Luận án tiến sĩ kỹ thuật môi trường nghiên cứu xác định đặc trưng phát thải của xe buýt tại hà nội

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Nguyễn Thị Yến Liên

Lu

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƢNG PHÁT THẢI

ận

CỦA XE BUÝT TẠI HÀ NỘI

án
n

tiế
sĩ
Kĩ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

t
uậ

th
Hà Nội – 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Nguyễn Thị Yến Liên

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƢNG PHÁT THẢI

ận

Lu

CỦA XE BUÝT TẠI HÀ NỘI

Kỹ thuật môi trường

tiế

Mã số:

án

Ngành:

9520320

n
sĩ
Kĩ
th

t
uậ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS. TS. Nghiêm Trung Dũng

Hà Nội – 2019


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong
luận án là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong các cơng trình nào khác.

Hà Nội, tháng 04 năm 2019
GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN

Nghiên cứu sinh

ận

Lu
PGS.TS. Nghiêm Trung Dũng

án

Nguyễn Thị Yến Liên

n

tiế
sĩ
Kĩ
t
uậ

th
i


LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội đã cho phép tôi thực hiện
luận án này. Cảm ơn Viện Đào tạo sau đại học, Viện Khoa học và Công nghệ Môi trƣờng,
Viện Cơ khí Động lực đã ln hỗ trợ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tơi trong suốt q
trình tơi thực hiện luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn giáo viên hƣớng dẫn PGS.TS. Nghiêm Trung Dũng đã luôn
hỗ trợ, động viên và hƣớng dẫn về mặt chuyên môn trong suốt q trình tơi thực hiện luận án.
Xin chân thành cảm ơn GS. TS. Lê Anh Tuấn, PGS.TS Phạm Hữu Tuyến, Viện Cơ khí
Động lực, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, đã tận tình giúp đỡ về mặt chuyên mơn để tơi
có thể hồn thành luận án.

ận

Lu

Tơi xin chân thành cảm ơn TS. Bùi Ngọc Dũng, Khoa Công nghệ thông tin, Trƣờng Đại
học Giao thông vận tải; cảm ơn TS. Emil Torp, Khoa Kỹ thuật điện, Trƣờng Đại học
Linköpings, Thụy Điển, đã hỗ trợ tôi rất nhiều trong quá trình xây dựng mã lệnh để đạt đƣợc
mục tiêu nghiên cứu của đề tài.

án

tiế

Chân thành cảm ơn Bộ Môi trƣờng Nhật Bản đã cung cấp thuật toán chuyển đổi từ chu
trình lái của phƣơng tiện sang chu trình chuyển tiếp của động cơ.

n

Xin chân thành cảm ơn Tổng công ty vận tải Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi cho tơi
trong q trình thu thập thơng tin và dữ liệu hành trình của hệ thống xe buýt tại Hà Nội.

sĩ

Kĩ

Chân thành cảm ơn Trƣờng Đại học Giao thông vận tải, Khoa Mơi trƣờng và An tồn
Giao thơng đã tạo điều kiện cho tơi đƣợc tham gia chƣơng trình đào tạo này.

th

t
uậ

Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến các thầy phản biện, các thầy trong hội đồng
chấm luận án đã đồng ý đọc duyệt và góp các ý kiến q báu để tơi có thể hồn chỉnh luận án
này và định hƣớng nghiên cứu trong lai.
Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè đã luôn ở bên động viên, giúp đỡ
trong suốt q trình tơi tham gia chƣơng trình đào tạo này.

Nghiên cứu sinh

Nguyễn Thị Yến Liên

ii


MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ..................................................................................... vi
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ ĐƠN VỊ ........................................................................ viii
DANH MỤC BẢNG ..................................................................................................... ix
DANH MỤC HÌNH ...................................................................................................... xi
MỞ ĐẦU

...........................................................................................................1

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ...........................................................................................6

ận

Lu

1.1. Ơ nhiễm khơng khí từ hoạt động của phƣơng tiện cơ giới đƣờng bộ ......................6
1.1.1. Các dạng phát thải từ hoạt động của phƣơng tiện cơ giới đƣờng bộ ......................... 6
1.1.2. Tác động của các chất ô nhiễm khơng khí từ phƣơng tiện cơ giới đƣờng bộ ........... 7

án

1.1.3. Lộ trình áp dụng tiêu chuẩn về khí xả đối với phƣơng tiện cơ giới đƣờng bộ.......... 8

tiế

n

1.2. Hệ số phát thải của phƣơng tiện cơ giới đƣờng bộ và phƣơng pháp xác định .........9
1.2.1. Khái niệm......................................................................................................................... 9

sĩ

1.2.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến hệ số phát thải .................................................................. 10

Kĩ

1.2.3. Các phƣơng pháp xác định hệ số phát thải của phƣơng tiện cơ giới đƣờng bộ ...... 13

t
uậ

th

1.2.4. Tình hình nghiên cứu xây dựng bộ hệ số phát thải đặc trƣng .................................. 14
1.3. Chu trình lái và các phƣơng pháp xây dựng ...........................................................17
1.3.1. Khái niệm....................................................................................................................... 17
1.3.2. Tầm quan trọng của chu trình lái................................................................................. 18
1.3.3. Các phƣơng pháp xây dựng chu trình lái.................................................................... 19
1.3.4. Các thơng số đặc trƣng của chu trình lái..................................................................... 21

1.4. Phƣơng pháp thu thập dữ liệu lái ngoài thực tế ......................................................23
1.5. Kỹ thuật xử lý sai số trong dữ liệu GPS .................................................................25
1.6. Dữ liệu chuỗi thời gian và quá trình ngẫu nhiên dừng ...........................................30
1.6.1. Chuỗi thời gian .............................................................................................................. 30
1.6.2. Quá trình ngẫu nhiên dừng........................................................................................... 31
1.7. Thuật toán phân cụm phân cấp gộp ........................................................................31

iii


1.8. Q trình Markov ...................................................................................................33
1.8.1. Tính Markov.................................................................................................................. 33
1.8.2. Ma trận xác suất chuyển dịch trạng thái ..................................................................... 33
1.8.3. Tính chất Markov của dữ liệu lái ngoài thực tế ......................................................... 34
1.9. Giới thiệu chung về hệ thống xe buýt tại Hà Nội ...................................................35
1.10. Kết luận chƣơng 1 ................................................................................................36
CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...........................................................38
2.1. Quy trình thực hiện nghiên cứu ..............................................................................38
2.2. Xác định loại chu trình lái ......................................................................................38
2.3. Lựa chọn tuyến .......................................................................................................38
2.4. Thu thập dữ liệu ......................................................................................................40

Lu

ận

2.5. Phân tích dữ liệu .....................................................................................................41
2.5.1. Kiểm định tính dừng ..................................................................................................... 41

án

2.5.2. Tiền xử lý dữ liệu GPS ................................................................................................. 42
2.5.3. Xử lý dữ liệu .................................................................................................................. 42

tiế

2.5.4. Trích chọn các thơng số đặc trƣng .............................................................................. 43

n

sĩ

2.6. Xây dựng chu trình lái đặc trƣng cho xe buýt tại Hà Nội ......................................44
2.6.1. Quy trình xây dựng chu trình lái ................................................................................. 45

Kĩ

2.6.2. Xây dựng ma trận xác suất chuyển trạng thái (TPM) ............................................... 45

th

2.6.3. Tổng hợp chu trình lái dựa trên lý thuyết chuỗi Markov .......................................... 47

t
uậ

2.6.4. Đánh giá sự phù hợp ..................................................................................................... 48
2.6.5. Lựa chọn và đánh giá chu trình lái đặc trƣng ............................................................. 49
2.7. Xây dựng chu trình thử cho động cơ xe buýt .........................................................50
2.7.1. Xây dựng chu trình thử dạng chuyển tiếp đối với động cơ ...................................... 50

2.7.2. Xây dựng chu trình thử tĩnh đối với động cơ ............................................................. 57
2.8. Thử nghiệm phát thải trên động cơ xe buýt............................................................58
2.8.1. Đối tƣợng thử nghiệm .................................................................................................. 58
2.8.2. Thiết bị thử nghiệm....................................................................................................... 59
2.8.3. Điều kiện thử nghiệm ................................................................................................... 62
2.9. Xử lý kết quả thử nghiệm .......................................................................................63
2.9.1. Tính suất phát thải của động cơ ................................................................................... 63
iv


2.9.2. Tính hệ số phát thải theo lƣợng nhiên liệu tiêu thụ ................................................... 67
2.9.3. Tính hệ số phát thải theo quãng đƣờng di chuyển ..................................................... 68
2.10. Kết luận chƣơng 2 ................................................................................................69
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................71
3.1. Kết quả phân tích dữ liệu........................................................................................71
3.1.1. Kết quả kiểm định tính dừng ....................................................................................... 71
3.1.2. Kết quả xử lý dữ liệu GPS ........................................................................................... 72
3.1.3. Kết quả trích chọn các thơng số đặc trƣng ................................................................. 86
3.2. Chu trình lái đặc trƣng cho xe buýt tại Hà Nội ......................................................94
3.3. Chu trình thử cho động cơ xe buýt .......................................................................103
3.3.1. Chu trình thử dạng chuyển tiếp đối với động cơ ..................................................... 103

Lu

3.3.2. Chu trình thử tĩnh đối với động cơ xe buýt Hà Nội (HBSC).................................. 108

ận

3.3.3. Phi chuẩn hóa các điểm thử ....................................................................................... 112

án

3.4. Đặc trƣng phát thải của xe buýt tại Hà Nội ..........................................................114
3.4.1. Nồng độ các chất ô nhiễm.......................................................................................... 114

tiế

3.4.2. Suất phát thải của động cơ ......................................................................................... 116

n

sĩ

3.4.3. Hệ số phát theo lƣợng nhiên liệu tiêu thụ ................................................................. 117

Kĩ

3.4.4. Hệ số phát thải theo quãng đƣờng di chuyển ........................................................... 119

th

3.5. Kết luận chƣơng 3 ................................................................................................122

t
uậ

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................124
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ......................127
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................129
PHỤ LỤC

.......................................................................................................138

v


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Viết tắt

Tiếng Việt

Tiếng Anh

A/F

Tỷ lệ không khí/nhiên liệu

Air - fuel ratio

AQI

Chỉ số chất lƣợng khơng khí

Air quality index

BSEF

Suất phát thải của động cơ

Brake-specific emission factor

BSFC

Suất tiêu hao nhiên nhiệu

Brake-specific fuel
consumption

CSEF

Hệ số phát thải đặc trƣng quốc gia

Country-specific emission
factor

Lu

DBEF

Distance based emission factor

Hệ số phát thải

Emission factor

ESC

Chu trình thử tĩnh của châu Âu

European sationary cycle

ETC

Chu trình chuyển tiếp của châu Âu

European transient cycle

FBEF

Hệ số phát thải theo nhiên liệu

GPS

Hệ thống định vị tồn cầu

GTVT

Giao thơng vận tải

HBDC

Chu trình lái đặc trƣng cho xe buýt tại
Hà Nội

HBSC

Chu trình thử tĩnh cho động cơ xe buýt
Hà Nội

HBTC

Chu trình thử chuyển tiếp cho động cơ xe
buýt Hà Nội

HDV

Xe hạng nặng

Heavy duty vehicle

IPCC

Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí
hậu

Intergovernmental Panel on
Climate Change

OECD

Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế

Organization for economic cooperation and development

PM

Bụi

Particulate Matter

PTCGĐB

Phƣơng tiện cơ giới đƣờng bộ

PTVT

Phƣơng tiện vận tải

EF

ận

Hệ số phát thải theo khoảng cách

án

tiế

Fuel based emission factor

n

Global position system

sĩ
Kĩ
t
uậ

th

vi


TPM

Ma trận xác suất chuyển dịch

Transition Probability Matrix

TRANSERCO

Tổng công ty vận tải Hà Nội

VOC

Hợp chất hữu cơ bay hơi

Volatile organic compound

VSP

Công suất riêng của xe

Vehicle specific power

WHO

Tổ chức Y tế Thế giới

World Health Organization

WHTC

Chu trình chuyển tiếp đặc trƣng tồn thế
giới

World Harmonized Transient
Cycle

WF

Hệ số trọng số

Weight factor

ận

Lu
án
n

tiế
sĩ
Kĩ
t
uậ

th

vii


DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ ĐƠN VỊ
Đơn vị

Thuật ngữ



-

Hệ số dƣ khơng khí

ai

m/s2

Gia tốc tức thời tại thời điểm i

ares

m/s2

Độ phân giải của gia tốc

C

ppm

Nồng độ chất ơ nhiễm

FSN

-

Độ khói

Gair

kg/h

Lƣu lƣợng khơng khí nạp vào

Gexh

kg/h

Lƣu lƣợng khí xả

Gfuel

kg/h

Lƣu lƣợng nhiên liệu tiêu thụ

Vòng/phút

Tốc độ động cơ

nhi

Vòng/phút

Tốc độ động cơ mà tại đó cơng suất bằng
70% cơng suất định mức

nidle

Vịng/phút

nlo

Vịng/phút

nrated

Vịng/phút

Tốc độ danh định

n_norm

%

Tốc độ động cơ đã đƣợc chuẩn hóa

P

kW

Cơng suất của động cơ

SAFDdiff

%

Độ lệch trong phân bố tần suất gia tốc – vận tốc

t

s

Thời gian đo

T_norm

%

Mô men động cơ đã đƣợc chuẩn hóa

Te

Nm

Mơ men của động cơ

Temax

Nm

Mơ men cực đại của động cơ

Ts

s

Bƣớc thời gian

V

km/h

Vận tốc xe

vi

km/h

Vận tốc tức thời của xe ở thời điểm i

vres

km/h

Độ phân giải của vận tốc

WF

%

Hệ số trọng số

ận

n

Lu

Ký hiệu

án

tiế

Tốc độ của động cơ ở chế độ khơng tải

n

Tốc độ động cơ mà tại đó công suất bằng 50%
công suất định mức

sĩ

Kĩ

t
uậ

th

viii


DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1. Giới hạn hàm lƣợng các chất ô nhiễm trong khí xả PTCGĐB hạng nặng theo
tiêu chuẩn châu Âu ........................................................................................9
Bảng 1.2. Ảnh hƣởng của lƣu huỳnh và các hợp chất vòng thơm tới sự phát thải của
động cơ xăng ...............................................................................................10
Bảng 1.3. Ảnh hƣởng của đặc tính nhiên liệu tới sự phát thải của động cơ diesel ......11
Bảng 1.4. Ảnh hƣởng của chế độ hoạt động đến tốc độ phát thải ................................12
Bảng 1.5. Các tiêu chí sử dụng trong phân loại chu trình lái .......................................18

Lu

Bảng 1.6. So sánh tiêu hao nhiên liệu và phát thải từ xe ôtô tại Thái Lan theo các chu
trình lái khác nhau .......................................................................................19

ận

Bảng 1.7. Các thông số động học thƣờng sử dụng xác định đặc trƣng chu trình lái ...22
Bảng 2.1. Thơng tin về các tuyến xe buýt sử dụng trong nghiên cứu ...........................39

án

Bảng 2.2. Thông số kỹ thuật của động cơ diesel D1146TI ...........................................58

tiế

Bảng 2.3. Các thơng số sử dụng trong tính toán hệ số phát thải ...................................63

n

Bảng 2.4. Giá trị u đối với từng chất khí trong khơng khí thơ ......................................64

sĩ

Bảng 3.1. Kết quả lọc dữ liệu GPS ................................................................................82

Kĩ

Bảng 3.2. Một số thông số thống kê mô tả của dữ liệu trƣớc và sau khi qua bộ lọc

th

Kalman .........................................................................................................83

t
uậ

Bảng 3.3. So sánh dữ liệu thô và dữ liệu đã qua xử lý thông qua một số thông số đặc
trƣng của chu trình lái ..................................................................................85
Bảng 3.4. Biểu đồ tích tụ các biến vào trong các cụm ..................................................86
Bảng 3.5. Kết quả phân cụm trên không gian các biến ứng với trƣờng hợp 1 ..............89
Bảng 3.6. Các biến đại diện cho các cụm ứng với trƣờng hợp 1 ..................................89
Bảng 3.7. Kết quả phân cụm trên không gian các biến ứng với trƣờng hợp 2 ..............90
Bảng 3.8. Các biến đại diện cho các cụm ứng với trƣờng hợp 2 ..................................91
Bảng 3.9. Các thông số đặc trƣng của chu trình lái .......................................................92
Bảng 3.10. So sánh kết quả trích chọn thơng số đặc trƣng ...........................................93

Bảng 3.11. Giá trị SAFDdiff của các chu trình đề xuất ..................................................95
Bảng 3.12. So sánh các thơng số đặc trƣng của chu trình lái giữa HBDC và dữ liệu lái
ngoài thực tế .................................................................................................97
ix


Bảng 3.13. Các thông số kỹ thuật của phƣơng tiện .....................................................103
Bảng 3.14. Dữ liệu mômen cực đại của động cơ ........................................................104
Bảng 3.15. Tốc độ động cơ đã đƣợc chuẩn hóa tại các tốc độ A, B và C ...................110
Bảng 3.16. Các chế độ thử trong chu trình thử tĩnh đối với động cơ xe buýt
Hà Nội .......................................................................................................110
Bảng 3.17. Trọng số của các chế độ thử tĩnh đối với động cơ xe buýt Hà Nội ..........110
Bảng 3.18. Tốc độ và mô men của động cơ tại các chế độ thử ...................................113
Bảng 3.19. Suất phát thải của động cơ xe buýt Hà Nội...............................................116
Bảng 3.20. Hệ số phát thải theo lƣợng nhiên liệu tiêu thụ của xe buýt Hà Nội ..........118
Bảng 3.21. Nhu cầu công suất của động cơ xe buýt....................................................119
Bảng 3.22. Mô hình tốn mơ tả liên hệ giữa cơng suất và tốc độ phát thải ................120

Lu

Bảng 3.23. Hệ số phát thải theo quãng đƣờng di chuyển của xe buýt Hà Nội............120

ận
án
n

tiế
sĩ
Kĩ
t

uậ

th
x


DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Minh họa các dạng phát thải từ hoạt động của phƣơng tiện vận tải ................6
Hình 1.2. Quy trình xây dựng chu trình lái dựa trên chuỗi Markov ............................21
Hình 1.3. Chu trình lọc Kalman ...................................................................................29
Hình 1.4. Bức tranh hồn chỉnh về bộ lọc Kalman ......................................................29
Hình 1.5. Tỷ lệ phân bố tuổi và sức chứa của xe buýt Hà Nội......................................36
Hình 2.1. Quy trình thực hiện nghiên cứu .....................................................................38
Hình 2.2. Bản đồ các tuyến xe buýt đƣợc sử dụng trong thu thập dữ liệu lái ...............39
Hình 2.3. Thiết bị GPS sử dụng trong thu thập dữ liệu hành trình của xe buýt ............40

Lu

Hình 2.4. Quy trình tổng hợp chu trình lái sử dụng chuỗi Markov ...............................45

ận

Hình 2.5. Minh họa ma trận TPM .................................................................................47

án

Hình 2.6. Thuật tốn phát triển chu trình lái .................................................................48
Hình 2.7. Sơ đồ khối của mơ hình hệ thống truyền động .............................................52

tiế

Hình 2.8. Thiết lập các tham số và chế độ hoạt động của xe ........................................55

n

Hình 2.9. Tính tốn các tham số của xe ứng với từng chế độ hoạt động đã đƣợc xác
định
.........................................................................................................56

sĩ

Kĩ

Hình 2.10. Động cơ D1146TI ........................................................................................58

t
uậ

th

Hình 2.11. Sơ đồ bố trí thiết bị thử nghiệm ...................................................................59
Hình 2.12. Băng thử động lực học cao ..........................................................................60
Hình 2.13. Tủ phân tích khí AVL CEB II .....................................................................61
Hình 2.14. Thiết bị đo độ khói ......................................................................................62
Hình 3.1. Kết quả kiểm định nghiệm đơn vị .................................................................71
Hình 3.2. Quy trình xử lý dữ liệu GPS ..........................................................................73
Hình 3.3. Minh họa các bƣớc thực hiện trên bộ dữ liệu gốc ETC-part1 .......................80
Hình 3.4. Độ lệch giữa giá trị thực và giá trị ƣớc lƣợng ...............................................81
Hình 3.5. Đồ thị vận tốc – thời gian của dữ liệu thô và dữ liệu đã qua xử lý ...............81

Hình 3.6. Kết quả làm trơn và khử nhiễu của bộ lọc Kalman .......................................83
Hình 3.7. Phân bố tần suất gia tốc – vận tốc của dữ liệu trƣớc và sau khi xử lý ..........84
Hình 3.8. Phân cụm các biến trên phần mềm SPSS ......................................................86

xi


Hình 3.9. Đồ thị phân cụm trên khơng gian các thơng số mơ tả chu trình lái ..............88
Hình 3.10. Mảng cấu trúc chứa TPM ............................................................................95
Hình 3.11. Chu trình lái đặc trƣng của xe buýt tại Hà Nội............................................96
Hình 3.12. So sánh phân bố các chế độ hoạt động giữa HBDC
và dữ liệu lái ngồi thực tế ...........................................................................99
Hình 3.13. So sánh phân bố tần suất gia tốc – vận tốc ................................................100
Hình 3.14. Độ lệch trong phân bố tần suất gia tốc – vận tốc giữa chu trình lái đặc trƣng
với dữ liệu lái ngồi thực tế .......................................................................100
Hình 3.15. So sánh tỉ lệ thời gian ở các chế độ hoạt động khác nhau giữa các chu trình
lái của xe buýt ............................................................................................102
Hình 3.16. So sánh phân bố tần suất gia tốc – vận tốc giữa HBDC và ETC-part 1 ....102

ận

Lu

Hình 3.17. Đồ thị mơ men và cơng suất động cơ của chu trình thử dạng chuyển tiếp
đối với động cơ xe buýt của Hà Nội ..........................................................105

án

Hình 3.18. Phân bố tần suất tốc độ định mức – mơmen định mức của động cơ
của chu trình thử HBTC, ETC và WHTC ..................................................106

tiế

Hình 3.19. So sánh giá trị vận tốc thực và giá trị vận tốc ƣớc lƣợng .........................107

n

Hình 3.20. Các tốc độ đặc trƣng của động cơ .............................................................108

sĩ

Hình 3.21. Phân bố phần trăm tải tại các dải tốc độ A, B và C ...................................109

Kĩ

Hình 3.22. Chu trình thử tĩnh cho động cơ xe buýt Hà Nội ........................................111

th

Hình 3.23. Đƣờng đặc tính ngồi của động cơ D1146TI ............................................113

t
uậ

Hình 3.24. Nồng độ trung bình của các chất ơ nhiễm tại các chế độ thử nghiệm .......115
Hình 3.25. Biến thiên nồng độ các chất ơ nhiễm trong tồn bộ chu trình thử ............115
Hình 3.26. So sánh kết quả mơ phỏng và thực nghiệm ...............................................121

xii

MỞ ĐẦU
1. Sự cần thiết của đề tài
Giao thông vận tải (GTVT) là một phần rất quan trọng của cuộc sống hiện đại,
con ngƣời ngày càng phụ thuộc nhiều hơn vào phƣơng tiện giao thơng cơ giới. Điều đó
đã làm gia tăng lƣợng nhiên liệu tiêu thụ, tăng mức phát thải các chất ơ nhiễm khơng
khí, và làm gia tăng nguy cơ phơi nhiễm của con ngƣời với các chất ô nhiễm mà có thể
gây ra những ảnh hƣởng nghiêm trọng tới sức khỏe. Theo đánh giá của Tổ chức Y tế
thế giới, GTVT là một trong những nguyên nhân chính gây ơ nhiễm khơng khí ở các
đơ thị, mà ô nhiễm không khí lại là nguyên nhân gây nên 3,7 triệu ca tử vong sớm năm
2012, chủ yếu do tiếp xúc với bụi PM10 và PM2,5 [1]. Ở các nƣớc có nền kinh tế phát
triển thuộc Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế (OECD), mức chi phí trung bình cho

ận

Lu

vấn đề ơ nhiễm khơng khí do vận tải đƣờng bộ chiếm 50% tổng chi phí cho ơ nhiễm
khơng khí [2]. Cịn ở các nƣớc khơng thuộc OECD, dự báo mức phát thải CO2 do
GTVT có thể lên tới 46% tổng lƣợng thải vào năm 2030 [3].

án

n

tiế

Tại Hà Nội, ƣớc tính tổng lƣợng phát thải các chất ơ nhiễm CO, VOC, NOx, SOx
và PM từ hoạt động của các xe ô tô con và xe buýt năm 2010 là 50,02 Gg, với phát
thải CO là cao nhất (39,5 Gg). Trong đó, xe buýt sử dụng diesel là nguồn phát thải

chính đối với các chất ơ nhiễm nhƣ bụi (PM) và BC (black carbon), đây là mối quan
ngại chính hiện nay [4]. Lƣợng phát thải các chất ô nhiễm khơng khí từ hoạt động của

sĩ

Kĩ

t
uậ

th

phƣơng tiện cơ giới đƣờng bộ (PTCGĐB) vẫn tiếp tục tăng lên hàng năm cùng với sự
gia tăng về số lƣợng các phƣơng tiện cơ giới đƣờng bộ. Do đó, chỉ số chất lƣợng
khơng khí (Air quality index, AQI) ở nƣớc ta vẫn duy trì ở mức tƣơng đối cao, điển
hình nhƣ ở Hà Nội. Tại Hà Nội, giai đoạn từ 2010 ÷ 2013, số ngày có AQI ở mức kém
(AQI = 101 ÷ 200) chiếm tới 40 ÷ 60% tổng số ngày quan trắc trong năm và có những
ngày chất lƣợng khơng khí suy giảm đến ngƣỡng xấu (AQI = 201 ÷ 300) và nguy hại
(AQI>300) [5]. Qua đó có thể thấy phát thải từ hoạt động của các phƣơng tiện cơ giới
đƣờng bộ cần phải đƣợc kiểm soát chặt chẽ. Định lƣợng đƣợc lƣợng thải từ nguồn thải
này sẽ đảm bảo cho các dự án liên quan đến kiểm sốt chất lƣợng khơng khí đƣợc thiết
kế và thực hiện một cách hiệu quả nhất.
Hệ số phát thải (Emission Factor, EF) là một công cụ rất hiệu quả và đơn giản để
ƣớc tính mức độ phát thải các chất ơ nhiễm khơng khí khi có đủ các thơng tin về
nguồn phát thải [6]. Vì vậy, EF đã và đang đƣợc sử rộng rãi để phục vụ công tác kiểm
kê phát thải ở nhiều nƣớc trên thế giới. Chất lƣợng của kết quả kiểm kê phát thải phụ
thuộc rất lớn vào EF. Trong khi đó, EF lại phụ thuộc vào đặc trƣng của nguồn thải
1

nhƣ: trình độ cơng nghệ, loại hình và thiết kế của nguồn thải, hệ thống kiểm sốt ơ
nhiễm, tuổi và điều kiện vận hành,…[7]. Do đó, các EF cần phải phản ánh xác thực
điều kiện cụ thể của mỗi quốc gia, mỗi khu vực. Nói cách khác, mỗi quốc gia nên có
bộ dữ liệu EF riêng phù hợp với điều kiện của quốc gia, và bộ hệ số phát thải này đƣợc
gọi là hệ số phát thải đặc trƣng quốc gia (country-specific emission factor, CSEF).
Việc sử dụng CSEF không chỉ cải thiện đƣợc độ chính xác của các kết quả kiểm kê
phát thải mà còn giúp cho các nƣớc dễ dàng hơn khi áp dụng kiểm kê phát thải ở mức
cao hơn (Tier 2) theo hƣớng dẫn của Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC)
[8].
Đến nay, việc nghiên cứu phát triển EF ở các nƣớc phát triển và các tổ chức lớn
trên thế giới đã khá hồn thiện, có những phƣơng pháp luận và quy trình thực hiện đạt
trình độ khoa học cơng nghệ cao. Do đó, đã có rất nhiều nguồn cơ sở dữ liệu mở về EF

ận

Lu

mà có thể tiếp cận để sử dụng. Tuy nhiên, việc sử dụng EF của nƣớc khác (ví dụ nhƣ
Mỹ, AP-42) vào nƣớc ta để thực hiện kiểm kê phát thải có thể gây ra sai số lớn do sự
khác nhau về trình độ phát triển, nhiên liệu sử dụng, thói quen điều khiển phƣơng
tiện... Trong bối cảnh đó, việc nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu về EF đặc trƣng cho
điều kiện Việt Nam là hết sức cần thiết.

án

tiế

n

Mặc dù vậy, ở Việt Nam, việc nghiên cứu xây dựng EF phù hợp với điều kiện

của nƣớc ta còn hạn chế, đặc biệt đối với nguồn động. Đến thời điểm hiện tại, các
nghiên cứu xây dựng EF cho nguồn động tại Việt Nam chủ yếu dựa trên việc mô

sĩ

Kĩ

t
uậ

th

phỏng phát thải của phƣơng tiện dựa trên các phần mềm mơ phỏng của nƣớc ngồi, do
đó các EF thu đƣợc chƣa phản ảnh đầy đủ đặc trƣng phát thải của Việt Nam. Hiện nay,
chỉ có một vài nghiên cứu xác định EF bằng kỹ thuật đo phát thải trong điều kiện có
kiểm sốt tại phịng thử nghiệm, theo chu trình lái đặc trƣng – đây là kỹ thuật đƣợc
đánh giá là lý tƣởng trong xây dựng CSEF đối với PTCGĐB – nhƣng kỹ thuật này mới
chỉ áp dụng cho xe máy và xe hạng nhẹ tại Hà Nội. Xuất phát từ thực tế đó, đề tài
“Nghiên cứu xác định đặc trưng phát thải của xe buýt tại Hà Nội” đã đƣợc thực hiện
nhằm góp phần vào việc nghiên cứu phát thải các chất ơ nhiễm khơng khí từ nguồn
động, tạo cơ sở khoa học cho công tác quản lý chất lƣợng khơng khí ở Việt Nam.
2. Mục tiêu nghiên cứu
-

Xây dựng chu trình lái đặc trƣng cho xe buýt tại Hà Nội.

-

Xác định hệ số phát thải đặc trƣng của xe buýt tại Hà Nội dựa trên chu trình lái
đã đƣợc xây dựng.

2


-

Góp phần tạo cơ sở khoa học cho cơng tác quản lý chất lƣợng khơng khí ở Việt
Nam.

3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
-

Đối tƣợng nghiên cứu của luận án là xe buýt tại Hà Nội, nghiên cứu thí điểm
đối với loại xe có sức chứa 80 chỗ, chủng loại Daewoo BC212. Đây là chủng
loại xe chiếm tỷ lệ lớn thứ 2, chỉ sau chủng loại xe Daewoo S090DL, trong toàn
bộ hệ thống xe buýt Hà Nội. Nếu chỉ xét riêng trong dịng xe có sức chứa 80
chỗ, số lƣợng xe thuộc chủng loại xe Daewoo BC212 chiếm tới 41%.

-

Động cơ đƣợc sử dụng để đo phát thải là động cơ diesel D1146TI. Đây là 1
trong 9 loại động cơ hiện đang đƣợc sử dụng trên dòng xe buýt của hãng
Deawoo, hãng xe mà có số lƣợng xe chiếm tới 64% trong tổng số xe của hệ
thống buýt tại Hà Nội.

Lu

-

Phạm vi nghiên cứu giới hạn đối với hoạt động của hệ thống xe buýt trong khu

ận

án

vực nội thành Hà Nội, trên loại động cơ diesel D1146TI với công suất cực đại
150kW.

tiế

4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

n

Lần đầu tiên ở Việt Nam, đã xây dựng đƣợc các chu trình lái và chu trình thử đặc
trƣng cho xe hạng nặng (Heavy duty vehicle, HDV) dựa trên dữ liệu lái ngoài thực tế
để đáp ứng mục tiêu xây dựng bộ hệ số phát thải đặc trƣng cho HDV (xe buýt) dựa

sĩ

Kĩ

t
uậ

th

trên phƣơng pháp đo phát thải trong điều kiện có kiểm sốt tại phịng thí nghiệm. Qua
đó, nghiên cứu đã góp phần khẳng định tầm quan trọng của chu trình lái trong việc xây
dựng hệ số phát thải đặc trƣng đối với các phƣơng tiện cơ giới đƣờng bộ. Phƣơng pháp

luận xây dựng chu trình lái dựa trên dữ liệu GPS cũng đã đƣợc bổ sung, hoàn thiện
hơn trong nghiên cứu này.
Ngoài ra, luận án đã khẳng định, khi xây dựng chu trình lái đặc trƣng, việc lựa
chọn các thơng số đặc trƣng của chu trình lái cần đƣợc thực hiện trên chính bộ dữ liệu
mà sẽ đƣợc sử dụng để xây dựng chu trình lái, thay vì lựa chọn một cách ngẫu nhiên
hoặc dựa trên kinh nghiệm của các nghiên cứu trƣớc - điều mà hầu hết các nghiên cứu
xây dựng chu trình lái hiện nay đang thực hiện.
Dựa trên các chu trình thử đã đƣợc xây dựng, luận án đã xác định đƣợc bộ hệ số
phát thải đặc trƣng cho xe buýt tại Hà Nội. Đây là bộ hệ số phát thải xác định bằng
thực nghiệm, đặc trƣng cho xe buýt, lần đầu tiên đƣợc công bố tại Việt Nam. Các kết
quả này có thể đƣợc áp dụng trong các nghiên cứu kiểm kê phát thải để đạt đƣợc kết
quả kiểm kê phát thải ở mức cao hơn (Tier 2) theo hƣớng dẫn của Ủy ban Liên chính
3


phủ về biến đổi khí hậu; hoặc sử dụng trong các nghiên cứu đánh giá hiệu quả về mặt
kinh tế - năng lƣợng cho những cải tiến trên động cơ. Kết quả thu đƣợc có ý nghĩa
thực tiễn cao, giúp các nhà quản lý có những quyết định tốt hơn trong việc ứng dụng
các giải pháp để bảo vệ môi trƣờng đối với hoạt động của hệ thống xe buýt tại Hà Nội.
5. Các đóng góp mới của luận án
 Về phƣơng pháp
 Đã có một số đóng góp cho phƣơng pháp xây dựng chu trình lái nhƣ sau:
- Kiểm định tính dừng của dữ liệu chuỗi thời gian (vận tốc tức thời theo thời
gian) trƣớc khi sử dụng trong xây dựng chu trình lái. Sự kiểm định này là cần
thiết để đảm bảo giá trị trung bình và phƣơng sai của chuỗi không đổi theo

Lu

thời gian. Việc kiểm định này chƣa đƣợc thực hiện trong bất kỳ nghiên cứu
nào đã đƣợc công bố trƣớc đây.

ận

- Xử lý các sai số trong dữ liệu GPS bằng một công cụ mới chƣa đƣợc ứng

án

dụng trong các nghiên cứu xử lý dữ liệu vận tốc tức thời theo thời gian, đó là
thuật toán ƣớc lƣợng dữ liệu thiếu của Ivan Selesnick. Theo đó, các điểm dữ
liệu đƣợc nhận định là có chứa sai số ngẫu nghiên đã đƣợc xóa bỏ để tạo
khoảng trống, sau đó dùng thuật tốn ƣớc lƣợng dữ liệu thiếu của Ivan
Selesnick thay vì sử dụng phƣơng pháp nội suy spline nhƣ trong các nghiên
cứu về xử lý dữ liệu GPS đã công bố trƣớc đây.

n

tiế

sĩ

Kĩ

t
uậ

th

 Lần đầu tại Việt Nam, đã nghiên cứu và áp dụng chuỗi Markov để xây dựng
đƣợc chu trình lái đặc trƣng cho xe buýt.
 Lần đầu tiên tại Việt Nam, hệ số phát thải các chất ơ nhiễm khơng khí phản

ánh điều kiện thực tế của xe buýt đã đƣợc nghiên cứu xác định bằng thực
nghiệm dựa trên chu trình thử đặc trƣng.
 Về kết quả cụ thể
 Lần đầu tiên, chu trình lái đặc trƣng cho xe buýt đƣợc xây dựng.
 Các chu trình thử đối với động cơ xe hạng nặng, bao gồm chu trình thử dạng
chuyển tiếp và chu trình thử tĩnh, đã đƣợc phát triển dựa trên đặc trƣng lái
của xe buýt tại Hà Nội.
 Bộ hệ số phát thải các chất ơ nhiễm khơng khí (CO, PM, NOx, HC, CO2) cho
xe buýt tại Hà Nội, bao gồm cả 3 dạng hệ số phát thải (g/kWh, g/kg-nhiên
liệu, và g/km).
4


 Mơ hình tốn mơ tả tƣơng quan giữa tốc độ phát thải và công suất động cơ.
6. Các nội dung chính trong luận án
Các nội dung chính trong luận án nhƣ sau:
- Thu thập và xử lý dữ liệu lái ngoài thực tế của hệ thống xe buýt tại Hà Nội;
- Kiểm định tính dừng của chuỗi dữ liệu thời gian (vận tốc tức thời theo thời
gian);
- Trích chọn các thơng số đặc trƣng của chu trình lái
- Xây dựng chu trình lái đặc trƣng của hệ thống xe buýt tại Hà Nội dựa trên lý
thuyết chuỗi Markov;
- Xây dựng chu trình thử dạng chuyển tiếp, chu trình thử tĩnh đối với động cơ

Lu

diesel sử dụng trên xe buýt;

ận

- Thực nghiệm đo phát thải trên động cơ;

án

- Xử lý kết quả thử nghiệm và báo cáo kết quả.
Bố cục của bản thuyết minh luận án nhƣ sau:

n

tiế

Mở đầu
Tổng quan

Chƣơng 2:

Phƣơng pháp nghiên cứu

Chƣơng 3:

Kết quả và thảo luận

sĩ

Chƣơng 1:

Kĩ
t
uậ

th

Kết luận và kiến nghị

5


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Ơ nhiễm khơng khí từ hoạt động của phƣơng tiện cơ giới
đƣờng bộ
1.1.1. Các dạng phát thải từ hoạt động của phƣơng tiện cơ giới đƣờng
bộ
Phần lớn đối với các PTCGĐB hiện nay, năng lƣợng để chúng chuyển động đƣợc
là do đốt cháy nhiên liệu trong động cơ đốt trong. Do vậy, ô nhiễm từ PTCGĐB chủ
yếu là do các sản phẩm của quá trình đốt cháy nhiên liệu trong động cơ, gọi là khí xả
(exhaust), hoặc do nhiên liệu tự bay hơi. Ngồi ra, cịn có sự phát thải bụi do q trình
ma sát.

ận

Lu

Phát thải do quá trình bay hơi
(HC, VOC)
Tổn thất trong quá trình nạp liệu
(HC, VOC)

án
n

tiế

Sự mài mòn của
lốp, phanh và
khớp li hợp
(PM)

sĩ

-

Kĩ

Bụi đƣờng: do mài mòn mặt đƣờng
hoặc do bụi lắng đọng trên mặt đƣờng
(PM)
(CO, CO2, PM, SO2, NOx, HC)

Khí xả
(CO, CO2, PM,
SO2, NOx, HC)

th

Hình 1.1. Minh họa các dạng phát thải từ hoạt động của phương tiện vận tải

t
uậ

Chi tiết về các dạng phát thải từ hoạt động của PTCGĐB nhƣ sau [9, 10]:

 Khí xả (exhaust):

- Khí xả khi xe đang chạy (Running exhaust): Khí thốt ra từ ống xả khi xe
đang chạy trên đƣờng.
- Khí xả khi xe ở chế độ khơng tải của động cơ (Idle exhaust): Khí thốt ra từ
ống xả khi xe nổ máy nhƣng khơng chuyển động.
- Khí xả khi xe khởi động (Starting exhaust): Khí thốt ra từ ống xả khi khởi
động xe.
 Bay hơi nhiên liệu (Fuel evaporation):
- Sự bay hơi nhiên liệu trong ngày (Diurnal emissions): Xảy ra khi nhiệt độ
môi trƣờng đủ lớn để làm bay hơi nhiên liệu, sự phát thải này có thể xảy ra
liên tục trong ngày, tùy thuộc vào nhiệt độ môi trƣờng.
6


- Bay hơi do rò rỉ (Resting loss): do hiện tƣợng thấm qua cao su và các plastic.
- Bay hơi do động cơ nóng khi dừng, đỗ (Hot soak): xảy ra sau khi xe dừng
hoặc kết thúc cuộc hành trình (ngay sau khi tắt động cơ), khi đó nhiên liệu
vẫn cịn nóng.
- Bay hơi trong khi chạy (Running losses): xảy ra khi hơi nhiên liệu nóng thốt
ra từ hệ thống nhiên liệu hoặc bầu lọc than hoạt tính trong khi xe đang hoạt
động.
- Bay hơi trong quá trình nạp liệu (Refueling losses).
 Dạng phát thải khác:
- Sự phát thải bụi do sự mài mòn của lốp (Tire wear).
- Sự phát thải bụi do sự mài mịn của phanh (Brake wear).

ận

Lu

Ngồi ra, hoạt động của các PTCGĐB còn gây ra các dạng ô nhiễm khác nhƣ ô
nhiễm nhiệt và tiếng ồn.

án

Trong số các chất ơ nhiễm tạo ra trong q trình hoạt động của PTCGĐB, một số
chất đƣợc quy định về nồng độ giới hạn trong khí xả động cơ nhƣ CO, CO2, HC, NOx
và PM. Các chất này thƣờng đƣợc gọi là chất ô nhiễm thông thường. Một số chất khác
không đƣợc quy định trong các điều luật liên quan đến khí xả động cơ nhƣ NH3, SO2,
benzen, PAHs, POPs...Các chất này đƣợc gọi là chất ô nhiễm đặc trưng. Các nhà
chuyên môn rất quan tâm đến các chất ô nhiễm đặc trƣng khi họ cần nghiên cứu để

n

tiế

sĩ

Kĩ

hiểu sâu về hiện tƣợng và nguyên nhân ô nhiễm [11].

th

t
uậ

1.1.2. Tác động của các chất ơ nhiễm khơng khí từ phƣơng tiện cơ giới
đƣờng bộ

PTCGĐB là ngun nhân chính gây ơ nhiễm khơng khí, ảnh hƣởng tới mơi
trƣờng và sức khỏe con ngƣời. PTCGĐB đã đƣợc xác định là nguồn quan trọng nhất
liên quan đến phát thải các chất ô nhiễm mà cần đƣợc quan tâm đặc biệt nhƣ NOx,
benzen và CO. Gần đây, phát thải PM từ PTCGĐB cũng đã thu hút nhiều sự quan tâm
của con ngƣời do các nghiên cứu dịch tễ học đã chỉ ra rằng PM có ảnh hƣởng rất
nghiêm trọng đối với sức khỏe con ngƣời, là mối đe dọa tiềm tàng lớn nhất đối với sức
khỏe con ngƣời. PM đƣợc phát thải trực tiếp từ hoạt động của phƣơng tiện, hoặc đƣợc
hình thành trong khí quyển (chất ơ nhiễm thứ cấp) từ các chất ô nhiễm sinh ra từ chính
hoạt động của các phƣơng tiện vận tải (PTVT) nhƣ NOx, SO2 và VOC. Ngoài ra, phản
ứng quang hóa giữa NOx và VOC cịn dẫn đến sự hình thành ozon trong tầng đối lƣu,
có ảnh hƣởng nghiêm trọng tới môi trƣờng và sức khỏe con ngƣời. Sự hình thành ozon
7


mặt đất có thể dẫn đến các đợt sƣơng mù trong mùa hè với nồng độ ozon cao nhƣ đã
xảy ra vào mùa hè năm 2003 trên các khu vực rộng lớn của châu Âu. Nồng độ ozon
mặt đất cao làm gia tăng bệnh về đƣờng hô hấp và tăng ca tử vong [12].
Hơn thế nữa, phát thải từ PTVT cịn làm gia tăng hiệu ứng nhà kính. Theo IPCC,
năm 2010 mức phải thải khí nhà kính liên quan trực tiếp đến hoạt động vận tải là 14%
(tƣơng đƣơng với khoảng 6,86 GtCO2eq), trong đó vận tải đƣờng bộ chiếm tỷ lệ lớn
nhất [3].
Tại Việt Nam, ơ nhiễm khơng khí đƣợc đánh giá là sức ép môi trƣờng lớn nhất
lên sức khỏe con ngƣời, thậm chí cịn nghiêm trọng hơn tai nạn giao thông [13]. Năm
2016, chỉ số AQI trung bình tại hai thành phố lớn của Việt Nam nhƣ Hà Nội và thành
phố Hồ Chí Minh đều ở mức cao, ví dụ AQI của Hà Nội là 123. Nhƣ vậy, chất lƣợng
khơng khí tại các thành phố lớn của Việt Nam thuộc nhóm chất lƣợng thấp, có ảnh

Lu

ận

hƣởng đến sức khỏe con ngƣời, đặc biệt đối với nhóm ngƣời nhạy cảm. Tại Hà Nội, do
số lƣợng PTCGĐB lớn (khoảng 485.955 xe ơtơ, trên 5,2 triệu xe máy; ngồi ra còn các
phƣơng tiện từ các tỉnh khác tham gia giao thơng); trong đó nhiều PTVT chất lƣợng
kém vẫn đang hoạt động nên ơ nhiễm khơng khí từ hoạt động GTVT đang có xu thế
gia tăng. Ngồi ra, do cơ sở hạ tầng giao thông đô thị chƣa đáp ứng đƣợc nhu cầu đi
lại, và ý thức tham gia giao thông của ngƣời dân chƣa cao đã làm cho tình trạng ùn tắc
giao thơng thƣờng xun xảy ra, ví dụ tại Hà Nội năm 2016 có tới 41 điểm ùn tắc.
Tình trạng ùn tắc giao thông đã gây ra sự lãng phí nhiên liệu và gia tăng phát thải các

án

n

tiế

sĩ

Kĩ

t
uậ

th

chất ơ nhiễm, gây ảnh hƣởng tới sức khỏe con ngƣời. Tỷ lệ các trạm quan trắc tại Hà
Nội mà có nồng độ các chất ô nhiễm nhƣ CO, SO2, NOx và benzen vƣợt quy chuẩn
Việt Nam lần lƣợt là 3%, 80%, 63% và 100% [14]. Đây là các chất đƣợc phát thải chủ
yếu từ hoạt động của các PTCGĐB nhƣ đã trình bày ở trên.
1.1.3. Lộ trình áp dụng tiêu chuẩn về khí xả đối với phƣơng tiện cơ giới

đƣờng bộ
Hiện nay trên thế giới chỉ có Mỹ, châu Âu và Nhật Bản là những nƣớc và liên
quốc gia xây dựng hệ thống tiêu chuẩn riêng, hoàn chỉnh, phù hợp với từng thời kỳ cụ
thể. Phần lớn các nƣớc còn lại đều nghiên cứu áp dụng một trong các hệ thống tiêu
chuẩn trên sau khi chuyển đổi sang tiêu chuẩn phù hợp với tình hình thực tế của mỗi
nƣớc. Việt Nam và nhiều nƣớc châu Á đều áp dụng tiêu chuẩn EURO vì nó đơn giản
và dễ áp dụng hơn.

8


Bảng 1.1. Giới hạn nồng độ các chất ô nhiễm trong khí xả PTCGĐB hạng
nặng theo tiêu chuẩn châu Âu (nguồn: [15])
Chất ơ nhiễm
CO

Chu trình thử
ESC
ETC
ESC
ETC

HC
NMHC
CH4
(động cơ dùng nhiên ETC
liệu khí)
ESC
NOx
ETC

ESC
PM
ETC

Euro 1
4,5
1,1

8,0
0,36

Đơn vị: g/kWh
Euro 4
Euro 5
1,5
1,5
4,0
4,0
0,46
0,46
0,55
0,55

Euro 2
4,0
Khơng
1,1
Khơng

Euro 3

2,1
5,4
0,66
0,78

Khơng

1,6

1,1

1,1

7,0
Khơng
0,15
Khơng

5,0
5,0
0,10
0,16

3,5
3,5
0,02
0,03

2,0
2,0

0,02
0,03

ận

Lu

Việt Nam bắt đầu áp dụng Euro II cho các phƣơng tiện cơ giới đƣờng bộ từ
1/7/2007. Hiện nay, tiêu chuẩn Euro II dần trở nên lạc hậu, khơng cịn đƣợc sử dụng ở
một số nƣớc. Do vậy, ngày 01/09/2011, Thủ tƣớng Chính phủ đã ban hành Quyết định
số 49/2011/QĐ-TTg về việc quy định lộ trình áp dụng tiêu chuẩn khí thải đối với xe
ôtô, xe môtô hai bánh sản xuất, lắp ráp và nhập khẩu mới, cụ thể:

án

tiế

n

 Các loại xe ôtô sản xuất, lắp ráp và nhập khẩu mới phải áp dụng:
- Tiêu chuẩn khí thải mức 4 (tƣơng đƣơng Euro IV) từ ngày 01/01/2017.
- Tiêu chuẩn khí thải mức 5 (tƣơng đƣơng Euro V) từ ngày 01/01/2022.

sĩ

Kĩ

t
uậ

th

 Các loại xe môtô hai bánh sản xuất, lắp ráp và nhập khẩu mới phải áp dụng tiêu
chuẩn khí thải mức 3 (tƣơng đƣơng Euro III) từ ngày 01/01/2017.
Riêng đối với ô tô chạy bằng diesel, sẽ áp dụng tiêu chuẩn Euro IV từ năm 2018
theo Thông báo số 126/TB-VPCP ngày 10/03/2017 của Thủ tƣớng Chính phủ.

1.2. Hệ số phát thải của phƣơng tiện cơ giới đƣờng bộ và phƣơng
pháp xác định
1.2.1. Khái niệm
Đặc trƣng phát thải từ mỗi nguồn thải đƣợc phản ánh qua EF [16]. Đối với
PTCGĐB, EF thể hiện lƣợng chất ơ nhiễm trung bình sinh ra khi xe tiêu hao một
lƣợng nhiên liệu nhất định (kg/kg nhiên liệu) hoặc khi xe di chuyển đƣợc một quãng
đƣờng nhất định (kg/km); cịn khi xe chạy ở chế độ khơng tải (nổ máy nhƣng xe vẫn
đứng yên – trạng thái không tải của động cơ) thì hệ số phát thải là lƣợng chất ô nhiễm
sinh ra trong một đơn vị thời gian (g/s). Đối với HDVs, hệ số phát thải còn đƣợc thể
9


hiện qua lƣợng chất ô nhiễm sinh ra trên một đơn vị công suất mà động cơ sinh ra
trong một giờ (g/kWh).
Hệ số phát thải bị chi phối bởi tất cả các yếu tố có ảnh hƣởng tới mức phát thải
phƣơng tiện (loại/chất lƣợng phƣơng tiện, loại/chất lƣợng nhiên liệu, các chế độ hoạt
động của phƣơng tiện,...). Như vậy, hệ số phát thải phản ánh đặc trưng phát thải của
nguồn thải.
1.2.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến hệ số phát thải
Một số yếu tố có ảnh hƣởng lớn tới EF từ hoạt động của các PTVT nhƣ sau:

 Nhiên liệu sử dụng
Mỗi loại động cơ ứng với một loại nhiên liệu mà nó sử dụng sẽ cho ra các hệ số

Lu

phát thải khác nhau. Chất lƣợng của mỗi loại nhiên liệu cũng ảnh hƣởng tới EF.

ận

Nhiên liệu xăng

Rất nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng có sự tƣơng quan giữa hàm lƣợng S và các

án

n

tiế

hợp chất vịng thơm với khí xả của phƣơng tiện. Goodfellow và cộng sự (1996);
McArragher và cộng sự (1999) đã chỉ ra rằng giảm hàm lƣợng S sẽ giảm đƣợc sự phát
thải CO, THC (hydrocacbon tổng), NOx; giảm hàm lƣợng các hợp chất vòng thơm
cũng làm giảm CO, THC nhƣng lại tăng NOx [17]. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng S và các
hợp chất vòng thơm trong xăng tới sự phát thải của động cơ xăng nhƣ Bảng 1.2.

sĩ

Kĩ

Chế độ
Chế độ
không tải

Chế độ ổn
định

Thay đổi trong các thành phần
nhiên liệu
Lƣu huỳnh
15050 ppm
Hợp chất
3020%vol
thơm
Lƣu huỳnh
300100 ppm
Hợp chất
3020%vol
thơm

t
uậ

th

Bảng 1.2. Ảnh hưởng của lưu huỳnh và các hợp chất vòng thơm tới sự phát thải
của động cơ xăng (nguồn: [17])
Bd

NE


NE
NE










NE










*



NE



NE



CO THC NOx

Bz

Tol

Fa

Ac

Chú thích:
Loại động cơ sử dụng: động cơ xe ôtô mới, 4 kỳ, có bộ xúc tác
Bz: benzen, Bd: 1,3 butađien, Tol: toluen, Fa: formaldehyt, Ac: acetaldehyt
 : tăng, : giảm, NE: tác động không rõ ràng (dao động dƣới 5%), -: dữ liệu không đƣợc đo đạc
*
tác động rõ rệt với khoảng tin cậy 95%.

Nhiên liệu diesel
Tổng hợp các tác động của chất lƣợng nhiên liệu diesel tới sự phát thải trong quá
trình đốt cháy loại nhiên liệu này nhƣ trong Bảng 1.3.
10


Bảng 1.3. Ảnh hưởng của đặc tính nhiên liệu tới sự phát thải của động cơ diesel
(nguồn: [18])
Giảm hàm lƣợng lƣu huỳnh
Tăng chỉ số xetan

Giảm tổng các hợp chất vòng thơm
Giảm các hợp chất đa vòng thơm
Giảm khối lƣợng riêng
Giảm T95
Tăng tác nhân oxi hóa*

HC
o
…oa
o




CO
o
…oa
o
o

NOx
o

PM
…b


c
c

o







o



o
…oa
…oa
o


ận

Lu

Chú giải:
*
- kết quả thử nghiệm sơ bộ, cần tiếp tục xác nhận lại trong các nghiên cứu trong tƣơng lai
a
- tác động khơng cịn xuất hiện trên các động cơ phát thải thấp
b
- tác động ít hơn khi quan sát với nhiên liệu có hàm lƣợng lƣu huỳnh thấp
c

- các hợp chất đa vòng thơm đƣợc kỳ vọng mang lại hiệu quả giảm phát thải tốt hơn các hợp chất thơm
đơn vòng
Quy ước:  - tác động mạnh;  - tác động nhẹ; - rất ít tác động; o – không ảnh hƣởng

án

Hàm lƣợng lƣu huỳnh trong nhiên liệu diesel có khả năng ảnh hƣởng tới khả
năng phát thải PM của động cơ diesel; khi hàm lƣợng lƣu huỳnh trong nhiên liệu cao,
khả năng phát thải PM tăng [18].

n

tiế

sĩ

Khối lƣợng riêng của nhiên liệu diesel cũng có khả năng tác động đến sự phát
thải của động cơ. Nếu tất cả các hệ số khác là giữ ngun thì nhiên liệu có khối lƣợng

Kĩ

riêng lớn hơn sẽ có khả năng tạo ra PM, NOx nhiều hơn và sự phát thải HC, CO lại có
khả năng giảm đi [18].

th

t
uậ

Thành phần của các hợp chất vòng thơm trong diesel cũng ảnh hƣởng tới sự phát

thải. Tăng tổng hàm lƣợng các hyđrocacbon vịng thơm có thể dẫn đến sự tăng phát
thải NOx; trong khi đó chỉ tăng hàm lƣợng của các hyđrocacbon đa vòng thơm sẽ tăng
phát thải HC, NOx và PM [18].

 Loại động cơ sử dụng
Theo phƣơng thức thực hiện chu trình cơng tác, động cơ đốt trong có thể phân
làm 2 loại: động cơ 2 kỳ và động cơ 4 kỳ. Động cơ 2 kỳ cổ điển có mức độ phát sinh
chất ơ nhiễm cao hơn động cơ 4 kỳ do quá trình tạo thành hỗn hợp khơng hồn thiện.
Hầu hết các loại xe lƣu thơng hiện nay đều sử dụng động cơ 4 kỳ.
Ngoài ra, động cơ đốt trong còn đƣợc phân loại theo loại nhiên liệu sử dụng, nhƣ
động cơ xăng, động cơ diesel,... Đối với động cơ xăng (loại động cơ đánh lửa cƣỡng
bức), nhiên liệu và khơng khí đƣợc nạp vào xi lanh và nén lại, rồi đƣợc đốt cháy bằng
11