Nghiên cứu Quy trình, thử ô nhiễm công nhận, phương tiện cơ giới đường bộ hạng nhẹ, tiêu chuẩn Châu Âu, đánh giá khả năng áp dụng, điều kiện Việt Nam - chương 2

CHƯƠNG 2
CÁC DẠNG THỬ NGHIỆM Ô NHIỄM CÔNG NHẬN KIỂU ĐỐI VỚI
ĐỘNG CƠ ĐÔT TRONG VÀ PHƯƠNG TIỆN CƠ GIỚI ĐƯỜNG BỘ
THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU
2.1. CÁC VẤN ĐỀ CHUNG
2.1.1. Chu trình thử xe và động cơ
Trong nhiều năm, những hãng sản xuất và nhiều tổ chức khác nhau đã
soạn thảo ra những chu trình thử xe và động cơ riêng của mình. Các quy trình
này cho phép phản ánh tương đối xác thực các điều kiện sử dụng (Chu trình
của Liên minh Châu Âu; FTP 72, FTP 75 của Mỹ; 10 chế độ, 13 chế độ của
Nhật Bản...).
Quy trình thử về thực chất là sự rút gọn của điều kiện vận hành trong
thực tế (bao gồm thời gian chạy không tải, gia tốc, tốc độ không đổi và giảm
tốc). Quy trình thử là tổng hợp của những giai đoạn này. Nồng độ các chất ô
nhiễm của từng giai đoạn đựoc nhân với hệ số tương ứng với điều kiện vận
hành thực tế trước khi lấy giá trị trung bình chung cho cả chu trình thử. Vì
những yếu tố trên nên khi xây dựng chu trình thử phải căn cứ vào tình trạng
giao thông và đặc điểm vận hành xe ở mỗi quốc gia. Việc kiểm tra xe theo
chu trình thử phải được thực hiện ở những cơ sở có đủ năng lực về thiết bị và
con người (bệ thử theo tiêu chuẩn; thiết bị lấy mẫu khí xả, thiết bị phân tích
khí xả có độ chính xác cao;...).
Khi chuyển động ở điều kiện thành phố với tốc độ chậm, hay phải dừng
và xuất phát thì các thông số cần quan tâm (tính kinh tế nhiên liệu và mức độ
độc hại khí xả) sẽ có sự khác biệt lớn khi xe chạy ở điều kiện yên tĩnh hơn,
với tốc độ cao hơn ở vùng ven thành phố hoặc trên xa lộ. Kết quả đo thực
nghiệm cho thấy các chất ô nhiễm do động cơ phát ra chủ yếu trong khi tăng,
21
giảm tốc độ và chế độ tải thấp. Do vậy, người ta thường dùng điều kiện vận
hành trong thành phố để làm cơ sở cho việc xây dựng các chu trình thử ô
nhiễm.
Thông thường, chu trình thử xe thường gồm nhiều giai đoạn tương ứng

với điều kiện vận hành xe trong thành phố (Urban Driving), trên quốc lộ
(Highway Driving) hoặc trên xa lộ (Freeway Driving). Tuy nhiên, do các chu
trình khác nhau nên kết quả thu được có sự khác biệt rất lớn và không thể so
sánh với nhau. Do vậy, mỗi chu trình thử luôn đi kèm với các chỉ tiêu ô nhiễm
tương ứng.
Hiện nay, chu trình thử của Mỹ, Liên minh Châu Âu và Nhật Bản được
sử dụng rộng rãi nhất. Đa số các quốc gia khác không có chu trình thử riêng
đều sử dụng quy trình thử của Mỹ hoặc của Liên minh Châu Âu, tuy nhiên
với nồng độ cho phép của các chất ô nhiễm thay đổi tuỳ theo điền kiện của
từng quốc gia.
Nói chung, các quốc gia Châu Mỹ đã và đang chấp nhận Chu trình thử
FTP-75 đối với phương tiện vận tải hạng nhẹ và chu trình chuển tiếp đối với
phương tiện hạng nặng, với mức ô nhiễm cho phép xấp xỉ mức của Tiêu
chuẩn Liên bang Mỹ. Các quốc gia đi theo hướng tiếp cận này là Ac-hen-ti-
na, Ca-na-da, Mê-hi-cô, Brazil và Chi-lê. một số quốc gia tuy xa hơn về mặt
địa lý nhưng cũng theo các thủ tục của Mỹ như Úc, New Zealand, Đài loan,
Hàn Quốc... Một số quốc gia khác như Israel, Saudi Arabia, và Ma-lay-si-a
đều tham khảo chu trình thử và tiêu chuẩn của liên minh Châu Âu. Chu trình
nhiều chế độ của Nhật Bnả được sử dụng ở một số quốc gia như Hồng Kông,
Sing-ga-po, Thái Lan tham khảo.
2.1.2. Phương pháp lấy mẫu khí
Phương pháp lấy mẫu khí là vấn đề rất quan trọng đối với quá trình thử
nghiệm ô nhiễm công nhận kiểu.
22
Phương pháp lấy mẫu khí thải theo phương pháp thể tích không đổi
CVS (Constant Volume Sampling) đã được thông qua tại Châu Âu vào năm
1982, cho đến nay nó đã trở thành quy trình lấy mẫu khí xả có hiệu lực trên
bình diện quốc tế. Với phương pháp này, khí xả được làm loãng với không
khí (đã được lọc sạch) nhằm duy trì mức lưu lượng tổng (khí xả + không khí)
là không đổi trong mọi điều kiện vận hành. Công việc này nhằm mô phỏng

điều kiện pha loãng của khí xả trong không khí bao quanh tại đầu ống xả. Một
hệ thống bơm đặc biệt được sử dụng để duy trì lưu lượng khí xả và không khí
pha loãng theo một tỷ lệ nhất định (lượng không khí pha loãng được điều
chỉnh tuỳ theo thể tích khí xả nhất thời của phương tiện). Trong quá trình thử,
một phần không đổi của hỗn hợp khí được trích và thu thập trong một số túi
chứa. ở cuối quá trình thử, hàm lượng các chất ô nhiễm trong túi chứa mẫu sẽ
tương ứng với hàm lượng trung bình của tổng lượng hỗn hợp (khí xả+không
khí pha loãng) đã được trích. Do thể tích tổng của hỗn hợp được giám sát nên
chúng ta có thể dùng hàm lượng các chất ô nhiễm (trong khí mẫu) làm cơ sở
tính toán khối lượng của các chất ô nhiễm phát thải từ phương tiện trong quá
trình thử. Ưu điểm của phương pháp này là tránh được sự ngưng tụ của hơi
nước có trong khí xả (do vậy tránh được hiện tượng giảm đáng kể lượng NO
x
trong khí mẫu). Ngoài ra, sự pha loãng còn ngăn chặn có hiệu quả hiện tượng
các hợp chất (nhất là các loại hydrocacbon) trong khí xả phản ứng với nhau.
Tuy nhiên, quá trình pha loãng làm cho hàm lượng các chất ô nhiễm trong khí
mẫu giảm với tỷ lệ tương ứng (so với khí xả của phương tiện thử). Do vậy,
cần phải sử dụng các thiết bị phân tích có độ nhạy cao hơn. Với động cơ
diesel, để tránh nguy cơ ngưng tụ của các sản phẩm hydrocacbon nặng, trong
túi chứa khí xả mẫu cần bố trí một đường ống sấy nóng (với nhiệt độ khoảng
190
o
C). Ngoài ra, chiều dài đường ống pha loãng cần đủ lớn trước khi lấy
mẫu để phân tích PM.
23
Đối với trường hợp thử nghiệm công nhận kiểu PTCGĐB hạng nặng và
các động cơ phi đường bộ (Off-road Application Engines), việc đo đạc chất ô
nhiễm trong khí xả thường được tiến hành trên bệ thử động cơ. Mẫu khí xả
được lấy trực tiếp từ hệ thống thải của động cơ và phân tích ngay mà không
qua quá trình pha loãng.

2.1.3. Đặc điểm của các dạng thử
Tuỳ theo kiểu PTCGĐB sẽ có các dạng thử ô nhiễm công nhận kiểu
khác nhau. Sự khác biệt giữa các dạng thử khác nhau sẽ được xem xét theo
các tiêu chí sau:
+ Phương tiện vận hành trên bệ thử khung gầm (Chassis Dynamometer)
kiểu con lăn; hoặc động cơ của phương tiện được vận hành trên bệ thử động
cơ (Engine Test_bed).
+ Phương pháp lấy mẫu khí thải: theo phương pháp thể tích không đổi
CVS (Constant Volume Sampling) hoặc lấy mẫu trực tiếp trên đường thải.
+ Kết quả đo được biểu diễn theo giá trị trung bình dạng [g/km] hoặc
theo dạng [g/kw.h]
Đối với hệ thống tiêu chuẩn của Châu Âu, khi thử nghiệm ô nhiễm
công nhận kiểu có 4 dạng thử sau (Hình 2.1):
+ Với PTCGĐB hạng nhẹ (Ligh-duty Passenger Cars)
+ Với động cơ hạng nặng.(Heavy-duty Engine)
+ Với các động cơ phi đường bộ (Off –road Application Engines)
+ Với xe máy (2 và 3 bánh) (Motor Cycles and Mopeds)
Nội dung của phần 2.2 sẽ giới thiệu sơ đồ bố trí phương tiện và thiết bị
phục vụ quá trình thử cũng như đặc điểm của từng dạng thử theo các tiêu chí
đã nêu trên.
24
Hình 2.1. Sơ đồ tổng quát các dạng thử nghiệm công nhận kiểu đối
với động cơ đốt trong và PTCGĐB theo tiêu chuẩn Châu Âu
25
Các dạng thử nghiệm công nhận kiểu đối với động cơ
đốt trong và PTCGĐB theo tiêu chuẩn Châu Âu
Động cơ
hạng nặng
(Heavy-
duty

Engines)
PTCGĐB
hạng nhẹ
(Light-duty
Vehicles)
Động cơ
phi ường
bộ
(Off-road
Appliaction
Engines)
Xe
máy
(Motor
Cycles +
Moped)
Thử
chuyển
tiếp
(ETC)
Thử
tĩnh
tại
(ESC)
Thử
chuyển
tiếp
(ETC)
Thử
tĩnh

tại
(ESC)
Kiểu thử I: Xác định mức ô nhiễm trung bình sau khởi động lạnh.
Kiểu thử II: Xác định hàm lượng CO ở chế độ không tải.
Kiểu thử III: Xác định mức ô nhiễm khí các te..
Kiểu thử IV: Xác định mức ô nhiễm do bay hơi của nhiên liệu
Kiểu thử V: Xác định độ bền thiết bị chống ô nhiễm.
Kiểu thử VI: Xác định mức ô nhiễm tại nhiệt độ thấp (-7
o
C)
Kiểu thử VII: Kiểm tra chức năng tự chuẩn đoán OBD
2.2. CÁC DẠNG THỬ NGHIỆM Ô NHIỄM CÔNG NHẬN KIỂU ĐỐI
VỚI ĐỘNG CƠ VÀ PTCG THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU
2.2.1. Với phương tiện cơ giới đường bộ hạng nhẹ
Sơ đồ bố trí phương tiện và thiết bị phục vụ việc thử nghiệm ô nhiễm
công nhận kiểu với các loại PTCGĐB hạng nhẹ (xe con chở khách, xe tải
hạng nhẹ) được thể hiện trên Hình 2.2.
1 -Đường ống pha loãng (dùng cho
phương tiện lắp động cơ diesel)
7 -Túi chứa khí mẫu môi trường (khí pha
loãng)
2 - Đường lấy mẫu khí thải với
phương tiện lắp động cơ xăng
8 -Túi chứa mẫu khí thải (động cơ xăng)
3 - Bầu lọc khí pha loãng 9 - Túi chứa mẫu khí thải (động cơ diesel)
4 - Ống lấy mẫu PM 10 - Đường dẫn khí từ các túi mẫu vào tủ
phân tích
5 - Hệ thống ống venturi + bơm 11 -Đường lấy mẫu H-FID vào tủ phân
phân tích
6 - Đường lấy khí pha loãng vào túi 12 - Tủ phân tích hàm lượng các chất ô

nhiễm trong khí thải (CBE II)
13 -Bệ thử khung gầm kiểu con lăn (Chassis Dynamometer)
Hình 2.2. Sơ đồ bố trí phương tiện và thiết bị khi thử nghiệm ô nhiễm
công nhận kiểu PTCGĐB hạng nhẹ, [5].
26
1 2 3 4 5 6
9 8 7
10
11
13
12
Phương tiện cần thử được vận hành trên bệ thử con lăn 13 nhằm mô
phỏng thực tế vận hành xe trên đường. Tổng hành trình vận hành của phương
tiện (dùng để xác định mức ô nhiễm trung bình) được tính toán dựa trên hai
thông số là đường kính và số vòng quay của con lăn 13.
Khí thải từ phương tiện được pha loãng với không khí môi trường bằng
hệ thống CVS (gồm hệ thống ống venturi 5 + bơm). Khí mẫu cần phân tích
(là hỗn hợp khí thải + khí pha loãng) sẽ được lưu trữ liên tục vào trong túi
chứa 8 (hoặc 9). Không khí môi trường dùng để pha loãng cũng được lấy mẫu
liên tục vào túi chứa 7 (để xác định hàm lượng nền của các chất ô nhiễm). Đối
với PTCGĐB hạng nhẹ lắp động cơ diesel, do đặc điểm của khí thải nên khí
mẫu sẽ được lấy liên tục trên đường giãn nở 1.
Cuối quá trình thử, hàm lượng trung bình các chất ô nhiễm sẽ được xác
định dựa trên hàm lượng các chất ô nhiễm trong túi chứa khí mẫu 8 (hoặc 9)
và túi chứa khí pha loãng 7. Do vậy, hàm lượng các chất ô nhiễm có trong khí
thải của phương tiện cần công nhận kiểu được tính theo g/km và mang tính
trung bình cho cả chu trình thử.
Tuỳ theo kiểu động cơ lắp trên phương tiện cần thử (Bảng 2.1), quá
trình thử ô nhiễm công nhận kiểu PTCGĐB hạng nhẹ sẽ áp dụng toàn bộ
(hoặc 1 phần) trong tổng số 7 kiểu thử như đã giới thiệu trên Hình 2.1.

27
Bảng 2.1. Các kiểu thử dùng trong quá trình thử ô nhiễm công nhận kiểu
PTCGĐB hạng nhẹ theo tiêu chuẩn Châu Âu (từ Euro 1 đến 4), [5].
Kiểu
thử
Tên đầy đủ
(mục đích)
Động cơ
Euro
1
Euro
2
Euro
3
Euro 4
I
Xác định mức ô nhiễm trung
bình sau khởi động lạnh.
Xăng
Có Có Có Có
Diesel
II
Xác định hàm lượng CO ở chế
độ không tải.
Xăng Có Có Có Có
Diesel Không Không Không Không
III
Xác định mức ô nhiễm khí các-
te

Xăng
Có Có Có Có
Diesel
Không Không Không Không
IV
Xác định mức ô nhiễm do bay
hơi của nhiên liệu
Xăng Có Có Có Có
CNG;LPG
Không Không Không Không
Diesel
V
Xác định độ bền thiết bị chống
ô nhiễm (sau 80.000 km)
Xăng
Có Có Có Có
Diesel
VI
Xác định mức ô nhiễm tại nhiệt
độ thấp (-7
o
C)
Xăng
Không Không
2002 Có
CNG;LPG
Không Không
Diesel
VII
Kiểm tra chức năng tự chuẩn

đoán- OBD
(OnBoard Diagnostic)
Xăng
Không Không Có Có
CNG;LPG Không Không
Diesel Lựa
chọn
Lựa
chọn
Đối với PTCGĐB hạng nhẹ có lắp bộ xử lý khí xả (BXLKX), sơ đồ bố
trí phương tiện và thiết bị phục vụ quá trình thử nghiệm công nhận kiểu được
thể hiện trên Hình 2.2. So với sơ đồ trên Hình 2.2, sự khác biệt lớn nhất là khí
thải được lấy mẫu cả trước và sau BXLKX (sử dụng 2 tủ phân tích 14). Ngoài
ra, quá trình tuần hoàn khí thải EGR cũng được kiểm soát.
28
1 -Bệ thử khung gầm kiểu con lăn
(Chassis Dynamometer)
9 - Túi chứa mẫu khí thải động cơ xăng
2 - Bộ xử lý khí xả (BXLKX) 10 - Túi chứa mẫu khí thải động cơ diesel
3 - Đường ống pha loãng cho
phương tiện lắp động cơ diesel
11 -Đường dẫn khí từ các túi mẫu vào tủ phân
tích
4 -Đường lấy mẫu khí thải với
phương tiện lắp động cơ xăng
12 -Đường lấy mẫu phục vụ việc phân tích hàm
lượng HC trong khí thải động cơ diesel theo
phương pháp i-ôn hoá ngọn lửa (FID)
5 -Đường lấy mẫu khí pha loãng
(không khí môi trường)

13 Đường lấy mẫu khí thải phía sau BXLKX
6 - Vị trí lấy mẫu PM 14 Tủ phân tích hàm lượng các chất ô nhiễm
trong khí thải
7 - Hệ thống ống venturi + bơm 15 Đường lấy mẫu khí xả tuần hoàn (EGR)
8 - Túi chứa khí mẫu môi trường
(khí pha loãng)
16 Đường lấy mẫu khí thải trước BXLKX
Hình 2.3. Sơ đồ bố trí phương tiện và thiết bị phục vụ quá trình thử
nghiệm PTCGĐB hạng nhẹ có lắp bộ xử lý khí xả, [5].
Bắt đầu từ Euro III (từ năm 2002), một số kiểu phương tiện lắp động cơ
xăng phải được thử nghiệm ô nhiễm (xác định hàm lượng HC và CO) tại nhiệt
độ môi trường thấp (khoảng -7
O
C). Sơ đồ bố trí phương tiện và thiết bị phục
29
1
2
8910
11
12
13
1516 14
3 4 5 6 7
1
2
3
4
567
8
9

10