BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG XÂY DỰNG GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ MƠ PHỎNG CÁC HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI TRÊN ƠTƠ S K C 0 9 MÃ SỐ: T2011- 37 S KC 0 3 Tp Hồ Chí Minh, 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN  BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM XÂY DỰNG GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ MƠ PHỎNG CÁC HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI TRÊN ƠTƠ MÃ SỐ: T2011- 37 Chủ nhiệm đề tài: ĐỖ QUỐC ẤM TP HỒ CHÍ MINH – 2011 TĨM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƢỜNG Tên đề tài: Xây dựng giáo trình điện tử mơ hệ thống kiểm sốt khí xả ô tô Mã số: T2011-37 Chủ nhiệm đề tài: GVC Ths Đỗ Quốc Ấm Tel.:0913120175 E-mail:amlekhoa@yahoo.com Cơ quan chủ trì đề tài: Trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP HCM Cơ quan cá nhân phối hợp thực hiện: Thời gian thực hiện: 25.03.2011 đến 29.11.2011 Mục tiêu: Xây dựng giáo trình điện tử hệ thống xử lý khí thải tơ có tính trực quan cao giúp người học nắm nội dung sau: - Cơ chế hình thành chất khí độc hại - Nguyên lý hoạt động cấu tạo hệ thống kiểm sốt khí xả tơ - Quy trình kiểm tra tiêu phát thải Nội dung chính:  Tổng quan nhiễm môi trường động đốt  Cơ chế hình thành chất độc hại yếu tố ảnh hưởng đến hình thành chất  Cơ chế hình thành NOx  Cơ chế hình thành CxHy  Cơ chế hình thành CO  Các yếu tố ảnh hưởng đến hình thành NOx, CxHy, CO  Các giải pháp kỹ thuật làm giảm mức độ phát thải ô tô  Hệ thống EGR(Exhaust gas recirculation system)  Hệ thống PCV (Positive crankcase ventilation system)  Hệ thống TP( Throttle positioner)  Hệ thống thu hồi nhiên liệu  Catalytic converter  Air suction  Air Injection  Hệ thống xử lý khí nạp  Qui trình kiểm tra chất gây ô nhiễm ô tô  Các qui trình kiểm tra khí thải Mỹ, Nhật, châu Âu, Việt nam Kết đạt đƣợc (khoa học, ứng dụng, đào tạo, kinh tế – xã hội, v.v…) giáo trình điện tử hệ thống xử lý khí thải tơ có tính trực quan cao 4.Điểm  Tài liệu có tính trực quan cao giúp sinh viên dể dàng tiếp thu nội dung liên quan ( có mơ hoạt động hệ thống )  Tài liệu giúp triển khai việc giảng dạy E- learning nội dung có liên quan khoa CKĐ dễ dàng ( Chun đề Ơ tơ nhiễm mơi trường, Ngun lý Động đốt trong, Thử nghiệm ô tô….) Địa ứng dụng - Các trường đại học, cao đẳng trung học chuyên nghiệp có chuyên ngành khí động lực - Các sở dạy nghề, sở sửa chữa ơtơ DẪN NHẬP 1.1 Tính cấp thiết Ơ nhiễm khơng khí mơi trường vấn đề nóng hổi nước ta, thành phố lớn So với nguồn gây nhiễm khác tơ đóng vai trị lớn việc phát thải chất khí gây ô nhiễm Việc giảng dạy nghiên cứu chế hình thành chất khí độc hại ( CO, CxHy, NOx) cấu tạo, hoạt động hệ thống xử lý khí xả giúp người học nhận thức rõ vể yếu tố trở nên cấp thiết hết Với mong muốn giúp người học hiểu rõ, nắm bắt yêu cầu trên, người nghiên cứu mạnh dạn đề xuất đề tài nghiên cứu “ Xây dựng giáo trình điện tử mơ hệ thống kiểm sốt khí xả tơ” Khi sử dụng giáo trình - Người học dễ dàng nắm chế hình thành chất khí độc hại tơ, ngun lý hoạt động cấu tạo hệ thống kiểm sốt khí xả tơ, quy trình kiểm tra tiêu phát thải Điều giúp khai thác, sử dụng sửa chữa ô tô đạt hiệu cao bảo đảm tiêu chống phát thải - Giúp việc giảng dạy trực tiếp lớp hay giảng dạy trực tuyến mơn học có nội dung liên quan - Tăng tính trực quan, kích thích tính chủ động tích cực cho người học 1.2 Mục tiêu Xây dựng giáo trình điện tử hệ thống xử lý khí thải tơ có tính trực quan cao giúp người học nắm nội dung sau: - Cơ chế hình thành chất khí độc hại - Nguyên lý hoạt động cấu tạo hệ thống kiểm sốt khí xả tơ - Quy trình kiểm tra tiêu phát thải 1.3 Cách tiếp cận phƣơng pháp nghiên cứu  Cách tiếp cận: - Tìm hiểu chất độc hại có khí xả động đốt - Tìm hiểu chế hình thành chất khí độc hại động xăng - Tìm hiểu nguyên lý làm việc, cấu tạo hệ thống kiểm sốt khí xả động xăng - Xây dựng kịch cho giáo trình - Xây dựng giáo trình điện tử  Phương pháp nghiên cứu; -Thu thập tài liệu nội dung liên quan - Nghiên cứu tính phần mềm có chức mơ 1.4 Phạm vi nghiên cứu - Đề tài tập trung nghiên cứu: - Cơ chế hình thành giài pháp kỹ thuật làm giảm mức độ phát thài động sử dụng nhiên liệu xăng 1.5 Nội dung nghiên cứu  Tổng quan ô nhiễm môi trường động đốt  Cơ chế hình thành chất độc hại yếu tố ảnh hưởng đến hình thành chất  Cơ chế hình thành NOx  Cơ chế hình thành CxHy  Cơ chế hình thành CO  Các yếu tố ảnh hưởng đến hình thành Nox, CxHy, CO  Các giải pháp kỹ thuật làm giảm mức độ phát thải ô tô  Hệ thống EGR(Exhaust gas recirculation system)  Hệ thống PCV (Positive crankcase ventilation system)  Hệ thống TP( Throttle positioner)  Hệ thống thu hồi nhiên liệu  Catalytic converter  Air suction  Air Injection  Hệ thống xử lý khí nạp  Qui trình kiểm tra chất gây nhiễm tơ  Các qui trình kiểm tra khí thải Mỹ, Nhật, châu Âu, Việt nam CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM MÔI TRƢỜNG I Các chất độc hại làm ô nhiễm môi trƣờng động đốt sử dụng nhiên liệu xăng gây I.1 Ơ nhiễm khơng khí? - Định nghĩa ô nhiễm không khí cộng đồng Châu Âu đưa vào năm 1967: “ Khơng khí gọi nhiễm thành phần bị thay đổi, hay có diện chất lạ gây tác hại mà khoa học chứng minh được, hay gây khó chịu người “ - Theo định nghĩa ta hiểu: chất gây nhiễm nguy hại đến tự nhiên người mà khoa học nhận biết hay đơn giản gây khó chịu chẳng hạn mùi hôi, màu sắc… - Các chất ô nhiễm giới hạn nồng độ cho phép chúng nguồn phát thải thay đổi theo thời gian - Ngày nay, người ta xác định chất nhiễm khơng khí, mà phần lớn chất có khí xả động đốt Thời kỳ tiền công Tốc độ Hiện nay(ppm) nghiệp(ppm) tăng(%/năm) 270 340 0.4 CO2 0.28 0.3 0.25 NOx 0.05 0.13 CO 0.001 0.002 SO2 ppm: part per million (một phần triệu) Bảng I.1: Sự gia tăng chất ô nhiễm bầu khí Chất nhiễm - Tùy theo sách lượng nước, phân bố tỷ lệ phát sinh ô nhiễm nguồn khác không đồng nhất: Nguồn phát sinh ô nhiễm CO HC NOx Ơ tơ Sản xuất điện Q trình cháy cơng nghiệp Các q trình cháy khác Cơng nghiệp dầu mỏ Các hoạt động khác Tổng cộng 93 0.1 0.0 6.3 0.6 100 57.3 0.1 26.4 0.7 14.8 0.7 100 39 21.5 31.3 0.8 5.1 2.6 100 Bảng I.2: Tỷ lệ phát thải chất nhiễm Nhật (tính theo %) Nguồn phát nhiễm CO HC NOx Ơ tơ Các phương tiện giao thơng khác Q trình cháy công nghiệp Công nghiệp dầu mỏ Các hoạt động khác Tổng cộng 64.7 9.0 9.1 5.2 12 100 45.7 7.2 16.8 5.3 25 100 36.6 10.5 42.8 1.7 8.4 100 Bảng I.3: Tỷ lệ phát thải chất ô nhiễm Mỹ (tính theo %) I.2 Các chất nhiễm sinh động đốt sử dụng nhiên liêu xăng Quá trình cháy lý tưởng hỗn hợp hydrocarbone với khơng khí sinh CO2, H2O, N2 Tuy nhiên, không đồng hỗn hợp, tính chất phức tạp tượng lý hóa diễn q trình cháy nên khí xả động đốt ln có chứa hàm lượng đáng kể chất độc hại như:  Oxide nitơ: NO, NO2, N2O gọi chung NOx  Monoxide cacbon: CO  Hydrocarbon chưa cháy: HC  Bồ hóng, muội than  Chì: Pb  Lưu huỳnh: S - Những chất lưu huỳnh, chì chất phụ giatrong nhiên liệu có ảnh hưởng đến chất ô nhiễm sản phẩm cháy Một thơng số có tính tổng qt ảnh hưởng đến mức độ phát sinh ô nhiễm động hệ số dư lượng khơng khí  Hình I.4: Biến thiên nồng độ ô nhiễm theo hệ số dư lượng khơng khí λ Hình I.4 trình bày cách định tính phụ thuộc nồng độ NOx, CO, HC khí xả theo hệ số dư lượng khơng khí  I.2.1 NOx (oxide nitơ): - NOx tên gọi chung oxide nitơ gồm: NO, NO2 N2O Hình thành kết hợp oxi nitơ điều kiện nhiệt độ cao - Một xu hướng nâng cao tính kinh tế động ngày áp dụng kỹ thuật chế hịa khí phân lớp cho động làm việc với hỗn hợp nghèo Trong điều kiện NOx đối tượng việc xử lý ô nhiễm - Mức độ phát sinh nhiễm trung bình q trình cháy nhiên liệu hydrocarbon Chất nhiễm NOx CO HC Bồ hóng Lƣợng phát sinh (g/Kg nhiên liệu) 20 200 25 2–5 Trên số liệu trung bình, điều kiện cháy hổn hợp có hệ số dư lượng khơng khí  = Tuy nhiên điều kiện cháy áp suất nhiệt độ cao, hệ số dư lượng khơng khí  lớn tỷ lệ thành phần chất ô nhiễm thay đổi theo hướng tăng NOx I.2.2 Monoxide Carbon: CO - Monoxide Carbon có mặt khí xả động đốt trình cháy khơng hồn tồn hỗn hợp giàu hay phân giải sản vật cháy với nhiệt độ - CO chất khí khơng màu, khơng mùi, độc Theo số liệu thống kê nguồn phát sinh ô nhiễm chủ yếu nay, người ta thấy 70% lượng CO khí khí xả động ô tô gây ra, tốc độ gia tăng nồng độ CO khí mức cao, gần 3% năm I.2.3 Hydrocarbon chƣa cháy: HC - HC có mặt khí xả chủ yếu khơng gian chết buồng cháy hay nói cách khác HC hình thành nơi có nhiệt độ thấp Ngoài ra, hỗn hợp nghèo tốc độ cháy thấp dẫn đến tình trạng bỏ lửa, nguyên nhân làm tăng nồng độ HC khí thải I.2.4 Bồ hóng – Muội than, chì, lƣu huỳnh: - Bồ hóng, muội than: Đối với động sử dụng nhiên liệu xăng, hàm lượng bồ hóng, muội than không đáng kể Tuy nhiên, chất ô nhiễm quan trọng khí xả diesel - Lƣu huỳnh: Thơng thường xăng có chứa khoảng 600 ppm lưu huỳnh Trong q trình cháy, lưu huỳnh bị oxi hóa thành SO3, chất kết hợp với nước để tạo H2SO4 SO3 + H2O = H2SO4 - Chì: Để tăng tính chơng kích nổ nhiên liệu, người ta pha thêm tetraetyl chì Pb(C2H5)4 vào xăng Sau cháy, hạt chì có đường kính cực bé theo khí xả, lơ lửng khơng khí trở thành chất ô nhiễm bầu khí quyển, khu vực thành phố có mật đọ giao thơng cao II.Tác hại chất ô nhiễm II.1 Tác hại chất ô nhiễm ngƣời: II.1.1 CO: - CO chất khí khơng màu, khơng mui, không vị CO ngăn cản dịch chuyển hồng cầu máu, làm cho phận thể bị thiếu oxy Nạn nhân bị tử vong 70% số hồng cầu bị khống chế (khi nồng độ CO khơng khí > 1000 ppm) Ở nồng độ thấp hơn, CO gây nguy hại lâu dài với người - Khi 20% hồng cầu bị khống chế, nạn nhân bị nhức đầu, chóng mặt buồn nôn - Khi 50% hồng cầu bị khống chế, não người bị ảnh hưởng mạnh - Tuy nhiên CO chất trung gian quan trọng q trình oxy hóa cacbon thành cacbonic, khí cacbonic thơng qua quang hợp tạo oxy 6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2 II.1.2 NOx - NOx họ oxide nitơ, NO chiếm đại phận NOx hình thành N2 tác dụng với O2 điều kiện nhiệt độ cao - NO không nguy hiểm nhiều, ngưng co sở để tạo NO2 - NO chất khí màu hồng nhạt, có mùi, khứu giác phát nồng độ khơng khí khoảng 0.12ppm NO2 chất khó hịa tan, theo đường hơ hấp vào phổi gây viêm hủy hoại tế bào quan hô hấp Nạn nhân bị ngủ, ho, khó thở II.1.3 Hydrocarbon: HC - HC có khí thải q trình cháy khơng hoàn toàn hỗn hợp giàu, tượng cháy khơng bình thường - Chất gây tác hại đến người chủ yếu HC thơm - Khi nồng độ HC thơm lớn 40 ppm gây bệnh ung thư máu - Khi nồng độ lớn 1g/cm3 gây rối loạn hệ thần kinh - Ngoài HC nguyên nhân gây bệnh gan II.1.4 SO2: - SO2 chất háo nước, SO2 dễ hòa tan vào nước mũi, sau oxy hóa thành H2SO4 theo đường hơ hấp vào phổi - Ngồi SO2 làm giảm khả đề kháng thể làm tăng cường độ tác hại chất ô nhiễm khác nạn nhân II.1.5 Bồ hóng: - Bồ hóng chất nhiễm quan trong, tồn dạng hạt rắn có đường kính trung bình khoảng 0.3m, nên dễ xâm nhập sâu vào phổi - Bồ hóng ngồi việc gây trở ngại cho quan hơ hấp, cịn ngun nhân gây bệnh ung thư HC thơm mạch vòng hấp thụ bề mặt chúng trình hình thành II.1.6 Chì: - Chì có khí thải tetraetyl chì Pb(C2H5)4 pha vào xăng nhằm tăng tính chống kích nổ nhiên liệu Sự pha trộn chất vào xăng vấn đề bàn cãi giới khoa học - Chì tồn khí xả dạng hạt, có đường kính nhỏ Vì dễ xâm nhập vào thể qua da đường hô hấp Khi vào thể, khoảng 30 – 40% lượng chì vào máu - Sự diện chì gây xáo trộn trao đổi ion não, làm trở ngại cho tổng hợp enzyme để hình thành hồng cầu Điều đặc biệt chì tác động lên hệ thần kinh làm cho trẻ em chậm phát triển trí tuệ Hình III.30  Khi nhiệt độ nước 40C:  Trừ xe không giảm tốc: Van VSV tắt, van ASV đóng, hệ thống khơng hoạt động Hình III.31  Trường hợp xe giảm tốc:  Nếu tốc độ động 2000 v/p: Van VSV tắt, van ASV đóng, hệ thống khơng hoạt động 47 Hình III.32  Nếu tốc độ xe 2000 v/p: Van VSV mở, van ASV mở, hệ thống hoạt động Hình III.33 VIII Một số biện pháp khác :  Ngoài thiết bị xử lý trên, người ta theo hướng giảm lượng tiêu hao cách sử dung loạt biện pháp sau: 48 a Tăng tay nghề cho đội ngũ lái xe Hãng Mercedes Benz đặc biệt quan tâm đến đội ngũ lái xe hãng sản xuất Hãng đưa hệ thống trường lớp đào tạo liên tục để nâng cao tay nghề cho đội ngũ lái xe b Không tăng tốc độ đột ngột, sang số nhanh dứt khoát hợp lý đạp ly hợp hai lấn c Chỉnh xe chế độ động có moment lớn chạy tồn tải d Dùng bánh xe có gai hướng tâm, có bề mặt tiếp xúc rộn, gai thấp, dùng bánh đơn thay cho bánh đôi cầu chủ động (có thể giảm lắc 40%) e Dùng vải bạt nhẹ thùng xe: sức cản xe có thùng phủ vải bạt thấp sức cản có thùng vỏ cứng tới 20% f Giảm trọng lượng xe thùng xe: Khi xe có khối lượng giảm 10% lượng nhiên liệu tốn giảm – 3% g Mở hoàn toàn cửa chớp xe hoạt động điều kiện nhiệt độ khí trời lớn 15C h Giảm chiều cao thùng xe buồng lái kết hợp với thùng bửng hướng gió thích hợp i Dùng hộp số nhiều cấp hay hộp số vô cấp j Bơm bánh xe áp lực quy định, áp suất phanh xe giảm 1kg/ cm2 làm lượng nhiên liệu tiêu hao tăng từ 1.5 – 2% k Giảm độ nhớt dầu dùng cho cầu xe hộp số l Điều khiển quạt gió Relay nhiệt (sử dụng loại thường mở) m Giữ lọc gió n Điện tử hóa hệ thống đánh lửa o Dùng trục cam bố trí nắp máy p Dùng loại nhớt thích hợp có tiết kiệm nhiên liệu (loại energy conserving hay energy conserving II) q Hiệu chỉnh chế hịa khí (tránh rách ron mức nhiên liệu phải đúng) Ngồi ra, chạy đường hành trình liên tục khơng có giao lộ, khơng giảm tốc độ Chỉ chạy xe tốc độ tơi ưu lượng nhiên liệu giảm 40% Nếu xem lượng nhiên liệu xe hoạt động đường cấp cấp 100% xa lộ sử dụng 70% Vì vậy, nâng cao chất lượng đường sá yếu tố quan trọng  Các giải pháp kỹ thuật cải thiện trình cháy tăng cường xử lý khí thải chưa đủ để làm giảm cách triệt để nồng độ chất gây ô nhiễm có động đốt Do đó, để nâng cao hiệu việc chống ô nhiễm môi trường phương tiện vận tải gây Hiện nay,các nhà nghiên cứu theo hướng tác động đến nhiên liêu: nâng cao tính nhiên liệu truyền thống sử dụng loại “nhiên liệu sạch” - Sử dụng khí hóa lỏng LPG - Sử dụng khí thiên nhiên NGV - Sử dụng ô tô điện - Sử dụng pin nhiên liệu – fuel cell Với nhiên liệu đáp ứng tốt với công tác bảo vệ môi trường Tuy nhiên, việc ứng dụng chúng rộng rãi tơ cịn vấp phải số hạn chế: sở hạ 49 tầng trạm cung cấp khí chưa đầy đủ, rộng rãi Tâm lý e ngại nơi người tiêu dùng tính an tồn sử dụng loại nhiên liêu thể khí Đối với ô tô điện, trở ngại khả dự trữ lượng thấp giá thành ban đầu cao 50 CHƢƠNG IV: QUY TRÌNH KIỂM TRA CÁC CHỈ TIÊU Ô NHIỄM I Lịch sử phát triển: - Từ công nghiệp ô tô phát triển có nhiều quốc gia quan tâm đến vấn đề ô nhiễm ô tô gây ra, nồng độ chất độc hại khí thải tô giới hạn vấn đề chống ô nhiễm môi trường khí thải ô tô gây ngày nhiều quốc gia hưởng ứng Theo trình tự thời gian kể quốc gia sớm đặt vấn đề chống ô nhiễm mơi trường khí thải tơ gây ra:  Đức : 1910  Mỹ : 1959  Pháp : 1963  Nhật : 1966 - Tiếp theo hưởng ứng nước cộng đồng Châu Âu, Canada, Úc, nước thuộc khối Đông Âu cũ, nước Châu Á (Singapore, Đài Loan, Hàn Quốc…) II Qui trình đo nhiễm: - Hiện nay, giới có nhiều quy trình đo nhiễm khác chưa có quy định áp dụng chung cho tất nước để đo tiêu nhiễm khí xả động đốt Mỗi quy trình ứng với tiêu chuẩn nhiễm xác định khơng có quan hệ tương đương xác lập tiêu chuẩn - Quy trình đo tiêu nhiễm nước vào chế độ giao thông tiêu biểu nước Bảng IV.1 bảng so sánh thơng số đặc trưng số quy trình áp dụng rộng rãi Nhật Nhật Thông số Đơn vị ECE California FTP7 FTP5 10 chế 11 chế độ độ Tốc độ trung bình km/h 18.7 35.6 31.5 34.1 17.7 30.6 Tốc độ trung bình (khơng kể thời gian km/h 27.1 41.7 38.3 41.6 24.1 39.1 không tải Gia tốc trung bình (m/s2) 0.75 0.68 0.60 0.67 0.54 0.64 Giảm tốc trung bình (m/s ) 0.75 0.68 0.70 0.71 0.65 0.60 Thời gian trung bình (s) 45 117 66 70 50 94 chu kỳ thử (% thời Không tải 30.8 14.6 17.8 18.0 26.7 21.7 gian) (% thời Gia tốc 18.5 31.4 33.5 33.1 24.4 34.2 gian) (% thời Tốc độ không đổi 32.3 21.9 20.1 20.4 23.7 13.3 gian) (% thời Giảm tốc 18.5 32.1 28.6 28.5 25.2 30.8 gian) Bảng IV.1: So sánh thông số đặc trưng số quy trình thử tiêu biểu 51 III Cơ sở xây dựng qui trình đo nhiễm: - Quy trình thử quy trình có phạm vi quốc gia, phụ thuộc vào điều kiện giao thông quốc gia Quy trình thử lập dựa nhiều yếu tố, mật độ giao thơng chất lượng đường sá hai yếu tố quan trọng nhất:  Mật độ giao thông: Mức độ ô nhiễm cục bầu khơng khí tổng hợp mức độ phát thải tất phương tiện vận tải khu vực khảo sát gây ra, nghĩa mức độ ô nhiễm phụ thuộc vào mật độ ô tô Ở thành phố lớn, có mức độ nhiễm vượt giới hạn báo động, người dân khuyến khích sử dụng phương tiện công cộng để giảm bớt mật độ xe Ở nơi có mật độ lưu thơng bé, tơ không thiết phải tuân thủ quy định nghiêm ngặt mức độ phát sinh ô nhiễm thành phố có mật độ giao thơng cao  Điều kiện đường sá: Tuy vào chất lượng đường sá nước mà chế độ hoạt động phương tiện khác nhau, khả phát sinh nhiễm ô tô khác Tiêu chuẩn ô nhiễm cần xét đến yếu tố IV Một số qui trình đo tiêu nhiễm : IV.1 Quy trình thử Mỹ: IV.1.1 Quy trình FTP72 FTP75 Hình IV.1 Qui trình FTP-72 FPT: Federal Test Proceduce Quy trình FTP72 (hình IV.2) bao gồm hai giai đoạn Giai đoạn thử 505s, tương ứng với quãng đường 5.78 km với tốc độ trung bình 41.2 km/h Giai đoạn hai kéo dài 867s bắt đầu sau tạm dừng động hoàn toàn 10 phút Khi bắt đầu thử, động khởi động trạng thái nguội sau đêm để nhiệt độ mơi trường (20C) 52 Hình IV.3 Qui trình FTP 75 - Quy trình FTP 75 gồm ba giai đoạn Hai giai đoạn đầu giống chu trình FTP 72, giai đoạn ba giống giai đoạn chu trình trước (hình IV.3) khởi động lại sau dừng động 10 phút kể từ lúc kết thúc giai đoạn hai Quãng đường tương ứng tổng cộng trung bình 34.1 km/h Lượng khí nhiễm đo riêng giai đoạn kết chung tính g/km với hệ số điều chỉnh 0.43 giai đoạn đầu, giai đoạn 0.75 giai đoạn IV.1.2 Quy trình California Hình IV.3 Qui trình California - Đây quy trình thử cũ sử dụng năm 1968 Bao gồm giai đoạn hệt nhau, thời gian cách hai giai đoạn thử thời gian chạy khơng tải (hình IV.4) Quy trình thử kéo dài 16 phút 19 giây Động khởi động trạng thái nguội sau dùng 12 điều kiện nhiệt độ môi trường Quy trình thay quy trình FTP IV.2 Quy trình thử Nhật Bản IV.2.1 Quy trình thử 10 chế độ Hình IV.4 Qui trình 10 chế độ - Nhật 53 - Quy trình thử 10 chế độ ứng với điều kiện giao thông thành phố Thời gian công đoạn thử 135s, ứng với quảng đường 0.664 km với tốc độ trung bình 17.7 km/h (hình IV.5) Quy trình thử lặp lại với công đoạn Nồng độ ô nhiễm biểu diễn theo g/km IV.2.2 Quy trình thử 11 chế độ: Hình IV.5 Qui trình 11 chế độ - Quy trình thể chế độ giao thông xa lộ Động khởi động nguội chế độ khoảng từ 20 đến 30 chạy khơng tải 25s, sau tiến hành thử 120s tương ứng với quãng đường 1,021 km với tốc độ trung bình 30.6 km/h (hình IV.6) - Mức độ phát sinh ô nhiễm ô tô tính theo g/lần thử IV.2.3 Quy trình thử 10 – 15 chế độ: - Quy trình thử 10 – 15 chế độ ứng với điều kiện giao thông vùng ngoại Nhật Bản Quy trình sử dụng ba cơng đoạn quy trình thử 10 chế độ kéo dài thêm đoạn có tốc độ cực đại 70 km/h (hình IV.7) Quãng đường thử tương ứng dài 4.16 km thời gian 660s với tốc độ trung bình 22.7 km/h Quy trình sử dụng cho ô tô du lịch xuất xưởng sau tháng 11 năm 1991 Đến tháng 10 năm 1993 áp dụng thêm cho xe tải 2.5 Hình IV.6 Qui trình 10-15 chế độ 54 V Nồng độ cho phép chất độc hại có khí xả ô tô V.1 Hoa kỳ: Năm CO (ppm) HC (ppm) NO (ppm) 1960 84 10.6 4.1 1968 51 6.3 0.4 1970 34 4.1 0.4 1972 28 3.0 0.4 1973 28 3.0 3.1 1975 15 1.5 3.1 1977 15 1.5 2.0 1980 7.0 0.41 2.0 1983 3.4 0.41 1.0 Dự kiến 3.4 0.25 0.4 Bảng IV.8 giới thiệu thay đổi giới hạn nồng độ cho phép chất ô nhiễm khí xả ô tô Mỹ theo thời gian ô tô du lịch Giới hạn áp dụng hầu hết Bang trừ California NewYork (những bang có yêu cầu khắc khe hơn) đo theo quy trình FTP 75 Bảng cho thấy mức độ khắc khe tiêu chuẩn tăng dần theo thời gian: nồng độ cho phép CO từ 84g/dặm năm 1960 giảm xuống 3.4g/dặm (giảm khoảng 25 lần), nồng độ HC thời gian giảm từ 10.6g/dặm xuống cịn 0.4 (giảm khoảng 10 lần) V.2 Cộng đồng Châu Âu Loại động HC +NOx Năm áp (V(lít) thể tích CO (g/km) NOx (g/km) (g/km) dụng xylanh) Xăng V > 2.0 6.17 1.6 0.86 1988 Xăng 1.4 < V 2.0 7.4 1.97 0.86 1991 Xăng V < 1.4 4.6 1.23 0.86 1992 Diesel V > 2.0 7.4 1.97 0.86 1988 Diesel 1.4 < V < 2.0 7.4 1.97 0.86 1991 Diesel V < 1.4 4.6 1.23 0.86 1992 Bảng IV.9: Tiêu chuẩn cộng đồng Châu Âu xe tải nhẹ Bảng IV.9 cho biết mức độ phát sinh ô nhiễm cho phép xe du lịch xe vận tải hạng nhẹ theo quy trình thử ECE áp dụng cộng đồng Châu Âu Các quốc gia Đông Âu cũ trước áp dụng tiêu chuẩn cộng đồng Châu Âu ECE V.3 Nhật Bản - Tiêu chuẩn Nhật Bản sử dụng chu trình thử 10 chế độ 11 chế độ ứng với loại xe ô tơ khác trình bày bảng IV.10 IV.11 đây: CO (g/km) HC (g/km) NOx (g/km) Năm 10 chế độ 11 chế độ 10 chế độ 11 chế độ 10 chế độ 11 chế dộ 1973 2.6 2.8 3.0 1975 2.7 20.81 0.39 2.33 1.6 2.7 1976 2.7 20.81 0.39 2.33 1.2 2.20 1978 2.7 20.81 0.39 2.33 0.48 1.47 1988 2.7 20.81 0.39 2.33 0.25 1.47 55 Bảng IV.10: Tiêu chuẩn Nhật ô tô du lịch sử dụng động xăng CO (g/km) HC (g/km) NOx (g/km) Năm 10 chế độ 11 chế độ 10 chế độ 11 chế độ 10 chế độ 11 chế độ 1973 26 3.8 3.0 1975 17 31.83 2.7 4.16 2.3 4.9 1979 17 31.83 2.7 4.16 1.6 2.69 1981 17 31.83 2.7 4.16 1.26 2.33 1988 17 31.83 2.7 4.16 0.7 2.33 Bảng IV.11: Tiêu chuẩn xe Nhật xe tải nhẹ sử dụng động xăng V.4 Các nước khác: Nƣớc Năm Quy trình CO (g/km) HC (g/km) NOx (g/km) Canada 1975 1987 1994 FTP 75 FTP 75 FTP 75 15.33 2.11 2.11 1.24 0.25 1.15 1.92 0.62 0.25 Úc Newzealanhd 1976 1982 1986 FTP 72 FTP 72 FTP 72 24.20 22.00 9.30 2.10 1.91 0.93 1.90 1.73 1.90 Đài Loan 1987 1988 1989 ECE ECE FTP 75 14.31 14.31 2.11 Singapore Israel Ả Rập Xê - út 1986 ECE 4.69 (HC + NOx) 4.69 (HC +NOx) 0.25 Tiêu chuẩn cộng đồng Châu Âu 1983 10 chế độ 26 3.8 3.0 1984 10 chế độ 18 2.8 2.5 Hàn Quốc 1987(1) FTP 75 2.1 1.5 1987(2) FTP 75 2.11 0.25 0.62 1989 FTP 75 21.9 1.99 2.29 1990 FTP 75 18.52 1.79 1.99 Mexico 1991 FTP 75 6.96 0.70 1.39 1993 FTP 75 2.11 0.25 0.62 1988 FTP 75 21 2.10 2.00 Brazil 1992 FTP 75 12 1.20 1.40 Bảng IV.12: Quy trình thử giới hạn ô nhiễm số nước phát triển (1) tơ có động V > 800 cm3, (2) tơ nhỏ 2.5 tấn, có động V > 8010 cm3 VI Qui trình kiểm tra định kỳ mức độ phát sinh ô nhiễm ô tô - Các quy định áp dụng từ lúc ô tô xuất xưởng đến qua thời gian sử dụng định quy trình thực trung tâm kiểm định theo quy định quốc gia Ở Mỹ, tiêu chuẩn áp dụng ô tô đạt 80000km Trong trình sử dụng, ô tô phải bảo trì tốt thỏa mãn quy định tiêu chuẩn, nhiên q trình sử dụng có số tơ khơng bảo trì kỹ thuật, thống kê Mỹ cho thấy có 33% tơ 56 bảo trì tốt, số cịn lại bị điều chỉnh khơng quy định thay phận không tiêu chuẩn Ở quốc gia có cơng nghiệp chưa phát triển tình hình bảo trì tơ cịn tồi tệ nhiề Điều làm nồng độ chất nhiễm khí xả gia tăng vượt giới hạn cho phép - Để đánh giá định kỳ mức độ phát sinh ô nhiễm ô tô qua sử dụng, người ta áp dụng quy trình kiểm tra sơ Quốc gia Cộng đồng Châu Âu Loại xe Du lịch, vận tải Mô tô Chất ô nhiễm CO CO Giới hạn 3.5% 4.5% Thụy Sĩ Ơ tơ tải < 0.76t hay khách < chỗ Ơ tơ tải > 0.76t hay khách > chỗ Mô tô CO HC CO HC CO 0.5%V 100ppmV 1%V 200ppmV 3.5%V Hoa Kỳ Ơ tơ nhẹ CO HC 1.2%V 220ppmV Canada Ơ tơ nhẹ CO 0.5% Nhật Bản Ô tô nhẹ - Động kỳ - Động kỳ CO HC HC 4.5% 1200ppmV 780ppmV CO 4.5%V HC 1200ppmV CO 3.5%V Đài Loan Ơ tơ nhẹ HC 900ppmV Bảng IV.13: Tiêu chuẩn ô nhiễm ô tô chế độ không tải VI.1 Quy định kiểm tra sơ mức độ phát sinh ô nhiễm ô tô nước phát triển - Phần lớn tiểu bang Mỹ sử dụng quy trình kiểm tra sơ để đánh giá mức độ phát sinh ô nhiễm ô tô qua sử dụng Quy trình thực chế độ không tải với tiêu chuẩn quy định nồng độ CO, HC Tất ô tô phải qua kiểm tra ô nhiễm định kỳ hàng năm hay hai năm lần theo quy trình quy định quốc gia Bảng IV.13 giới thiệu tiêu chuẩn ô nhiễm ô tô đo chế độ không tải số quốc gia - Ở Châu Âu, việc kiểm tra định hình nhiễm tơ cộng hịa liên bang Đức nước đầu, nước như: Thụy Sĩ, Áo, Thụy Điển, Hà Lan Quy trình kiểm tra thực cách đo CO chế độ không tải - Ở Thụy Sĩ, từ năm 1986 trở đi, hay ba năm lần ô tô phải qua kiểm tra thành phần CO, CO2 HC chế độ không tải - Ở Áo, từ năm 1985, hàng năm ô tô phải qua kiển tra HC chế độ khơng tải (< 600ppm) Hàn Quốc Ơ tô nhẹ 57 - Ở Anh, hàng năm ô tô phải qua kiểm tra nồng độ CO chế độ không tải, giới hạn cho phép CO 4.5% - Ở Hà Lan, tất ô tô qua sử dụng năm phải qua kiểm tra ô nhiễm dựa việc đo nồng độ CO chế độ không tải VI.2 Tiêu chuẩn Việt Nam: - Năm 1990, phủ Việt Nam ban hành tiêu chuẩn (TCVN 5123 – 90), quy định hàm lượng CO khí xả động xăng chế độ không tải Tiêu chuẩn áp dụng cho tất tơ chạy xăng có khối lượng lớn 400 kg Hàm lượng khí CO đo trực tiếp ống xả, cách miệng ống xả 300mm, hai chế độ tốc độ nmin 0.6nđm (nđm: tốc độ định mức) Hàm lượng CO không vượt 3.5% chế độ nmin 2% chế độ 0.6nđm - Năm 1991, phủ Việt Nam ban hành tiêu chuẩn TCVN 5418 – 91 quy định đo khói khí xả động Diesel Tiêu chuẩn áp dụng cho tất loại ô tô dùng Diesel - Năm 1998, phủ Việt Nam ban hành tiêu chuẩn (TCVN 6438 – 98), quy định lại cụ thể giới hạn cho phép chất ô nhiễm khí xả phương tiện vận tải (bảng IV.14) Phương tiện sử dụng Phương tiện đăng ký lần đầu Thành phần ô Phương tiện động Phương tiện Phương Phương tiện động nhiễm khí xăng động Diesel Diesel tiện thải Mức Mức Mức Mức Mức động Mức Mức xăng 2 CO (% thể tích) 6.5 6.0 4.5 HC (ppm thể tích) - Động kỳ 1500 1200 1200 - Động kỳ 7800 7800 7800 - Động đặc biệt 3300 3300 3300 (có kết cấu khác với động kiểu piston tịnh tiến) Độ khói (% HSU) 85 72 72 50 Bảng IV.14: Giới hạn tối đa cho phép thành phần ô nhiễm khí thải phương tiện vận tải 58 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ SỬ DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Đề tài hoàn thành thời gian quy định đạt yêu cầu nhiệm vụ đặt tạo “giáo trình điện tử hệ thống xử lý khí thải tơ“ có tính trực quan cao Ơ nhiễm khơng khí mơi trường vấn đề nóng hổi nước ta, thành phố lớn So với nguồn gây ô nhiễm khác ô tô đóng vai trị lớn việc phát thải chất khí gây nhiễm Việc giảng dạy nghiên cứu chế hình thành chất khí độc hại ( CO, CxHy, NOx) cấu tạo, hoạt động hệ thống xử lý khí xả giúp người học nhận thức rõ vể yếu tố trở nên cấp thiết hết Với mong muốn giúp người học hiểu rõ, nắm bắt yêu cầu trên, người nghiên cứu mạnh dạn đề xuất đề tài nghiên cứu “ Xây dựng giáo trình điện tử mơ hệ thống kiểm sốt khí xả tơ” Với giáo trình điện tử - Người học dễ dàng nắm chế hình thành chất khí độc hại ô tô, nguyên lý hoạt động cấu tạo hệ thống kiểm sốt khí xả tơ, quy trình kiểm tra tiêu phát thải Điều giúp khai thác, sử dụng sửa chữa ô tô đạt hiệu cao bảo đảm tiêu chống phát thải cho phương tiện vận tải sử dụng động đốt - Giúp việc giảng dạy trực tiếp lớp hay giảng dạy trực tuyến mơn học có nội dung liên quan - Tăng tính trực quan, kích thích tính chủ động tích cực cho người học Đề tài đạt số kết định, nội dung đề tài mang tính thiết thực, trước mắt sản phẩm đề tài tài liệu hỗ trợ đặc lực cho công tác giảng dạy nội dung có liên quan đến vấn đề độc hại khí thải, chế hình thành hướng giải Mặt khác tài liệu tham khảo hữu ích cho cán chuyên ngành Cơ khí động lực Đề nghị Sản phẩm đề tài nên sử dụng giảng dạy cho sinh viên chuyên ngành khí động lực nội dung có liên quan 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].Bùi văn Ga- Văn thị Bông-Phạm Xuân Mai-Trần Văn Nam-Trần Thanh Hải Tùng, Ơ tơ nhiễm mơi trường, Nhà xuất giáo dục, 1998 [2] Vũ Đăng Độ, Hóa học nhiễm mơi trường, Nhà xuất khoa học kỹ thuật 1997 [3] Dipl.Ing Richar van-Basshuyen, Reduced emissions and fuel comsumption of automobile engines,SAE, 1995 [4] Toyota service training-( Step2)- Emission control system -1997 [5] Các tài liệu từ Internet 60