THỬ NGHIỆM KHÍ THẢI CÔNG NHẬN KIỂU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG VÀ PHƯƠNG TIỆN CƠ GIỚI ĐƯỜNG BỘ THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU ThS. LÊ HỒNG HẢI Bộ môn Động cơ đốt trong Khoa Cơ khí Trường Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Nhiều quốc gia, trong đó có Việt Nam, đã ban hành quy định lộ trình áp dụng tiêu chuẩn khí thải với phương tiện cơ giới đường bộ dựa theo tiêu chuẩn ô nhiễm của Châu Âu. Bài báo đề cập đến các dạng thử ô nhiễm khi phê duyệt kiểu động cơ đốt trong và phương tiện cơ giới đường bộ theo tiêu chuẩn Châu Âu, những vấn đề chính đối với từng kiểu thử và các giới hạn ô nhiễm tương ứng. Summary: Many countries, including Vietnam, have promulgated the way of applying standards of polluted exhaust for road vehicles as per European pollution standards. The article mentions forms of the testing polluted exhaust in approved road vehicles, major issues of each testing, and pollution limits. CT 2 I. ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày 10/10/2005 Thủ tướng Chính phủ đã ký quyết định số 249/2005/QĐ - TTg về việc quy định lộ trình áp dụng tiêu chuẩn khí thải đối với phương tiện giao thông cơ giới đường bộ. Theo đó, các loại xe cơ giới được sản xuất, lắp ráp và nhập khẩu mới phải áp dụng các mức tiêu chuẩn khí thải theo các Tiêu chuẩn Việt Nam tương đương mức Euro 2 đối với từng loại xe kể từ ngày 01/7/2007. Mục đích Thử ô nhiễm phê duyệt kiểu chính là xây dựng hành lang kỹ thuật đồng bộ, tạo điều kiện kiểm soát nguồn khí thải để bảo vệ môi trường. Đồng thời đặt ra cho các nhà sản xuất mức giới hạn cho phép để lấy đó làm cơ sở cho các thiết kế cũng như cải tiến mới phương tiện cho phù hợp, tạo ra sự cạnh tranh công bằng, thúc đẩy phát triển kinh tế. Sự khác biệt giữa thử ô nhiễm phê duyệt kiểu và Kiểm tra ô nhiễm phương tiện đang lưu hành ở chỗ Thử ô nhiễm phê duyệt kiểu có tính bao quát hơn và được dùng như là một cơ sở trong thiết kế cũng như cải tiến mới phương tiện. Nó là điều kiện tối thiểu của một quốc gia buộc nhà sản xuất phải tuân thủ, và chỉ áp dụng 1 lần cho hàng loạt một kiểu phương tiện mới ra đời. Ngược lại, kiểm tra ô nhiễm phương tiện phương tiện đang lưu hành thì hẹp hơn cả về quy mô cũng như hình thức. Cụ thể, nó thường áp dụng cho các trường hợp đơn lẻ và đánh giá một cách toàn diện hơn. II. CÁC DẠNG THỬ Ô NHIỄM KHI PHÊ DUYỆT KIỂU ĐCĐT VÀ PTCGĐB a. Phương tiện cơ giới hạng nhẹ Phương tiện cơ giới hạng nhẹ bao gồm ô tô chở khách, các xe tải công suất nhỏ, xe 3 bánh và các loại xe mô tô. Đối với xe chở khách (hạng nhẹ), phương tiện được vận hành trên băng thử con lăn theo 1 quy trình lái xe miêu tả mô hình điều khiển xe thông thường của phương tiện, sau đó tiến hành lấy mẫu để phân tích. Một mẫu khí xả đã pha loãng được lấy mẫu trong những túi khí mẫu phân tích. Đối với động cơ đốt cháy cưỡng bức (positive ignition_PI) tất cả thành phần khí xả và không khí được xác định rõ ở các túi khí mẫu. Còn với động cơ tự cháy (compression ignition_CI) thì hyđrô cacbon và các khí xả đặc biệt được lấy mẫu một cách liên tục trên đường pha loãng. Điều này được quy định bởi trạng thái tự nhiên khác nhau của khí xả của từng loại động cơ. Sơ đồ bố trí phương tiện và thiết bị thử đối với PTCGĐB hạng nhẹ như hình 1 [4]. CT 2 Hình 1. Sơ đồ bố trí phương tiện và thiết bị thử đối với PTCGĐB hạng nhẹ 1. Khung thử con lăn AVL; 2. Đường vào khí thải động cơ xăng CVS; 3. Túi lấy mẫu cho động cơ xăng; 4. Tủ phân tích CEB-II; 5. Túi mẫu khí môi truờng xung quanh; 6. Đường dãn nở khí thải động cơ diesel; 7. Túi lấy mẫu cho động cơ diesel; 8. Chất thải hạt; 9. Mẫu H-FID; 10. Buồng trộn. Thử với nhóm này có đặc điểm là không cần tháo rời phần động cơ mà có thể để nguyên tình trạng phương tiện rồi đưa lên băng thử, sau đó thực hiện kiểm tra tổng thể. Với các PTCG ĐB theo tiêu chuẩn Châu Âu có các kiểu thử được trình bày trong bảng dưới (xem trang 107). b. Động cơ hạng nặng và động cơ phi đường bộ Phương tiện cơ giới hạng nặng là các loại phương tiện có trọng lượng toàn bộ lớn hơn 3,5 tấn, bao gồm ô tô chở khách, các xe tải công suất lớn và các loại phương tiện khác. Động cơ phi đường bộ là tất cả các loại động cơ không được sử dụng để vận chuyển người hoặc hàng hoá trên đường bộ. Bao gồm các máy xây dựng công trình, tàu hỏa… Chúng thường được kiểm tra theo chu trình thử tĩnh tại ISO8178 [4]. Kiểu Miêu tả Động cơ Euro 1 Euro 2 Euro 3 Euro 4 Xăng I Hàm lượng khí xả trung bình sau khởi động lạnh. Diesel Có Có Có Có Xăng Có Có Có Có II Lượng CO ở chế độ không tải. Diesel Không Không Không Không Xăng Có Có Có Có III Lượng khí lọt các te Diesel Không Không Không Không PI (gasoline) Có Có Có Có Khí tự nhiên; LPG IV Lượng tổn thất nhiên liệu bay hơi Diesel Không Không Không Không Xăng V Thử độ bền thiết bị chống ô nhiễm (Bộ xử lý xúc tác ) Diesel Có Có Có Có PI (gasoline) 2002 Có Khí tự nhiên; LPG VI Lượng CO trong điều kiện nhiệt độ môi trường thấp (< -7 o C) Diesel Không Không Không Không PI (gasoline) Có Có Khí tự nhiên; LPG Không Không OBD Kiểm tra chức năng tự chuẩn đoán (On Board Diagnostic) Diesel Không Không Lựa chọn Lựa chọn CT 2 Thông thường chúng được chia thành 2 nhóm chính: tĩnh tại và chuyển tiếp (hình 2 và 3) [4]. Thử tĩnh tại: Nhóm này có đặc điểm là lấy khí thải trực tiếp từ đường thải thô đưa vào các thiết bị phân tích mà không cần qua các khu trung gian. Cho động cơ hoạt động ở chế độ đặt tải ổn định và tốc độ quy định (vừa phải). Mô hình cho động cơ hoạt động bình thường được miêu tả trong các trường hợp đặc biệt ứng với các tình huống của động cơ. Tất cả phép đo khí xả được tiến hành trên các mẫu khí xả thô. Hình 2. Sơ đồ bố trí phương tiện và thiết bị thử đối với PTCGĐB hạng nặng và phi đường bộ kiểu tĩnh tại 1. Buồng phân tích AVL khí thải thô; 2. Buồng phân tích chất thải hạt; 3. Thiết bị đo độ mờ khí thải; 4. Lưu lượng khí nạp; 5. Lưu lượng nhiên liệu; 6. Đường ống thải Thử chuyển tiếp: Nhóm này động cơ cần được tháo rời khỏi phương tiện và vì hầu hết phương tiện hạng nặng thường là động cơ diesel nên đường khí thải phải cho qua đường giãn nở. Cho động cơ hoạt động ở chế độ đặt tải ổn định và tốc độ quy định (thay đổi giá trị mỗi giây một lần). Điều đó sẽ mô tả mô hình hoạt động bình thường của động cơ. Để thử nghiệm chứng nhận khí xả phải được pha loãng với không khí bằng hệ thống CVS. HC, NO x và các thành phần khí xả riêng biệt khác phải lấy mẫu liên tục trên đường khí pha loãng. CO2, CO được lấy mẫu ở các túi khí mẫu hoặc nó có thể được lấy mẫu một cách liên tục trên đường khí pha loãng. Phần khí cơ sở được xác định rõ trong các túi khí mẫu. CT 2 Hình 3. Sơ đồ bố trí phương tiện và thiết bị thử đối với PTCGĐB hạng nặng và phi đường bộ kiểu chuyển tiếp 1. Hệ thống CVS với đường dãn nở; 2. Các túi mẫu; 3. Buồng phân tích khí thải; 4. Mẫu chất thải dạng hạt; 5. Đường dãn nở thứ cấp; 6. Trao đổi nhiệt; 7. Mẫu HC và NO x nhiệt độ cao; 8. Thiết bị phân luồng c. Xe máy (2 và 3 bánh) Hình 4. Sơ đồ bố trí phương tiện và thiết bị thử đố ới xe máy i v CT 2 Hình 5. Sơ đồ bố trí phương tiện và thiết bị thử đối với xe máy 2 kỳ Xe máy nói chung bao gồm 2 loại: xe máy và mô tô. Xe máy là phương tiện chạy bằng động cơ có 2 bánh hoặc 3 bánh, vận tốc thiết kế lớn nhất không vượt quá 50km/h và nếu động cơ dẫn động là động cơ nhiệt thì dung tích làm việc của xilanh không lớn hơn 50cm 3 . Mô tô là phương tiện chạy bằng động cơ có 2 bánh hoặc 3 bánh, vận tốc thiết kế lớn nhất vượt quá 50km/h và nếu động cơ dẫn động là động cơ nhiệt thì dung tích làm việc của xilanh lớn hơn 50cm 3 . Cho xe máy hoặc xe 3 bánh vận hành trên băng thử với một quy trình phù hợp, mô tả trạng thái vận hành mô phỏng của phương tiện. Các nước khác nhau sẽ tồn tại những quy trình thử khác nhau. Sử dụng hệ thống pha loãng CVS lấy 1 mẫu khí xả đã pha loãng và một mẫu khí loãng được lấy trong các túi khí mẫu phân tích. Sau đó tất cả thành phần khí xả và khí cơ sở được định lượng rõ trong các túi phân tích. III. GIỚI HẠN Ô NHIỄM CHO PHÉP CỦA EU ĐỐI VỚI ĐCĐT VÀ PTCGĐB Mỗi loại phương tiện, do yêu cầu về điều kiện làm việc cũng như chế tạo sẽ có những yêu cầu về giới hạn hàm lượng các chất độc hại cho phép ở 1 vài kiểu thử là khác nhau [3], [4]. a. Phương tiện hạng nhẹ Mô tả Động cơ Euro 1 Euro 2 Euro 3 Euro 4 Kiểu 1 g/km g/km g/km g/km Xăng 2.2 2.3 1.0 Diesel CO Diesel phun trực tiếp 2.72 1.0 0.64 0.5 Xăng 0.2 0.1 Diesel HC Diesel phun trực tiếp Không Không Không Không Xăng 0.15 0.08 Diesel NOx Diesel phun trực tiếp Không Không 0.5 0.25 Xăng 0.5 Không Không Diesel 0.7 HC + NOx Diesel phun trực tiếp 0.97 0.9 0.56 0.3 Xăng Không Không Không Không Diesel 0.08 0.025 Chất thải hạt Diesel phun trực tiếp 0.14 0.10 0.05 b. Động cơ hạng nặng và động cơ phi đường bộ (g/kW.h) CT 2 Mô tả Động cơ Euro 1 (1996) Euro 2 (1996) Euro 3 (2000) Euro 4 (2005) Euro 5 (2008) ESC 4.5 4.0 2.1 1.5 1.5 CO ETC Không 5.4 4.0 4.0 HC ESC 1.1 1.1 0.66 0.46 0.46 NMHC ETC Không 0.78 0.55 0.55 CH4(động cơ Gas) ETC Không 1.6 1.1 1.1 ESC 8.0 7.0 5.0 3.5 2.0 NOx ETC Không 5.0 3.5 2.0 ESC 0.36 0.15 0.10 0.02 0.02 Chất thải hạt ETC Không 0.16 0.03 0.03 NMHC (none metal hydrocacbon): Tổng lượng thải hydrocacbon không bao gồm metal c. Xe máy (2 và 3 bánh) Kiểu thử Mô tả Xe máy mô tô I Lượng khí xả trung bình Theo chu trình R-47 Theo chu trình R-47 II Lượng khí xả ở chế độ không tải Khối lượng CO và HC để tham khảo CO chiếm < 4.5% IV. KẾT LUẬN Hiện nay vấn đề ô nhiễm môi trường ngày càng được chuẩn quan tâm, mỗi quốc gia đều đã xây dựng cho mình một hệ thống tiêu chuẩn cho phù hợp với điều kiện của mình. Việc nghiên cứu các quy trình có sẵn để lựa chọn những quy trình thử nghiệm sẽ giúp tiết kiệm được thời gian và công sức và Việt Nam cũng không nằm ngoài quy luật đó. Tuy hiện nay chúng ta đã lựa chọn tiêu chuẩn Euro 2 như là tiêu chuẩn của mình, nhưng với tình hình hiện nay, các tiêu chuẩn về khí thải trên thế giới ngày càng thắt chặt chúng ta cũng phải không ngừng thay đổi (thu hẹp giới hạn cho phép) các tiêu chuẩn đó. Tuỳ từng loại phương tiện sẽ có các kiểu thử khác nhau, và ở điều kiện Việt Nam không nhất thiết phải có đầy đủ các kiểu thử như trên (ví dụ kiểu thử phương tiện trong điều kiện nhiệt độ môi trường thấp ). Từ những số trên ta thấy rằng, các phương tiện có động cơ sử dụng nhiên liệu khí dầu mỏ hoá lỏng LPG thải ra rất ít chất độc hại cho môi trường, nó thực sự có lợi cho công tác bảo vệ môi trường. Ở nước ta việc phát triển loại động cơ này ngoài mục đích bảo vệ môi trường còn góp phần thúc đẩy ngành công nghiệp dầu khí phát triển. CT 2 Tài liệu tham khảo [1]. European Union, COUNCIL DIRECTIVE of 20 March 1970 on the approximation of the laws of the Members States relating to measure to be taken againts air pollution by emissions from motor vehicles (70/220/EEC). [2]. European Union, COUNCIL DIRECTIVE of 3 December 1978 on the approximation of the laws of the Member States re lating to measure to be taken againtstghe emission of gaseous and particulate pollutants from compression ignition engines fueled with natural gas or liquefied petroleum gas for use in vehicles (88/77/EEC). [3]. United Nation, Uniform Provisions Concerting the Approval of vehicles winh regard to The Emission of Pollution According to Engine Fuel Requirement. [4]. AVL Light GmbH, Technical Documenton Emissions of Automobile. [5]. Asian Development Bank, Intergrated action Pland to Reduce vehicles Emissions in Vietnam-2002. [6]. US Enviromental Protection Agency, Milestones in Auto Emissions Control , August 1994. [7]. European Commission, Currentand Future European Community Emissions Requirements, June. 2002. [8]. European Commission, Currentand Future European Community Emissions Requirements, Oct. 2003 ♦ . THỬ NGHIỆM KHÍ THẢI CÔNG NHẬN KIỂU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG VÀ PHƯƠNG TIỆN CƠ GIỚI ĐƯỜNG BỘ THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU ThS. LÊ HỒNG HẢI Bộ môn Động cơ đốt trong Khoa Cơ khí Trường Đại. tiêu chuẩn khí thải đối với phương tiện giao thông cơ giới đường bộ. Theo đó, các loại xe cơ giới được sản xuất, lắp ráp và nhập khẩu mới phải áp dụng các mức tiêu chuẩn khí thải theo các Tiêu. dạng thử ô nhiễm khi phê duyệt kiểu động cơ đốt trong và phương tiện cơ giới đường bộ theo tiêu chuẩn Châu Âu, những vấn đề chính đối với từng kiểu thử và các giới hạn ô nhiễm tương ứng. Summary: