Nghiên cứu Quy trình thử ô nhiễm công nhận kiểu phương tiện cơ giới đường bộ hạng nhẹ theo tiêu chuẩn Châu Âu và đánh giá khả năng áp dụng trong điều kiện Việt Nam - chương 1

1

LỜI NÓI ĐẦU
Chúng ta biết rằng, đối với các nước phát triển, quy trình thử và giới
hạn ơ nhiễm tương ứng kèm theo khi thử nghiệm công nhận kiểu phương tiện
cơ giới đường bộ (PTCGĐB) là công cụ quản lý hữu hiệu nhằm đạt được các
mục đích sau:
+ Cải thiện chất lượng khơng khí, nhất là tại các khu đơ thị có mật độ
PTCGĐB tham gia giao thơng lớn.
+ Kiểm soát nguồn phát thải từ PTCGĐB ngay từ giai đoạn thiết kế,
sản xuất. Đây là biện pháp có hiệu quả cao hơn rất nhiều so với việc kiểm tra
ô nhiễm các PTCGĐB đang lưu hành.
+ Bắt buộc các hãng sản xuất ơ tơ phải nhanh chóng áp dụng các cơng
nghệ tiên tiến nhằm cung cấp cho thị trường các PTCGĐB ít ô nhiễm hơn.
+ Tạo các rào cản hợp lý về mặt kỹ thuật nhằm bảo vệ sản xuất trong
nước trong xu hướng tồn cầu hố, tránh đầu tư các công nghệ lạc hậu.
+ Tạo hành lang pháp lý cần thiết cho sự cạnh tranh bình đẳng giữa các
hãng sản xuất PTCGĐB…
Ngày 10/10/2005, Thủ Tướng Chính Phủ đã ký quyết định số
249/2005/QĐ-TTg về việc Quy định Lộ trình áp dụng Tiêu chuẩn khí thải
đối với phương tiện cơ giới đường bộ. Theo đó, các loại PTCGĐB được sản
xuất, lắp ráp và nhập khẩu mới phải áp dụng các mức tiêu chuẩn khí thải theo
các Tiêu chuẩn Việt nam tương đương mức Euro 2 đối với từng loại xe kể từ
ngày 01/7/2007. Đối với xe cơ giới mà kiểu loại đã được chứng nhận, an tồn
kĩ thuật và bảo vệ mơi trường trước ngày 01/7/2007 nhưng chưa được sản
xuất, lắp ráp thì áp dụng các mức tiêu chuẩn khí thải theo các Tiêu chuẩn
Việt nam tương đương mức Euro 2 đối với từng loại xe kể từ ngày 01/7/2008.


2

Để chuẩn bị cho Lộ trình này, chúng ta cũng đã xây dựng được một 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 này đều dựa
trên nền tiêu chuẩn của Châu Âu và hệ thống tiêu chuẩn của ISO. Tuy nhiên,
điều đáng nói là các TCVN mới chỉ dừng lại ở mức đề cập các vấn đề chung
và sau đó viện dẫn đến các tiêu chuẩn nền tương ứng. Điều này gây nhiều khó
khăn cho người cán bộ kỹ thuật khi cần ứng dụng, tham khảo hoặc đối chiếu.
Chúng ta đã biết, Châu Âu là một trong các khu vực đi đầu trong cuộc
chiến chống lại ô nhiễm phát sinh từ PTCGĐB. Quy trình thử và tiêu chuẩn ơ
nhiễm của Châu Âu (đối với động cơ đốt trong và PTCGĐB) rất phức tạp và
đồ sộ, chứa đựng rất nhiều vấn đề có liên quan mật thiết đến chuyên ngành
Kỹ thuật Động cơ nhiệt.
Xuất phát từ những lý do trên, tôi chọn và thực hiện luận văn tốt
nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu Quy trình thử ơ nhiễm cơng nhận kiểu
phương tiện cơ giới đường bộ hạng nhẹ theo tiêu chuẩn Châu Âu và đánh
giá khả năng áp dụng trong điều kiện Việt Nam”. Nội dung luận văn được
trình bày trong 4 chương:
+ Chương 1. Động cơ đốt trong và vấn đề ơ nhiễm mơi trường:
trình bày ngắn gọn về q trình hình thành các chất ơ nhiễm trong khí thải
động cơ; tác động của khí thải động cơ tới con người và môi trường sinh thái;
+ Chương 2. Các dạng thử nghiệm nhiễm công nhận kiểu đối với
động cơ đốt trong và phương tiện cơ giới đường bộ theo tiêu chuẩn Châu
Âu: giới thiệu khái quát các dạng thử nghiệm (chu trình thử, sơ đồ bố trí
phương tiện và trang thiết bị thử nghiệm, phương pháp lấy mẫu khí, giới hạn
mức ô nhiễm …) tương ứng với các loại PTCGĐB khác nhau theo tiêu chuẩn
Châu Âu.


3

+ Chương 3. Quy trình thử nghiệm ơ nhiễm cơng nhận kiểu đối với

phương tiện cơ giới đường bộ hạng nhẹ theo tiêu chuẩn Châu Âu: tập
trung phân tích và trình bày các vấn đề kỹ thuật có liên quan đến việc thử
nghiệm ô nhiễm công nhận kiểu PTCGĐB hạng nhẹ (đây là quy trình phức
tạp nhất xét về góc độ kỹ thuật chuyên ngành) theo tiêu chuẩn Châu Âu.
+ Chương 4. Đánh giá khả năng áp dụng trong điều kiện Việt Nam:
đưa ra các ý kiến đánh giá có tính chất chủ quan về quy trình thử nghiệm ơ
nhiễm công nhận kiểu PTCGĐB hạng nhẹ theo tiêu chuẩn Châu Âu; những
khó khăn, thuận lợi khi áp dụng quy trình thử này trong điều kiện thực tế của
Việt Nam.
Với những kiến thực được trang bị trong quá trình học tập, bản thân em
đã chủ động và tích cực trong quá trình nghiên cứu và viết luận văn. Tuy
nhiên, do giới hạn về thời gian cộng với năng lực bản thân cịn hạn chế, luận
văn của em khơng tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong nhận được sự đóng
góp của các Thầy để luận văn của em mang tính khoa học và thực tiễn hơn.
Qua đây, em cũng xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành tới GVC-TS
Nguyễn Hồng Vũ cùng các Thầy trong Bộ môn Động cơ, Khoa Động Lực,
Học viện KTQS đã chỉ bảo nhiều ý kiến quý báu giúp em hồn thành luận văn
của mình. Một lần nữa xin gửi tới các Thầy lòng biết ơn sâu sắc nhất.
Hà Nội, Ngày 20 tháng 05 năm 2007
Học viên

Lê Hồng Hải


4

CHƯƠNG 1
ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG VÀ VẤN ĐỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG
1.1. CÁC VẤN ĐỀ CHUNG
Trong những năm gần đây, cùng với sự bùng nổ dân số, cơng nghiệp

hố tăng nhanh kéo theo việc sử dụng các PTCGĐB phục vụ cho nhu cầu vận
chuyển cũng như đi lại của con người tăng nhanh. Khi PTCGĐB hoạt động sẽ
các chất độc hại trong khí thải sẽ phát tán vào mơi trường và gây ô nhiễm.
Tại Việt Nam, sự bùng nổ PTCGĐB trong những năm gần đây đặc biệt
là tại các thành phố lớn như Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh…. đã làm cho
mơi trường khơng khí xung quanh ở những thành phố này bị ô nhiễm nghiêm
trọng, nhiều lúc đã vượt quá giới hạn tiêu chuẩn cho phép. Nguyên nhân
chính của hiện tượng này là do khí thải từ các PTCGĐB, nhất là khi có ùn tắc
giao thơng thì mức độ ơ nhiễm có thể tăng lên từ 3 đến 5 lần, [4].
Theo kết quả khảo sát của Ngân hàng Phát triển Châu Á (ADB) tiến
hành ở 2 thành phố lớn là Hà nội và thành phố Hồ Chí Minh cho thấy có 3
nguồn chính gây ơ nhiễm khơng khí, đó là: các khu cơng nghiệp, các khu dân
cư và PTCGĐB. Trong đó, PTCGĐB là ngun nhân chính làm tăng hàm
lượng các chất độc hại trong khơng khí, đặc biệt là tại các nút giao thơng có
mật độ PTCGĐB cao và hay ùn tắc giao thông (hàm lượng của các chất: CO,
SO2, NOx, Pb thường xuyên cao hơn mức cho phép). Kết quả đo hàm lượng
một số chất ô nhiễm ở một số nút giao thông quan trọng tại Hà Nội được trình
bày trong Bảng 1.1, [4].
Có thể nói, nguồn đóng góp chính vào ơ nhiễm mơi trường do hoạt
động giao thơng đơ thị tại Việt Nam là khí thải từ xe máy. Bởi vì, nếu tính
theo lượng tiêu thụ nhiên liệu trên cùng 1 quãng đường thì cứ 5 chiếc xe máy
tương đương một chiếc xe con hạng trung. Với số lượng xe máy đăng ký tại


5

Hà Nội là khoảng 1.500.000 chiếc, và tại thành phố Hồ Chí Minh khoảng
2.500.000 chiếc, thì lượng tiêu thụ nhiên liệu và lượng phát thải sẽ tương
đương với khoảng 300.000 ô tô con ở Hà Nội và 500.000 ô tô con tại thành
phố Hồ Chí Minh. Ngồi ra, hiệu quả đốt cháy nhiên liệu của xe máy kém

hơn nhiều so với ô tô nên, nếu so sánh con số này với số lượng ô tô đang lưu
hành tại Hà Nội (vào khoảng 75000 xe) và thành phố Hồ Chí Minh (khoảng
150.000 xe) thì sơ bộ ước tính, lượng phát thải từ xe máy lớn gấp 3 đến 5 lần
lượng phát thải từ ô tô.
Bảng 1.1. Mức độ ô nhiễm ở một số nút giao thông của Hà Nội
(đơn vị: mg/m3), (Thời gian đo: tháng 8 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
5
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 tại Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh sẽ tiếp
tục tăng nhanh, nhất là từ khi bãi bỏ quy định tạm ngừng và hạn chế đăng ký
mô tô - xe máy. Đây cũng là nguyên nhân chính gây ra ùn tắc giao thông
trong khi cơ sở hạ tầng giao thông tại các thành phố này không thể nâng cấp
kịp thời.
Tỷ lệ đóng góp đến ơ nhiễm khơng khí do các loại phương tiện khác


6

nhau gây ra tại Thành phố Hà Nội đươc trình bày trong Bảng 1.2.
Bảng 1.2. Tỷ lệ ô nhiễm không khí do các loại phương tiện khác

nhau gây ra tại địa bàn Hà Nội, [4].
Chất

Xe

Phương tiện

Phương tiện

ô nhiễm

máy

lắp động cơ xăng

lắp động cơ diesel

CO
HC
Pb
PM

54,5%
54,1%
54,5%
43%

45,2%
44,9%
45,5%

35,3%

0,3%
1%
22%

Ngoài ra, một điều cần quan tâm là có sự thay đổi lớn về tỷ lệ đóng góp
các chất ơ nhiễm vào tổng lượng thải chung giữa các loại phương tiện khác
nhau (Bảng 1.3).
Bảng 1.3. Tỷ lệ các chất ơ nhiễm
trong khí thải của các loại phương tiện khác nhau,[4].
Phương tiện
Xe máy
Ơ tơ con
Xe bt
Xe 3 bánh
Xe chở khách
Xe tải

Tỷ lệ đóng góp chất ơ nhiễm (%)
SO2
20
5
20
0
0
55

NOx
12

5
6
0
0
77

CO
70
19
0
0
3
8

CO2
44
12
8
0
1
35

HC
73
4
0
1
1
21

VOC
92
4
1
1
0
2

Nhìn chung, lượng chất độc hại thải ra môi trường tỷ lệ thuận với lượng
và loại nhiên liệu mà các PTCGĐB tiêu thụ. Theo số liệu thống kê từ Bộ
Thương Mại và Ngân hàng Phát triển Châu Á [4], lượng nhiên liệu dùng cho
lĩnh vực giao thông vận tải hàng năm tại Việt Nam là khá lớn (Bảng 1.4).
Bảng 1.4. Lượng nhiên liệu tiêu thụ
trong lĩnh vực giao thông vận tải tại Việt Nam, [4].
Năm
1994

Nhiên liệu xăng, (1000 tấn)
370

Nhiên liệu diesel, ( 1000 tấn)
530


7

1995
1996
1997
1998

1999
2000

668
677
779
845
900
980

493
600
686
741
800
864

Căn cứ vào lượng nhiên liệu các PTCGĐB tiêu thụ trong một năm và
dựa vào mức độ tăng trưởng kinh tế, các nhà nghiên cứu dự báo chất độc hại
do các PTCGĐB thải vào môi trường Việt Nam vào năm 2005 có thể lên đến
530.600 tấn, một con số khá lớn và rất đáng lo ngại (Bảng 1.5).
Bảng 1.5. Dự báo khối lượng chất ô nhiễm do phương tiện cơ giới
đường bộ thải vào môi trường Việt Nam năm 2005, [3].
TT
1
2
3
4
5
6

7

Chất ơ 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 của các chất ơ nhiễm của trong khí thải động cơ đốt
trong là đối tượng của nhiều nghiên cứu chuyên sâu và đã được đề cập trong
rất nhiều tài liệu khác nhau. Bảng 1.6 chỉ trình bày tóm tắt tác động đến sức
khoẻ con người và môi trường sinh thái của các chất ơ nhiễm thơng thường có
trong khí thải động cơ.
Bảng 1.6. Tác động đến sức khoẻ và môi trường của các chất ơ
nhiễm trong khí xả động cơ đốt trong, [3].
Chất ơ

Ành hưởng tới

Mưa

Sự phì

Ảnh

nhiễm

sức khỏe
Trực

Gián

axít

dưỡng

hưởng

Thay đổi khí hậu
Trực tiếp

Gián tiếp


8

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 tại các nước giải quyết tốt vấn để ô nhiễm môi trường do các
hoạt động giao thông vận tải cho thấy, muốn đạt được kết quả tối ưu phải sử
dụng tổng hợp các giải pháp sau:
+ Tăng cường mức độ nghiêm ngặt của các tiêu chuẩn khí thải: như đã
đề cập trong Lời nói đầu, đây là biện pháp mạnh và có thể đạt được nhiều
mục tiêu cùng lúc.Tất cả các nước phát triển đều rất chú trọng đến việc phát
triển Quy trình thử nghiệm ơ nhiễm cơng nhận kiểu PTCGĐB và các giới hạn
ô nhiễm tương ứng kèm theo.
+ Tăng cường công tác Kiểm tra và bảo dưỡng – I/M (Inspection and

Maintenance): đây là biện pháp khá hiệu quả nhằm để các phương tiện đang
lưu hành không bị gia tăng quá lớn về mức phát thải so với thiết kế ban đầu.
Thông qua công tác I/M cũng có khả năng phát hiện được những phương tiện
có sự gia tăng đột biến về mức phát thải và có biện pháp bảo dưỡng, điều
chỉnh phù hợp.
+ Sử dụng nhiên liệu sạch: Đây là biện pháp đã được một số quốc gia
phát triển áp dụng. Việc sử dụng nhiên liệu sạch có thể hiểu theo hai hướng:
tăng cường chất lượng (giảm hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu diesel,
không sử dụng phụ gia chì, tăng chỉ số ốc-tan, giảm áp suất hơi RVP của xăng
...) của nhiên liệu truyền thống (xăng, diesel); và hướng thứ hai là sử dụng các
loại nhiên liệu xanh (nhiên liệu thay thế) như : LPG, CNG, biofuel ...Tuy
nhiên, việc áp dụng các biện pháp này tại các nước đang phát triển sẽ gặp khó
khăn do giá thành nhiên liệu tăng cao, những sự thay đổi đối với động cơ và


9

hệ thống nhiên liệu khi sử dụng nhiên liệu thay thế; hệ thống cung cấp ...
+ Thực hiện tốt việc quy hoạch và quản lý nhu cầu giao thông: đây là
biện pháp dành cho các nhà quản lý đô thị, nhằm phát triển các biện pháp
đồng bộ khác như: hoàn thiện cơ sở hạ tầng giao thông, phát triển mạng lưới
giao thơng cơng cộng và khuyến khích người dân sử dụng các phương tiện
này, có chính sách phù hợp để khuyến khích sử dụng phương tiện sạch và
nhiên liệu sạch ....
1.2. Q TRÌNH HÌNH THÀNH CÁC CHẤT Ơ NHIỄM TRONG KHÍ
THẢI ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Từ những năm 1970, các điều luật liên quan đến khí xả động cơ thường
đề cập đến CO, HC, NOx và PM. Các chất này thường được gọi là chất ô
nhiễm thông thường. Từ những năm 1990, để hiểu biết sâu hơn về hiện
tượng và nguyên nhân ô nhiễm, các nhà chuyên môn quan tâm rất nhiều đến

các hợp chất đặc biệt có trong khí xả (Benzene, Formaldehyde, PAHs, ...) và
chúng thường được gọi là chất ô nhiễm đặc trưng.
1.2.1. Cơ chế hình thành CO
Các PTCGÐB là nguồn phát thải CO chủ yếu tại các khu đơ thị và các
nút giao thơng có mật độ phương tiện qua lại cao. CO là loại khí khơng mầu,
khơng mùi và không vị. Trong phản ứng dây chuyền khi hỗn hợp bị đốt cháy,
CO chỉ là một sản phẩm trung gian của q trình ơ-xy hố nhiên liệu
hydrocacbon để tạo thành sản phẩm cuối cùng CO2.
RH  R  RO2  RCO  CO

(1.1)

Trong đó R là gốc hydrocacbua
CO tạo ra sẽ bị ơ-xy hố với tốc độ chậm để tạo thành CO 2 theo phản
ứng sau đây:
CO + OH  CO2 + H

(1.2)


10

Tốc độ ơ xy hố phụ thuộc vào nồng độ ô-xy, nhiệt độ khí và thời gian
dành cho phản ứng. Yếu tố chính gây ra việc phát sinh CO là độ đậm đặc của
hỗn hợp nhiên liệu + khơng khí. Ví dụ, với nhiên liệu chứa 87% C (theo khối
lượng), mức CO trong khí xả sẽ là 1,6 ; 3,0 ; và 3,7 lần lượt tương ứng với tỷ
số tương đương  là 1,05; 1,10 và 1,15.
Theo nguyên lý, sự phát thải CO có thể bằng khơng khi cháy với hỗn
hợp nghèo nhiên liệu. Tuy nhiên, điều này khó đạt được trong thực tế do các
nguyên nhân sau: tỷ số A/F không đồng nhất trong xi lanh (hoặc giữa các xi

lanh) và sự ơ-xy hố một phần HC trong hệ thống thải.
Mức CO trong khí xả cũng phụ thuộc vào hàm lượng cacbon của nhiên
liệu, nhưng sự thay đổi thường rất nhỏ. Việc sử dụng nhiên liệu thay thế (Ê-te,
rượu cồn...) sẽ giảm sự phát thải CO do sự giảm nhẹ của tỷ số tương đương.
Trong động cơ đốt cháy cưỡng bức, hỗn hợp khơng khí nhiên liệu
thường là hỗn hợp giàu (nhất là chế độ toàn tải và khởi động), do đó q trình
cháy xảy ra khơng hồn tồn, nồng độ CO lớn. Lượng thải CO trong khí thải
của động cơ xăng đặc biệt cao ở chế độ không tải. Do vậy, không được để
động cơ chạy không tải trong khi ga-ra xe đang đóng kín.
Theo kết quả thực nghiệm, trong 2 phút làm việc đầu tiên (có tính đến
điều kiện khởi động nguội), lượng CO thải ra đã chiếm khoảng 80% lượng
thải cho phép của toàn bộ thời gian thử. Trị số này có thể thấp hơn nếu có thể
điều chỉnh một cách chính xác hơn tỷ số A/F khi khởi động nguội. Ngoài ra
để giảm lượng thải CO khi khởi động nguội cần đảm bảo tạo được hỗn hợp
đồng đều giữa các xi lanh động cơ. Ðiều này có thể đảm bảo khá tốt bằng
cách sử dụng hệ thống phun xăng điện tử.
Nhìn chung, động cơ diesel thải CO ít hơn so với động cơ xăng đối
chứng. Trong quá trình hoạt động, các xe tải hạng nhẹ lắp động cơ diesel thải
CO ở mức khoảng 2 g/dặm, trong khi các xe con lắp động cơ xăng (không sử


11

dụng điều khiển điện tử) thải ra khoảng 90 g/dặm. Rõ ràng, mức độ phát thải
CO rất thấp của động cơ diesel có thể góp phần đáng kể làm giảm hàm lượng
CO trong khơng khí xung quanh. Ðây là một ưu điểm đáng kể của động cơ
diesel đối với sức khỏe cộng đồng. Ðối với động cơ diesel, do luôn làm việc
với hỗn hợp nghèo ở tất cả các chế độ do vậy không xuất hiện vấn đề tăng
lượng thải CO khi khởi động nguội. Vì vậy hầu hết các loại ơ tơ có sử dụng
động cơ diesel có thể thoả mãn yêu cầu về lượng thải CO mà không cần sử

dụng thêm các thiết bị khác.
Các kết quả nghiên cứu cho thấy, khi tỷ số A/F trong hỗn hợp lớn hơn
16 thì lượng thải CO hầu như rất nhỏ, và thực tế hồn tồn có thể thoả mãn
định mức 2,2 g/km. Lượng thải CO sẽ tăng đột ngột khi ta tăng tỷ số tương
đương của hỗn hợp công tác. Việc thay đổi góc đánh lửa có ảnh hưởng khơng
đáng kể đến việc giảm lượng thải CO.
Ðối với các phương tiện có lượng thải CO cao hơn định mức cho phép,
cần có thêm thiết bị phụ để xử lý. Hiện nay người ta hay dùng phương pháp
ơ-xy hố có xúc tác để giảm lượng CO. Ðể ơ xy hố lượng CO trong khí thải
cần phải có lượng chất ơ xy hoá đủ lớn (> 2% O2), nhiệt độ khoảng 800 0C,
khí xả phải ở trong BXLKX khoảng 20-50 ms và được hồ trộn tốt.
1.2.2. Cơ chế hình thành HC
PTCGĐB là nguồn phát thải HC chính tại các khu đơ thị. HC tồn tại
trong khí xả động cơ dưới rất nhiều dạng khác nhau. Thuật ngữ
"Hydrocacbon chưa cháy" (Unburned Hydrocarbons) thường được sử dụng
để ám chỉ chất ô nhiễm HC trong khí xả, chúng có thể bao gồm:
+ Các hợp chất của nhiên liệu chưa bị thay đổi bởi quá trình cháy
+ Các sản phẩm là kết quả của các phản ứng phức tạp khác nhau giữa
các hydrocacbon trong nhiên liệu: phản ứng phân huỷ (Cranking), liên kết
(Bonding), hyđrơ hố, khử hyđrô...


12

Vì vậy quá trình đốt nhiên liệu lỏng (xăng hoặc diesel) sẽ hình thành
các hợp chất HC thể khí (Methane, Ethane, Ethylene, Acetylene,...) trong khí
thải động cơ. Các sản phẩm của q trình cháy khơng hồn tồn như Anđêhyt
(Aldehydes), Xeton (Ketones), rượu cồn (Alcohols) và các a-xit hữu cơ cũng
thường được gọi chung bằng thuật ngữ "Hydrocacbon chưa cháy".
Có nhiều nguồn phát thải HC chưa cháy trong động cơ (Hình 1-1):

+ Do hiện tượng ngọn lửa bị dập tắt ở gần thành buồng cháy. Trong
một thời gian dài, hiện tượng này đã bị coi là nguyên nhân chính (hoặc duy
nhất) gây phát thải HC chưa cháy. Tuy nhiên, hiện nay người ta đã chứng
minh được rằng nó chỉ có tác động nhẹ với các động cơ hiện đại.
+ Hỗn hợp chưa cháy trong quá trình nén đã chèn vào các vùng thể tích
chết (khe hở pít tơng, xéc măng, đệm nắp máy, lỗ bu-gi,...), tại đó ngọn lửa
khơng lan tới và lượng HC chưa cháy này sẽ thải ra ngoài.
+ Hơi HC của hỗn hợp chưa cháy bị màng dầu bôi trơn (trên thành
buồng cháy) hấp thụ trong kỳ nạp, nén và chúng sẽ được nhả ra trong kỳ giãn
nở, thải.
+ Do ngọn lửa yếu hoặc cháy cục bộ.
+ Do hơi HC lắng đọng trên thành buồng cháy
+ Do sự thay đổi hoá học của nhiên liệu, những thành phần này trốn
thốt được q trình cháy và trộn lẫn với khí xả. Phản ứng này xuất hiện cả
trong xi lanh và trong hệ thống xả.
Khe hë ren
cđa nÕn ®iƯn

Khe hë tại
đế xu páp xả

Hút bám vào (hoặc thoát ra từ)
lớp dầu bôi trơn
Ngọn lửa bị dập
tắt tại thành
buồng cháy

Khe hở đệm nắp máy

Lắng đọng trên thành

buồng cháy

Ngọn lửa bị dập tắt tại mặt
tiền của màng lửa
Khe hở xéc măng -pít t«ng,
pÝt t«ng-xi lanh


13

Hình 1.1. Các nguồn thải HC chưa cháy của động cơ xăng, [3]
Lượng HC chưa cháy từ các nguồn trên sẽ lẫn vào các sản phẩm cháy ở
cuối quá trình cháy và được thải ra ngoài buồng cháy. Trong đường ống thải
một phần lượng HC nói trên (khoảng 1040%) sẽ cháy tiếp và tạo ra CO,
CO2. Phần cịn lại thốt ra khỏi hệ thống thải và đó chính là lượng thải HC
của động cơ.
Với động cơ xăng: lượng HC thải ra môi trường phụ thuộc vào mức độ
đậm đặc của hỗn hợp, hỗn hợp càng giầu thì lượng thải HC chưa cháy càng
lớn. Ngồi ra, các thơng số nhiệt động, khí động và hình học cũng có tác động
đáng kể. Ðộng cơ xăng vận hành với hỗn hợp nghèo thường cải thiện được
hiệu suất nhiệt và giảm NOx, tuy nhiên dễ dẫn đến tăng lượng thải HC nếu sự
lan truyền màng lửa yếu hoặc khơng hồn tồn.
Với động cơ diesel: nhiên liệu chỉ được phun vào xi lanh ở cuối kỳ nén
nên thời gian nhiên liệu lưu lại trong buồng cháy ngắn hơn so với động cơ
xăng. Do vậy, thời gian để hình thành các hợp chất HC chưa cháy ngắn. Mặt
khác, do nhiên liệu diesel gồm các hợp chất hydrocacbon có điểm sơi khá cao,
phân tử lượng lớn nên cũng gây khó khăn nhất định cho q trình hình thành
HC chưa cháy. Ngồi ra, hệ số dự lượng khơng khí khá lớn, cho phép các sản
phẩn HC chưa cháy được đốt cháy tiếp trong quá trình giãn nở và thải. Kết
quả cuối cùng là hàm lượng HC chưa cháy trong khí xả diesel nhìn chung

thấp hơn nhiều so với động cơ xăng.


14

1.2.3. Cơ chế hình thành NOx
Theo thuật ngữ chun mơn, NOx được dùng để gọi chung tất cả các ơxít nitơ có trong khí xả động cơ. Về ngun tắc, NO x được hình thành trong
tất cả các quá trình cháy có khơng khí. Với các khu đơ thị lớn, hoạt động giao
thơng vận tải đóng góp khoảng một nửa lượng thải NO x vào khơng khí xung
quanh. NOx được quan tâm do những tác động của chúng đến sức khoẻ, sự
góp phần của chúng tới sự hình thành ơ-zơn và các chất ơ-xy quang hố trong
khí quyển.
Trong buồng cháy động cơ, NOx hình thành ở những vùng nghèo nhiên
liệu và có nhiệt độ cao. Mặc dù động cơ diesel thải ra ít NO x hơn so với động
cơ xăng, nhưng do tỷ lệ NOx trong khí thải diesel cao và hiệu quả xử lý chúng
sau khi cháy (bằng các bộ biến đổi xúc tác) rất hạn chế (do hỗn hợp cháy
lỗng, khí xả chứa nhiều O2). Trong khi với động cơ phun xăng, việc sử dụng
BXLKX 3 đường (kiểu xúc tác) có thể xử lý hơn 90% NO x trong khí xả. Do
vậy, NOx là mối quan tâm hàng đầu đối với các động cơ hiện đại làm việc với
hỗn hợp nghèo nói chung và động cơ diesel nói riêng.
NOx là hợp chất khí do N2 kết hợp với O2 ở điều kiện nhiệt độ cao (trên
11000C) tạo thành. NOx bao gồm 3 thành phần chính: Monoxít Nitơ (NO),
Dioxít Nitơ (NO2), Protoxít Nitơ (N2O). Trong đó NO chiếm khoảng 65-70%,
NO2 chiếm 25-30%.
NO là chất khí khơng màu, khơng mùi và khơng vị, khối lượng riêng
1,226 g/lít, nhiệt độ sơi là -151,70C. Có nhiều tác giả đưa ra các mơ hình khác
nhau về sự hình thành NO. Theo Zeidovitch, trong điều kiện hệ số dư lượng
khơng khí xấp xỉ bằng 1, mơ hình gồm 3 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 ra trong vùng giàu nhiên liệu, hai
phản ứng còn lại diễn ra mạnh trong khu vực đang phản ứng cũng như trong
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, dưới tác dụng của áp suất cao, bề dày màng
lửa không đáng kể và tồn tại trong thời gian ngắn. Do vậy, phần lớn NO hình
thành phía sau màng lửa. Tuy nhiên, chính phần nhỏ NO hình thành trong khu
vực phản ứng ơ-xy hố (trong màng lửa) mới có khả năng tạo ra những chất
còn lại trong họ NOx. Các hằng số phản ứng của mơ hình được liệt kê trong
Bảng 1.7.
Hàm lượng một số hợp chất điển hình trong khí xả động cơ đốt trong
được thể hiện trong Bảng 1.8, [3]
Bảng 1.8. Hàm lượng một số chất điển hình trong khí xả động cơ, [3 ].
Các chất trong 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, các chất khác;
[% thể tích]
Paticulates Matter (PM),
[mg/m3]
Nhiệt độ khí xả,

[0C]

Chế độ khơng tải
50  250
50  500
100  450
3,5
24
18
Cịn lại
 20
100  200

Chế độ tồn tải
600  2500
150
350  2000
12  16
11
2  20
Còn lại
 200
550  750

1.3. MỘT SỐ ĐIỂM MỐC QUAN TRỌNG TRONG QUÁ TRÌNH
KIỂM SỐT Ơ NHIỄM TỪ PTCGĐB.
Hiện nay, trên thế giới có nhiều hệ thống tiêu chuẩn về khí thải
PTCGĐB khác nhau. Tuy nhiên, 3 hệ thống điển hình nhất là của Mỹ, Liên

16

minh Châu Âu và Nhật Bản.
1.3.1. Đối với Liên bang Mỹ
Trên thực tế, Mỹ luôn là quốc gia đi đầu trong cuộc chiến chống lại ơ
nhiễm từ PTCGĐB (trong đó, bang California được biết là có điều luật ơ
nhiễm nghiêm ngặt nhất thế giới). Hầu hết các công nghệ mới được áp dụng
giảm thiểu ô nhiễm từ PTCGĐB đều xuất phát từ Mỹ. Ngồi ra, hệ thống tiêu
chuẩn ơ nhiễm của Mỹ ra đời sớm đời hơn và mức độ khắt khe cũng cao hơn
so với Châu Âu.
Đầu những năm 1950, các nhà chuyên môn bắt đầu quan tâm đến sự
liên quan giữa PTCGĐB với hiện tượng ô nhiễm không khí (hiện tượng khói
quang hố) tại bang California, Mỹ. Vào thời điểm này, các PTCGĐB mới
xuất xưởng có mức phát thải rất cao (13 gam HC/dặm; 3,6 gam NO x/dặm; 87
gam CO /dặm).Trước thực trạng này, chính quyền Liên bang đã ban hành
những tiêu chuẩn nhằm giảm nhanh mức độ ô nhiễm của PTCGĐB. Ngành
công nghiệp sản xuất ô tô cũng đã phải phát triển các công nghệ mới nhằm
kiểm sốt mức độ ơ nhiễm của PTCGĐB. Cho tới nay, tiêu chuẩn hiện hành
của Mỹ có mức độ nghiêm ngặt rất cao (hàm lượng cho phép đối với HC là
0,25 gam/dặm; NOx là 0,4 gam/dặm và CO là 3,4 gam/dặm; lượng nhiên liệu
bay hơi là 2 gam/ lần thử). Thành quả này là kết quả của hàng loạt cố gắng
trong một thời gian dài, thể hiện qua một số mốc quan trọng sau, [9]:
+ Năm 1964: Chính quyền Bang California u cầu phải có hệ thống
kiểm sốt ơ nhiễm tối thiểu trên các PTCGĐB, bắt đầu từ model năm 1966.
+ Năm 1966: Hệ thống kiểm sốt ơ nhiễm tối thiểu phải được lắp đặt
trên các dòng xe từ model năm 1968 và sau đó.
+ 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 ra từ ơ tô. Đến năm 1975, các PTCGĐB phải thoả
mãn giới hạn 0,41 gam/dặm đối với HC; 3,4 gam/dặm đối với CO; 0,4
gam/dặm đối với NOx (đến năm 1976). Điều luật này cũng yêu cầu EPA phải
xây dựng “Tiêu chuẩn quốc gia về chất lượng khơng khí xung quanh”, trong
đó liên quan đến 6 chất ơ nhiễm có mặt trong khí thải của PTCGĐB.
+ Năm 1971: Lần đầu tiên các PTCGĐB mới phải đáp ứng tiêu chuẩn
về lượng tổn thất nhiên liệu do bay hơi. Các hộp lọc (chứa than hoạt tính) bắt
đầu được lắp trên phương tiện để thu hồi hơi 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 các tiêu
chuẩn về NOx.
+ Năm 1974: Mỹ bắt đầu thực hiện việc giảm tiêu thụ nhiên liệu của
PTCGĐB bằng việc ban hành quy định của 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 đối với PTCGĐB (áp sụng cho tất cả các hãng sản xuất ô tô).
+Năm 1975: Lần đầu tiên Bộ xử lý khí thải kiểu chuyển đổi xúc tác
(Catalytic Converters) xuất hiện, đi kèm với chúng là xăng khơng chì nhằm
đáp ứng các tiêu chuẩn đối với HC và CO.
+ Năm 1981: Lần đầu tiên, các PTCGĐB đáp ứng tiêu chuẩn của Đạo
luật khơng khí sạch. Tại thời điểm này, bộ điều khiển động cơ -ECU, bộ xử lý
khí thải kiểu xúc tác 3 đường (3-way Catalytic Converters), cảm biến lambda
(ơ-xy) đã được tích hợp trên hầu hết các phương tiện mới.
+ Năm 1983: Chương trình Kiểm tra và Bảo dưỡng– I/M được triển
khai trên khắp 64 bang của Mỹ, bắt buộc các phương tiện chở khách phải định
kỳ kiểm tra nhằm xác định sự trục trặc của hệ thống kiểm sốt ơ nhiễm.
+ Năm 1985: EPA thơng qua tiêu chuẩn ô nhiễm nghiêm ngặt đối với

18

xe tải và xe buýt dùng động cơ diesel, sẽ có hiệu lực vào năm 1991 và 1994.
+ Năm 1989: lần đầu tiên, EPA xác định giới hạn tính bay hơi của
nhiên liệu, nhằm mục đích giảm tổn thất nhiên liệu do bay hơi.
+ Năm 1990: EPA áp đặt giới hạn nghiêm ngặt về hàm lượng lưu
huỳnh trong nhiên liệu diesel nhằm giúp các xe tải và xe buýt đáp ứng tiêu
chuẩn ơ nhiễm năm 1985 (có hiệu lực đầu những năm 1990). Đạo luật Khơng
khí sạch sửa đổi u cầu giảm hơn nữa lượng thải HC, CO, NO x và PM. Điều
luật sửa đổi cũng đưa vào một bộ chương trình hành động tồn diện nhằm
giảm ơ nhiễm từ PTCGĐB, bao gồm: hạ thấp mức giới hạn các chất ô nhiễm
trong khí thải; tăng cường mức độ nghiêm ngặt của chu trình thử nghiệm ơ
nhiễm; phát triển và mở rộng chương trình Kiểm tra và Bảo dưỡng; phát triển
cơng nghệ mới cho PTCGĐB; Chương trình nhiên liệu sạch; quản lý giao
thơng vận tải và có thể quy định giới hạn phát thải đối với các phương tiện phi
đường bộ (non-road vehicles).
+ Năm 1991: EPA hạ thấp giới hạn đối với HC và NO x theo quy định
của Đạo luật khơng khí sạch năm 1990. Những giới hạn mới này sẽ bắt đầu áp
dụng cho những PTCGĐB từ model năm 1994.
+ Năm 1992: Lần đầu tiên ban hành tiêu chuẩn giới hạn hàm lượng CO
(cacbon monoxide) ở nhiệt độ thấp (20oF). Các loại xăng pha (có chứa các
hợp chất ơ-xy hố) được sử dụng tại các thành phố có mức CO trong khơng
khí xung quanh cao.
+ Năm 1993: Giới hạn lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu diesel có hiệu
lực, nó cho phép sử dụng công nghệ xúc tác để giảm lượng PM trong khí thải
động cơ diesel.
+ Năm 1994: Bắt đầu thực hiện những tiêu chuẩn về phương tiện và
công nghệ sạch hơn theo yêu cầu của điều luật Không khí Sạch 1990.

1.3.2. Đối với Liên minh Châu Âu


19

Ở Châu Âu, vấn đề ô nhiễm môi trường do khí thải PTCGĐB được
quan tâm muộn hơn (chỉ thực sự được quan tâm từ năm 1990 trở lại đây), với
một số điểm mốc đáng chú ý là:
+ Năm 1992: Lần đầu tiên xây dựng 1 hệ thống tiêu chuẩn khí thải
thống nhất, còn gọi là tiêu chuẩn Euro I.
+ Năm 1996: Phát triển và áp dụng hệ thống tiêu chuẩn khí thải Euro II
với giới hạn cho phép của các chất ô nhiễm nghiêm ngặt hơn so với Euro I.
+ Năm 2000: Xây dựng và 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 hơn nữa các điều luật ô nhiễm, thông qua việc
ban hành hệ thống tiêu chuẩn khí thải Euro IV.
+ Năm 2008: dự kiến sẽ hoàn thành và áp dụng hệ thống tiêu chuẩn khí
thải Euro V .