật Bản đối với ô tô du lịch sử dụng động cơ xăng 3

Bảng 1.6: Tiêu chuẩn Nhật Bản đối với động cơ diesel xe khách, g/km 3

Bảng 1.7: Tiêu chuẩn Nhật Bản đối với động cơ diesel xe hạng nhẹ 3

Bảng 1.8: Giới hạn tối đa cho phép của thành phần ô nhiễm trong khí xả của các phương tiện vận tải 3

Bảng 1.9 Tiêu chuẩn TCVN 6438:2001 3

Bảng 1.10 Tiêu chuẩn TCVN 7357:2003 3

Bảng 1.11 Tốc độ của xe trong 1 chu trình 3

Bảng 3.1 Các loại xe máy thử nghiệm 3

Bảng 3.2 So sánh đồ thị HC-V và phương trình quan hệ theo loại xe 3

Bảng 3.3 So sánh đồ thị CO-V và phương trình quan hệ theo loại xe 3

Bảng 3.4 So sánh đồ thị CO 2 - V và phương trình quan hệ theo loại xe 3

Bảng 3.5 So sánh đồ thị NO x - V và phương trình quan hệ theo loại xe 3

Bảng 3.6 So sánh kết quả tính toán hàm lượng phát thải của tất cả các xe 3

Bảng 3.7 So sánh kết quả tính toán hàm lượng phát thải của các xe số 3

Bảng 3.8 So sánh kết quả tính toán hàm lượng phát thải của các xe ga 3

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Đặc tính tiêu hao nhiên liệu hoặc phát thải của động cơ [1] 3

Hình 1.2 Tính toán phát thải NOx theo giá trị tốc độ trung bình của chu trình thử 3

Hình 1.3 Mô hình phát thải DGV 3

Hình 1.4 Đặc tính phát thải CO2 theo áp suất có ích trung bình và tốc độ động cơ .3 Hình 1.5 Xây dựng đặc tính phát thải theo công suất có ích và tốc độ động cơ từ kết quả thử nghiệm trên băng thử trong mô hình PHEM 3

Hình 1.6 Chu trình lái HMDC [2] 3

Hình 1.7 Chu trình lái cho xe máy CEMDC 3

Hình 1.8 Chu trình thử ECE R40 3

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống thử nghiệm khí thải xe máy 3

Hình 2.2 Sơ đồ thiết bị kiểm tra khí thải xe máy 3

Hình 2.3: sơ đồ hệ thống băng thử 3

Hình 2.4 Tủ CEBII 3

Hình 2.5 Sơ đồ cấu tạo của bộ phân tích CO 3

Hình 2.6 Sự ảnh hưởng của H2O tới kết quả đo CO 3

Hình 2.7 Nguyên lý phân tích H C 3

Hình 2.8 Sơ đồ cấu tạo của bộ phân tích NOx 3

Hình 2.9 Số liệu đo liên tục 3

Hình 2.10 Hàm lượng phát thải CO và tốc độ xe theo thời gian 3

Hình 2.11.Hàm lượng phát thải CO2 và tốc độ xe theo thời gian 3

Hình 2.12 Hàm lượng phát thải HC và tốc độ xe theo thời gian 3

Hình 2.13 Hàm lượng phát thải NOx và tốc độ xe theo thời gian 3

Hình 2.14 Đồ thị thành phần CO- vận tốc theo thời gian sau khi dịch 3

Hình 2.15 Đồ thị thành phần CO2- vận tốc theo thời gian sau khi dịch 3

Hình 2.16 Đồ thị thành phần HC- vận tốc theo thời gian sau khi dịch 3

Hình 2.17 Đồ thị thành phần NOx- vận tốc theo thời gian sau khi dịch 3

Hình 2.18 Sơ đồ quá trình xây dựng quan hệ phát thải-tốc độ đối với xe máy từ số liệu đo phát thải liên tục trên băng thử 3

Hình 3.1 Đồ thị hàm lượng HC – V của các xe 3

Hình 3.2 Đồ thị hàm lượng CO – V của các xe 3

Hình 3.3 Đồ thị hàm lượng CO2 – V của các xe 3

Hình 3.4 Đồ thị hàm lượng NOx – V của các xe 3

Hình 3.5 Đồ thị quan hệ HC - V 3

Hình 3.6 Đồ thị quan hệ CO - V 3

Hình 3.7 Đồ thị quan hệ CO2 - V 3

Hình 3.8 Đồ thị quan hệ NOx - V 3

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Động cơ đốt trong là nguồn động lực chính trong quá trình phát triển kinh tế

xã hội của các quốc gia trên thế giới, những thành tựu phát triển vượt bậc của lịch

sử nhân loại trong suốt thế kỷ 19, 20, không thể tách rời vai trò của động cơ đốttrong Ngày nay, động cơ đốt trong được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vựcnhư: Nông nghiệp, khai khoáng, điện, giao thông vận tải, xây dựng, vv Tuy nhiên,khí thải từ động cơ đốt trong là một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trường,làm biến đổi khí hậu, ảnh hưởng tới đời sống và sức khỏe con người Các hội nghịthượng đỉnh của Liên hiệp quốc về biến đổi khí hậu đã được diễn ra tại Rio DeJaneiro (Braxin, 6/1992), Kyoto (Nhật, 12/1997), Johannesburg (Nam Phi, 9/2002),Bali (Indonexia, 12/2007), Copenhagen (Đan Mạch, 12/2009), Cancun (Mexico,11/2010), Durban (Nam Phi, 12/2011) nhằm đưa ra lộ trình cắt giảm lượng khí thảitại quốc gia trên thế giới, đặc biệt là các quốc gia có lượng phát thải cao như Mỹ,Trung Quốc, Braxin, Liên minh châu Âu, vv

Trong lĩnh vực giao thông vận tải, các quốc gia như Mỹ, Liên minh châu Âu,Nhật Bản và nhiều quốc gia khác đã đưa ra những qui định để kiểm soát khí thải từnguồn, từng bước giảm lượng phát thải xuống mức thấp nhất có thể nhằm hạn chếđộc hại trong các phương tiện tham gia giao thông, thông qua thử nghiệm côngnhận kiểu theo điều kiện đường giao thông và thực tế vận hành Tuy nhiên, để giảmlượng phát thải toàn diện, cần phải sử dụng phương pháp tính tổng lượng phát thải

do các phương tiện giao thông sinh ra theo từng vùng, từng khu vực, từng quốc giahàng năm, từ đó có các cơ chế kiểm soát, điều chỉnh nhằm đạt đến mục tiêu giảmlượng phát thải trong khi vẫn duy trì sự phát triển kinh tế xã hội Khảo sát tổnglượng phát thải do các phương tiện vận tải gây ra trong một vùng, cần phải xácđịnh hệ số phát thải của các 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 củađộng cơ, vv…

Mức độ gây ô nhiễm do phát thải của các phương tiện giao thông còn phụthuộc đặc trưng lái của phương tiện, cùng một chủng loại, chất lượng phương tiệnnhưng với người lái khác nhau thì lượng tiêu hao nhiên liệu cũng khác nhau dẫn đếnphát thải khác nhau; cùng một phương tiện nhưng đi trên các đoạn đường khác

nhau, chất lượng đường giao thông khác nhau phát thải cũng khác nhau Đặc trưng

lái là cơ sở quan trọng cho việc xác định lượng tiêu hao nhiên liệu và lượng phát

thải của phương tiện trên các đoạn đường cụ thể

Tại Việt Nam, do đặc thù của giao thông đường bộ; đặc biệt là giao thôngtrong các đô thị lớn như Hà Nội, TP Hồ Chí Minh và các thành phố lớn khác, chế

độ làm việc của động cơ có những đặc thù riêng, ảnh hưởng không nhỏ đến hệ sốphát thải và tổng lượng phát thải hàng năm của động cơ, trong khi đó việc nghiêncứu toàn diện lĩnh vực này chưa được các nhà khoa học, nhà quản lý quan tâm Đề

tài “Nghiên cứu mối quan hệ giữa chế độ làm việc của động cơ xe máy với hàm

lượng phát thải” tiến hành xác định lượng phát thải của một số loại động cơ xe

máy đang lưu hành tại Việt Nam theo các chế độ làm việc dựa trên kết quả đo phátthải liên tục trên băng thử, từ đó xây dựng mối quan hệ giữa lượng phát thải và chế

độ làm việc của động cơ Đây là cơ sở để xác định lượng phát thải theo đặc điểmgiao thông từng vùng, từng khu vực, từng thời điểm cụ thể tại Việt Nam; đồng thờicung cấp dữ liệu cho các nghiên cứu tiếp theo

2 Lịch sử nghiên cứu

Nghiên cứu xây dựng quan hệ giữa phát thải và chế độ làm việc của động cơnhằm tính toán lượng phát thải từ phương tiện giao thông ra môi trường đã đượcthực hiện ở nhiều nước và khu vực trên thế giới Các quan hệ này đều được dựa trên

số liệu thực nghiệm trên băng thử Tuy nhiên, do lượng phát thải phụ thuộc vàonhiều yếu tố như chủng loại, chất lượng động cơ, chế độ làm việc (tải, tốc độ) nên

để đánh giá phát thải của các loại phương tiện với các chu trình lái khác nhau cần sốlượng thử nghiệm lớn Để giảm số lượng thử nghiệm khi động cơ làm việc ở cácchế độ khác nhau, đã có một số mô hình tính toán lượng phát thải với thông số đầuvào là chu trình lái như các mô hình EMPA (Thụy Sỹ), PHEM (TU Graz, Áo) Các

mô hình này dựa trên một số lượng nhỏ các kết quả thử nghiệm với các chu trìnhthử xác định để tính toán phát thải theo chế độ làm việc, từ đó có thể tính phát thảicủa động cơ khi hoạt động với các chu trình lái khác

3 Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu.

a Mục đích

Xác định lượng phát thải theo chế độ làm việc của một số động cơ xe máyđang lưu hành ở Việt Nam qua các số liệu đo phát thải liên tục theo chu trình thửthực tế Qua đó bước đầu xây dựng cơ sở dữ liệu cho việc tính toán hệ số phát thảicũng như tính toán tổng lượng phát thải từ xe máy

b Đối tượng nghiên cứu

Đề tài này tiến hành đối với một số loại xe máy thông dụng đang lưu hành tạiViệt Nam như Wave RS, Wave RSX, Super Dream, Lead và SCR của hãng Honda,Jupiter của hãng Yamaha

c Phạm vi nghiên cứu

Tính toán hàm lượng các phát thải HC, CO, NOx, CO2 đối với một số xe máy

sử dụng nhiên liệu xăng theo các chế độ tốc độ, xây dựng mối quan hệ giữa lượngphát thải và tốc độ của xe; không tính đến lượng phát thải do nhiên liệu bốc hơi,lượng phát thải gia tăng do chế độ làm việc không ổn định của động cơ

4 Các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả

Xây dựng quan hệ hàm số giữa lượng phát thải và chế độ tốc độ của xe máy

từ kết quả đo phát thải liên tục

Tính toán phát thải của xe máy khi làm việc trong những điều kiện chế độlàm việc thay đổi bằng phương pháp đơn giản, qua đó bước đầu đóng góp vào cáckết quả nghiên cứu tính toán tổng lượng phát thải ra môi trường của loại phươngtiện phổ biến này

5 Phương pháp nghiên cứu.

Phương pháp thực nghiệm: Sử dụng các kết quả đo phát thải liên tục với hệthống lấy mẫu thể tích không đổi CVS trên băng thử xe máy tại Phòng thí nghiệmĐộng cơ đốt trong, Viện Cơ khí động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHÁT THẢI TỪ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

VÀ HỆ SỐ PHÁT THẢI

1.1 Các chất độc hại trong khí thải động cơ

1.1.1 Sự hình thành các chất độc hại trong khí thải

Quá trình cháy lý tưởng của hỗn hợp hydrocarbon với không khí chỉ sinh ra

CO2, H2O và N2 Tuy nhiên, do sự không đồng nhất của hỗn hợp một cách lý tưởngcũng như do tính chất phức tạp của các hiện tượng lý hóa diễn ra trong quá trìnhcháy nên trong khí xả động cơ đốt trong luôn có chứa một hàm lượng đáng kểnhững chất độc hại như oxit nitơ (NO, NO2, N2O, gọi chung là NOx), monoxitcarbon (CO), các hydrocarbon chưa cháy (HC) và chất thải dạng hạt (Particulatematter hay PM, gồm bồ hóng, kim loại, hơi nhiên liệu và dầu bôi trơn ngưng tụ…).Nồng độ các chất ô nhiễm trong khí xả phụ thuộc vào loại động cơ và chế độ vậnhành Ở động cơ diesel, nồng độ CO rất bé chiếm tỉ lệ không đáng kể, nồng độ HCchỉ bằng khoảng 20% nồng độ HC của động cơ xăng còn nồng độ NOx của hai loạiđộng cơ có giá trị tương đương nhau Tuy nhiên, PM là chất gây ô nhiễm quantrọng trong khí xả động cơ diesel, hàm lượng của nó không đáng kể trong khí xảđộng cơ xăng Từng thành phần độc hại trong khí xả của động cơ được trình bày cụthể dưới đây

+ CO: Monoxit carbon là sản phẩm cháy của C trong nhiên liệu trong điều

kiện thiếu oxy

NO hình thành theo các phương trình phản ứng sau:

N2 + O ↔ NO + N

và O2 + N ↔ NO + HMonoxit nitơ NO là thành phần chủ yếu của NOx trong khí thải NO là mộtkhí không mùi, gây tác hại cho hoạt động của phổi, gây tổn thương niêm mạc.Trong khí quyển, NO không ổn định nên bị oxy hóa tiếp thành NO2 và kết hợp vớinước thành axit nitric HNO3 [NO] = 9mg/m3

+ SO 2: Là một khí không màu, khi kết hợp với nước tạo thành axit yếu

H2SO3 [SO2] = 2ml/m3

+ PM: Theo định nghĩa của tổ chức bảo vệ môi trường bang Carlifornia thì

PM là những thực thể (trừ nước) của khí thải sau khi được hòa trộn với không khí(làm loãng) đạt nhiệt độ nhỏ hơn 51,70C và được tách ra bằng một bộ lọc quy định.Với định nghĩa như vậy, PM gồm các hạt rắn và các chất lỏng bám theo Các hạt rắngồm: Carbon tự do và tro còn gọi là bồ hóng, các chất phụ gia đầu bôi trơn, các hạt

và vảy tróc do mài mòn… chất lỏng bám theo gồm có các thành phần trong nhiênliệu và dầu bôi trơn

+ CO 2: Là sản phẩm cháy hoàn toàn của carbon với oxy

1.1.2 Ảnh hưởng của các chế độ làm việc không ổn định đến thành phần độc hại trong khí thải.

Trong quá trình hâm nóng sau khi khởi động, nhiệt độ của động cơ tăng dần

CO và HC giảm dần và NOx tăng dần

Động cơ diesel không tăng áp thì hầu như không có sự khác biệt trong quátrình tăng tốc.

Đối với động cơ phun xăng và động cơ xăng dùng bộ chế hòa khí điện tử, khiđộng cơ bị kéo, nhiên liệu sẽ bị cắt hoàn toàn

Đối với động cơ diesel, khi động cơ bị kéo, điều tốc giữ cho động cơ làmviệc ở chế độ không tải Khi tốc độ vòng quay vượt quá một giá trị nào đó, điều tốc

sẽ cắt hoàn toàn nhiên liệu

1.1.3 Ảnh hưởng của các chất độc hại đến môi trường và sức khỏe con người

a) Thay đổi nhiệt độ khí quyển

Trong môi trường, dưới tác dụng của nhiệt độ và ánh sáng sẽ xảy ra các

phản ứng hóa học phân giải các chất độc hại Một số thành phần hòa tan vào nước,theo nước mưa rơi xuống làm ô nhiễm đất, nguồn nước và xâm hại thảm thực vật.Một số chất phân hủy nhanh như CO, NOx, SO2… nhưng cũng có một số chất bịphân giải rất chậm như CH4, CO2… với nồng độ tích tụ ngày càng lớn, gây ảnh

hưởng to lớn đến khí hậu của Trái đất thông qua hiệu ứng nhà kính đặc biệt là khí

CO2 vì nó là thành phần chính trong sản phẩm cháy của nhiên liệu có chứa thànhphần carbon Sự gia tăng nhiệt độ bầu khí quyển do sự hiện diện của các chất khígây hiệu ứng nhà kính có thể được giải thích như sau:

Tầng khí quyển Trái đất dày khoảng 16km, trên đó cho đến khoảng 50km làtầng bình lưu Trong tầng bình lưu, ngoài các chất khí thông thường còn có các chấtkhí như CO2, CH4, N2O, O3, CFC11, CFC12… (CFC11, CFC12 là những hợp chấtcủa clo, flo và hydrocarbon dùng làm dung môi trong các máy lạnh) Những chấtkhí kể trên có tính chất đặc biệt làm cho tia mặt trời (gồm chủ yếu các sóng ngắn) điqua chiếu xuống bề mặt Trái đất Tại đây, một phần năng lượng biến thành nhiệt vàphản xạ lên tầng bình lưu ở dạng tia nhiệt (sóng dài) Khi gặp các chất khí nêu trên,

tia nhiệt bị hấp thụ và phản xạ lại Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng nhà kính, còn các chất khí tạo ra hiệu ứng này được gọi là khí nhà kính Nhờ có hiện tượng

này mà Trái đất thường ấm áp với nhiệt độ trung bình khoảng 150C thay vì -170C.Tuy nhiên, với hoạt động công nghiệp của con người ngày càng gia tăng nên tốc độtích tụ các khí nhà kính trên tầng bình lưu ngày càng lớn hơn tốc độ phân hủy tựnhiên của chúng Do đó, lượng khí nhà kính trên tầng bình lưu ngày một nhiều lênlàm cho hiệu ứng nhà kính ngày một mạnh, nhiệt độ tăng lên 0,70C trong vòng 100năm qua Theo dự đoán của các nhà khoa học, nếu với tốc độ tiêu thụ năng lượng(đồng nghĩa với tốc độ phát thải CO2 vào tầng bình lưu) như hiện nay thì nhiệt độtrung bình của Trái đất sẽ tăng từ 1,5  40C trong vòng 50 năm tới Nhiệt độ Tráiđất tăng sẽ làm băng ở hai cực của Trái đất tan ra, nước biển dâng lên làm ngậpnhiều thành phố, làng mạc và đồng bằng ven biển, ảnh hưởng đến cuộc sống củahàng trăm triệu con người Theo đánh giá của Chương trình Phát triển Liên HiệpQuốc (UNDP), Việt Nam nằm trong top 5 nước đứng đầu thế giới dễ bị tổn thươngnhất đối với biến đổi khí hậu Nếu mực nước biển tăng 1m, ở Việt Nam sẽ mất 5%diện tích đất đai, 11% người mất nhà cửa, giảm 7% sản lượng nông nghiệp và 10%thu nhập quốc nội GDP Nếu mực nước biển dâng lên là 3  5m thì điều này đồngnghĩa với việc “có thể xảy ra thảm họa” ở Việt Nam

b) Ảnh hưởng đến sinh thái

Sự gia tăng của NOx, đặc biệt là protoxide nitơ N2O có nguy cơ làm gia tăng

sự hủy hoại lớp ozone ở thượng tầng khí quyển, lớp khí cần thiết để lọc tia cực tímphát xạ từ mặt trời Tia cực tím gây ung thư da và gây đột biến sinh học, đặc biệt làđột biến sinh ra các vi trùng có khả năng làm lây lan các bệnh lạ dẫn tới hủy hoại sựsống của mọi sinh vật trên Trái đất giống như điều kiện hiện nay trên Sao hỏa Mặt khác, các chất khí có tính axit như SO2, NO2, bị oxy hóa thành axitsulfuric, axit nitric hòa tan trong mưa, trong tuyết, trong sương mù…làm hủy hoạithảm thực vật trên mặt đất (mưa axit) và gây ăn mòn các công trình kim loại

c) Ảnh hưởng đến sức khỏe con người

CO: Monoxit carbon ở dạng khí không màu, không mùi Khi kết hợp với sắt

có sắc tố của máu sẽ tạo thành một hợp chất ngăn cản quá trình hấp thụ oxy củahemoglobin trong máu, làm giảm khả năng cung cấp oxy cho các tế bào trong cơthể Monoxit carbon rất độc, chỉ với một hàm lượng nhỏ trong không khí có thể gâycho con người tử vong Hàm lượng cực đại cho phép [CO] = 33mg/m3

HC: Hydrocarbon có rất nhiều loại, mỗi loại có mức độ độc hại khác nhau

nên không thể đánh giá chung một cách trực tiếp Ví dụ, paraffin và naphtalin có thểcoi là vô hại Trái lại, các loại hydrocarbon thơm thường rất độc, ví dụ nhưhydrocarbure có nhân benzen có thể gây ung thư Để đơn giản khi đưa ra các tiêuchuẩn về môi trường, người ta chỉ đưa ra thành phần hydrocarbon tổng cộng trongkhí thải (viết tắt là THC) Hydrocarbon tồn tại trong khí quyển còn gây ra sương

mù, gây tác hại cho mắt và niêm mạc đường hô hấp

CO 2: Không độc đối với sức khỏe con người nhưng với nồng độ quá lớn sẽgây ngạt, [CO2] = 9000mg/m3 Ngoài ra, CO2 là thủ phạm chính gây ra hiệu ứng nhàkính

P-M: Các hạt rắn gây độc hại cho con người trước hết đối với đường hô hấp.

Ngoài ra, một số loại hydrocarbon thơm bám vào muội than có thể gây ung thư Đốivới môi trường, P-M còn là tác nhân gây sương mù, ảnh hưởng đến giao thông vàsinh hoạt của con người

SO 2: có mùi gắt và gây hại đối với niêm mạc.

NO 2 (peoxit nitơ) là khí có mùi gắt màu nâu đỏ, với một hàm lượng nhỏ(9mg/m3) cũng có thể gây tác hại cho phổi, niêm mạc Khi tác dụng với hơi nước sẽtạo thành axit gây ăn mòn các chi tiết máy và đồ vật

NO (monoxit nitơ) là khí không mùi, thành phần chủ yếu của NOx trong khíthải, gây tác hại cho hoạt động của phổi và gây tổn thương viêm mạc

An đê hít (-CHO), có tác dụng gây tê và có mùi gắt; một số loại anđêhít có

thể gây ung thư

Chì (Pb): Rất độc đối với tế bào sống, làm giảm khả năng hấp thụ ô xy trong

máu, gây ung thư, làm giảm chỉ số thông minh

d) Tình hình ô nhiễm do khí thải động cơ gây ra ở Việt Nam

Tại Việt Nam, tình trạng ô nhiễm môi trường do khí thải động cơ mặc dùchưa nghiêm trọng như các nước phát triển vì số lượng phương tiện giao thông vậntải cơ giới còn chưa nhiều nhưng cũng đã đến mức đáng lo ngại Với một nước đangphát triển như Việt Nam thì việc kiểm soát lượng khí thải chưa thực sự nghiêm ngặttrong khi số lượng phương tiện giao thông ngày càng tăng

Đến tháng 6/2011, số lượng ô tô đang lưu hành trên toàn quốc là 1.344.000chiếc, số lượng xe gắn máy trên 30 triệu chiếc; theo quy hoạch của ngành giaothông vận tải, lượng xe máy dự kiến tới năm 2020 sẽ là 33 triệu xe/100 triệu dân.Song với tỷ lệ tăng như hiện nay, con số sẽ không chỉ dừng lại ở mức 33 triệu nhưnhà quản lý đã dự báo Có thể nói nếu không hạn chế được sự gia tăng ồ ạt của xemáy cũng như kiểm định chặt chẽ khí thải, tương lai ô nhiễm không khí trầm trọngtại các thành phố của Việt Nam là điều không thể tránh khỏi Thêm vào đó, hìnhảnh các xe cũ nát, xả khói đen mù mịt không phải là cảnh khó gặp tại các đô thị hiệnnay Trong khi đó, lượng khí thải này chưa hề được kiểm soát và cũng chưa có lộtrình loại bỏ xe cũ

1.1.4 Vấn đề kiểm soát khí thải trên thế giới và ở Việt Nam

a) Kiểm soát khí thải trên thế giới

Động cơ đốt trong đã khẳng định vai trò không thể thay thế trong nền kinh tếcủa mọi quốc gia, lãnh thổ trên thế giới cũng như đóng vai trò quan trọng trong đờisống hàng ngày; tuy nhiên, trước thực trạng ô nhiễm môi trường nặng nề gây ra bởikhí thải từ động cơ, các cơ quan quản lý nhà nước của nhiều quốc gia đã và đang nỗlực tìm kiếm giải pháp hiệu quả và an toàn nhất để giảm phát thải Đây là lý do rađời của các tiêu chuẩn khí thải, một chiến lược nhằm bảo vệ môi trường và sứckhỏe con người Khí thải là hiện tượng toàn cầu chứ không phải vấn đề riêng củamỗi quốc gia Những quy định của chính phủ các nước; đặc biệt là các nước cólượng phát thải cao như: Mỹ, Trung Quốc, Ấn Độ, Braxin, Liên minh châu Âu ,ảnh hưởng đến không chỉ phạm vi riêng từng quốc gia, khu vực, mà tác động lêntoàn thế giới, bởi dân số Trái đất hít thở chung một bầu khí quyển Trên thế giới,như Mỹ ngay từ những năm cuối thập kỷ 50, đầu những năm thập kỷ 60, Mỹ đã đưa

ra các biện pháp để hạn chế khí thải của các phương tiện tham gia giao thông, hai

bộ tiêu chuẩn đối với xe hạng nhẹ đã được đưa ra theo Luật chống ô nhiễm khôngkhí sửa đổi (CAAA) năm 1990 Tiêu chuẩn cấp 1 được công bố ngày 05/6/1991 vàgiai đoạn áp dụng khoảng giữa năm 1994 đến 1999, Tiêu chuẩn cấp 2, được thôngqua ngày 21/12/1999, với lộ trình thực hiện 2004-2009 Bảng 1.1 giới thiệu sự thayđổi về giới hạn nồng độ các chất ô nhiễm trong khí xả ô tô ở Mỹ theo thời gian đốivới xe khách và xe tải nhẹ, được đo theo Chu trình thử Liên bang FPT 75

Bảng 1.1: Tiêu chuẩn cấp 1 Mỹ đối với ô tô khách và xe tải nhẹ, FPT 75,g/dặm

NOx xăng PM‡

TH

NOx

† diesel

NOx xăng PM‡

† - Mở rộng giới hạn đối với NOx áp dụng cho các đời xe năm 2003

‡ - Tiêu chuẩn PM chỉ áp dụng cho động cơ diesel

Chữ viết tắt:

LVW - Trọng lượng xe tải (trọng lượng giới hạn + 300 lbs)

ALVW - Điều chỉnh LVW (trung bình số của trọng lượng giới hạn và GVWR)

LLDT - Xe bán tải (dưới 6,000 lbs GVWR)

HLDT - Xe tải nhẹ (trên 6,000 lbs GVWR)

GVWR - Trọng lượng xe cộng với năng lực vận chuyển hàng hóa ước lượng

Tiêu chuẩn cấp 2 đưa ra các yêu cầu nghiêm ngặt hơn tiêu chuẩn cấp 1 vàmột số thay đổi bổ sung cho các loại xe có trọng lượng lớn hơn, tiêu chuẩn cấp 2 ápdụng cho xe có trọng lượng đến 8500 lbs Các giới hạn phát thải cũng áp dụng chotất cả các loại xe không phụ thuộc vào loại nhiên liệu sử dụng Tức là, xe nhiên liệu

bằng xăng, dầu diesel, hoặc nhiên liệu thay thế tất cả phải đáp ứng các tiêu chuẩnnhư nhau Từ khi tiêu chuẩn khí thải này được tính bằng g (chất gây ô nhiễm)/dặm,

xe có động cơ lớn (xe tải nhẹ hoặc SUV) phải sử dụng công nghệ kiểm soát khí thảitiên tiến hơn so với các động cơ xe nhỏ hơn để đáp ứng các tiêu chuẩn

Xe hạng nặng được định nghĩa là xe có GVWR (tổng trọng lượng xe cộngnăng lực vận chuyển hàng hóa ước lượng) trên 8.500 lbs theo quy định Liên bang

và trên 14.000 lbs tại California (xe ra đời năm 1995 và sau đó). Động cơ dieselđược sử dụng trong các xe hạng nặng được chia theo GVWR, như sau:

- Động cơ diesel hạng nặng thấp: 8.500 < LHDDE < 19.500 lbs (14.000 < LHDDE

< 19.500 ở California, năm 1995)

- Động cơ diesel hạng nặng trung bình: 19.500 ≤ MHDDE ≤ 33.000 lbs

- Động cơ diesel hạng nặng cao (bao gồm cả xe buýt đô thị): HHDDE > 33.000 lbs

Bảng 1.2: Tiêu chuẩn Mỹ đối với xe hạng nặng, g/mã lực,giờ

* Trong sử dụng, tiêu chuẩn PM = 0,07

Châu Âu là cái nôi của ngành công nghiệp ôtô thế giới bởi những phát minhsáng chế đầu tiên về động cơ đốt trong ra đời từ lục địa này; tuy vậy châu Âu thực

hiện các biện pháp để hạn chế khí thải của các phương tiện tham gia giao thôngmuộn hơn, vào khoảng cuối những năm 70.

Sự phát triển vượt bậc của thị trường ôtô giai đoạn 1960 - 1970 và bài học vềcái chết của 80 người dân New York trong 4 ngày thời tiết đảo lộn do ô nhiễmkhông khí, buộc chính phủ của các nước châu Âu xây dựng một chương trình cắtgiảm khí thải xe hơi vào năm 1970 Tuy nhiên, phải đến năm 1987, dự luật hoànchỉnh quy định giá trị nồng độ giới hạn của các loại khí thải mới được thông qua vàngười ta vẫn thường gọi đó là Euro 0 Trải qua 22 năm, thêm 5 tiêu chuẩn nữa đượcban hành bao gồm: Euro I năm 1991, Euro II năm 1996, Euro III năm 2000, Euro

IV năm 2005 và Euro V năm 2009 Với mỗi tiêu chuẩn mới ra đời, nồng độ giới hạncủa khí thải lại thấp hơn tiêu chuẩn trước Hệ thống Euro áp dụng cho tất cả các loại

xe trên 4 bánh lắp động cơ đốt trong chạy bằng nhiên liệu xăng, dầu, LPG(Liquefied Petroleum Gas) và chia theo tính năng như: xe du lịch, xe công suất nhỏ,

xe công suất lớn và xe bus Mức độ phát sinh ô nhiễm cho phép đối với ô tô du lịch

và ô tô tải hạng nhẹ theo quy trình thử ECE áp dụng ở cộng đồng Châu Âu cho ởbảng 1.3, 1.4

Bảng 1.3: Tiêu chuẩn Châu Âu đối với ôtô khách (loại M1 * )

Giai đoạn Thời điểm

áp dụng

g/kmĐộng cơ Diesel

* Tại giai đoạn 1-4, xe khách > 2.500 kg được chấp thuận như xe loại N1

C Giá trị trong ngoặc là phù hợp với giới hạn sản xuất (COP)

a Cho đến 30/9/1999 (sau thời hạn trên, động cơ ID phải đáp ứng các giới hạn IDI)

b 01/2011 cho tất cả các động cơ

c 01/2013 cho tất cả các động cơ

d NMHC = 0,068 g/h

e Chỉ áp dụng cho xe sử dụng động cơ ID, f 0,0045 g/km thủ tục đo PMP.

Bảng 1.4: Tiêu chuẩn Châu Âu đối với xe hạng nhẹ

IDIEuro 2

* Cho ½ loại N1, tham khảo các loại I ≤ 1250 kg, II 1250-1700 kg, III > 1700 kg.

a – Đến 30/09/1999 (sau thời hạn trên động cơ ID phải đáp ứng giới hạn IDI)

Các quốc gia Đông Âu cũng áp dụng tiêu chuẩn ECE

Tại Nhật, dựa theo mô hình của Top Runner, sẽ chọn ra sản phẩm động cơhoàn hảo nhất ở mỗi loại phương tiện làm tiêu chuẩn định mức tiêu thụ nhiên liệutrung bình Đối với ô tô du lịch sử dụng động cơ xăng, tiêu chuẩn Nhật Bản theochu trình thử 10 chế độ và 11 chế độ ứng với các loại ô tô khác nhau

Loại 1: ô tô có trọng lượng <1305kg

Loại 2: (1305  1760)kg

Loại 3: lớn hơn 1760kg

Bảng 1.5: Tiêu chuẩn Nhật Bản đối với ô tô du lịch sử dụng động cơ xăng

Ch

u trình thử

CO

HC

NOx

PM

86

10-15mode

2.1(2.7)

0.4

0 (0.62)

0.7

0 (0.98)19

90

2.1(2.7)

0.4

0 (0.62)

0.5

0 (0.72)19

94

2.1(2.7)

2.1(2.7)

02a

0.63

0.12

0.30

0.05620

08c

2.1(2.7)

0.4

0 (0.62)

0.7

0 (0.98)20

09

2.1(2.7)

10-15 mode

2.1(2.7)

0.4

0 (0.62)

0.9

0 (1.26)19

92

2.1(2.7)

0.4

0 (0.62)

0.6

0 (0.84)19

94

2.1(2.7)

98

2.1(2.7)

02a

0.63

0.12

0.30

0.05620

05b JC

08c

0.63

0.0

24d

0.15

0.01420

09e

0.63

0.0

24d

0.08

0.005

* Trọng lượng quán tính tương đương (EIW), trọng lượng xe 1265kg

a 10.2002 đối với xe trong nước, 09.2004 đối với xe xuất khẩu

b Thực hiện đầy đủ vào cuối năm 2005

c Thực hiện đầy đủ theo lộ trình đến năm 2011

d không chứa metan hydrocacbon

e 10.2009 cho các xe mới trong nước, 09.2010 cho các xe hiện có và nhập khẩu.

Bảng 1.7: Tiêu chuẩn Nhật Bản đối với động cơ diesel xe hạng nhẹ

0.60(0.84)

0.20(0.34)

(0.62)

0.40(0.55)

0.08(0.14)2002

DI: 380(500)IDI: 260(350)1993

0.25(0.43)

(0.62)

0.70(0.97)

0.09(0.18)

c Giai đoạn áp dụng đầy đủ vào năm 2011

d Không chứa metan hydrocarbon

e 10.2009 xe nội địa mới, 09.2010 xe đang sử dụng và nhập khẩu

b) Vấn đề kiểm soát khí thải ở Việt Nam

Việt Nam bắt đầu quan tâm tới vấn đề ô nhiễm môi trường do khí thải củacác phương tiện tham gia giao thông gây ra từ năm 1995 Theo thống kê của cụcĐăng Kiểm Việt Nam từ năm 1999 đến năm 2008 con số ôtô đang hoạt động tăng

từ 460.000 đến 700.000 và số lượng xe máy tăng từ 11 triệu xe lên đến 20 triệu xe.Phần lớn lượng ôtô xe máy trên đang lưu hành tại các thành phố lớn như Hà Nội(12%), thành phố Hồ Chí Minh (30%),…gây ra ô nhiễm môi trường nặng nề; tạinhiều nút giao thông trọng điểm vào các giờ cao điểm thì nồng độ các chất độc hại

đã tới giới hạn cho phép Khí thải từ giao thông vận tải là một nguồn gây ô nhiễmkhông khí, đặc biệt đối với môi trường không khí ở đô thị, nhất là các đô thị lớn.Theo đánh giá của các chuyên gia môi trường, ô nhiễm không khí ở đô thị do giaothông vận tải gây ra chiếm tỉ lệ khoảng 70% Đường phố đô thị nước ta bị ô nhiễm

do bụi, khí CO và hơi xăng dầu, phần lớn đều do hoạt động giao thông thải ra Lưulượng xe lớn và tình trạng kẹt xe liên tục càng làm cho ô nhiễm không khí trở nêntrầm trọng hơn

Năm 1990, Việt Nam đã ban hành tiêu chuẩn TCVN 5123-1990 quy định vềhàm lượng CO trong khí thải động cơ xăng ở chế độ không tải Năm 1991, ViệtNam ban hành tiêu chuẩn TCVN 5418-1991 quy định về độ khói trong khí thảiđộng cơ Diesel Tiêu chuẩn này được áp dụng cho tất cả các loại ô tô sử dụng động

cơ Diesel

Năm 1998, Việt Nam ban hành tiêu chuẩn TCVN 6438-1998 quyđịnh lại cụ thể hơn giới hạn cho phép của các chất ô nhiễm trong khí thải củaphương tiện vận tải (Bảng 1.8)

Bảng 1.8: Giới hạn tối đa cho phép của thành phần ô nhiễm trong khí xả của các

phương tiện vận tải.

Phương tiện động

cơ xăng

Phương tiện động cơ diesel Mức 1 Mức 2 Mức 3 Mức 1 Mức 2 Mức 1 Mức 2

Năm 2003, tiêu chuẩn TCVN 7357:2003 quy định tiêu chuẩn giới hạn độchại khi thử công nhận kiểu cho xe máy ứng với Euro I và II

* Đối với mô tô 3 bánh giá trị này được nhân với 1,5

** Đối với mô tô 3 bánh giá trị này được nhân với 1,5

Năm 2009, Việt Nam ban hành Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN05:2009/BGTVT về khí thải cho xe ô tô sản xuất, lắp ráp và nhập khẩu mới, Quychuẩn này được biên soạn trên cơ sở các Tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành: TCVN6785: 2001, TCVN 6567:1999, TCVN 6565:1999 và các quy định kỹ thuật ECE 83,ECE 49 và ECE 24

Theo quy định tại quyết định số 249/2005/QĐ-TTg ngày 10 tháng 10 năm

2005 của Thủ tướng Chính phủ, lộ trình áp dụng tiêu chuẩn EURO 2 đối với xe cơgiới được sản xuất, lắp ráp trong nước và nhập khẩu mới phải áp dụng các mức tiêuchuẩn khí thải theo các Tiêu chuẩn Việt Nam tương đương mức Euro II đối vớitừng loại xe kể từ ngày 01 tháng 7 năm 2007; đối với xe cơ giới mà kiểu loại đãđược chứng nhận chất lượng, an toàn kỹ thuật và bảo vệ môi trường trước ngày 01tháng 7 năm 2007 nhưng chưa được sản xuất, lắp ráp thì áp dụng các mức tiêu chuẩnkhí thải theo các Tiêu chuẩn Việt Nam tương đương mức Euro 2 đối với từng loại xe

kể từ ngày 01 tháng 7 năm 2008

Đối với xe cơ giới đã qua sử dụng nhập khẩu vào Việt Nam phải áp dụngmức tiêu chuẩn khí thải theo bảng 1.8 kể từ ngày 01 tháng 7 năm 2006

1.2 Hệ số phát thải

1.2.1 Khái niệm hệ số phát thải

Hệ số phát thải của phương tiện giao thông là mức độ phát thải một thànhphần độc hại nào đó trong khí thải của phương tiện (CO, HC, NOx, PM, CO2) tínhtrên mỗi km di chuyển hoặc trên mỗi đơn vị nhiên liệu tiêu thụ

Hệ số phát thải xây dựng từ các chu trình thử nghiệm, làm tiêu chuẩn so sánh

để đánh giá chất lượng xe trong thử nghiệm công nhận kiểu

Hệ số phát thải phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chủng loại xe, chất lượng xe,đặc trưng phương tiện đi trên đường như kỹ thuật của người điều khiển xe, đặcđiểm quãng đường phương tiện di chuyển, thời điểm tham gia giao thông, mật độphương tiện tham giao thông… Trong số các yếu tố gây ảnh hưởng tới hệ số phát

thải có thể kể tới một yếu tố có ảnh hưởng rất lớn đó là đặc trưng lái Do có đặc

thù riêng nên phương tiện đi trên các vùng hay thành phố khác nhau có đặc trưng lái

riêng Với một loại xe khi lái theo những chu trình lái khác nhau sẽ cho hệ số phát

thải cũng như tiêu hao nhiên liệu khác nhau trên cùng đoạn đường di chuyển

1.2.2 Phương pháp tính tổng lượng phát thải từ phương tiện cơ giới

a) Công thức tính lượng phát thải

Lượng phát thải từ một loại phương tiện cơ giới (xe máy, xe con, xe tải…) cóthể sử dụng công thức như sau:

E = ∑e abcd A abcd + ∑E C,b +∑ E V,b (1.1)

Trong đó:

E là tổng lượng phát thải (khối lượng/năm)

e là hệ số phát thải, (khối lượng/mức độ hoạt động của phương tiện)

A là lượng nhiên liệu tiêu thụ (khối lượng/năm) hoặc khoảng cách đi lại (quãng đường/năm)

EC là tổng lượng phát thải gia tăng khi động cơ khởi động nguội

EV là tổng lượng phát thải gia tăng do nhiên liệu bốc hơi

a,b,c,d là các hệ số phụ thuộc loại nhiên liệu sử dụng, chủng loại xe, biện pháp hạn chế phát thải của xe, loại đường, tốc độ xe

Tuy nhiên, lượng phát thải gia tăng do nhiên liệu bốc hơi và do khởi động nguội là không đáng kể; mặt khác do phạm vi nghiên cứu của Luận văn, công thức đơn giản sau được sử dụng:

E i(tấn/năm) = e i(g/km) x L i(km/năm) x 10 -6 (1.2)

Trong đó:

Ei: Lượng phát thải trong một năm của xe thứ i (tấn/năm)

ei: Hàm lượng phát thải của xe thứ i (g/km)

Li: Số km xe thứ i đi được trong một năm (km)

Tổng lượng phát thải của các loại xe trong một vùng tính bằng:

E (tấn/năm) = E i (tấn/năm) (1.3)

Từ các công thức (1.2) và (1.3), có thể thấy rằng để xác định lượng phát thảicủa các phương tiện trong một phạm vi nhất định cần biết hai thông số cơ bản làhàm lượng phát thải của xe (e, g/km) và số km xe đi được trong một năm (L)

b) Xác định quãng đường đi được của phương tiện L (km)

(1) Theo dõi trực tiếp thông qua đồng hồ đo tốc độ đối với phương tiện.(2) Theo dõi thông qua lượng xe đi qua một quãng đường, một thành phố,một vùng…

(3) Thông qua lượng nhiên liệu bán ra, kết hợp với khả năng phát công suất,lượng nhiên liệu tiêu thụ của động cơ để xác định

Với phương pháp thứ nhất thì tính chính xác cao nhưng chỉ có thể áp dụngđối với số lượng động cơ ít nên thường chỉ áp dụng trong thực nghiệm nghiên cứu.Với phương pháp thứ 2 và 3 có thể tính được số km đi được một cách định lượng và

có thể áp dụng đối với quy mô rộng

1.3 Các mô hình tính toán phát thải theo chế độ làm việc của động cơ

1.3.1 Mô hình phát thải liên tục (Instantaneous emission factor models)

Mô hình này tính toán phát thải theo từng giây tương ứng với chế độ làmviệc thay đổi của động cơ Mô hình này cần có trước đặc tính phát thải của động cơ

tại các chế độ làm việc (Hình 1.1), đặc tính này có được qua phân tích kết quả thửnghiệm với một số chu trình lái xác định Thông số vào cho mô hình sẽ là các chutrình lái gồm giá trị tốc độ theo thời gian

Hình 1.1 Đặc tính tiêu hao nhiên liệu hoặc phát thải của động cơ [1]

1.3.2 Mô hình phát thải toàn bộ

Tính toán lượng phát thải ứng với giá trị trung bình của tốc độ trong một chutrình thử cụ thể (Hình 1.2) Mô hình này phù hợp với việc tính lượng phát thải trungbình trong một vùng

Hình 1.2 Tính toán phát thải NO x theo giá trị tốc độ trung bình của chu trình thử

1.3.3 Mô hình DGV (Digitalisiertes Grazer Verfahren)

Mô hình này được phát triển bởi trường Đại học kỹ thuật Graz, Áo Đây là

mô hình phát thải liên tục, đặc tính phát thải được xây dựng theo tốc độ và gia tốc

đo được theo các chu trình lái xác định trên băng thử (Hình 1.3) Với chu trình lái

Tốc độ trung bình (km/h)

Phátthải

NOx

(g/km)

bất kỳ, mô hình sẽ tính toán vận tốc và gia tốc theo từng giây và xác định đượclượng phát thải tương ứng lấy từ đặc tính sẵn có của mô hình.

Hình 1.3 Mô hình phát thải DGV

1.3.4 Mô hình EMPA (Thụy Sỹ)

Mô hình phát thải liên tục này dựa trên có đặc tính phát thải động cơ xâydựng theo áp suất có ích trung bình và tốc độ động cơ (Hình 1.4)

Hình 1.4 Đặc tính phát thải CO 2 theo áp suất có ích trung bình và tốc độ động cơ

Để mô phỏng phát thải theo các chu trình lái khác nhau cần xây dựng đượcthông số vào là biểu đồ áp suất có ích trung bình và tốc độ động cơ theo thời gian.Các thông số ra là giá trị liên tục của các thành phần phát thải và suất tiêu hao nhiênliệu

1.3.5 Mô hình PHEM

Mô hình PHEM được phát triển từ năm 2000 tại trường Đại học kỹ thuậtGraz, Áo Đặc tính phát thải sử dụng trong mô hình này được xây dựng theo côngsuất có ích và tốc độ động cơ (Hình 1.5)

Hình 1.5 Xây dựng đặc tính phát thải theo công suất có ích và tốc độ động cơ từ

kết quả thử nghiệm trên băng thử trong mô hình PHEM.

Với chu trình lái cho trước, công suất của động cơ được tính toán theo từnggiây từ các công suất cần thiết để thắng cản mặt đường, cản gió, để gia tốc xe, để bùcho các tổn hao của hệ truyền động từ động cơ đến bánh xe và các hệ thống phụ trợtrên xe Tốc độ động cơ được tính toán từ tốc độ của xe qua tỷ số truyền của hệtruyền động và kích thước bánh xe kết hợp với mô hình chuyển số Từ công suất vàtốc độ động cơ tính toán được, phát thải được xác định từ đặc tính

1.4 Một số nghiên cứu tính toán xác định lượng phát thải tại Việt Nam

Nhằm xây dựng bộ dữ liệu về hệ số phát thải của phương tiện giao thông,đánh giá được thực trạng phát thải của phương tiện giao thông, tại Việt Nam đã cómột số nghiên cứu về xây dựng chu trình lái đặc trưng và tính toán phát thải từ một

số loại phương tiện cơ giới Viện Cơ khí động lực đã thực hiện đề tài cấp thành phố

“Xây dựng chu trình thử nghiệm khí thải và tiêu hao nhiên liệu đặc trưng cho xemáy ở Hà Nội (HMDC driving cycle) và bộ dữ liệu hệ số phát thải cho xe máy”năm 2009 Đề tài đã xây dựng được chu trình lái đặc trưng cho xe máy trong thànhphố Hà Nội Chu trình lái này có độ dài 1250 giây, quãng đường đi được là7,076km, tốc độ di chuyển cực đại 39,41km/h, tốc độ trung bình 20,4km/h Chutrình thử này bao gồm các thông số cở bản như sau:

1) Tốc độ trung bình của toàn chu trình lái kể cả các giai đoạn không tải:

v1=20,4 (km/h),

2) Tốc độ trung bình của toàn chu trình lái không kể các giai đoạn không tải:

v2=23,1 (km/h),

3) Gia tốc trung bình của tất cả các giai đoạn gia tốc: a = 0,40 (m/s2),

4) Gia tốc trung bình của tất cả các đoạn giảm tốc: d = 0,44 (m/s2),

5) Độ dài trung bình của các cung đoạn của chu trình: c = 136,6 (s),

6) Tỷ lệ về thời gian của các giai đoạn không tải: pi = 13,2 (%),

7) Tỷ lệ về thời gian của các giai đoạn tăng tốc: pa = 36,4 (%),

8) Tỷ lệ về thời gian của các giai đoạn tốc độ không đổi: pc = 18,2 (%),

9) Tỷ lệ về thời gian của các giai đoạn giảm tốc: pd = 32,2 (%),

10) Căn bậc hai của trung bình bình phương các gia tốc: RMS = 0,431 (m/s2)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Hình 1.7 Chu trình lái cho xe máy CEMDC

Chu trình ECE R40

Đây là chương trình thử của Châu Âu được áp dụng cho xe máy có khốilượng nhỏ hơn 400kg, tốc độ thiết kế tối đa lớn hơn 50km/h, dung tích xylanh lớnhơn 50cm3 Chương trình thử gồm 40 giây đầu chạy không tải và 6 chu trình lặp lại,thời gian của mỗi chu trình là 195 giây, tổng thời gian chu trình là 780 giây, chiềudài quãng đường là 4,052km Các thông số cơ bản của chu trình gồm:

1)Tốc độ trung bình của toàn chu trình lái kể cả các giai đoạn không tải: v1=18,7(km/h),

2)Tốc độ trung bình của toàn chu trình lái không kể các giai đoạn không tải:

v2=27,1 (km/h),

3)Gia tốc trung bình của tất cả các giai đoạn gia tốc: a = 0,75 (m/s2),

4)Gia tốc trung bình của tất cả các đoạn giảm tốc: d = 0,75 (m/s2),

5)Độ dài trung bình của các cung đoạn của chu trình: c = 40,0 (s),

6)Tỷ lệ về thời gian của các giai đoạn không tải: pi = 30,8 (%),

7)Tỷ lệ về thời gian của các giai đoạn tăng tốc: pa = 18,5 (%),

8)Tỷ lệ về thời gian của các giai đoạn tốc độ không đổi: pc = 32,3 (%),

9)Tỷ lệ về thời gian của các giai đoạn giảm tốc: pd = 18,5 (%),

10)Căn bậc hai của trung bình bình phương các gia tốc: RMS = 0,770 (m/s2)

Hình 1.8 Chu trình thử ECE R40

Giá trị tốc độ tại các thời điểm của 1 chu trình thử như trong bảng 2.1

Bảng 1.11 Tốc độ của xe trong 1 chu trình

TT Từ giây-đến giây Thời gian (s) Vận tốc [km/h]