Các yếu tố ảnh hưởng đến nồng độ các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ xăng

Tiểu luận môn học: Ô tô và ô nhiễm môi trường GVHD: GVC.ThS. Văn Thị Bông
Tiểu luận môn học: Ô TÔ VÀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG
Đề tài:
CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NỒNG ĐỘ CÁC CHẤT Ô NHIỄM
TRONG KHÍ XẢ ĐỘNG CƠ XĂNG
I. MỞ ĐẦU
Ô nhiễm khí thải từ các loại xe cơ giới là nguồn gây ô nhiễm môi trường không khí lớn nhất và
nguy hại nhất, đặt biệt ở khu vực đô thị. Hầu hết các chất ô nhiễm môi trường (CO, HC, NO
x
, SO
x
, Pb,
các loại bụi lơ lửng, bụi hạt...) đều được tạo thành do quá trình đốt cháy nhiên liệu trong động cơ xe
cơ giới.
Chính vì vậy, việc tìm hiểu các nguyên nhân gây ra các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ đốt
trong là việc làm quan trọng nhằm đưa ra các giải pháp thiết kế tối ưu để hạn chế nồng độ các chất ô
nhiễm.
Trong nội dung bài tiểu luận này, nhóm chúng em nghiên cứu các nhân tố cơ bản ảnh hưởng
đến nồng độ các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ xăng, các tiêu chuẩn về ô nhiễm đối với khí xả
động cơ xăng đang áp dụng tại Việt nam và một số nước trên thế giới. Cụ thể phân công nghiên cứu
như sau:
- Mai Hoàng Long: Nghiên cứu phần 2.6. Các tiêu chuẩn cho phép của các chất ô nhiễm khí xả
động cơ xăng, phần 3.5. Ảnh hưởng của nhiên liệu xăng đến mức độ
phát ô nhiễm của động cơ xăng và phần 3.8. Ảnh hưởng của việc giới
hạn tốc độ đến sự hình thành các chất ô nhiễm.
- Võ Ngọc Khoa: Nghiên cứu các phần còn lại của tiểu luận.
Quá trình nghiên cứu đã giúp chúng em hiểu rõ hơn về vấn đề ô nhiễm môi trường nói chung,
các nguyên nhân gây ra ô nhiễm cũng như các chỉ tiêu đánh giá đối với ô tô về ô nhiễm. Chúng em
rất cám ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của Cô GVC. ThS. Văn Thị Bông giúp chúng em hoàn thành tiểu
luận này. Chân thành cảm ơn quý bạn cùng lớp đã đóng góp nhiều ý kiến quí báu, kịp thời.
HVTH: Mai Hoàng Long – Võ Ngọc Khoa

Trang 1
Tiểu luận môn học: Ô tô và ô nhiễm môi trường GVHD: GVC.ThS. Văn Thị Bông
II. GIỚI THIỆU CÁC CHẤT Ô NHIỄM:
Môi trường có vai trò rất quan trọng đối với con người, nó tác động trực
tiếp đến môi trường sống và sinh họat của con người. Chính vì vậy mà chúng ta
cần phải có ý thức đối với môi trường. Có rất nhiều nguyên nhân gây ra ô
nhiễm môi trường trong đó ô nhiễm do xe cơ giói là một trong nhưng nguyên
nhân chính tác động trực tiếp đến môi trường.
Trong quá trình hô hấp con người ta hít thở không khi trong lành để tồn
tại và phát triển. Khí được xem là sạch khi các thành phần chủ yếu: N
2
=78,08%,
O
2
=20.95%, Argon (Ar)=0.9325%, CO
2
=0.03%, Neon (Ne)=18,2.10
-4
%,
He=5.2.10
-4
%, … Tuy nhiên khi các chất đó vượt quá giới hạn cho phép thì
không khí bị ô nhiễm gây nguy hiểm đến sức khỏe của con người. Các chất độc
hại trong khí thải ô tô. Các chất chủ yếu gây ra ô nhiễm môi trường phát ra từ
động cơ:
2.1. CO:
CO được tạo ra ở động cơ xăng và động cơ diesel do sự đốt cháy không
hoàn toàn các hidrocacbon trong điều khiện thiếu O
2
và ở nhiệt độ cao.

Phản ứng cháy CO xảy ra theo cơ chế như sau:
* Sự phát sinh mạch: H
2
O + CO = H
2
+CO
2
H
2
+ O
2
= 2HO
* Sự tiếp nối mạch: OH + CO = CO
2
+ H
* Sự phân nhánh mạch: H + O
2
= OH +O
O + H
2
= OH + H
* Sự đứt nhánh trên vách xi lanh: 2H + vách = H
2
* Sự đứt nhánh trong lòng xi lanh: CO + O = CO
2
Qua quá trình phản ứng ta thấy sự ô xy hóa phụ thuộc vào nồng độ của H
2
và OH. Vì vậy trong điều kiện sử dụng bình thường nồng độ CO sinh ra ở động
cơ xăng rất lớn.
CO rất dễ tác dụng với hồng cầu trong máu và trở thành hợp chất bền

vững. Do đó máu không có khả năng trao đổi oxy và con người sẽ bị chết do
toàn bộ huyết quản trong phổi bị tê liệt và chết ngạt. Ở điều kiện nồng độ CO
HVTH: Mai Hoàng Long – Võ Ngọc Khoa
Trang 2
Tiểu luận môn học: Ô tô và ô nhiễm môi trường GVHD: GVC.ThS. Văn Thị Bông
thấp cũng có thể gây nguy hiểm lâu dài đến sức khỏe của con người. Vì CO
nặng hơn không khí có xu hướng lắng xuống thấp. Theo số liệu thống cơ của
FEPA (năm 1992) tốc độ tăng nồng độ của CO là 3%/năm. Tại Việt Nam nồng
độ CO ở TP.HCM là cao nhất so với nồng độ CO trung bình của cả nước.
2.2. CO
2
:
CO
2
là sản phẩm cháy hoàn toàn của cacbon. Một phần CO
2
được hòa tan
trong nước đại dương và được các thực vật giữ lại trong quá trình quang hợp.
Hơn ½ lượng CO
2
tồn tại trong khí quyển và nồng độ CO
2
gia tăng mỗi năm
khoảng 0.4%. Chính nó là tác nhân gây ra nhiệt độ cuả trái đất nóng lên theo
hiệu ứng nhà kính làm thay đổi khí hậu và những thiên tai thảm họa.
2.3. HC:
Trong khí thải của động cơ có khoảng 200 loại HC khác nhau. Nguyên
nhân tạo nên HC trong khi thải là:
* HC sinh ra do phản ứng cháy không hoàn toàn, do hỗn hợp không đạt,
sự hòa trộn hỗn hợp hòa khí không phù hợp với điều khiện vận hành của động

cơ, xe cũ hệ thống nhiên liệu làm việc không chính xác.
* Ở gần thành buồng cháy nguồn lữa bị dập tắt làm cho quá trình cháy
diễn ra không hoàn toàn trong vùng này đã làm phát sinh HC trong quá trình
cháy.
* Những vùng mà hỗn hợp có quá giàu nhiên liệu nhưng lượng O
2
cung
cấp thiếu dẫn đến hiện tượng cháy không hoàn toàn.
Chất độc này khi hít vào gây tổn thương đường hô hấp, gây ung thư, rối
loạn thần kinh.
2.4. NO
x
:(NO, N
2
O, NO
2
)
Hình thành khi nhiệt độ của quá trình cháy cao, nhiệt độ khí thải lớn hơn
800
o
C. Đặc biệt đối với các ô tô có lắp bộ sử lí khí thải (Catalyst) để khử C
n
H
m
thì nhiệt độ của khí xả tăng lên hơn 800
o
C sẽ tạo điều kiện thuận lợi phát sinh
NO
x
. NO là chất không màu, không mùi, không vị được tạo ra do nitơ không khí

tác dụng với oxy ở nhiệt độ cao và hỗn hợp quá nghèo. NO không nguy hiểm
lắm tuy nhiên khi nó kết hợp với ôxi môi trường sẽ tạo thành NO
2,
đây là chất
HVTH: Mai Hoàng Long – Võ Ngọc Khoa
Trang 3
Tiểu luận mơn học: Ơ tơ và ơ nhiễm mơi trường GVHD: GVC.ThS. Văn Thị Bơng
khí màu nâu nhạt, mùi nồng, rất háo nước. Khi kết hợp với nước sẽ tạo ra acid
phá hội hoa màu và gây nên các bệnh về da, mắt, viêm đường hơ hấp…
2.5. SO
x
(SO
2
, SO
3
):
Là một chất háo nước dễ kết hợp với nước để tạo thành H
2
SO
4
. Đây là
loại acid gây ra tác hại mũi, và đi vào đường hơ hấp gây tổn thương phổi, ho sặc,
siễng, khó thể…
2s.6. Tiêu chuẩn cho phép của các chất ơ nhiễm khí xả động cơ xăng
* Áp dụng tại Việt nam:
- Tiêu chuẩn TCVN 6438-2001
Thành phần
gây
ơ nhiễm trong
khí thải

Phương tiện lắp động cơ xăng
Các loại ơtơ Mơ tơ, xe
máy
Mức
1
Mức
2
Mức 3 Mức 4 Mức 1 Mức 2 Mức 1Mức 2Mức 3
CO (%V) 6,5 6,0 4,5 3,5 4,5 4,5 - - -
HC (ppm V)
Đcơ 2 kỳ
Đcơ 4 kỳ
Đcơ đ.biệt
-
-
-
1.500
7.800
3.300
1.200
7.800
3.300
600
7.800
3.300
1.500
10.000
1.200
7.800
- - -

Độ khói
(%HSU)
- - - - - - 85 72 50
- Tiêu chuẩn ban hành năm 2005
Cục Đăng kiểm Việt nam đã đề xuất với Bộ giao thông vận tải trình
Thủ tướng Chính phủ ban hành Quyết đònh số 249/QĐ-TTg, ngày 10 tháng 10
năm 2005 về lộ trình áp dụng khí thải đối với phương tiện giao thông cơ giới
đường bộ. Trong đó, các mức tiêu chuẩn áp dụng đối với ôtô đang lưu hành
được qui đònh như bảng dưới.
* Lộ trình áp dụng: Từ ngày 1/7/2006: Áp dụng mức 1 cho các phương tiện
mang biển soát hoặc có đòa chỉ nơi thường trú của chủ phương tiện trong đăng
ký xe ôtô thuộc 05 thành phố: Hà nội, Tp.HCM, Hải Phòng, Đà Nẵng và Cần
HVTH: Mai Hồng Long – Võ Ngọc Khoa
Trang 4
Tiểu luận mơn học: Ơ tơ và ơ nhiễm mơi trường GVHD: GVC.ThS. Văn Thị Bơng
Thơ. Từ ngày 1/7/2008 : Áp dụng mức 1 cho tất cả các phương tiện vào kiểm
đònh trên phạm vi toàn quốc.
TT Thành phần khí thải Mức
1
Mức 2 Mức 3
1 CO (%) 4,5 3,5 3,0
2 HC(ppm)
• Động cơ 4 kỳ
• Động cơ 2 kỳ
• Động cơ đặc biệt
1200
7800
3300
800
7800

3300
600
7800
3300
3 Độ khói (%HSU) 72 60 50
4 Hệ số hấp thụ ánh sáng (m
-1
) 2,96 2,13 1,61
HVTH: Mai Hồng Long – Võ Ngọc Khoa
Trang 5
Tiểu luận môn học: Ô tô và ô nhiễm môi trường GVHD: GVC.ThS. Văn Thị Bông
Theo lộ trình, giai đoạn 2005-2008, nước ta sẽ xây dựng tiêu chuẩn chất
lượng khí thải xe hơi phù hợp với Euro I trong hệ thống tiêu chuẩn châu Âu.
Đây là một trong những hệ thống tiêu chuẩn tiên tiến nhất, được áp dụng rộng
rãi trên thế giới, gồm cả Trung Quốc và các nước Đông Nam Á.
Loại xe Tiêu chuẩn
Giới hạn
CO HC NO
x
xăng diesel xăng diesel xăng diesel
Xe Euro I 3.16 1.13
Euro II 2.20 1.00 0.50 0.90
Euro III 2.60 0.64 0.20 0.15 0.5
Euro IV 1.00 1.50 0.10 0.08 0.25
Xe
thương
mại
Euro
I
Loại 1 2.72 0.97 0.14

Loại 2 5.17 1.40 0.19
Loại 3 6.90 1.70 0.25
Euro
II
Loại 1 2.20 1.00 0.50 0.90
Loại 2 4.00 1.25 0.60 1.30
Loại 3 5.00 1.50 0.70 1.60
Euro
III
Loại 1 2.30 0.64 0.20 0.56 1.50 0.50
Loại 2 4.17 0.80 0.25 0.72 0.18 0.65
Loại 3 5.22 0.94 0.29 0.86 0.21 0.78
Euro
IV
Loại 1 1.00 0.50 0.10 0.30 0.08 0.25
Loại 2 1.81 0.63 0.13 0.69 0.10 0.33
Loại 3 2.27 0.40 0.15 0.46 0.11 0.39
(nguồn European union)
Loại 1: Xe có trọng lượng dưới 1305Kg
Loại 2: Xe có trọng lượng từ 1305Kg đến 1760kg
Loại 3: Xe có trọng lượng lớn hơn 1760Kg
HVTH: Mai Hoàng Long – Võ Ngọc Khoa
Trang 6
Tiểu luận môn học: Ô tô và ô nhiễm môi trường GVHD: GVC.ThS. Văn Thị Bông
* Các tiêu chuẩn châu Âu (Theo nguồn tài liệu European Union)
- Đối với xe khách dưới 6 chỗ
Chất ô nhiễm Đơn vị Euro 1 Euro 2
Xăng = diesel Xăng diesel
HC+NO
x

g/km 0.97 0.5 0.7
CO g/km 2.72 2.2 1.0
PM g/km 0.14 - 0.08
- Đối với xe khách trên 6 chỗ và xe tải dưới 3.5t
Loại 1: xe có trọng lượng dưới 1250Kg
Loại 2: xe có trọng lượng từ 1250kg đến 1700Kg
Loại 3: xe có trọng lượng trên 1700kg
Tiêu
chuẩn
Chất ô
nhiễm
Đơn vị Loại 1 Loại 2 Loại 3
Euro 1
HC+NO
x
g/km 0.97 1.4 1.7
CO g/km 2.72 5.17 6.9
PM g/km 0.14 0.19 0.25
Euro 2
HC+NO
x
g/km
Xăng Diesel Xăng diesel Xăng diesel
0.5 0.7 0.6 1.0 0.7 1.2
CO g/km 2.2 1.0 4.0 1.25 5.0 1.5
PM g/km - 0.08 - 0.14 - 0.2
- Đối với xe khách dưới 2.5t
Chất Đơn vị
Euro 3 Euro 4
Xăng,

LPG, NG
diesel
Xăng,
LPG, NG
diesel
HC g/km 0.20 - 0.10 -
NO
x
g/km 0.15 0.50 0.08 0.25
HC+NO
x
g/km - 0.56 - 0.30
CO g/km 2.3 0.64 1.0 0.50
PM g/km - 0.05 - 0.025
- Đối với xe khách có trọng lượng trên 2.5t và xe tải dưới 3.5t
Chất ô nhiễm (g/km)
HC NO
x
HC+NO
x
CO PM
Mức 1
Euro 3
Xăng 0.2 0.15 - 2.3 -
diesel - 0.50 0.56 0.64 0.05
HVTH: Mai Hoàng Long – Võ Ngọc Khoa
Trang 7
Tiểu luận môn học: Ô tô và ô nhiễm môi trường GVHD: GVC.ThS. Văn Thị Bông
Euro 4 Xăng 0.10 0.08 - 1.0 -
diesel - 0.25 0.30 0.50 0.025

Mức 2
Euro 3
Xăng 0.25 0.18 - 4.17 -
diesel - 0.65 0.72 0.80 0.07
Euro 4
Xăng 0.13 0.10 - 1.81 -
diesel - 0.33 0.39 0.63 0.04
Mức 3
Euro 3
Xăng 0.29 0.21 - 5.22 -
diesel - 0.78 0.86 0.95 0.10
Euro 4
Xăng 0.16 0.11 - 2.27 -
diesel - 0.39 0.46 0.74 0.06
III. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NỒNG ĐỘ CÁC CHẤT Ô NHIỄM
TRONG KHÍ XẢ ĐỘNG CƠ XĂNG:
3.1. KẾT CẤU ĐỘNG CƠ
Do đặc điểm của động cơ xăng hai kì nên sự hòa trộn nhiên liệu cũng như
sự nạp hỗn hợp hòa khí và thải sản phẩm cháy có nhiều vấn đề cần được quan
tâm.
Động cơ hai kì chỉ thực hiện hai hành trình nên khi piston của động cơ đi
từ điểm chết dưới lên điểm chết trên trong hành trình nén. Khi piston vừa đóng
kín cửa nạp nhưng của tải chưa đóng lại hoàn tòa đã làm một phần hỗn hơp
nhiên liệu thất thoát ra ngoài và chạy ra đường ống xả. Ống xả có nhiệt độ cao
và hỗn hợp nhiên liệu này bị bốc cháy và cháy không hoàn toàn tạo ra sản phẩm
cháy có chứa CH, CO gây ô nhiễm môi trường.
HVTH: Mai Hoàng Long – Võ Ngọc Khoa
Trang 8
Tiểu luận môn học: Ô tô và ô nhiễm môi trường GVHD: GVC.ThS. Văn Thị Bông
Hình 1. Nguyên lý kết cấu động cơ xăng hai thì

Đặc điểm bôi trơn một số chi tiết của động cơ xăng hai kì dùng một lượng
dầu bôi trơn pha chung với nhiên liệu. Do vậy mà trong quá trình cháy xảy ra
một phần dâu bôi trơn trong nhiên liệu cháy không hoàn toàn và sản phẩm của
quá trình cháy có nồng độ HC tăng.
Một trong các giải pháp làm giảm tổn thất nhiên liệu trong quá trình nạp
nhiên liệu là làm thay đổi sự phân bố đậm đặc của hỗn hợp nhiên liệu không khí
trong xi lanh sao cho hỗn hợp nghèo mới thoát ra ngoài đường thải. Như phun
nhiên liệu vào trong buồng cháy vào cuối quá trình nén khi cửa thải vừa đóng
lại. Tuy nhiên với giải pháp này người ta phải dùng một bơm do động cơ dẫn
động đã làm công suất động cơ bị mất đi bù vào lượng công để làm quay bơm
này. Mặt khác, thời gian nén của động cơ hai kì ngắn hơn động cơ bốn kì. Vì
vậy cần phải cung cấp một lượng phun nhiên liệu áp suất cao và thơi gian ngắn
đã làm phát sinh một lượng nhiên liệu bám trên vách xi lanh và thành buồng
cháy không được bốc hơi tốt nên quá trình cháy không hoàn toàn làm tăng nộng
HVTH: Mai Hoàng Long – Võ Ngọc Khoa
Trang 9
Tiểu luận môn học: Ô tô và ô nhiễm môi trường GVHD: GVC.ThS. Văn Thị Bông
độ HC trong khí xả. Một giải pháp tiết kiệm hơn phun nhiên liệu bằng không khí
với áp suất cao trích ra trong giai đoạn nén.
3.2. KẾT CẤU BUỒNG CHÁY
Khi hệ thống phun xăng đánh lửa đảm bảo thời điểm phun xăng, đánh lửa
và lượng nhiên liệu phun vào thích hợp nhưng quá trình cháy xảy ra còn phụ
thuộc vào kết cấu của buồng đốt. Buồng cháy có khả năng tạo xoáy lốc để hỗn
hợp chuyển động trong buồng cháy dạng chảy rối thì sẽ tăng sự đồng nhất của
hỗn hợp giúp cho quá trình cháy xảy ra hoàn thiện hơn. Tuy nhiên quá trình
chảy rối đến một giới hạn nhất định, nếu quá trình rối vượt quá giới hạn thì làm
quá nhiệt lan truyền trong buồng cháy và làm quá trình cháy diễn ra quá nhanh
động cơ sẽ bị gõ trong quá trình cháy.
Khi thiết kể đảm bảo sao cho khoảng cách chuyển động của màng lửa là
ngắn nhất. Đảm bảo quá trình cháy diễn ra nhanh giảm thời gian cháy xảy ra

trong buồng đốt và sẽ giảm nhiệt độ của quá trình cháy giúp hạn chế sự phát
sinh NO
x
.
3.3 HỆ THỐNG ĐIỀU KHSIỂN ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH
CHÁY KHÔNG HOÀN THIỆN:
3.3.1. HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU
Hệ thống cung cấp nhiên liệu có vai trò rất quan trọng ảnh hưởng trực tiếp
đến công suất động cơ và phát sinh ô nhiễm môi trường. Việc hòa trộn tỉ lệ
không khí /nhiên liệu thích hợp do nhiều tín hiệu liên quan cung cấp để đưa ra
điều khiển lượng phun nhiên liệu phù hợp theo điều khiện làm việc của động cơ.
Ngày nay hệ thống nhiên liệu luôn được phát triển và ngày càng hoàn thiện. Từ
hệ thống điều khiển nhiên liệu bằng chế hòa khí điều khiển bằng cơ khí sang
điều khiển phun nhiên liệu bằng điện tử đã đảm bảo được lượng phun nhiên liệu
và thời điểm phun chính xác theo điều kiện vận hành của ô tô đã góp phần đán
kể vào việc tăng công suất của động cơ và giảm thiêu ô nhiễm của môi trường.
* Mặc dù vậy nhưng vẫn có sự ô nhiễm được sinh ra do một số nguyên
nhân tác động làm ảnh hưởng đến sự chính xác trong điều khiển như: Sự hư
hỏng của cảm biến nhiệt độ nước làm mát, cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến
HVTH: Mai Hoàng Long – Võ Ngọc Khoa
Trang 10
Tiểu luận môn học: Ô tô và ô nhiễm môi trường GVHD: GVC.ThS. Văn Thị Bông
tốc độ động cơ, cảm biến nhiệt độ khí nạp… Các tín hiệu cảm biến này bị hư sẽ
ảnh hưởng đến tỉ lệ không khí /nhiên liệu. Ví dụ như khi cảm biến nhiệt độ nước
làm mát bị hư khi đó tín hiệu báo về bộ điều khiển (ECU) không chính xác và
ECU sẽ điều khiển tăng lượng nhiên liệu cung cấp vào động cơ để làm giàu hỗn
hợp nhiên liệu giúp động cơ dễ khỏi động khi nhiệt độ động cơ thấp. Khi đó hỗn
hợp nhiên liệu sẽ rất giàu và quá trình cháy xảy ra không hoàn toàn làm phát
sinh HC trong khí xả và gây ô nhiễm môi trường.
Hình 2. Van ISC điều khiên tăng lượng phun nhiên liệu khi nhiệt độ động

cơ thấp
Một trường hợp cũng rất thường xảy ra trong động cơ xăng làm phát sinh
nồng độ HC rất cao đó là kim phun bị nhỏ giọt (đang ở trạng thái đóng nhưng
kin phun bị nhỏ giọt mà không có sự điều khiển nào).
HVTH: Mai Hoàng Long – Võ Ngọc Khoa
Thấp 20
o
C Cao
Nhiệt độ nước làm mát
Khoảng
thời
gian
phun
(milli
giây)
Trang 11