Đối với môi trường

CHƯƠNG 6: SẢN PHẨM CHÁY CỦA ĐỘNG CƠ XĂNG,

6.1 Tổng về ô nhiễm môi trường

6.1.2.2 Đối với môi trường

* Thay đổi nhiệt độ khí quyển:

- Sự hiện diện của các chất ô nhiễm, đặt biệt là các chất khí gây hiệu ứng nhà kính, trong không khí trước hết ảnh hưởng đến quá trình cân bằng nhiệt của bầu khí quyeồn.

- Trong số những chất khí gây hiệu ứng nhà kính,

- Sự gia tăng nhiệt độ bầu khí quyển do các chất gây hiệu ứng nhà kính có thể được giải thích.

+ Quả đất nhận năng lượng từ mặt trời và bức xạ lại qua không gian một phần nhiệt lượng mà nó nhận được, nhưng trong quá trình bức xạ lại không gian thì một phần nhiệt lượng của bức xạ mặt trời bị lớp khí gây ra hiệu ứng nhà kính giữ lại sẽ bức xạ ngược về trái dất

làm cho bầu khí quyển của trái đất ngày càng nóng hôn.

Hình1: Hiệu ứng nhà kính

- Với tốc đụù gia tăng nồng độ khớ cacbonic trong bầu khí quyển như hiện nay, người ta dự đoán vào khoảng giữa thế kỷ 22, nồng độ khí cacbonic có thể tăng lên gấp đôi.

Khi đó theo dự tính của các nhà khoa học sẽ xảy ra sự thay đổi quan trọng đối với sự cân bằng nhiệt trên trái đất.

- Nhiệt độ bầu khí quyển sẽ tăng lên từ 2 - 3 oC.

- Một phần băng ở vùng bắc cực và nam cực sẽ tan ra làm tăng chiều cao mực nước biển.

- Làm thay đổi chế độ mưa gió và sa mạc hoá thêm bề mặt trái đất.

* Ảnh hưởng đến sinh thái :

- Sự gia tăng của NOX, đặt biệt là N2O có nguy cơ làm gia tăng sự huỷ hoại lớp ozon ở thượng tầng khí quyển. Đó là lớp khí cần thiết để lọc tia cực tím phát xạ từ mặt trời.

- Mặt khác các chất khí có tính axit như: SO2, NO2, bị oxy hoá thành axit sunfurit, axit Nitric hoà tan trong mưa, trong tuyết, trong sương mù… làm huỷ hoại thảm thực vật trên mặt đất (do mưa axit ) và gây ăn mòn các công trình kim loại.

6.1.3 Các chỉ tiêu đánh giá sự ô nhiễm cuả ô toâ:

6.1.3.1 Quy trỡnh ủo oõ nhieóm:

 Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều quy trình đo ô nhiễm khác nhau vì chưa có quy trình nào được áp dụng chung cho tất cả các nước để đo các chỉ tiêu ô nhiễm trong khí thải động cơ đốt trong. Mỗi quy trình ứng với một tiêu chuẩn ô nhiễm xác định và không có sự quan hệ tương đương nào được xác lập giữa các tiêu chuẩn này.

 Quy trình đo các chỉ tiêu ô nhiễm của mỗi nước căn cứ vào chế độ giao thông tiêu biểu của nước đó.

Bảng 1 là bảng so sánh các thông số đặc trưng của một số quy trình được áp dụng rộng rãi nhất hiện nay.

Thoõng soỏ ẹụn

vò EC

E Califo

rnia FTP7

2 FTP7

5

Nhật 10 chếđộ

Nhật 11 chếđộ Tốc độ trung

bình km/h 18.

7 35.6 31.5 34.1 17.7 30.6 Tốc độ trung

bình (khoâng kể thời gian không tải)

km/h 27.

1 41.7 38.3 41.6 24.1 39.1 Gia toác trung

bình (m/s2) 0.7

5 0.68 0.60 0.67 0.54 0.64 Giảm tốc

trung bình (m/s2) 0.7

5 0.68 0.70 0.71 0.65 0.60 Thời gian

trung bình của một chu kỳ thử

(s) 45 117 66 70 50 94

(% 30.

Tốc độ không đổi

(%

thời gian)

32.3 21.9 20.1 20.4 23.7 13.3

Giảm tốc (%

thời gian)

18.5 32.1 28.6 28.5 25.2 30.8 Bảng 1 : So sánh các thông số đặc trưng của một số quy

trình thử tiêu biểu.

(trích chương 2, sách”ôtô và ô nhiễm môi trường, tác giả Buứi Vaờn Ga)

6.1.3.2 Cơ sở xây dựng các quy trình đo ô nhiễm:

 Quy trình thử là quy trình có phạm vi quốc gia, nó phụ thuộc vào điều kiện giao thông của mỗi quốc gia. Quy trình thử được lập ra dựa trên nhiều yếu tố, trong đó mật độ giao thông và chất lượng đường là hai yếu tố quan trọng nhất:

+ Mật độ giao thông: mức độ ô nhiễm cục bộ bầu không khí là tổng hợp mức độ phát thải của tất cả phương tiện vận tải trong khu vực khảo sát gây ra, nghĩa là mức độ ô nhiễm phụ thuộc vào mật độ ô tô. Ở những thành phố lớn có mức độ ô nhiễm vượt giới hạn báo động, người ta khuyến khích người dân sử dụng phương tiện vận tải công cộng để giảm bớt mật độ xe. Ở những nơi có mật độ lưu thông bé, ô tô không nhất thiết phải tuân thủ những quy định nghiêm ngặt về mức độ phát sinh ô nhiễm như những thành phố có mật độ giao thông cao.

+ Điều kiện đường: tuỳ vào chất lượng đường của mỗi nước mà chế độ hoạt động của các phương tiện khác nhau, do đó khả năng phát sinh ô nhiễm của ô tô cũng khác nhau. Tiêu chuẩn ô nhiễm cũng phải xét đến yếu tố này.

6.1.3.3 Một số tiêu chuẩn thử ô nhiễm:

Chu trình thử độ ô nhiễm môi trường của ôtô là một giản đồ về vận tốc di chuyển của xe theo thời gian và tay số cần được gài cho mỗi giai đoạn của chu trình.

Người lái xe cần điều khiển xe sao cho vận tốc của xe và

gia tiên tiến cũng có chu trình thử riêng đặc trưng cho điều kieọn lửu thoõng cuỷa quoỏc gia mỡnh.

* Tieõu chuaồn chaõu Aõu:

Table : EU Emission Standards for HD Diesel Engines, g/kWh (smoke in m-1)

Tier Date &

Category Test

Cycle CO HC NOx PM Smoke Euro I 1992, <85 kW ECE R-49 4.5 1.1 8.0 0.612

1992, >85 kW 4.5 1.1 8.0 0.36

Euro II 1996.10 4.0 1.1 7.0 0.25

1998.10 4.0 1.1 7.0 0.15

Euro

III 1999.10, EEVs

only ESC &

ELR 1.5 0.25 2.0 0.02 0.15 2000.10 ESC &

ELR 2.1 0.66 5.0 0.10 0.13* 0.8

EuroIV 2005.10 1.5 0.46 3.5 0.02 0.5

Euro V 2008.10 1.5 0.46 2.0 0.02 0.5

* - for engines of less than 0.75 dm3 swept volume per cylinder and a rated power speed of more than 3000 min-1

Bảng2: Tiêu chuẩn khói thải sử dụng cho động cơ diesel trên xe tải nặng

(http://www.dieselnet.com/standards/eu/hd.php)

Bảng 3: Tiêu chuển khí thải dùng cho động cơ xăng và diesel

(http://www.dieselnet.com/standards/eu/hd.php)

Phần I chu trình thử trong thành phố với tốc độ tối đa 50 km/h, khởi động, ngừng nhiều lần, họat động ở chế độ cầm chừng.

Phần II với chu trình thử cho vùng nông thôn tương ứng với đọan tăng tốc như hình vẽ. Tốc độ tối đa khỏang 72 km/h.

Phần III với chu trình thử cho vùng ngoại ô với tốc độ trung bình khỏang 88 km/h.

Table : Emission Standards for Diesel and Gas Engines, ETC Test, g/kWh

Tier Date &

Category Test

Cycle CO NMHC CH4a NOx PMb Euro

III 1999.10,

EEVs only ETC 3.0 0.40 0.65 2.0 0.02

2000.10 ETC 5.45 0.78 1.6 5.0 0.16

0.21c

EuroIV 2005.10 4.0 0.55 1.1 3.5 0.03

Euro V 2008.10 4.0 0.55 1.1 2.0 0.03

a - for natural gas engines only

b - not applicable for gas fueled engines at the year 2000 and 2005 stages

c - for engines of less than 0.75 dm3 swept volume per cylinder and a rated power speed of more than 3000 min-1

Biểu đồ 1: Chu trình thử của ETC – về tốc độ xe (http://www.dieselnet.com/standards/cycles/etc.html)

Biểu đồ 2 : Chu trình thử của ETC – về tốc độ động cơ

Biểu đồ 3 : Chu trình thử của ETC – về mô men

 Tieõu chuaồn cuỷa Myừ:

Điều kiện thử trong thành phố:

Nhiệt độ: 20 – 300C Thời gian thử: 1369s

Quãng đường thử: 12 km Vận tốc cực đại: 91.3 kph Vận tốc trung bình:

Soỏ ủieồm duứng: 18

Tổng thời gian khi xe dừng (v = 0) hay 16% tổng thời gian thử.

Chu trình thử trong thành phố

Biểu đồ 4: Chu trình thử trong thành phố được thực hiện nhờ phòng thí nghiệm của EPA.

(http://www.epa.gov/nvfel/methods/quickdds.htm) Điều kiện thử trên xa lộ:

Nhiệt độ: 20 – 300C Thời gian thử: 765s Quãng đường thử:

16 km

Vận tốc cực đại:

96.5kph

Vận tốc trung bình:

77 kph

Chu trình thử trên xa lộ

Biểu đồ 5: Chu trình thử trên xa lộ được thực hiện nhờ phòng thí nghiệm của EPA.

(http://www.epa.gov/nvfel/methods/quickdds.htm)

* Tiêu chuẩn của Nhật:

Tiêu chuẩn khí thải năm 2005 giới thiệu hai chu trình thử khí thải mới tạm thời:

JE05- kiểu mới cho xe có tổng trọng lượng trên 3500 kg JE08- chu trình mới cho xe có trọng lượng nhỏ hơn 3500kg

Đối với xe trọng lượng lớn, chu trình mới này sẽ có hiệu lực vào năm 2005. Đối với những xe có công suất nhỏ chu trình mới (hiện đang đề nghị ứng dụng) sẽ thực hiện trước năm 2011. Trong khoảng từ 2005 – 2011 khí thải sẽ được xác định dựa vào lượng trung bình từ chu trình mới, 10 -15 mode, và chu kỳ 11 mode.

Những chu trình này dùng để kiểm tra khí thải cho cả xe dùng động cơ diesel và động cơ xăng. Chúng có thể được vận hành để kiểm tra ngay lúc lạnh hay làm ấm, phụ thuộc vào ứng dụng của xe.

Tiêu chuẩn cho động cơ và xe có công suất lớn:

Chu trình JE05 (cũng như chu trình ED12) có thời gian thử trong 1800s. Chu trình thử JE05 được xác định thơng qua tốc độ xe và và thời gian chạy xe như quan hệ dưới đây:

Biểu đồ 6:Chu trình thử mới dự kiến cho xe > 3500kg GVW.

(http://www.dieselnet.com/standards/cycles/jp_je05.html)

Một chu trình mới cho các xe có công suất nhỏ chưa được chính thức thông qua Bộ trưởng môi trường. Sơ đồ dưới đây được đề nghị cho xe có công suất nhỏ.

Biểu đồ 7: Chu trình mới tạm thời cho xe cĩ cơng suất nhỏ (<3500kg GVW) (http://www.dieselnet.com/standards/cycles/jp_jc08.html)

Chu trình 10-15 mode đang được sử dụng ở Nhật caáp giấy chứng nhận khí thải và tiết kiệm nhiên liệu đối với xe công suất nhỏ. Nó được xuất phát từ chu trình 10 mode bằng cách thêm phân thành 15 mode với tốc độ cực đại 70 km/h. Khí thải được tính theo đơn vị g/km. Toàn bộ chu trình gồm một đoạn 15 phút làm ấm tại tốc độ 60 km/h, thử cầm chừng, 5 phút làm ấm tại tốc độ 60 km/h và một đoạn 15 mode, tiếp theo bởi 3 đoạn 10 mode lặp lại và một đoạn 15 mode. Khí thải được đo trên đoạn cuối cùng số 4. (3 * 10 mode + 1 * 15mode, hình 8).

Biểu đồ 8 : Chu trình 10-15 Mode

(http://www.dieselnet.com/standards/cycles/jp_10-15mode.html) Khoảng cách mỗi chu trình là 4.16 km, tốc độ trung bình 22.7 km/h, suốt thời gian 660s (hoặc 6.34 km, 25.6 km/h, 892s, theo thứ tự, bao gồm đoạn 15 mode đầu tiên).

6.1.3.4 Quy tình kiểm tra định kỳ mức độ phát sinh ô nhieồm cuỷa oõ toõ:

 Các quy định trên đây được áp dụng từ lúc ô tô được xuất xưởng đến khi đã qua một thời gian sử dụng nhất định và quy trình đó được thực hiện ở những trung tâm kiểm định theo quy định của từng quốc gia. Ở Mỹ, các tiêu chuẩn được áp dụng cho đến khi ô tô đạt được 80.000km. Trong quá trình sử dụng, ô tô phải được bảo trì tốt mới thỏa mãn được các quy định của tiêu chuẩn, tuy nhiên trong qúa trình sử dụng cũng có một số ô tô không được bảo trì đúng kỹ thuật, thống kê ở Mỹ cho thấy chỉ có 33% ô tô được bảo trì tốt, số còn lại bị điều chỉnh không đúng quy định hoặc thay thế các bộ phận không đúng tiêu chuẩn. Ở các quốc gia có nền công nghiệp chưa phát triển thì tình hình bảo trì ô tô còn tồi tệ hơn nhiều. Điều này làm nồng độ các chất ô nhiễm trong khí xả gia tăng vượt quá giới hạn cho phép.

 Để đánh giá định kỳ mức độ phát sinh ô nhiểm

đồng

Châu Âu tải Moâ toâ

CO 4.5%

Thụy Sĩõ Ô tô tải <

0.76t hay

khách < 9 choã

Ô tô tải

>0.76t hay khách > 9 choã

Moâ toâ

CO HC CO HC CO

0.5%V 100ppmV 1%V 200ppmV 3.5%V

Hoa Kyứ OÂ toõ nheù CO HC

1.2%V 220ppmV

Canada OÂ toõ nheù CO 0.5%

Nhật Bản Ô tô nhẹ - Động cơ 4 kyứ

- Động cơ 2 kyứ

CO HC HC

4.5%

1200ppmV 780ppmV

Hàn

Quoỏc OÂ toõ nheù CO

HC

4.5%V 1200ppmV Đài Loan Ô tô nhẹ CO

HC

3.5%V 900ppmV

Bảng 4: Tiêu chuẩn đo ô nhiễm của ô tô ở các chế độ không tải

(trích chương 2, sách”ôtô và ô nhiễm môi trường, tác giả Buứi Vaờn Ga)

* Quy định về kiểm tra sơ bộ mức độ phát sinh ô nhiễm của ô tô ở các nước phát triển:

 Phần lớn các tiểu bang của Mỹ đã sử dụng quy tình kiểm tra sơ bộ để đánh giá mức độ phát sinh ô nhiễm của ô tô đã qua sử dụng. Quy tình đó được thực hiện ở chế độ không tải với các tiêu chuẩn quy định đối với nồng độ CO, HC. Tất cả ô tô phải qua kiểm tra ô nhiễm định kỳ hàng năm hay hai năm một lần theo quy trình được quy định ở từng quốc gia.

 Ở Châu Âu, về việc kiểm tra định kỳ tình hình ô

 Ở Thuỵ Sĩ, từ năm 1986 trở đi, cứ một hay ba năm một lần ô tô phải qua kiểm tra thành phần CO, CO2 và HC ở chế độ không tải.

 Ở Áo, từ năm 1985, hàng năm ô tô phải qua kiểm tra HC ở chế độ không tải (< 600ppm).

 Ở Anh, hàng năm ô tô phải qua kiểm tra nồng độ CO ở chế độ không tải, giới hạn cho phép của CO là 4.5%.

 Ở Thuỵ Điển, hàng năm ô tô phải đi kiểm tra định kỳ, nồng độ CO ở chế độ không tải phải nhỏ hơn 5.5%.

 Ở Hà Lan, tất cả ô tô đã qua sử dụng quá 3 năm đều phải qua kiểm tra ô nhiễm dựa trên việc đo nồng độ CO ở chế độ không tải.

* Tieõu chuaồn Vieọt Nam:

 Năm 1990, chính phủ Việt Nam đã ban hành tiêu chuẩn (TCVN 5123 - 90) quy định về hàm lượng CO trong khí thải động cơ xăng ở chế độ không tải. Tiêu chuẩn này được áp dụng cho tất cả ô tô chạy xăng có khối lượng lớn hơn 400 kg. Hàm lượng CO được đo trực tiếp trong ống xả, cách miệng xả 300mm, ở hai chế độ tốc độ nmin và 0.6nđm (nđm: tốc độ định mức). Hàm lượng CO không được vượt quá 3.5% ở chế độ nmin và 2% ở chế độ 0.6nđm.

 Năm 1998, chính phủ Việt Nam ban hành tiêu chuẩn (TCVN 6438 – 98) quy định lại cụ thể hơn giới hạn cho phép của các chất ô nhiễm trong khí xả của phương tiện vận tải (bảng 5).

Thành phaàn oâ nhieãm trong

khí thải

Phương tiện đang sử dụng Phương tiện đăng ký lần đầu Phửụng tieọn

động cơ xăng

Phửụng tieọn động cơ

Diesel

Phửụng tieọn động

cô

Phửụng tieọn động cơ

Diesel

- Động cơ 4 kyứ - Động cơ 2

kyứ - Động cơ đặc biệt (có kết cấu khác

với động cụ kieồu piston tònh

tieán)

- - -

150 0 780

0 330

0

120 0 780

0 330

0

- - -

- - -

1200 7800 3300

Độ khói (%

HSU) - - - 85 72 - 72 50

Bảng 5 : Giới hạn tối đa cho phép của thành phần ô nhiểm trong khí thải của các phương tiện vận tải.

(trích chương 2, sách”ôtô và ô nhiễm môi trường, tác giả Buứi Vaờn Ga)

6.2 Các chất gây ô nhiễm trong quá trình cháy của động cô xaêng:

Qúa trình cháy lý tưởng của hỗn hợp hydrocacbone với khoõng khớ chổ sinh ra CO2, H2O, và N2. Tuy nhiên, do sự không đồng nhất của hỗn hợp, cũng như tính chất phức tạp của hiện tượng lý hoá diễn ra trong quá trình cháy nên trong khí xả

động cơ đốt trong luôn có chứa một hàm lượng đáng kể các chất độc hại như:

 Oxít nitơ: NO, NO2, N2O gọi chung là NOX

 Monoxít cacbon: CO

 Hydrocarbua chưa cháy:

HC

 Bồ hóng, muội than

 Chì: Pb (chỉ có đối với xaờng pha chỡ nhửng hieọn nay không còn sử dụng)

 Lửu huyứnh: S

ảnh hưởng đến thành phần các chất ô nhiễm trong sản phẩm cháy.

Một trong những yếu tố có tính tổng quát ảnh hưởng đến mức độ phát sinh ô nhiễm của động cơ là tỷ lệ không khí-nhiên liệu. Biểu đồ bên trình bày một cách định tính sự phụ thuộc của nồng độ NOX, CO, HC trong khí xả theo tyỷ leọ khoõng khớ-nhieõn lieọu.