Đang tải... (xem toàn văn)
Chúng ta biết rằng, đối với các nước phát triển, quy trình thử và giới hạn ô nhiễm tương ứng kèm theo khi thử nghiệm công nhận kiểu phương tiện cơ giới đường bộ (PTCGĐB)
1 LỜI NÓI ĐẦU Chúng ta biết rằng, nước phát triển, quy trình thử giới hạn ô nhiễm tương ứng kèm theo thử nghiệm công nhận kiểu phương tiện giới đường (PTCGĐB) công cụ quản lý hữu hiệu nhằm đạt mục đích sau: + Cải thiện chất lượng khơng khí, khu thị có mật độ PTCGĐB tham gia giao thơng lớn + Kiểm sốt nguồn phát thải từ PTCGĐB từ giai đoạn thiết kế, sản xuất Đây biện pháp có hiệu cao nhiều so với việc kiểm tra ô nhiễm PTCGĐB lưu hành + Bắt buộc hãng sản xuất tơ phải nhanh chóng áp dụng công nghệ tiên tiến nhằm cung cấp cho thị trường PTCGĐB nhiễm + Tạo rào cản hợp lý mặt kỹ thuật nhằm bảo vệ sản xuất nước xu hướng tồn cầu hố, tránh đầu tư công nghệ lạc hậu + Tạo hành lang pháp lý cần thiết cho cạnh tranh bình đẳng hãng sản xuất PTCGĐB… Ngày 10/10/2005, Thủ Tướng Chính Phủ ký định số 249/2005/QĐ-TTg việc Quy định Lộ trình áp dụng Tiêu chuẩn khí thải phương tiện giới đường Theo đó, loại PTCGĐB sản xuất, lắp ráp nhập phải áp dụng mức tiêu chuẩn khí thải theo Tiêu chuẩn Việt nam tương đương mức Euro loại xe kể từ ngày 01/7/2007 Đối với xe giới mà kiểu loại chứng nhận, an toàn kĩ thuật bảo vệ môi trường trước ngày 01/7/2007 chưa sản xuất, lắp ráp áp dụng mức tiêu chuẩn khí thải theo Tiêu chuẩn Việt nam tương đương mức Euro loại xe kể từ ngày 01/7/2008 2 Để chuẩn bị cho Lộ trình này, xây dựng số tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) có liên quan (như TCVN 224-01; TCVN 62111996; TCVN 6431-1998; TCVN 6438-2001; TCVN 6568-1999; TCVN 67852001; TCVN 6787-2001; TCVN 8621-2001 ) Các tiêu chuẩn dựa tiêu chuẩn Châu Âu hệ thống tiêu chuẩn ISO Tuy nhiên, điều đáng nói TCVN dừng lại mức đề cập vấn đề chung sau viện dẫn đến tiêu chuẩn tương ứng Điều gây nhiều khó khăn cho người cán kỹ thuật cần ứng dụng, tham khảo đối chiếu Chúng ta biết, Châu Âu khu vực đầu chiến chống lại ô nhiễm phát sinh từ PTCGĐB Quy trình thử tiêu chuẩn ô nhiễm Châu Âu (đối với động đốt PTCGĐB) phức tạp đồ sộ, chứa đựng nhiều vấn đề có liên quan mật thiết đến chuyên ngành Kỹ thuật Động nhiệt Xuất phát từ lý trên, chọn thực luận văn tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu Quy trình thử nhiễm cơng nhận kiểu phương tiện giới đường hạng nhẹ theo tiêu chuẩn Châu Âu đánh giá khả áp dụng điều kiện Việt Nam” Nội dung luận văn trình bày chương: + Chương Động đốt vấn đề nhiễm mơi trường: trình bày ngắn gọn q trình hình thành chất nhiễm khí thải động cơ; tác động khí thải động tới người môi trường sinh thái; + Chương Các dạng thử nghiệm nhiễm công nhận kiểu động đốt phương tiện giới đường theo tiêu chuẩn Châu Âu: giới thiệu khái quát dạng thử nghiệm (chu trình thử, sơ đồ bố trí phương tiện trang thiết bị thử nghiệm, phương pháp lấy mẫu khí, giới hạn mức nhiễm …) tương ứng với loại PTCGĐB khác theo tiêu chuẩn Châu Âu 3 + Chương Quy trình thử nghiệm nhiễm cơng nhận kiểu phương tiện giới đường hạng nhẹ theo tiêu chuẩn Châu Âu: tập trung phân tích trình bày vấn đề kỹ thuật có liên quan đến việc thử nghiệm ô nhiễm công nhận kiểu PTCGĐB hạng nhẹ (đây quy trình phức tạp xét góc độ kỹ thuật chuyên ngành) theo tiêu chuẩn Châu Âu + Chương Đánh giá khả áp dụng điều kiện Việt Nam: đưa ý kiến đánh giá có tính chất chủ quan quy trình thử nghiệm ô nhiễm công nhận kiểu PTCGĐB hạng nhẹ theo tiêu chuẩn Châu Âu; khó khăn, thuận lợi áp dụng quy trình thử điều kiện thực tế Việt Nam Với kiến thực trang bị trình học tập, thân em chủ động tích cực q trình nghiên cứu viết luận văn Tuy nhiên, giới hạn thời gian cộng với lực thân hạn chế, luận văn em không tránh khỏi thiếu sót Kính mong nhận đóng góp Thầy để luận văn em mang tính khoa học thực tiễn Qua đây, em xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành tới GVC-TS Nguyễn Hồng Vũ Thầy Bộ môn Động cơ, Khoa Động Lực, Học viện KTQS bảo nhiều ý kiến quý báu giúp em hoàn thành luận văn Một lần xin gửi tới Thầy lịng biết ơn sâu sắc Hà Nội, Ngày 20 tháng 05 năm 2007 Học viên Lê Hồng Hải CHƯƠNG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG VÀ VẤN ĐỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG 1.1 CÁC VẤN ĐỀ CHUNG Trong năm gần đây, với bùng nổ dân số, công nghiệp hoá tăng nhanh kéo theo việc sử dụng PTCGĐB phục vụ cho nhu cầu vận chuyển lại người tăng nhanh Khi PTCGĐB hoạt động chất độc hại khí thải phát tán vào môi trường gây ô nhiễm Tại Việt Nam, bùng nổ PTCGĐB năm gần đặc biệt thành phố lớn Hà Nội thành phố Hồ Chí Minh… làm cho mơi trường khơng khí xung quanh thành phố bị ô nhiễm nghiêm trọng, nhiều lúc vượt giới hạn tiêu chuẩn cho phép Nguyên nhân tượng khí thải từ PTCGĐB, có ùn tắc giao thơng mức độ nhiễm tăng lên từ đến lần, [4] Theo kết khảo sát Ngân hàng Phát triển Châu Á (ADB) tiến hành thành phố lớn Hà nội thành phố Hồ Chí Minh cho thấy có nguồn gây nhiễm khơng khí, là: khu cơng nghiệp, khu dân cư PTCGĐB Trong đó, PTCGĐB nguyên nhân làm tăng hàm lượng chất độc hại khơng khí, đặc biệt nút giao thơng có mật độ PTCGĐB cao hay ùn tắc giao thông (hàm lượng chất: CO, SO2, NOx, Pb thường xuyên cao mức cho phép) Kết đo hàm lượng số chất ô nhiễm số nút giao thông quan trọng Hà Nội trình bày Bảng 1.1, [4] Có thể nói, nguồn đóng góp vào nhiễm mơi trường hoạt động giao thông đô thị Việt Nam khí thải từ xe máy Bởi vì, tính theo lượng tiêu thụ nhiên liệu quãng đường xe máy tương đương xe hạng trung Với số lượng xe máy đăng ký Hà Nội khoảng 1.500.000 chiếc, thành phố Hồ Chí Minh khoảng 2.500.000 chiếc, lượng tiêu thụ nhiên liệu lượng phát thải tương đương với khoảng 300.000 ô tô Hà Nội 500.000 ô tô thành phố Hồ Chí Minh Ngồi ra, hiệu đốt cháy nhiên liệu xe máy nhiều so với ô tô nên, so sánh số với số lượng ô tô lưu hành Hà Nội (vào khoảng 75000 xe) thành phố Hồ Chí Minh (khoảng 150.000 xe) sơ ước tính, lượng phát thải từ xe máy lớn gấp đến lần lượng phát thải từ ô tô Bảng 1.1 Mức độ ô nhiễm số nút giao thông Hà Nội (đơn vị: mg/m3), (Thời gian đo: tháng năm 2000), [4] Nơi đo Thời gian đo Tiêu chuẩn Việt Nam Buổi sáng Ngã Tư Sở Buổi trưa Buổi chiều Buổi sáng Cầu Giấy Buổi trưa Buổi chiều Buổi sáng Ngã Tư Vọng Buổi trưa Buổi chiều Buổi sáng Cầu Chương Buổi trưa Dương Buổi chiều Buổi sáng Khu phố cổ Buổi trưa Buổi chiều COx 4,1 4,5 6,2 3,5 4,1 5,0 4,5 4,0 3,5 5,5 5,0 6,5 2,2 2,0 2,5 SO2 0,3 0,67 0,68 0,82 0,55 0,61 0,60 0,67 0,83 0,67 0,83 0,76 1,0 0,37 0,35 0,40 HCs 28,8 27,5 35,5 24,0 25,0 28,0 27,0 27,0 25,0 28,0 27,0 35,0 12,0 11,0 12,0 NOx 0,1 0,06 0,05 0,08 0,05 0,04 0,05 0,08 0,08 0,06 0,07 0,08 0,09 0,02 0,02 0,03 SPM 0,2 0,6 0,5 0,8 0,5 0,4 0,7 0,6 0,5 0,6 1,0 0,8 1,5 0,2 0,2 0,3 Pb 0,005 0,025 0,015 0,02 0,015 0,025 0,025 0,03 0,01 0,02 0,025 0,025 0,03 0,01 0,01 0,015 Lượng xe máy lưu hành Hà Nội thành phố Hồ Chí Minh tiếp tục tăng nhanh, từ bãi bỏ quy định tạm ngừng hạn chế đăng ký mô tơ - xe máy Đây ngun nhân gây ùn tắc giao thông sở hạ tầng giao thông thành phố nâng cấp kịp thời Tỷ lệ đóng góp đến ô nhiễm không khí loại phương tiện khác gây Thành phố Hà Nội đươc trình bày Bảng 1.2 Bảng 1.2 Tỷ lệ nhiễm khơng khí loại phương tiện khác gây địa bàn Hà Nội, [4] Chất Xe Phương tiện Phương tiện ô nhiễm máy lắp động xăng lắp động diesel CO HC Pb PM 54,5% 54,1% 54,5% 43% 45,2% 44,9% 45,5% 35,3% 0,3% 1% 22% Ngồi ra, điều cần quan tâm có thay đổi lớn tỷ lệ đóng góp chất ô nhiễm vào tổng lượng thải chung loại phương tiện khác (Bảng 1.3) Bảng 1.3 Tỷ lệ chất nhiễm khí thải loại phương tiện khác nhau,[4] Phương tiện Xe máy Ơ tơ Xe buýt Xe bánh Xe chở khách Xe tải Tỷ lệ đóng góp chất nhiễm (%) SO2 20 20 0 55 NOx 12 0 77 CO 70 19 0 CO2 44 12 35 HC 73 1 21 VOC 92 1 Nhìn chung, lượng chất độc hại thải mơi trường tỷ lệ thuận với lượng loại nhiên liệu mà PTCGĐB tiêu thụ Theo số liệu thống kê từ Bộ Thương Mại Ngân hàng Phát triển Châu Á [4], lượng nhiên liệu dùng cho lĩnh vực giao thông vận tải hàng năm Việt Nam lớn (Bảng 1.4) Bảng 1.4 Lượng nhiên liệu tiêu thụ lĩnh vực giao thông vận tải Việt Nam, [4] Năm 1994 Nhiên liệu xăng, (1000 tấn) 370 Nhiên liệu diesel, ( 1000 tấn) 530 1995 1996 1997 1998 1999 2000 668 677 779 845 900 980 493 600 686 741 800 864 Căn vào lượng nhiên liệu PTCGĐB tiêu thụ năm dựa vào mức độ tăng trưởng kinh tế, nhà nghiên cứu dự báo chất độc hại PTCGĐB thải vào mơi trường Việt Nam vào năm 2005 lên đến 530.600 tấn, số lớn đáng lo ngại (Bảng 1.5) Bảng 1.5 Dự báo khối lượng chất ô nhiễm phương tiện giới đường thải vào môi trường Việt Nam năm 2005, [3] TT Chất nhiễm Ơxít cacbon Ơxít nitơ Hydrocarbon Anđehyt Chì Muội than Chất thải khác Ký hiệu CO NOx CmHn R-CHO Pb C Khối lượng thải vào môi trường (tấn) PTCGĐB PTCGĐB Tổng số lắp Đ.C xăng lắp Đ.C diesel 98.357,5 37.867,7 136.225,2 39.343,0 71.407,6 110.750,6 137.700,6 75.735,3 213.435,9 1967,0 17.310,9 19.277,9 919,2 919,2 3676,9 17.310,9 20.987,8 3676,9 25.278,8 28.955,7 Tác động tiêu cực chất ô nhiễm khí thải động đốt đối tượng nhiều nghiên cứu chuyên sâu đề cập nhiều tài liệu khác Bảng 1.6 trình bày tóm tắt tác động đến sức khoẻ người môi trường sinh thái chất ô nhiễm thơng thường có khí thải động Bảng 1.6 Tác động đến sức khoẻ môi trường chất nhiễm khí xả động đốt trong, [3] Chất Ành hưởng tới Mưa Sự phì Ảnh nhiễm sức khỏe Trực Gián axít dưỡng hưởng Thay đổi khí hậu Trực tiếp Gián tiếp tiếp CO HC NOx PM SO2 x x x x x tiếp x x tầm nhìn x x x x x x x x x x x Thực tế nước giải tốt vấn để ô nhiễm môi trường hoạt động giao thông vận tải cho thấy, muốn đạt kết tối ưu phải sử dụng tổng hợp giải pháp sau: + Tăng cường mức độ nghiêm ngặt tiêu chuẩn khí thải: đề cập Lời nói đầu, biện pháp mạnh đạt nhiều mục tiêu lúc.Tất nước phát triển trọng đến việc phát triển Quy trình thử nghiệm nhiễm công nhận kiểu PTCGĐB giới hạn ô nhiễm tương ứng kèm theo + Tăng cường công tác Kiểm tra bảo dưỡng – I/M (Inspection and Maintenance): biện pháp hiệu nhằm để phương tiện lưu hành không bị gia tăng lớn mức phát thải so với thiết kế ban đầu Thơng qua cơng tác I/M có khả phát phương tiện có gia tăng đột biến mức phát thải có biện pháp bảo dưỡng, điều chỉnh phù hợp + Sử dụng nhiên liệu sạch: Đây biện pháp số quốc gia phát triển áp dụng Việc sử dụng nhiên liệu hiểu theo hai hướng: tăng cường chất lượng (giảm hàm lượng lưu huỳnh nhiên liệu diesel, khơng sử dụng phụ gia chì, tăng số ốc-tan, giảm áp suất RVP xăng ) nhiên liệu truyền thống (xăng, diesel); hướng thứ hai sử dụng loại nhiên liệu xanh (nhiên liệu thay thế) : LPG, CNG, biofuel Tuy nhiên, việc áp dụng biện pháp nước phát triển gặp khó khăn giá thành nhiên liệu tăng cao, thay đổi động hệ thống nhiên liệu sử dụng nhiên liệu thay thế; hệ thống cung cấp + Thực tốt việc quy hoạch quản lý nhu cầu giao thông: biện pháp dành cho nhà quản lý đô thị, nhằm phát triển biện pháp đồng khác như: hoàn thiện sở hạ tầng giao thông, phát triển mạng lưới giao thông công cộng khuyến khích người dân sử dụng phương tiện này, có sách phù hợp để khuyến khích sử dụng phương tiện nhiên liệu 1.2 QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH CÁC CHẤT Ơ NHIỄM TRONG KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Từ năm 1970, điều luật liên quan đến khí xả động thường đề cập đến CO, HC, NOx PM Các chất thường gọi chất ô nhiễm thông thường Từ năm 1990, để hiểu biết sâu tượng nguyên nhân ô nhiễm, nhà chuyên môn quan tâm nhiều đến hợp chất đặc biệt có khí xả (Benzene, Formaldehyde, PAHs, ) chúng thường gọi chất ô nhiễm đặc trưng 1.2.1 Cơ chế hình thành CO Các PTCGÐB nguồn phát thải CO chủ yếu khu đô thị nút giao thơng có mật độ phương tiện qua lại cao CO loại khí khơng mầu, khơng mùi không vị Trong phản ứng dây chuyền hỗn hợp bị đốt cháy, CO sản phẩm trung gian q trình ơ-xy hố nhiên liệu hydrocacbon để tạo thành sản phẩm cuối CO2 RH R RO2 RCO CO (1.1) Trong R gốc hydrocacbua CO tạo bị ô-xy hoá với tốc độ chậm để tạo thành CO theo phản ứng sau đây: CO + OH CO2 + H (1.2) 10 Tốc độ xy hố phụ thuộc vào nồng độ ơ-xy, nhiệt độ khí thời gian dành cho phản ứng Yếu tố gây việc phát sinh CO độ đậm đặc hỗn hợp nhiên liệu + khơng khí Ví dụ, với nhiên liệu chứa 87% C (theo khối lượng), mức CO khí xả 1,6 ; 3,0 ; 3,7 tương ứng với tỷ số tương đương 1,05; 1,10 1,15 Theo nguyên lý, phát thải CO khơng cháy với hỗn hợp nghèo nhiên liệu Tuy nhiên, điều khó đạt thực tế nguyên nhân sau: tỷ số A/F không đồng xi lanh (hoặc xi lanh) ơ-xy hố phần HC hệ thống thải Mức CO khí xả phụ thuộc vào hàm lượng cacbon nhiên liệu, thay đổi thường nhỏ Việc sử dụng nhiên liệu thay (Ê-te, rượu cồn ) giảm phát thải CO giảm nhẹ tỷ số tương đương Trong động đốt cháy cưỡng bức, hỗn hợp khơng khí nhiên liệu thường hỗn hợp giàu (nhất chế độ toàn tải khởi động), q trình cháy xảy khơng hồn tồn, nồng độ CO lớn Lượng thải CO khí thải động xăng đặc biệt cao chế độ không tải Do vậy, không để động chạy không tải ga-ra xe đóng kín Theo kết thực nghiệm, phút làm việc (có tính đến điều kiện khởi động nguội), lượng CO thải chiếm khoảng 80% lượng thải cho phép tồn thời gian thử Trị số thấp điều chỉnh cách xác tỷ số A/F khởi động nguội Ngoài để giảm lượng thải CO khởi động nguội cần đảm bảo tạo hỗn hợp đồng xi lanh động Ðiều đảm bảo tốt cách sử dụng hệ thống phun xăng điện tử Nhìn chung, động diesel thải CO so với động xăng đối chứng Trong trình hoạt động, xe tải hạng nhẹ lắp động diesel thải CO mức khoảng g/dặm, xe lắp động xăng (không sử 11 dụng điều khiển điện tử) thải khoảng 90 g/dặm Rõ ràng, mức độ phát thải CO thấp động diesel góp phần đáng kể làm giảm hàm lượng CO khơng khí xung quanh Ðây ưu điểm đáng kể động diesel sức khỏe cộng đồng Ðối với động diesel, làm việc với hỗn hợp nghèo tất chế độ không xuất vấn đề tăng lượng thải CO khởi động nguội Vì hầu hết loại tơ có sử dụng động diesel thoả mãn yêu cầu lượng thải CO mà không cần sử dụng thêm thiết bị khác Các kết nghiên cứu cho thấy, tỷ số A/F hỗn hợp lớn 16 lượng thải CO nhỏ, thực tế hồn tồn thoả mãn định mức 2,2 g/km Lượng thải CO tăng đột ngột ta tăng tỷ số tương đương hỗn hợp cơng tác Việc thay đổi góc đánh lửa có ảnh hưởng khơng đáng kể đến việc giảm lượng thải CO Ðối với phương tiện có lượng thải CO cao định mức cho phép, cần có thêm thiết bị phụ để xử lý Hiện người ta hay dùng phương pháp ơ-xy hố có xúc tác để giảm lượng CO Ðể xy hố lượng CO khí thải cần phải có lượng chất xy hố đủ lớn (> 2% O2), nhiệt độ khoảng 800 0C, khí xả phải BXLKX khoảng 20-50 ms hồ trộn tốt 1.2.2 Cơ chế hình thành HC PTCGĐB nguồn phát thải HC khu thị HC tồn khí xả động nhiều dạng khác Thuật ngữ "Hydrocacbon chưa cháy" (Unburned Hydrocarbons) thường sử dụng để ám chất nhiễm HC khí xả, chúng bao gồm: + Các hợp chất nhiên liệu chưa bị thay đổi trình cháy + Các sản phẩm kết phản ứng phức tạp khác hydrocacbon nhiên liệu: phản ứng phân huỷ (Cranking), liên kết (Bonding), hyđrơ hố, khử hyđrơ 12 Vì trình đốt nhiên liệu lỏng (xăng diesel) hình thành hợp chất HC thể khí (Methane, Ethane, Ethylene, Acetylene, ) khí thải động Các sản phẩm q trình cháy khơng hoàn toàn Anđêhyt (Aldehydes), Xeton (Ketones), rượu cồn (Alcohols) a-xit hữu thường gọi chung thuật ngữ "Hydrocacbon chưa cháy" Có nhiều nguồn phát thải HC chưa cháy động (Hình 1-1): + Do tượng lửa bị dập tắt gần thành buồng cháy Trong thời gian dài, tượng bị coi nguyên nhân (hoặc nhất) gây phát thải HC chưa cháy Tuy nhiên, người ta chứng minh có tác động nhẹ với động đại + Hỗn hợp chưa cháy trình nén chèn vào vùng thể tích chết (khe hở pít tông, xéc măng, đệm nắp máy, lỗ bu-gi, ), lửa khơng lan tới lượng HC chưa cháy thải + Hơi HC hỗn hợp chưa cháy bị màng dầu bôi trơn (trên thành buồng cháy) hấp thụ kỳ nạp, nén chúng nhả kỳ giãn nở, thải + Do lửa yếu cháy cục + Do HC lắng đọng thành buồng cháy + Do thay đổi hoá học nhiên liệu, thành phần trốn q trình cháy trộn lẫn với khí xả Phản ứng xuất xi lanh hệ thống xả Khe hở ren nến điện Khe hở đế xu páp xả Hút bám vào (hoặc thoát từ) lớp dầu bôi trơn Ngọn lửa bị dập tắt thành buồng cháy Khe hở đệm nắp máy Lắng đọng thành buồng cháy Ngọn lửa bị dập tắt mặt tiền màng lửa Khe hở xéc măng -pít tông, pÝt t«ng-xi lanh 13 Hình 1.1 Các nguồn thải HC chưa cháy động xăng, [3] Lượng HC chưa cháy từ nguồn lẫn vào sản phẩm cháy cuối trình cháy thải buồng cháy Trong đường ống thải phần lượng HC nói (khoảng 1040%) cháy tiếp tạo CO, CO2 Phần cịn lại khỏi hệ thống thải lượng thải HC động Với động xăng: lượng HC thải môi trường phụ thuộc vào mức độ đậm đặc hỗn hợp, hỗn hợp giầu lượng thải HC chưa cháy lớn Ngồi ra, thơng số nhiệt động, khí động hình học có tác động đáng kể Ðộng xăng vận hành với hỗn hợp nghèo thường cải thiện hiệu suất nhiệt giảm NOx, nhiên dễ dẫn đến tăng lượng thải HC lan truyền màng lửa yếu không hoàn toàn Với động diesel: nhiên liệu phun vào xi lanh cuối kỳ nén nên thời gian nhiên liệu lưu lại buồng cháy ngắn so với động xăng Do vậy, thời gian để hình thành hợp chất HC chưa cháy ngắn Mặt khác, nhiên liệu diesel gồm hợp chất hydrocacbon có điểm sơi cao, phân tử lượng lớn nên gây khó khăn định cho q trình hình thành HC chưa cháy Ngoài ra, hệ số dự lượng khơng khí lớn, cho phép sản phẩn HC chưa cháy đốt cháy tiếp trình giãn nở thải Kết cuối hàm lượng HC chưa cháy khí xả diesel nhìn chung thấp nhiều so với động xăng 14 1.2.3 Cơ chế hình thành NOx Theo thuật ngữ chun mơn, NOx dùng để gọi chung tất ơxít nitơ có khí xả động Về ngun tắc, NO x hình thành tất trình cháy có khơng khí Với khu thị lớn, hoạt động giao thơng vận tải đóng góp khoảng nửa lượng thải NO x vào khơng khí xung quanh NOx quan tâm tác động chúng đến sức khoẻ, góp phần chúng tới hình thành ơ-zơn chất ơ-xy quang hố khí Trong buồng cháy động cơ, NOx hình thành vùng nghèo nhiên liệu có nhiệt độ cao Mặc dù động diesel thải NO x so với động xăng, tỷ lệ NOx khí thải diesel cao hiệu xử lý chúng sau cháy (bằng biến đổi xúc tác) hạn chế (do hỗn hợp cháy lỗng, khí xả chứa nhiều O2) Trong với động phun xăng, việc sử dụng BXLKX đường (kiểu xúc tác) xử lý 90% NO x khí xả Do vậy, NOx mối quan tâm hàng đầu động đại làm việc với hỗn hợp nghèo nói chung động diesel nói riêng NOx hợp chất khí N2 kết hợp với O2 điều kiện nhiệt độ cao (trên 11000C) tạo thành NOx bao gồm thành phần chính: Monoxít Nitơ (NO), Dioxít Nitơ (NO2), Protoxít Nitơ (N2O) Trong NO chiếm khoảng 65-70%, NO2 chiếm 25-30% NO chất khí khơng màu, khơng mùi khơng vị, khối lượng riêng 1,226 g/lít, nhiệt độ sơi -151,70C Có nhiều tác giả đưa mơ hình khác hình thành NO Theo Zeidovitch, điều kiện hệ số dư lượng khơng khí xấp xỉ 1, mơ hình gồm phản ứng thuận nghịch sau: O2 + N2 NO + N - 316 kj/kmol (1.3) N + O2 NO + O + 136 kj/kmol (1.4) N + OH NO + H (1.5) 15 Phản ứng thứ ba (1.5) chủ yếu xảy vùng giàu nhiên liệu, hai phản ứng lại diễn mạnh khu vực phản ứng vùng sản phẩm cháy Bảng 1.7 Hằng số phản ứng tạo thành NO theo mơ hình Zeidovitch, [3] Phản ứng (1.3) (1.4) (1.5) K thuận 7,6.10 exp(-3800/T) 6,4.109 T exp(-3150/T) 1,4.1013 13 K nghịch 1,6.1013 1,5.109 exp(-19500/T) 2.1014 exp(-23650/T) Trong buồng cháy động cơ, tác dụng áp suất cao, bề dày màng lửa không đáng kể tồn thời gian ngắn Do vậy, phần lớn NO hình thành phía sau màng lửa Tuy nhiên, phần nhỏ NO hình thành khu vực phản ứng ơ-xy hố (trong màng lửa) có khả tạo chất lại họ NOx Các số phản ứng mơ hình liệt kê Bảng 1.7 Hàm lượng số hợp chất điển hình khí xả động đốt thể Bảng 1.8, [3] Bảng 1.8 Hàm lượng số chất điển hình khí xả động cơ, [3 ] Các chất khí thải Ơxít nitơ (NOx), [ppm] Hydrocarbons (HC), [ppm] Carbon monoxide (CO), [ppm] Carbon dioxide (CO2) [% thể tích] Hơi nước (H2O), [% thể tích] Ơxi, [% thể tích] Nitơ, chất khác; [% thể tích] Paticulates Matter (PM), [mg/m3] Nhiệt độ khí xả, [0C] Chế độ không tải 50 250 50 500 100 450 3,5 24 18 Còn lại 20 100 200 Chế độ toàn tải 600 2500 150 350 2000 12 16 11 20 Còn lại 200 550 750 1.3 MỘT SỐ ĐIỂM MỐC QUAN TRỌNG TRONG Q TRÌNH KIỂM SỐT Ơ NHIỄM TỪ PTCGĐB Hiện nay, giới có nhiều hệ thống tiêu chuẩn khí thải PTCGĐB khác Tuy nhiên, hệ thống điển hình Mỹ, Liên 16 minh Châu Âu Nhật Bản 1.3.1 Đối với Liên bang Mỹ Trên thực tế, Mỹ quốc gia đầu chiến chống lại ô nhiễm từ PTCGĐB (trong đó, bang California biết có điều luật nhiễm nghiêm ngặt giới) Hầu hết công nghệ áp dụng giảm thiểu ô nhiễm từ PTCGĐB xuất phát từ Mỹ Ngồi ra, hệ thống tiêu chuẩn nhiễm Mỹ đời sớm đời mức độ khắt khe cao so với Châu Âu Đầu năm 1950, nhà chuyên môn bắt đầu quan tâm đến liên quan PTCGĐB với tượng ô nhiễm khơng khí (hiện tượng khói quang hố) bang California, Mỹ Vào thời điểm này, PTCGĐB xuất xưởng có mức phát thải cao (13 gam HC/dặm; 3,6 gam NO x/dặm; 87 gam CO /dặm).Trước thực trạng này, quyền Liên bang ban hành tiêu chuẩn nhằm giảm nhanh mức độ ô nhiễm PTCGĐB Ngành công nghiệp sản xuất ô tô phải phát triển cơng nghệ nhằm kiểm sốt mức độ ô nhiễm PTCGĐB Cho tới nay, tiêu chuẩn hành Mỹ có mức độ nghiêm ngặt cao (hàm lượng cho phép HC 0,25 gam/dặm; NOx 0,4 gam/dặm CO 3,4 gam/dặm; lượng nhiên liệu bay gam/ lần thử) Thành kết hàng loạt cố gắng thời gian dài, thể qua số mốc quan trọng sau, [9]: + Năm 1964: Chính quyền Bang California yêu cầu phải có hệ thống kiểm sốt nhiễm tối thiểu PTCGĐB, model năm 1966 + Năm 1966: Hệ thống kiểm sốt nhiễm tối thiểu phải lắp đặt dịng xe từ model năm 1968 sau + Năm 1970: Nhóm họp thơng qua Điều luật Khơng khí Sạch (Clean Air Act), đồng thời thành lập Cục Bảo vệ Môi trường Mỹ -EPA (Environmental Protection Agency) Điều luật Khơng khí Sạch u cầu giảm 17 90 % lượng khí độc hại thải từ tơ Đến năm 1975, PTCGĐB phải thoả mãn giới hạn 0,41 gam/dặm HC; 3,4 gam/dặm CO; 0,4 gam/dặm NOx (đến năm 1976) Điều luật yêu cầu EPA phải xây dựng “Tiêu chuẩn quốc gia chất lượng khơng khí xung quanh”, liên quan đến chất nhiễm có mặt khí thải PTCGĐB + Năm 1971: Lần PTCGĐB phải đáp ứng tiêu chuẩn lượng tổn thất nhiên liệu bay Các hộp lọc (chứa than hoạt tính) bắt đầu lắp phương tiện để thu hồi xăng + Năm 1972: Các nhà sản xuất ô tô bắt đầu sử dụng biện pháp Tuần hồn khí thải – ERG (Exhaust Gas Recirculation) nhằm đáp ứng tiêu chuẩn NOx + Năm 1974: Mỹ bắt đầu thực việc giảm tiêu thụ nhiên liệu PTCGĐB việc ban hành quy định Tổ chức Tính kinh tế nhiên liệu trung bình (tạm dịch)- CAFE (Corporate Average Fuel Econnomy) Kể từ năm 1975, hàng năm Mỹ liên tục ban hành giới hạn tiêu thụ nhiên liệu trung bình PTCGĐB (áp sụng cho tất hãng sản xuất ô tô) +Năm 1975: Lần Bộ xử lý khí thải kiểu chuyển đổi xúc tác (Catalytic Converters) xuất hiện, kèm với chúng xăng khơng chì nhằm đáp ứng tiêu chuẩn HC CO + Năm 1981: Lần đầu tiên, PTCGĐB đáp ứng tiêu chuẩn Đạo luật khơng khí Tại thời điểm này, điều khiển động -ECU, xử lý khí thải kiểu xúc tác đường (3-way Catalytic Converters), cảm biến lambda (ơ-xy) tích hợp hầu hết phương tiện + Năm 1983: Chương trình Kiểm tra Bảo dưỡng– I/M triển khai khắp 64 bang Mỹ, bắt buộc phương tiện chở khách phải định kỳ kiểm tra nhằm xác định trục trặc hệ thống kiểm sốt nhiễm + Năm 1985: EPA thông qua tiêu chuẩn ô nhiễm nghiêm ngặt 18 xe tải xe buýt dùng động diesel, có hiệu lực vào năm 1991 1994 + Năm 1989: lần đầu tiên, EPA xác định giới hạn tính bay nhiên liệu, nhằm mục đích giảm tổn thất nhiên liệu bay + Năm 1990: EPA áp đặt giới hạn nghiêm ngặt hàm lượng lưu huỳnh nhiên liệu diesel nhằm giúp xe tải xe buýt đáp ứng tiêu chuẩn nhiễm năm 1985 (có hiệu lực đầu năm 1990) Đạo luật Khơng khí sửa đổi u cầu giảm lượng thải HC, CO, NO x PM Điều luật sửa đổi đưa vào chương trình hành động tồn diện nhằm giảm nhiễm từ PTCGĐB, bao gồm: hạ thấp mức giới hạn chất nhiễm khí thải; tăng cường mức độ nghiêm ngặt chu trình thử nghiệm nhiễm; phát triển mở rộng chương trình Kiểm tra Bảo dưỡng; phát triển công nghệ cho PTCGĐB; Chương trình nhiên liệu sạch; quản lý giao thơng vận tải quy định giới hạn phát thải phương tiện phi đường (non-road vehicles) + Năm 1991: EPA hạ thấp giới hạn HC NO x theo quy định Đạo luật không khí năm 1990 Những giới hạn bắt đầu áp dụng cho PTCGĐB từ model năm 1994 + Năm 1992: Lần ban hành tiêu chuẩn giới hạn hàm lượng CO (cacbon monoxide) nhiệt độ thấp (20oF) Các loại xăng pha (có chứa hợp chất ơ-xy hố) sử dụng thành phố có mức CO khơng khí xung quanh cao + Năm 1993: Giới hạn lượng lưu huỳnh nhiên liệu diesel có hiệu lực, cho phép sử dụng cơng nghệ xúc tác để giảm lượng PM khí thải động diesel + Năm 1994: Bắt đầu thực tiêu chuẩn phương tiện công nghệ theo u cầu điều luật Khơng khí Sạch 1990 1.3.2 Đối với Liên minh Châu Âu 19 Ở Châu Âu, vấn đề ô nhiễm môi trường khí thải PTCGĐB quan tâm muộn (chỉ thực quan tâm từ năm 1990 trở lại đây), với số điểm mốc đáng ý là: + Năm 1992: Lần xây dựng hệ thống tiêu chuẩn khí thải thống nhất, cịn gọi tiêu chuẩn Euro I + Năm 1996: Phát triển áp dụng hệ thống tiêu chuẩn khí thải Euro II với giới hạn cho phép chất ô nhiễm nghiêm ngặt so với Euro I + Năm 2000: Xây dựng hồn thiện tiêu chuẩn khí thải Euro III + Năm 2002: Bắt đầu áp dụng hệ thống tiêu chuẩn khí thải Euro III + Năm 2005: Thắt chặt điều luật ô nhiễm, thông qua việc ban hành hệ thống tiêu chuẩn khí thải Euro IV + Năm 2008: dự kiến hoàn thành áp dụng hệ thống tiêu chuẩn khí thải Euro V ... tài: ? ?Nghiên cứu Quy trình thử nhiễm công nhận kiểu phương tiện giới đường hạng nhẹ theo tiêu chuẩn Châu Âu đánh giá khả áp dụng điều kiện Việt Nam? ?? Nội dung luận văn trình bày chương: + Chương. .. giới hạn mức nhiễm …) tương ứng với loại PTCGĐB khác theo tiêu chuẩn Châu Âu 3 + Chương Quy trình thử nghiệm ô nhiễm công nhận kiểu phương tiện giới đường hạng nhẹ theo tiêu chuẩn Châu Âu: tập trung... Đánh giá khả áp dụng điều kiện Việt Nam: đưa ý kiến đánh giá có tính chất chủ quan quy trình thử nghiệm nhiễm công nhận kiểu PTCGĐB hạng nhẹ theo tiêu chuẩn Châu Âu; khó khăn, thuận lợi áp dụng quy