Xây dựng hồ sơ kỹ thuật thử công nhận kiểu về khí thải động cơ ôtô con trên băng thử Chassis dynamometer 48

Ngày nay, trước sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế với sự gia tăng của các phương tiện giao thông cá nhân và công cộng, thêm vào đó là sự phát triển các khu công nghiệp đ•, đang được xây dựng và đưa vào hoạt động. Tất cả những điều này đ• tác động rất lớn đến môi trường mà trực tiếp là sức khoẻ của người dân. Những nguyên nhân trên đ• làm cho môi trường sống của chúng ta ngày càng bị ô nhiễm nặng nề hơn nếu như các hoạt động đó là tự phát và không có ý thức. Môi trường không khí là một loại môi trường đang bị phá hoại nghiêm trọng, điều đó được thể hiện ở sự phá huỷ tầng Ôzôn dẫn đến sự nóng lên toàn cầu bởi hiệu ứng nhà kính. Môi trường không khí bị phá hoại bởi nhiều nguồn khác nhau, và một trong số đó là khí xả của các phương tiện giao thông. ở Việt Nam trong vài năm gần đây do nền kinh tế phát triển nên số lượng xe tham gia giao thông ngày càng tăng đặc biệt ở các thành phố lớn nơi có mật độ dân cư đông đúc. Số lượng xe tăng mà đường xá không tăng tương ứng, số lượng xe mới được thêm vào trong khi số lượng xe cũ không đủ tiêu chuẩn vẫn tham gia lưu hành, hơn nữa vẫn chưa có một tiêu chuẩn nào chặt chẽ và được cập nhật thường xuyên cho tiêu chuẩn khí phát thải từ động cơ dẫn đền môi trường không khí bị ô nhiễm trầm trọng. Ngay từ đầu những năm 50 ở Mỹ đ• đưa ra những tiêu chuẩn hạn chế độc hại trong khí xả, các chu trình thử nghiệm cho các phương tiện giao thông có gắn động cơ và các tiêu chuẩn này đều được cập nhật thường xuyên theo từng đời xe. ở châu âu công việc này cũng được tiến hành nhưng muộn hơn vào khoảng năm 70. Các tiêu chuẩn cho phép xác định mục tiêu môi trường và đặt ra các hạn chế về số lượng hay nồng độ cho phép của các chất độc hại thải vào khí quyển. Việc tạo ra các tiêu chuẩn là hết sức cần thiết và cấp bách đối với tất cả các nước trên thế giới Trước những vấn đề trên và tình hình thực tiễn ở Việt Nam còn nhiều hạn chế về điều kiện kỹ thuật, nên chưa thể tạo ra được các tiêu chuẩn riêng cho mình, mà các tiêu chuẩn được áp dụng thường là theo một tiêu chuẩn của nước khác và ở đây là Châu âu và Mỹ. Với mục đích này em xin được làm đồ án của em về việc xây dựng một hồ sơ kỹ thuật thử công nhận kiểu về khí thải Ôtô con trên băng thử Chassis dynamometer 48”. Đây là một chu trình thử thực tế đối với ôtô con theo các tiêu chuẩn Châu Âu và Mỹ. Với chu trình thử này và với các điều kiện giao thông thực tế ở Việt Nam có thể vẫn chưa thực sự là đúng đắn lắm nhưng nó có thể sẽ là một cơ sở để sau đó phát triển cho phù hợp với điều kiện thực tế và tạo ra được tiêu chuẩn riêng của Việt Nam. Tuy nhiên đề tài mới chỉ thực hiện ở trên một loại phương tiện và trong một phạm vi hẹp và nó chưa thực sự đi sâu vào các giai đoạn của quá trình thử như về thời gian tăng tốc và giảm tốc nên chỉ có thể áp dụng được ở một phạm vi nhất định. Đề tài sẽ nói về các hệ thống dùng trong phòng thử Chassis dynamometer 48” thuộc Phòng thí nghiệm Động cơ đốt trong tại Đại học Bách khoa Hà Nội, một chu trình thử nghiệm thực tế với xe Ford Laser Ghia 1.8 được lắp ráp ở Việt Nam và các kết quả thu được.

Thử công nhận kiểu khí thải động cơ ôtô Lời nói đầu. Ngày nay, trớc sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế với sự gia tăng của các ph- ơng tiện giao thông cá nhân và công cộng, thêm vào đó là sự phát triển các khu công nghiệp đã, đang đợc xây dựng và đa vào hoạt động. Tất cả những điều này đã tác động rất lớn đến môi trờng mà trực tiếp là sức khoẻ của ngời dân. Những nguyên nhân trên đã làm cho môi trờng sống của chúng ta ngày càng bị ô nhiễm nặng nề hơn nếu nh các hoạt động đó là tự phát và không có ý thức. Môi trờng không khí là một loại môi trờng đang bị phá hoại nghiêm trọng, điều đó đợc thể hiện ở sự phá huỷ tầng Ôzôn dẫn đến sự nóng lên toàn cầu bởi hiệu ứng nhà kính. Môi trờng không khí bị phá hoại bởi nhiều nguồn khác nhau, và một trong số đó là khí xả của các phơng tiện giao thông. ở Việt Nam trong vài năm gần đây do nền kinh tế phát triển nên số lợng xe tham gia giao thông ngày càng tăng đặc biệt ở các thành phố lớn nơi có mật độ dân c đông đúc. Số lợng xe tăng mà đờng xá không tăng t- ơng ứng, số lợng xe mới đợc thêm vào trong khi số lợng xe cũ không đủ tiêu chuẩn vẫn tham gia lu hành, hơn nữa vẫn cha có một tiêu chuẩn nào chặt chẽ và đợc cập nhật th- ờng xuyên cho tiêu chuẩn khí phát thải từ động cơ dẫn đền môi trờng không khí bị ô nhiễm trầm trọng. Ngay từ đầu những năm 50 ở Mỹ đã đa ra những tiêu chuẩn hạn chế độc hại trong khí xả, các chu trình thử nghiệm cho các phơng tiện giao thông có gắn động cơ và các tiêu chuẩn này đều đợc cập nhật thờng xuyên theo từng đời xe. ở châu âu công việc này cũng đợc tiến hành nhng muộn hơn vào khoảng năm 70. Các tiêu chuẩn cho phép xác định mục tiêu môi trờng và đặt ra các hạn chế về số lợng hay nồng độ cho phép của các chất độc hại thải vào khí quyển. Việc tạo ra các tiêu chuẩn là hết sức cần thiết và cấp bách đối với tất cả các nớc trên thế giới Trớc những vấn đề trên và tình hình thực tiễn ở Việt Nam còn nhiều hạn chế về điều kiện kỹ thuật, nên cha thể tạo ra đợc các tiêu chuẩn riêng cho mình, mà các tiêu 1 Thử công nhận kiểu khí thải động cơ ôtô chuẩn đợc áp dụng thờng là theo một tiêu chuẩn của nớc khác và ở đây là Châu âu và Mỹ. Với mục đích này em xin đợc làm đồ án của em về việc xây dựng một hồ sơ kỹ thuật thử công nhận kiểu về khí thải Ôtô con trên băng thử Chassis dynamometer 48. Đây là một chu trình thử thực tế đối với ôtô con theo các tiêu chuẩn Châu Âu và Mỹ. Với chu trình thử này và với các điều kiện giao thông thực tế ở Việt Nam có thể vẫn cha thực sự là đúng đắn lắm nhng nó có thể sẽ là một cơ sở để sau đó phát triển cho phù hợp với điều kiện thực tế và tạo ra đợc tiêu chuẩn riêng của Việt Nam. Tuy nhiên đề tài mới chỉ thực hiện ở trên một loại phơng tiện và trong một phạm vi hẹp và nó cha thực sự đi sâu vào các giai đoạn của quá trình thử nh về thời gian tăng tốc và giảm tốc nên chỉ có thể áp dụng đợc ở một phạm vi nhất định. Đề tài sẽ nói về các hệ thống dùng trong phòng thử Chassis dynamometer 48 thuộc Phòng thí nghiệm Động cơ đốt trong tại Đại học Bách khoa Hà Nội, một chu trình thử nghiệm thực tế với xe Ford Laser Ghia 1.8 đợc lắp ráp ở Việt Nam và các kết quả thu đợc. Em xin cảm ơn PGS. TS Phạm Minh Tuấn và thầy Trần Đăng Quốc đã giúp đỡ và hớng dẫn em tận tình để em có thể thực hiện đồ án này. Đây là một đề tài mới với các thiết bị rất hiện đại và thực hiện trong một thời gian ngắn nên không thể tránh khỏi những thiếu xót, mong thầy cô chỉ bảo và đóng góp ý kiến. Em xin cảm ơn. 2 Thử công nhận kiểu khí thải động cơ ôtô Đề tài : Xây dựng hồ sơ kỹ thuật thử công nhận kiểu về khí thải động cơ ôtô con trên băng thử Chassis dynamometer 48. 3 Thử công nhận kiểu khí thải động cơ ôtô Chơng I Các thành phần độc hại chính trong khí xả động cơ I. Ô nhiễm không khí. Định nghĩa của Cộng đồng châu Âu: Không khí đợc coi là ô nhiễm khi thành phần của nó bị thay đổi hay khi có sự hiện điện của những chất lạ gây ra những tác hại mà khoa học chứng minh đợc hay gây ra sự khó chịu cho con ngời II. Các thành phần độc hại trong khí xả động cơ. Động cơ đốt trong hoạt động do nhiên liệu cháy cỡng bức trong xi lanh động cơ và dãn nở sinh công. Nhiên liệu sử dụng cho động cơ ngày nay phổ biến nhất là hai loại nhiên liệu xăng và điesel, là nhiên liệu có nguồn gốc tự nhiên nên chúng có đầy đủ các thành phần C, H, O, S, Quá trình cháy cỡng bức diễn ra trong xi lanh là một quá trình phức tạp với giai đoạn khác nhau, trong các giai đoạn này nhiên liệu đợc ôxi hoá và giải phóng năng l- ợng. Quá trình ôxi hoá nhiên liệu sẽ tạo ra các hợp chất khác nhau trong khí xả của động cơ. Các thành phần khí chính trong khí xả động cơ là CO, CO 2 , NO X , THC, andêhít, thành phần dạng hạt - PM, hợp chất chứa lu huỳnh. 2.1. Mônôxít cácbon (CO). Mônôxítcacbon (CO) là sản phẩm cháy của nhiên liệu sinh ra do ôxi hoá không hoàn toàn cácbon (C) trong điều kiện thiếu ôxi (O 2 ). CO ở dạng khí không mầu, không mùi, không vị. CO khi kết hợp với sắt có trong sắc tố của máu sẽ tạo thành một hợp chất ngăn cản quá trình hấp thụ ôxi của hemoglobin trong máu và làm cho các bộ phận của cơ thể bị thiếu ôxi. Theo các nghiên cứu thì nếu: + 20 % lợng hemoglobin bị khống chế thì sẽ gây nhức đầu, chóng mặt, buồn nôn. 4 Thử công nhận kiểu khí thải động cơ ôtô + 50 % lợng hemoglobin bị khống chế thì não bắt đầu bị ảnh hởng. + 70 % lợng hemoglobin bị khống chế có thể dẫn đến tử vong. Hàm lợng CO cho phép trong không khí là [CO] = 33 mg/m 3 . 2.2. Total Hydrocacbon(THC). Total Hydrocacbon (THC) là các loại HC có trong nhiên liệu hoặc dầu bôi trơn không cháy hết có trong khí xả của động cơ. HC có nhiều loại và mỗi loại có mức độ độc hại khác nhau. Các HC có nguồn gốc paraphin hoặc naphtanin có thể coi là vô hại trong khi đó các HC thơm (có nhân benzen) thờng rất độc chúng có thể gây ra căn bệnh ung th. HC tồn tại trong khí quyển còn gây ra sơng mù gây tác hại cho mắt, niêm mạc và đờng hô hấp. Thông thờng để đánh giá chuẩn môi trờng thì thờng xét tổng lợng HC mà động cơ phát ra. 2.3. Ôxítnitơ (NO X ). Ôxítnitơ là sản phẩm ôxi hoá N 2 có trong không khí (trong khí nạp mới) ở điều kiện nhiệt độ cao trên 1100 0 C. NO X tồn tại ở hai dạng chủ yếu là NO và NO 2 trong đó NO chiếm đại bộ phận. NO là khí không mùi và không nguy hiểm nhng nó không bền và dễ chuyển thành NO 2 trong điều kiện tự nhiên. NO 2 là khí có mầu nâu đỏ, có mùi gắt, gây nguy hiểm cho phổi, niêm mạc. Khi tác dụng với nớc tạo ra axít, gây ra ma axít làm ăn mòn cho chi tiết máy và đồ vật. Hàm lợng cho phép [NO] = 9 mg/m 3 , [NO 2 ] = 9 mg/m 3 . 2.4. Anđêhít (C-H-O). Andehit có công thức chung là C-H-O, là một chất khí gây tê và co mùi gắt, một số loại có thể gây ung th nh foocmondehit. Hàm lợng cho phép [CHO] = 0,6 mg/m 3 . 2.5. Chất thải dạng hạt (P-M). P-M hay còn gọi là bồ hóng, là chất ô nhiễm đặc biệt quan trọng trong khí xả của động cơ diezel, nó tồn tại dới dạng hạt rắn có đờng kính trung bình khoảng 0,3 àm, nên rất dễ xâm nhập vào phổi gây tổn thơng tới cơ quan hô hấp và còn có thể gây ung th do 5 Thử công nhận kiểu khí thải động cơ ôtô các hydrocacbon thơm bám dính lên nó. P-M sinh ra do quá trình phân huỷ nhiên liệu và dầu bôi trơn, chúng chính là C cha cháy hết bị bón thành các hạt nhỏ. Trong không khí P-M là tác nhân gây sơng mù, bụi bẩn làm ảnh hởng đến giao thông và sinh hoạt của con ngời. 2.6. Hợp chất chứa lu huỳnh. Sản phẩm chính là khí SO 2 , chất khí không màu có mùi gắt, khi tác dụng với nớc tạo thành axít yếu (H 2 SO 3 ) gây h hại cho mắt và đờng hô hấp, SO 2 làm giảm khả năng đề kháng của cơ thể và tăng cờng động tác hại của các chất ô nhiễm khác đối với cơ thể. Hàm lợng cho phép [SO 2 ] = 2 ml/m 3 . Ngày nay, các loại nhiên liệu đang đợc khống chế hàm lợng S có trong nó. 2.7. Cácbondiôxít (CO 2 ). Cacbondioxit là sản phẩm cháy hoàn toàn của C trong O 2 và là sản phẩm chính và chủ yếu của quá trình cháy. CO 2 tuy không độc với sức khoẻ của con ngời nhng với nồng độ quá lớn có thể gây ngạt. Hàm lợng cho phép [CO 2 ] = 9000 mg/m 3 . CO 2 là nguyên nhân chính gây hiệu ứng nhà kính dẫn đến sự nóng lên của nhiệt độ trái đất. 6 Thử công nhận kiểu khí thải động cơ ôtô Chơng II Những vấn đề chung về thử công nhận kiểu. Hiện nay với mức độ phát triển ngày càng nhanh của các phơng tiện giao thông ở hầu hết các quốc gia trên thế giới, vì vậy vấn đề ô nhiễm môi trờng do khí thải động cơ trực tiếp gây ra là hết sức cấp bách, nó liên quan đến sức khoẻ của con ngời. Tuy vậy không phải nớc nào trên thế giới cũng có đủ điều kiện và khả năng để đa ra các tiêu chuẩn khí thải của riêng nớc đó, mà trên thế giới mới chỉ có 3 khu vực có bộ tiêu chuẩn hoàn chỉnh đó là Mỹ, Châu Âu và Nhật Bản. Trớc vấn đề môi trờng, Việt Nam cũng đang tiến hành nghiên cứu và triển khai các luật, các tiêu chuẩn về khí thải cho động cơ. Các tiêu chuẩn thử là quy phạm với mỗi quốc gia, có liên quan trực tiếp tới điều kiện giao thông nh chất lợng, số lợng và tiêu chuẩn đờng xá, số lợng các loại phơng tiện và chủng loại phơng tiện giao thông đang lu hành, mức độ phát triển của các phơng tiện, và mức thu nhập của ngời dân (điều kiện kinh tế của mỗi nớc). Dựa trên cơ sở đó mà các nhà làm luật đa ra các tiêu chuẩn cho phù hợp, và các tiêu chuẩn này phải đợc nâng cấp, cập nhật và phát triển theo thời gian để hớng tới mục tiêu môi trờng tốt hơn. Khi ban hành các tiêu chuẩn thì các quy trình thử tơng ứng cũng phải đợc đa ra. Các quy trình thử chính là thói quen đi lại của ngời dân khi sử dụng phơng tiện giao thông, liên quan đến việc tổ chức và cơ sở hạ tầng giao thông. Hệ thống tiêu chuẩn phải đợc xây dựng cho các loại động cơ khác nhau nh động cơ diezel, động cơ xăng, động cơ chạy nhiên liệu khí hoá lỏng. Trên các loại phơng tiện khác nhau nh xe con, xe tải, xe máy. Và trên các điều kiện vận hành khác nhau nh trên xa lộ hoặc trong thành phố. Dới đây là các chu trình và tiêu chuẩn thử ở Mỹ, Châu Âu, Nhật Bản và Việt Nam. I. Các chu trình thử. 1.1. Chu trình thử ở Mỹ. 7 Thử công nhận kiểu khí thải động cơ ôtô 1.1.1. Chu trình thử FTP-72 cho xe con. Tổng quãng đờng thử là 12,07 km với nhiều điểm dừng, vận tốc tối đa là 91,2 km/h và vận tốc trung bình là 31,5 km/h. Vòng thử gồm hai giai đoạn, giai đoạn 1 với thời gian 505 s ( tơng ứng với quãng đờng 5,78 km với vận tốc trung bình là 41,2 km/h ) và giai đoạn 2 với thời gian 864s. Pha thứ nhất bắt đầu với trạng thái khởi động lạnh, pha thứ hai đợc bắt đầu sau khi động cơ dừng hoàn toàn trong thời gian 10 phút. ở mỗi pha có một hệ số khối lợng là 0,47 cho pha 1 và 0,53 cho pha 2. Lợng phát thải đợc tính theo đơn vị g/km. 1.1.2. Chu trình thử FTP-75 cho xe con. Xuất phát từ chu trình thử FTP-72, nhng nó bao gồm 3 giai đoạn, 2 giai đoạn đầu giống nh hai giai đoạn của FTP-72 còn giai đoạn thứ 3 kéo dài 505 s và bắt đầu sau khi giai đoạn 2 kết thúc dừng hoàn toàn động cơ và đợi 10 phút. Giai đoạn 3 là giai đoạn khởi động nóng. Nh vậy với FTP-75 pha 1 là pha khởi động lạnh, pha 2 là pha trung gian, pha3 là pha khởi động nóng. Tổng quãng đờng thử là 17,77 km, tổng thời gian thử là 1874 s với vận tốc trung bình là 34,1 km/h, theo chuẩn năm 2000. 8 Thử công nhận kiểu khí thải động cơ ôtô Lợng phát thải từ mỗi pha đợc tập hợp trong mỗi túi khí riêng, sau đó đợc phân tích và tính toán với các hệ số khối lợng là 0,43 đối với pha 1 và pha 2, đối với pha 3 là 0,57. Đơn vị lợng phát thải là g/km hoặc g/mile. VD : tính lợng CO phát thải trong quá trình thử. (CO) = 0,43.(CO) gd1 + 1.(CO) gd2 + 0,57.(CO) gd3 (g/km) chu trình thử FTP-75. 1.1.3. Chu trình thử UDDS cho xe tải nặng. Các tham số cơ bản của chu trình thử: + Tổng thời gian thực hiện : 1060 s. + Quãng đờng thử : 8,9 km + Vận tốc trung bình : 30,4 km/h + Vận tốc tối đa : 93,3 km/h 9 Thử công nhận kiểu khí thải động cơ ôtô 1.1.4. Chu trình thử FPT cho động cơ xe tải hạng nặng. FTP thờng đợc sử dụng cho việc kiểm tra lợng phát thải mà động cơ xe tải phát ra và đợc phát triển cho xe tải hạng nặng và xe bus ở Mỹ. FTP cũng bao gồm cho xe chạy quanh thành phố và xe chạy trên xa lộ. FTP đợc dựa trên cơ sở của chu trình thử UDDS. Một lần thử bao gồm 4 pha: pha thứ nhất là một pha NYNF theo chuẩn của NewYork cho xe trong thành phố với nhiều lần dừng và khởi động, pha thứ 2 là pha LANF theo chuẩn Los Angeles trong điều kiện giao thông đông đúc trong thành phố với một số rất ít lần dừng, pha thứ 3 là pha LAFY theo chuẩn Los Angeles trong điều kiện giao thông đông đúc trên xa lộ, pha thứ 4 là pha lặp lại pha thứ 1. Nó bao gồm một trạng thái khởi động lạnh sau khi dừng xe một thời gian dài, sau đó là chạy không tải, tăng tốc và giảm tốc và một giải biến thiên rộng của các tốc độ khác nhau sao cho nó phù hợp với điều kiện chạy của phơng tiện vận tải thực. Chu trình thử đợc tiến hành hai lần và lần thứ hai đợc lặp lại trong trạng thái khởi động ấm sau khi kết thúc thử lần một và dừng động cơ 20 phút. tốc độ trung bình là 30 km/h với quãng đờng thử là 10,3 km và mỗi lần thử diễn ra trong khoảng 1200s. Biều đồ mômen lực, tốc độ và thời gian của chu trình thử. 10