Nghiên cứu giảm phát thải độc hại cho động cơ diesel xe tải nhẹ đang lưu hành

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 công bố trong các công trình nào
khác.

Hà Nội, tháng 9 năm 2020
Tập thể giáo viên hướng dẫn

GS.TS Phạm Minh Tuấn

Nghiên cứu sinh

PGS.TS Trần Quang Vinh

i

Nguyễn Mạnh Dũng


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Phòng Đào tạo,
Viện Cơ khí động lực, Bộ môn Động cơ đốt trong giúp đỡ tôi thực hiện luận án trong
thời gian học tập, nghiên cứu tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
Tôi xin chân thành cảm ơn GS.TS Phạm Minh Tuấn và PGS.TS Trần Quang Vinh
đã hướng dẫn tôi hết sức tận tình, chu đáo về mặt chuyên môn để tôi có thể thực hiện
và hoàn thành luận án.
Tôi xin cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, Ban chủ
nhiệm, các thầy cô trong Khoa Công nghệ Ôtô đã tạo điều kiện và động viên tôi trong
suốt quá trình nghiên cứu học tập.
Trong thời gian học tập, tôi đã có giai đoạn bị bệnh phải đi điều trị mất thời gian

khá dài, trong thời gian này tôi đã được sự động viên rất lớn từ gia đình và những
người thân. Qua đây tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè, những
người đã động viên khuyến khích tôi trong suốt thời gian tôi tham gia nghiên cứu và
thực hiện công trình này.
Nghiên cứu sinh

Nguyễn Mạnh Dũng

ii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN........................................................................................................ ii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU...................................................... vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................... ix
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .......................................................................... x
LỜI MỞ ĐẦU........................................................................................................ 1
i. Xuất xứ đề tài ...................................................................................................................... 1
ii. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................................ 2
iii. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................................ 2
iv. Phƣơng pháp nghiên cứu .................................................................................................... 2
v. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ............................................................................. 3
vi. Bố cục của luận án .............................................................................................................. 3

CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN ................................................................................... 5
1.1. Hiện trạng chất lƣợng không khí ...................................................................................... 5
1.1.1. Tiêu chí đánh giá chất lượng môi trường không khí ........................................................................... 5
1.1.2. Hiện trạng chất lượng không khí ......................................................................................................... 6

1.2. Tổng quan sự phát triển các phƣơng tiện giao thông ở Việt Nam ................................... 10

1.2.1. Sự phát triển các phương tiện giao thông ở Việt Nam ..................................................................... 10
1.2.2. Tiêu chuẩn phát thải từ động cơ diesel .............................................................................................. 12

1.2. Tình hình nghiên cứu giảm phát thải độc hại cho động cơ diesel trên thế giới và Việt Nam
16
1.2.1. Giảm phát thải NOx .......................................................................................................................... 18
1.2.2. Giảm phát thải hạt CO, HC và PM .................................................................................................... 20
1.2.3. Bộ lọc hạt (DPF) ............................................................................................................................... 22

1.3. Tổng hợp nghiên cứu giảm phát thải cho xe tải nhẹ sử dụng động cơ diesel trên thế giới
và Việt Nam .......................................................................................................................... 24
1.3.1.

Nghiên cứu giảm phát thải cho động cơ diesel trên thế giới ............................................. 24

1.3.2.

Nghiên cứu giảm phát thải cho động cơ diesel ở Việt Nam .............................................. 29

1.3.3. Tính cấp thiết của đề tài .................................................................................................................... 30
1.3.4. Cách tiếp cận vấn đề của đề tài ......................................................................................................... 31

1.4. Kết luận chƣơng 1 .......................................................................................................... 32

iii


CHƢƠNG 2. CƠ CHẾ HÌNH THÀNH CÁC CHẤT ĐỘC HẠI TRONG KHÍ
THẢI CỦA ĐỘNG CƠ VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG BỘ
XỬ LÝ KHÍ THẢI.................................................................................................... 33

2.1. Sự hình thành các chất độc hại trong khí thải động cơ....................................................... 33
2.1.1. Mônôxit cácbon (CO)................................................................................................................. 33
2.1.2. Hyđrô cácbon (HC)..................................................................................................................... 33
2.1.3. Ôxit nitơ (NOx).......................................................................................................................... 34
2.1.4. Phát thải dạng hạt (PM).............................................................................................................. 34

2.2. Cơ sở l thu ết t nh toán chu tr nh c ng tác của động cơ trên phần mềm AV

- Boost . 36

2.2.1. Giới thiệu chung......................................................................................................................... 36
2.2.2. Các phương trình cơ bản............................................................................................................. 36
2.2.3. Các mô hình điều kiện biên......................................................................................................... 39
2.2.3.1. Mô hình trao đổi nhiệt................................................................................................................ 39
2.2.3.2. Mô hình nạp thải......................................................................................................................... 42
2.2.3.3.

Mô hình cháy AVL-MCC........................................................................................... 43

2.3. Cơ sở lý thuyết mô phỏng quá trình hình thành phát thải của động cơ diesel..................47
2.3.1. Mô phỏng quá trình hình thành NOx........................................................................................... 47
2.3.2. Mô phỏng quá trình hình thành CO............................................................................................. 48
2.3.3. Mô phỏng quá trình hình thành soot............................................................................................ 48

2.4. Cơ sở lý thuyết mô phỏng giải pháp xử lý phát thải cho động cơ diesel............................50
2.4.1. Mô phỏng bộ xử lý xúc tác SCR................................................................................................. 50
2.4.2. Mô phỏng bộ xúc tác ô xy hóa DOC........................................................................................... 53
2.4.3. Mô phỏng bộ lọc chất thải hạt DPF............................................................................................. 54

Kết luận chƣơng 2......................................................................................................................... 60

CHƢƠNG 3. MÔ PHỎNG, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ XÚC TÁC DOC, DPF
VÀ SCR TRÊN ĐỘNG CƠ DIESE XE TẢI NHẸ............................................... 61
3.1. Xây dựng mô hình mô phỏng động cơ D4BB....................................................................... 61
3.1.1. Thông số kỹ thuật cơ bản xây dựng mô hình mô phỏng trên AVL - Boost...................................... 61
3.1.2. Mô hình mô phỏng động cơ D4BB................................................................................................ 62
3.1.3. Đánh giá độ chính xác của mô hình............................................................................................... 63
3.1.4. Xây dựng mô hình xử lý khí thải DOC-DPF-SCR.......................................................................... 66
3.1.5. Kết quả mô phỏng phát thải của động cơ khi sử dụng DOC, DPF và SCR..................................... 70

3.2. Thiết kế tổng thể bộ xúc tác DOC, DPF và SCR trên động cơ D4BB................................ 77
3.2.1. Sơ đồ bố trí hệ thống xử lý khí thải...................................................................................... 77

3.2.2. Xác định vị trí và phương pháp lắp đặt hệ thống xử lý khí thải......................78
iv


3.3. Thiết kế chế tạo bộ xúc tác DOC, DPF và SCR................................................................... 79
3.3.1. Thiết kế, chế tạo vỏ bọc cho bộ xử lý xúc tác................................................................................. 79
3.3.2. Tính toán, thiết kế hệ thống phun urê............................................................................................. 83

3.4 Kết luận chƣơng 3................................................................................................................... 93

CHƢƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM BỘ XÚC TÁC DOC, DPF VÀ SCR
DÙNG CHO ĐỘNG CƠ DIESE XE TẢI NHẸ D4BB......................................... 95
4.1. Mục đ ch thử nghiệm.............................................................................................................. 95
4.2. Thiết bị thử nghiệm................................................................................................................ 95
4.2.1. Băng thử động lực học................................................................................................................... 96
4.2.2. Thiết bị phân tích khí thải FTIR................................................................................................... 100
4.2.3. Thiết bị đo độ khói Smoke Meter AVL 451S................................................................................ 101

4.2.4. Động cơ thử nghiệm.................................................................................................................... 102

4.3. Điều kiện thử nghiệm........................................................................................................... 102
4.4. Bố tr , phƣơng pháp và chƣơng tr nh thử nghiệm............................................................ 103
4.4.1. Bố trí lắp đặt và hiệu chỉnh động cơ trên băng thử....................................................................... 103
4.4.2. Phương pháp và chương trình thử nghiệm.................................................................................... 103

4.5. Kết quả thử nghiệm và thảo luận........................................................................................ 104
4.5.1. Đặc tính vòi phun urê.................................................................................................................. 104
4.5.2. Đặc tính nhiệt độ khí thải khi đi qua các bộ xử lý khí thải............................................................ 105
4.5.3. Ảnh hưởng lượng phun urê đến phát thải NOx............................................................................. 106
4.5.4. Đánh giá tính năng kinh tế và kỹ thuật của động cơ trước và sau khi lắp các bộ xử lý khí thải......108
4.5.5. Đánh giá chất lượng phát thải của động cơ khi lắp các bộ xử lý khí thải....................................... 109

4.6. Đánh giá kết quả mô phỏng và thực nghiệm khi áp dụng các giải pháp xử lý khí thải .. 114

4.7. Kết luận chƣơng 4................................................................................................................ 115

KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN............................................................. 116
Kết luận......................................................................................................................................... 116
Hướng phát triển.......................................................................................................................... 116

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN..................118
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................... 119
PHỤ LỤC LUẬN ÁN.............................................................................................. PL1
PL.1. Trích bản tóm tắt kết quả mô phỏng tại tốc độ 2200 vòng/phút, toàn tải......................PL1
PL.2 Thông số của thiết bị thử nghiệm...................................................................................... PL6

v

PL.3 Kết quả thử nghiệm theo đƣờng đặc tính ngoài ......................................................... PL11
PL.4 Kết quả thử nghiệm theo đƣờng đặc tính tải .............................................................. PL13

vi


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
Diễn giải

Ký hiệu

Đơn vị

AQI

Air Quality Index- Chỉ số đánh giá chất lượng không

-

CO

khí
Mônôxit cácbon

-

HC

Hyđrô cácbon

-

PM

Phát thải hạt

-

NOx

Ôxít nitơ

-

SOx
EMBARQ

Ôxít lưu huỳnh

-

Viện tài nguyên thế giới Mỹ

-

DOC

Diesel Oxidation Catalyst (bộ xúc tác ôxy hóa)

-

EGR

Exhaust Gas Recirculation (hệ thống luân hồi khí thải)

-

DPF

Diesel Particulate Filter (bộ lọc phát thải hạt)

-

VOCs

Volatile Organic Compounds (hàm lượng hỗn hợp các

-

HSU

chất hữu cơ độc hại bay lên trong không khí)
Hartridge Smoke Unit

PM10
TSP

Phát thải hạt có kích thước nhỏ hơn 10 µm

-

Tổng lượng bụi lơ lửng trong không khí

-

TCCP

Tiêu chuẩn cho phép

-

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

-

PM-cat

Bộ lọc phát thải hạt (dạng lọc bề mặt)

-

SCR

-

CRT

Selective Catalyst Reduction (bộ xúc tác khử NOx)
Continuous Regeneration Trap (bộ lọc tái sinh liên tục)

SMF

Sintered Metal Filter (bộ lọc phát thải hạt có trang bị sợi

-

-

đốt)
LNT

-

Soot

Lean NOx Trap (bộ xúc tác hấp thụ NOx)
Bồ hóng

λ

Hệ số dư lượng không khí

-

HAP

Hyđrô cácbon thơm mạch vòng

-

SV

Space Velocity (tốc độ không gian)

SCRT

Hệ thống xử lý khí thải tổng hợp gồm CRT và SCR
vii

-

m/s
-


AVL-Boost
AVL-MCC

Phần mềm mô phỏng một chiều của hãng AVL (Áo)
Mô hình cháy của hãng AVL

MP

Mô phỏng

TN

Thực nghiệm

NCS

Nghiên cứu sinh

CPSI

Mật độ lỗ

-

ECE R49

Chu trình thử châu Âu ở chế độ tĩnh đối với động cơ xe

PWM

tải hạng nặng và xe khách
Độ rộng xung vuông (Pulse Width Modulation)

ECU

Bộ điều khiển phun dung dịch muối urê

FTIR

Thiết bị phân tích khí thải

PID

Bộ điều khiển vòng lặp kín

USB

Cổng giao tiếp máy tính

COM

Cổng giao giao tiếp máy tính dạng nối tiếp

Smoke

Độ khói

cell/inch

-

viii

2


DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. Mức điểm của chỉ số AQI............................................................................. 5
Bảng 1.2. Giới hạn các thông số cơ bản trong không khí xung quanh..........................6
Bảng 1.3. Thống kê số vị trí quan trắc môi trường có nồng độ ô nhiễm vượt QCVN
trên địa bàn TP. Hà Nội năm 2014 [3]........................................................................... 8

Bảng 1.4. Số liệu quan trắc giao thông trên địa bàn thành phố Hà Nội năm 2017 và 6
3

tháng đầu năm 2018 (µg/m ) [3].................................................................................... 8
Bảng 1.5. Ước tính phát thải của một số nguồn ô nhiễm chính ở Hà Nội [5]................9
Bảng 1.6. Tiêu chuẩn và phương pháp thử đối với ô tô đang lưu hành tại một số nước
ở khu vực Châu Á........................................................................................................ 14
Bảng 1.7. Các biện pháp giảm phát thải trên động cơ diesel....................................... 16
Bảng 2.1. Các hệ số của phương trình trao đổi nhiệt tại cửa nạp và thải.....................42
Bảng 2.2. Chuỗi phản ứng hình thành NOx................................................................. 47
Bảng 3.1. Các thông số kết cấu của động cơ D4BB.................................................... 62
Bảng 3.3. Thông số mô phỏng bộ xúc tác ôxy hóa DOC cho động cơ diesel D4BB...68
Bảng 3.4. Thông số mô phỏng bộ lọc DPF cho động cơ diesel D4BB........................68
Bảng 3.5. Thông số mô phỏng bộ xúc tác SCR cho động cơ diesel D4BB.................69
Bảng 3.6. Thông số kết cấu cơ bản của các bộ xử lý khí thải...................................... 76
Bảng 3.7. So sánh kết quả mô phỏng sự thay đổi các thành phần phát thải.................77
Bảng 3.8. Chu kỳ và các dải lượng phun urê............................................................... 88
Bảng 4.1. Kết quả giữa mô phỏng và thực nghiệm khi áp dụng các giải pháp giảm phát
thải tại chế độ 2200 vg/ph, 100% tải.......................................................................... 114

ix


DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Biểu đồ so sánh chỉ số PM 2.5 của thành phố Hà Nội ......................................

7

Hình 1.2. Hình ảnh ô nhiễm môi trường trên địa bàn thành phố Hà Nội ....................... 7
Hình 1.3. Số liệu ô tô sử dụng động cơ xăng từ năm 2013 đến 2017 ........................... 11

Hình 1.4. Số liệu ô tô sử dụng động cơ diesel từ năm 2013 đến 2017 ......................... 12
Hình 1.5. Tiêu chuẩn khí thải đối với các xe ôtô hạng nhẹ của EU và các nước Châu Á [6]
................................................................................................................................... 13

H nh 1. . Các giải pháp giảm phát thải PM và NOx nh m hướng tới các tiêu chuẩn
Châu Âu [7] ................................................................................................................... 17
Hình 1.7. Sơ đồ hệ thống luân hồi khí thải EGR .......................................................... 18
Hình 1.8. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống SCR [9]........................................ 18
Hình 1.9. Hiệu quả giảm phát thải độc hại trên động cơ diesel của bộ xúc tác ôxy hóa
DOC [20] ....................................................................................................................... 20
Hình 1.10. Cấu tạo bộ xúc tác ôxy hóa DOC ............................................................... 21
Hình 1.11. Lọc khối và lọc bề mặt ................................................................................ 23
Hình 1.12. Ảnh hưởng của luân hồi khí thải đến lượng phát thải NO x [8] ................... 25
H nh 1.13. Phát thải HC và lưu lượng tích lũy phát thải hạt tăng theo t lệ luân hồi (
EGR) .............................................................................................................................. 25
Hình 1.14. T lệ cắt giảm NOx theo các chu trình thử khác nhau (giá trị ghi trên
các
cột là mức phát thải theo g/km trước và sau khi sử dụng hệ thống giảm phát thải) ..... 26
Hình 1.15. T lệ cắt giảm CO theo các chu trình thử khác nhau (giá trị ghi trên
các cột
là mức phát thải theo g/km trước và sau khi sử dụng hệ thống giảm phát thải) ........... 27
Hình 1.16. Biểu đồ so sánh khả năng cắt giảm phát thải NOx theo các công nghệ khác
nhau ............................................................................................................................... 27
H nh 1.1 . Hiệu quả cắt giảm phát thải theo chu trình thử ECE R49 .......................... 28
Hình 2.1. Mô hình cân b ng năng lượng trong xylanh ................................................. 37
Hình 2.2. Giao diện khai báo thông số cơ bản của bộ SCR.......................................... 53
Hình 2.3. Giao diện khai báo các thông số bộ DOC ..................................................... 54
Hình 2.4. Cấu trúc phần tử DPF trong phần mềm AVL-Boost .................................... 55
Hình 2.5. Cấu trúc của monolith ................................................................................... 56
Hình 2.6. Phân bố bồ hóng ........................................................................................... 58

Hình 2.7. Lựa chọn phản ứng tái sinh lọc của phần tử DPF trong AVL-Boost ........... 60
Hình 3.2. Đánh giá độ hội tụ của kết quả mô phỏng .................................................... 64
Hình 3.3. So sánh công suất, mô men và suất tiêu hao nhiên liệu ở đặc tính ngoài giữa
mô phỏng và thực nghiệm ............................................................................................. 64
Hình 3.4. So sánh thành phần phát thải NOx giữa mô phỏng và thực nghiệm ............. 64
Hình 3.5. So sánh thành phần phát thải CO giữa mô phỏng và thực nghiệm ............... 65
Hình 3.6. So sánh thành phần phát thải soot giữa mô phỏng và thực nghiệm ............. 65


x


Hình 3.7. Quy trình mô phỏng.................................................................................... 67
Hình 3.8. Mô hình mô phỏng động cơ D4BB khi kết hợp các biện pháp giảm phát thải
DOC - DPF - SCR....................................................................................................... 70
Hình 3.9. Sự thay đổi hàm lượng CO theo chiều dài bộ xúc tác tại chế độ Nemax và
Memax........................................................................................................................... 71
Hình 3.10. Sự thay đổi hàm lượng soot theo chiều dài bộ xúc tác tại chế độ Nemax và
Memax........................................................................................................................... 71
Hình 3.11. Sự thay đổi nhiệt độ khí thải qua bộ xúc tác ô xy hóa DOC......................72
Hình 3.12. Ảnh hưởng của thông số lọc DPF tới tính năng kỹ thuật của động cơ......72
Hình 3.13. Ảnh hưởng của thông số lọc DPF tới chênh áp đường thải.......................73
Hình 3.14. Ảnh hưởng của thông số lọc DPF hiệu suất lọc soot................................. 73
Hình 3.15. Kết quả mô phỏng sự thay đổi NOx và hiệu suất khử với chiều dài SCR
khác nhau, mật độ lỗ 300 CPIS, ở chế độ Nemax và Memax.......................................... 75
Hình 3.16. Kết quả mô phỏng sự thay đổi NOx và hiệu suất khử với chiều dài SCR
khác nhau, mật độ lỗ 400 CPIS, ở chế độ Nemax và Memax.......................................... 75
Hình 3.17. Kết quả mô phỏng sự thay đổi NOx và hiệu suất khử với chiều dài SCR
khác nhau, mật độ lỗ 500 CPIS, ở chế độ Nemax và Memax.......................................... 76
Hình 3.18. Sơ đồ bố trí bộ xúc tác DOC-DPF-SCR trên động cơ diesel D4BB..........77

Hình 3.19. Lõi bộ xúc tác DOC-DPF-SCR................................................................. 79
Hình 3.22. Cấu tạo của vỏ lắp bộ xúc tác DOC, DPF và SCR....................................80
Hình 3.21. Phần vỏ chứa lõi bộ xúc tác...................................................................... 81
Hình 3.22. Ống côn nối vỏ bộ xúc tác......................................................................... 81
Hình 3.23. Vị trí bắt cảm biến của bộ xúc tác............................................................. 82
Hình 3.24. Bích nối các bộ xúc tác và lắp lên động cơ............................................... 82
Hình 3.25. Vỏ bộ xúc tác DPF sau khi được chế tạo................................................... 83
Hình 3.26. Ống thủy phân urê..................................................................................... 83
Hình 3.27. Ống thủy phân urê lắp với bộ xúc tác SCR sau khi chế tạo.......................83
Hình 3.28. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bộ SCR.................................................... 84
Hình 3.29. Phương pháp điều khiển PWM (a) và đặc tính điều khiển vòi phun urê (b)
87
Hình 3.30. Các chu kỳ khác nhau cho bộ điều khiển xung PWM............................... 88
Hình 3.31. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển lượng phun urê........................................ 89
Hình 3.32. Sơ đồ mạch điều khiển.............................................................................. 89
Hình 3.33. Hình ảnh bộ điều khiển phun urê.............................................................. 90
Hình 3.34. Kết cấu và hoạt động của bơm urê loại con lăn......................................... 90
Hình 3.35. Bơm dung dịch urê.................................................................................... 91
Hình 3.36. Kết cấu vòi phun urê của hệ thống SCR.................................................... 92
Hình 3.37. Hình dạng vòi phun urê............................................................................. 92
xi


Hình 3.38. Lắp hệ thống DOC-DPF-SCR lên động cơ D4BB.................................... 93
Hình 4.1. Sơ đồ bố trí trang thiết bị thí nghiệm.......................................................... 96
Hình 4.2. Các kích thước cơ bản của phanh điện Alpha 160....................................... 97
Hình 4.3. Sơ đồ hệ thống làm mát AVL-553S-200..................................................... 98
Hình 4.4. Sơ đồ nguyên đo lượng tiêu thụ nhiên liệu của thiết bị AVL PLU 160.......99
Hình 4.5. Sơ đồ nguyên lý của bộ kéo ga tự động THA – 100.................................... 99
Hình 4.6. Thiết bị phân tích khí thải FTIR................................................................ 100

Hình 4.7. Các bộ phận và nguyên lý đo của thiết bị FTIR........................................ 101
Hình 4.8. Thiết bị đo độ khói Smoke Meter AVL 415S............................................ 102
Hình 4.9. Động cơ D4BB chạy khảo nghiệm............................................................ 102
Hình 4.10. Động cơ D4BB với các bộ xử lý khí thải lắp trên băng thử.....................103
Hình 4.11. Đặc tính vòi phun urê.............................................................................. 104
Hình 4.13. Hiệu suất khử NOx theo thời gian phun urê ứng với chế độ 100% tải tại tốc
độ 1500 vg/ph và 2200 vg/ph.................................................................................... 107
Hình 4.14. Hiệu suất khử NOx theo thời gian phun urê ứng với chế độ 10% và 50% tải
tại tốc độ 2200 vg/ph................................................................................................. 107
Hình 4.15. Đặc tính phun urê theo nồng độ NOx...................................................... 108
Hình 4.16. Công suất và suất tiêu thụ nhiên liệu của động cơ trước và sau khi lắp bộ
xử lý khí thải DOC, DPF và SCR.............................................................................. 109
Hình 4.17. Phát thải NOx theo đường đặc tính ngoài................................................ 109
Hình 4.18. Phát thải NOx theo đường đặc tính tải tại tốc độ 1500 vg/ph..................110
Hình 4.19. Phát thải NOx theo đường đặc tính tải tại tốc độ 2200 vg/ph..................110
Hình 4.20. Phát thải độ khói theo đường đặc tính ngoài........................................... 111
Hình 4.21. Phát thải độ khói theo đường đặc tính tải tại tốc độ 1500 vg/ph..............111
Hình 4.22. Phát thải độ khói theo đường đặc tính tải tại tốc độ 2200 vg/ph..............111
Hình 4.23. Phát thải CO theo đường đặc tính ngoài.................................................. 112
Hình 4.24. Phát thải HC theo đường đặc tính ngoài.................................................. 112
Hình 4.25. Phát thải CO theo đường đặc tính tải tại tốc độ 1500 vg/ph....................113
Hình 4.26. Phát thải CO theo đường đặc tính tải tại tốc độ 2200 vg/ph....................113
Hình 4.27. Phát thải HC theo đường đặc tính tải tại tốc độ 1500 vg/ph....................113
Hình 4.28. Phát thải HC theo đường đặc tính tải tại tốc độ 2200 vg/ph....................114

xii


LỜI MỞ ĐẦU
i. Xuất xứ đề tài

Phương tiện giao thông vận tải nói chung và động cơ đốt trong nói riêng đã và
đang góp phần quan trọng vào quá trình công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước
nhưng mặt trái của nó cũng đang gây ra những tác động xấu đến môi trường, gây nguy
hại cho sức khỏe của con người và làm suy giảm chất lượng cuộc sống nhất là cuộc
sống ở các đô thị lớn. Khí thải từ các phương tiện tham gia giao thông hiện nay đang là
một trong những tác nhân lớn nhất làm ảnh hưởng đến quá trình biến đổi khí hậu. Theo
đánh giá của các chuyên gia, ô nhiễm không khí ở các đô thị lớn ở nước ta như Hà
Nội, Tp. Hồ Chí Minh do phương tiện giao thông gây ra chiếm tỉ lệ khoảng 70%.
Trong đó hàm lượng phát thải của các phương tiện sử dụng nhiên liệu diesel chiếm
một t lệ đáng kể. Đối với động cơ sử dụng nhiên liệu xăng là tác nhân chính gây nên
ô nhiễm CO và HC trong khi đó động cơ sử dụng nhiên liệu diesel lại là tác nhân chính
gây ô nhiễm PM, NOx và SOx.
Theo số liệu của Trung tâm quan trắc môi trường (Tổng cục Môi trường), chất
lượng không khí Hà Nội ngày càng bị ô nhiễm nghiêm trọng, giá trị PM10 và PM2,5
đều vượt giới hạn cho phép, nhất là PM2,5, thành phần CO ở một số khu vực tại Hà
Nội cũng vượt ngưỡng cho phép. Chỉ số chất lượng không khí (AQI) cũng khá cao,
dao động trong tuần là từ 122 đến 178, hàm lượng lưu huỳnh trong dầu diesel vẫn ở
mức cao (0,05% S).
Theo báo cáo của Bộ Giao thông Vận tải, đến thời điểm 15/3/2018, tổng số
phương tiện cơ giới đường bộ đã đăng ký trong cả nước là 55.138.589 xe mô tô và
3.769.126 xe ô tô [6]. Sự phát triển của kinh tế đất nước, nhu cầu đi lại, vận chuyển
hàng hóa của người dân tăng nhanh dẫn tới số lượng các phương tiện giao thông tăng
nhanh, đặc biệt là các phương tiện sử dụng nhiên liệu diesel xe tải hạng nhẹ tăng
nhanh nhất trong nhóm các phương tiện sử dụng nhiên liệu diesel [6].
Trong những năm qua, nhận rõ ảnh hưởng của xe buýt đến chất lượng không khí
đô thị nên xe buýt đã được đầu tư nâng cấp b ng những xe mới, sử dụng CNG hay
nghiên cứu sử dụng những giải pháp công nghệ để giảm phát thải [33-35].
Trong khi đó, do kích thước nhỏ gọn dễ đi lại trong khu vực đô thị có đặc điểm
đường nhỏ hẹp, xe tải nhẹ đã dần trở nên phổ biến và là một trong những phương tiện
chuyên chở hàng hóa trong các khu đô thị. Các phương tiện xe tải nhẹ nói trên đa phần

được lắp ráp trong nước và các loại xe tải ben cỡ nhỏ (1-3 tấn), các dòng xe tải này đều
sử dụng công nghệ cũ, đa phần các xe này đều chưa lắp bộ xúc tác khí thải hoặc đã cũ
trong khi hàm lượng phát thải độc hại lớn, chất lượng động cơ thấp. Vì vậy nghiên
1


cứu sinh sẽ lựa chọn xe tải nhẹ là đối tượng nghiên cứu.
Như đã trình bày ở trên, ô nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng, phương
tiện giao thông là đối tượng chính gây lên tình trạng ô nhiễm môi trường nêu trên, số
lượng các phương tiện không ngừng tăng gây lên tình trạng ô nhiễm môi trường ngày
càng nghiêm trọng, việc giảm các thành phần ô nhiễm này là yêu cầu quan trọng.
Quyết định số 16/2019/QĐ-TTg của thủ tướng quy định mức tiêu chuẩn khí thải của
xe ô tô tham gia giao thông và xe ô tô đã qua sử dụng nhập khẩu, theo đó tiêu chuẩn
khí thải với các xe đang lưu hành sẽ được thắt chặt hơn. Vì vậy nghiên cứu để giảm
các thành phần khí thải độc hại từ khí thải xe ô tô đang lưu hành là yêu cầu cần thiết,
các giải pháp liên quan đến thay đổi kết cấu động cơ ô tô mang lại hiệu quả đáng kể,
tuy nhiên giải pháp này không phù hợp với xe ô tô đang lưu hành do phải thay đổi kết
cấu của động cơ. Giải pháp sử dụng các bộ xúc tác là giải pháp hiệu quả và có tính khả
thi cao đã được áp dụng ở nhiều nước trên thế giới, tuy nhiên tại Việt Nam, giải pháp
này vẫn chưa được nghiên cứu, vì vậy cứu sinh lựa chọn đề tài “Nghiên cứu giảm
phát thải độc hại cho động cơ diesel xe tải nhẹ đang lưu hành” làm luận án tốt
nghiệp nh m góp phần giải quyết các yêu cầu về ô nhiễm môi trường nói trên.
ii. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu luận án nh m:
-

Đưa ra giải pháp công nghệ khả thi giảm đáng kể thành phần độc hại CO, HC,
NOx và PM của động cơ.

-

Mô phỏng, thiết kế các bộ xúc tác nh m giảm phát thải CO, HC, NOx, PM cho
động cơ.

-

Chế tạo và đánh giá hiệu quả khi trang bị các bộ xúc tác giảm phát thải cho
động cơ.

iii. Phạm vi nghiên cứu
-

Luận án nghiên cứu trên động cơ diesel D4BB lắp trên xe tải nhẹ, nhiên liệu thử
nghiệm là diesel truyền thống.
Luận án được thực hiện trong phòng thí nghiệm để xác định các thông số đầu
vào cho mô hình và tiến hành đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật và phát thải
của động cơ trước và sau khi lắp thêm các bộ xúc tác.

iv. Phƣơng pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu của luận án là kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và
nghiên cứu thực nghiệm.
2


Phần nghiên cứu lý thuyết gồm nghiên cứu cơ sở lý thuyết của các phương pháp
giảm phát thải trên động cơ diesel. Nghiên cứu mô phỏng tính năng kinh tế kỹ thuật và
phát thải của động cơ D4BB từ đó mô phỏng tính toán kích thước các bộ xúc tác, mô
phỏng đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật và phát thải của động cơ khi lắp bộ xúc tác.
Phương pháp nghiên cứu thử nghiệm khi động cơ được trang bị thêm bộ xúc tác
DOC, DPF, SCR. Trong đó, bao gồm các thử nghiệm tiến hành trong phòng thí

nghiệm.
v. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
* Ý nghĩa khoa học
Đề tài góp phần làm rõ các phương án giảm phát thải có thể áp dụng trên xe tải
nhẹ ở điều kiện Việt Nam, chỉ ra giải pháp tốt nhất xét trên chỉ tiêu giảm phát thải và
tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ.
Đề tài đánh giá hiệu quả của việc lắp bộ xúc tác xử lý khí thải cho động cơ lắp xe
tải nhẹ đang lưu hành, kết quả của luận án góp phần giảm đáng kể thành phần phát thải
CO, HC, NOx và PM cho xe tải nhẹ đang lưu hành, góp phần giảm ô nhiễm môi
trường.
* Ý nghĩa thực tiễn
Bộ xúc tác được thiết kế chế tạo và lắp trên động cơ xe tải nhẹ giúp giảm thành
phần phát thải CO, HC, CO2, NOx và bồ hóng, kết quả thử nghiệm cho thấy bộ xúc tác
làm việc ổn định và an toàn. Kết quả này mở ra cơ hội có thể ứng dụng sản phẩm trong
thực tế nh m giảm phát thải cho động cơ diesel nói chung.
vi. Bố cục của luận án
Luận án gồm phần mở đầu, bốn chương, phần kết luận và hướng phát triển, cụ
thể như sau:
Mở đầu: Giới thiệu tính cấp thiết, mục tiêu và phạm vi nghiên cứu, phương pháp
nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án.
Chương 1. Tổng quan
Chương 2. Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về hình thành khí thải và biện pháp giảm
khí thải độc hại b ng bộ xúc tác trên động cơ
Chương 3. Mô phỏng thiết kế và chế tạo bộ xúc tác DOC, DPF và SCR trên động
cơ diesel xe tải nhẹ
3


Chương 4. Nghiên cứu thử nghiệm bộ xúc tác DOC, DPF và SCR trên động cơ
xe tải hạng nhẹ

Kết luận và hướng phát triển

4


CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN
1.1. Hiện trạng chất lƣợng không khí
1.1.1. Tiêu chí đánh giá chất lượng môi trường không khí
Ô nhiễm môi trường được đánh giá thông qua một số chỉ số, như chỉ số về chất
lượng môi trường không khí AQI, chỉ số nồng độ bụi mịn PM 2.5 và một số chỉ số giới
hạn các thông số cơ bản trong môi trường không khí.
a) Chỉ số AQI
Chỉ số AQI (Air Quality Index) là chỉ số được tính toán từ các thông số quan trắc
các chất ô nhiễm trong không khí (CO, NO 2, SO2, O3 và bụi...), nh m đánh giá tình
trạng chất lượng không khí và mức độ ảnh hưởng đến sức khỏe con người.
Hiện tại, chỉ số AQI được chia làm 6 mức độ (Bảng 1.1), các mức độ này được
Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (EPA) thiết lập và lấy làm chỉ số chung trên toàn thế
giới. Giá trị chỉ số AQI càng cao thì mức độ ô nhiễm không khí càng lớn và càng tác
động tiêu cực tới sức khỏe của con người.
Bảng 1.1. Mức điểm của chỉ số AQI
STT

Chỉ số
AQI

1

0-50

2

51-100

3

101-150

4

151-200

5

201-300

6

301-500

Ý nghĩa

Tác động tới
sức khoẻ

Chất lượng không khí tốt, sức khỏe không bị đe
dọa cũng như không có nguy hiểm nào đến tác
Mức tốt
động môi trường.
Chất lượng không khí ở mức chấp nhận được
nhưng lại ảnh hưởng sức khỏe đến một nhóm Mức vừa phải

người nhạy cảm. Ví dụ như những người liên quan
đến các bệnh hô hấp, về mũi.
Đối tượng ảnh hưởng đến sức khỏe nhiều nhất
Mức không
trong nhóm này là người già và trẻ nhỏ, những
tốt với nhóm
người bị bệnh phổi hoặc liên quan đến hô hấp.
nhạy cảm
Đây là mức cao, không chí chất lượng thấp do ô
Mức không
nhiễm môi trường và các tác động xung quanh.
tốt
Ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người.
Đây là mức cảnh báo cao đối với sức khỏe cộng
đồng, môi trường sống bị ô nhiễm nặng và nguy
Mức rất hại
cơ mắc bệnh rất cao.
Cảnh báo sức khoẻ: tất cả mọi người đều có nguy
Mức nguy
cơ gặp phải các vấn đề về sức khoẻ nghiêm trọng.
hiểm
5


b) Giới hạn các thông số cơ bản trong không khí xung quanh
Giá trị giới hạn của các thông số cơ bản trong không khí xung quanh theo
QCVN 05: 2013/BTNMT, quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng không khí xung
quanh được giới thiệu tại Bảng 1.2.
Bảng 1.2. Giới hạn các thông số cơ bản trong không khí xung quanh
TT

Thông số

Trung bình

Trung bình

Trung bình

Trung bình

1 giờ

8 giờ

24 giờ

năm

1

SO2

350

-

125

50

2

CO

30.000

10.000

-

-

3

NO2

200

-

100

40

4

O3

200

120

-

-

5

Tổng bụi lơ
lửng (TSP)

300

-

200

100

6

Bụi PM10

-

-

150

50

7

Bụi PM2.5

-

-

50

25

8

Pb

-

-

1.5

0.5

Ghi chú: dấu (-) là không quy định; đơn vị đo:µg/m

3

1.1.2. Hiện trạng chất lượng không khí
1.1.2.1. Đánh giá chung về môi trường không khí
Theo Chi cục Bảo vệ Môi trường (Sở Tài nguyên và Môi trường Hà Nội) [1], vào
giờ cao điểm, nồng độ bụi tính trung bình của riêng thành phố Hà Nội gấp 4 lần tiêu
chuẩn cho phép, nồng độ khí CO cao hơn 2,5 lần, hơi xăng cao hơn 12,1 - 2000 lần
tiêu chuẩn cho phép.

6


Hình 1.1. Biểu đồ so sánh chỉ số PM 2.5 của thành phố Hà Nội

Không khí ô nhiễm cũng là vấn đề khiến dư luận nhiều nước, bao gồm cả Việt
Nam quan tâm. Mới đây ARIA Technologies - công ty chuyên cung cấp giải pháp phần
mềm tính toán, mô phỏng ô nhiễm môi trường không khí và hỗ trợ dự báo khí tượng cảnh báo r ng thành phố Hà Nội là một trong những đô thị có không khí bẩn nhất ở
châu Á với nồng độ bụi cao gấp nhiều lần cho phép (Hình 1.1).
Trong 06 nguồn gây ô nhiễm chính gồm: giao thông vận tải; sản xuất công
nghiệp; xây dựng và dân sinh; nông nghiệp và làng nghề; chôn lấp và xử lý chất thải
thì hoạt động giao thông vận tải được xác định là một trong những nguyên nhân gây
ảnh hưởng lớn đến chất lượng môi trường không khí, có ảnh hưởng nguy hại đến sức
khỏe của con người và gây ô nhiễm môi trường.

Hình 1.2. Hình ảnh ô nhiễm môi trường trên địa bàn thành phố Hà Nội

Với số lượng các loại phương tiện giao thông lớn, trong đó nhiều loại phương
tiện giao thông có chất lượng kém vẫn đang lưu hành dẫn đến thải lượng ô nhiễm
7


không khí (Hình 1.2) từ hoạt động giao thông vận tải đang có xu thế gia tăng, đặc biệt

là sự phát thải các khí CO, NO2, VOC (các thành phần chính trong khí thải động cơ).
1.1.2.2. Đánh giá chất lượng môi trường không khí
Trong 3 tháng đầu năm 2017, số ngày chất lượng không khí ở mức “rất có hại
cho sức khỏe” [2] gia tăng so với cùng kỳ năm 2016. Theo đó, chỉ số AQI trung bình
của thành phố Hà Nội là 123 (AQI từ 101-200 thuộc nhóm kém, những người nhạy
cảm cần hạn chế ra ngoài). Có 37 ngày nồng độ PM 2.5 trong 24h cao hơn so với giới
hạn quy chuẩn quốc gia và 78 ngày vượt quá giới hạn theo hướng dẫn của Tổ chức Y
tế thế giới, trong thời gian gần đây mức độ ô nhiễm ngày càng nghiêm trọng, chỉ số
AQI luôn ở mức báo động.
- Kết quả quan trắc môi trường
Báo cáo tổng thể hiện trạng môi trường thành phố Hà Nội giai đoạn 2011-2015
thống kê các vị trí ô nhiễm không khí trên địa bàn thành phố Hà Nội được thể hiện tại
các Bảng 1.3 và Bảng 1.4.
Bảng 1.3. Thống kê số vị trí quan trắc môi trường có nồng độ ô nhiễm vượt
QCVN trên địa bàn TP. Hà Nội năm 2014 [3]
Thông số

CO

SO2

Benzen

NO2

Độ ồn

Số vị trí vượt QCVN

1

24

19

30

30

Tổng số vị trí quan trắc

30

30

30

30

30

T lệ

3%

80%

63%

100%

100%

Bảng 1.4. Số liệu quan trắc giao thông trên địa bàn thành phố Hà Nội năm 2017
và 6 tháng đầu năm 2018 (µg/m3) [3]

NO2

PHỐ MINH KHAI
PM2.5
PM10
SO2

01/7/2017 - 1729.8

80.87

90.26

43.29

31/12/2017
01/01/2018 - 1802.9

26.80

112.56

51.11

Thông số

CO

NO

NOx

O3

2.46

42.76

125.18

1.74

1.91

21.27

57.99

6.09

-

-

-

-

30/06/2018
Thông số

CO

HÀNG ĐẬU
PM2.5
PM10

NO2
3

3

3

-

-

3

(µg/m ) (µg/m ) (µg/m ) (µg/m )
01/7/2017 - 5130.9 102.65
58.83
28.46

8

-

-


31/12/2017
01/01/2018 30/06/2018
3905.9

Thông số

CO

85.63

(µg/m )
- 1214.9

31/12/2017
01/01/2018 - 1153.4

42.58

-

ĐƯỜNG PHẠM VĂN ĐỒNG
PM2.5

PM10

NO2
3

01/7/2017

79.89

3

3

-

-

-

-

-

-

3

(µg/m ) (µg/m ) (µg/m )
85.33
85.39

43.16

-

-

-

-

50.70

-

-

-

-

102.04

49.25

30/06/2018

- Đánh giá chất lượng môi trường không khí
+ Theo nồng độ khí NO2:
Theo số liệu quan trắc về nồng độ khí NO 2, sáu tháng cuối năm 2017 [4] tại các
điểm quan trắc đều đo được thông số khí NO 2 vượt mức giới hạn. Đến sáu tháng đầu

năm 2018 lượng khí NO2 đo được tại các điểm quan trắc đã giảm đi nhiều so với sáu
tháng cuối năm 2017, tuy nhiên vẫn có trên 50% số điểm quan trắc vượt quá giới hạn
cho phép.
Tác hại khi tiếp xúc với những loại khí NO 2 với nồng độ thấp cũng có thể ảnh
hưởng đến sức khỏe của con người như có những biểu hiện như rối loạn tiêu hóa, viêm
phế quản hay là tổn thương răng.
Theo báo cáo tại Hội thảo Chất lượng không khí hàng năm lần thứ 5 (2008) cho
các nước Châu Á, Bangkok, Thái Lan [5], nghiên cứu đã tính toán t lệ phát thải khí
lệ khoảng 89.6%
NOx do hoạt động của các phương tiện giao thông thải ra chiếm t
trong các nguồn phát thải NOX trên địa bàn Thành phố Hà Nội (Bảng 1.5).
Bảng 1.5. Ước tính phát thải của một số nguồn ô nhiễm chính ở Hà Nội [5]
Đơn vị (tấn/năm)

Nguồn phát thải NOX
Hoạt động của các phương tiện giao thông
Công nghiệp
Hộ gia đình
Các cửa hàng
Sản xuất gạch
Tổng cộng

24.537 (T lệ: 89.6 )
1.919 (T lệ: 7.0%)
307 (T lệ: 1.2%)
220 (T lệ: 0.8%)
390 (T lệ: 1.4%)
27.373

+ Theo nồng độ bụi PM10, bụi PM2.5:

9


Đối chiếu số liệu quan trắc về nồng độ bụi PM 10, bụi PM2.5 cho thấy so với sáu
tháng cuối năm 2017 [4] thì sáu tháng đầu năm 2018, các thông số về bụi PM 10 và
PM2.5 không những vượt mức giới hạn cho phép theo quy chuẩn Việt Nam và có xu
hướng càng gia tăng cả về giá trị và khu vực ảnh hưởng.
+ Theo nồng độ HC:
Hydrocacbon (HC) trong môi trường không khí ảnh hưởng đến sức khỏe của con
người như gây khó thở, ung thư. Mặt khác, khí HC là một trong những thành của khí
thải do phương tiện giao thông thải ra. Do đó, để kiểm soát một phần nguồn khí HC từ
khí thải phương tiện giao thông, hiện trên thế giới đã tiến hành áp dụng biện pháp
kiểm soát loại khí này thông qua công tác kiểm định khí thải đối với phương tiện cơ
giới đường bộ.
Kết quả nghiên cứu về sự gia tăng thành phần khí HC trên địa bàn thành phố Hà
Nội năm 2003 và 2008, cho thấy sự gia tăng chất chất hữu cơ thơm đa vòng (là một
trong thành phần khí thải từ phương tiện giao thông) trong không khí tại Hà Nội đã ở
mức độ cao, cụ thể:
Theo đánh giá của TS Nghiêm Trung Dũng năm 2003 [6] tại “Nghiên cứu mức
độ phát thải và lan truyền của các hiđrocacbon thơm đa vòng tại Hà Nội” nồng độ chất
hữu cơ đa vòng thơm tại Thượng Đình, Bách Khoa, Chương Dương lần lượt là 168,88
3

3

ng/m3, 144,93 ng/m và 295,63 ng/m . Hiện Việt Nam chưa có tiêu chuẩn chất hữu cơ
đa vòng thơm điển hình trong không khí. Tuy nhiên, so sánh với nồng độ chất hữu cơ
3

đa vòng thơm trong bụi tại Băng Cốc năm 2003 (21,74 µg/m ), có thể thấy sự ô nhiễm

chất hữu cơ đa vòng thơm tại Hà Nội là lớn hơn đáng kể.
Theo kết quả nghiên cứu của nhóm nghiên cứu Kishida. M., Imamura. K.,
Takenaka. N., Maeda. Y., Viet. P.H., Bandow. H năm 2008 [7], nồng độ cực đại các
chất hữu cơ thơm đa vòng (đo tại chân cầu Long Biên, Hà Nội) trong các mẫu bụi và
3

mẫu khí lần lượt là 290 và 1300 µg/m . Các giá trị trên lớn hơn nhiều lần so với
ngưỡng tại các đô thị của Châu Âu và Mỹ.
1.2. Tổng quan sự phát triển các phƣơng tiện giao thông ở Việt Nam
1.2.1. Sự phát triển các phương tiện giao thông ở Việt Nam
Hiện nay, tình hình ô nhiễm môi trường không khí trong cả nước nói chung và
trên địa bàn Thành phố Hà Nội nói riêng diễn biến phức tạp, nồng độ các chất gây ô
nhiễm không khi có xu hướng tăng. Ô nhiễm không khí trong đô thị do nhiều nguồn
gây ra như công nghiệp, giao thông thông vận tải, sinh hoạt... trong đó hoạt động của
các loại xe cơ giới nói chung và xe mô tô, xe gắn máy nói riêng là một trong những
nguồn phát thải trực tiếp một số chất có ảnh hưởng nguy hại đến sức khỏe của con
10


người. Để giảm thiểu tình trạng ô nhiễm môi trường, cần thiết ban hành quy định, chế
tài quản lý về phát thải nói chung và đối với các các phương tiện cơ giới.

Phương tiện sử dụng động cơ xăng
1,200,000
1,000,000
800,000
600,000
400,000
200,000
0

Chở người từ 9
chỗ chở xuống
2013
688,675

Chở người 1016 chỗ
15,702

Chở hàng đến 2
tấn
76,309

Chuyên dùng

Tổng số

4,409

785,095

2014

790,709

16,041

87,264

4,593

898,607

2015

925,499

16,353

100,921

4,877

1,047,650

2016

973,841

16,485

108,260

4,957

1,103,543

2017

991,804

16,547

4,979

1,124,107

2013

110,777
2014

2015

2016

2017

Hình 1.3. Số liệu ô tô sử dụng động cơ xăng từ năm 2013 đến 2017

Theo nghiên cứu về chất lượng không khí Việt Nam do Trung tâm Phát triển
Sáng tạo Xanh GreenID thực hiện, trong 03 tháng đầu năm 2017 [2], số ngày chất
lượng không khí ở mức “rất có hại cho sức khỏe” gia tăng so với cùng kỳ năm 2016.
Chỉ số nhiễm môi trường không khí AQI trung bình của Thành phố là 123 (ở mức
kém), nồng độ bụi mịn PM2,5 gấp 2 lần tiêu chuẩn quốc gia làm hạn chế chất lượng
cuộc sống, giảm khả năng thu hút đầu tư, ảnh hưởng đến phát triển du lịch. Trong đó,
ô nhiễm không khí trong đô thị chủ yếu là do hoạt động của các loại xe cơ giới sử
dụng nhiên liệu hóa thạch chiếm 70%; phần còn lại là do công nghiệp và sinh hoạt.
Trong các loại hình phương tiện giao thông đô thị thì xe gắn máy vẫn là phương
tiện giao thông chủ yếu của đa số người dân, đáp ứng gần 90% nhu cầu đi lại và tiếp
tục tăng nhanh trong tương lai gần. Tuy nhiên số lượng ô tô cũng không ngừng tăng

trong những năm gần đây, theo báo cáo của Cục Đăng kiểm Việt Nam [6] số lượng ô
tô động cơ xăng và động cơ diesel không ngừng tăng trong những năm vừa qua. Hình
1.3 chỉ ra số lượng xe ô tô động cơ xăng tăng từ năm 2013 đến 2017, kết quả cho thấy
số lượng xe ô tô tăng khoảng gần 400.000 xe. Hình 1.4 chỉ ra số lượng xe ô tô sử dụng
động cơ diesel từ 2013 đến 2017, kết quả cho thấy tất cả dòng ô tô động cơ diesel đều
11


có xu hướng tăng, trong các dòng xe ô tô động cơ diesel số lượng xe ô tô chở hàng
hạng nhẹ vẫn chiếm t trọng lớn nhất. Vì vậy NCS sẽ hướng đến động cơ xe tải hạng
nhẹ làm đối tượng nghiên cứu, qua đó sẽ giúp giảm đáng kể ô nhiễm môi trường từ
phương tiện giao thông.

Phương tiện sử dụng động cơ diesel
1,000,000
900,000
800,000
700,000
600,000
500,000
400,000
300,000
200,000
100,000
0

941,336

340,299
223,428

76,509 44,720
Chở
người
từ 9
chỗ

3,100

123,074

39,857 14,102

4,438
Chở

12,780

Chở

Chở
hàng hàng
hàng
trên 2 trên 7
đến 7 đến 20 trên 20
tấn
tấn
tấn

Chở
người

10-16

Chở
người
17-25

xuống
2013 56,097 31,153

2,976

29,115 10,816 257,80 158,59 72,986

2,179

21,202

7,756

650,67

2014 63,388 35,372

3,016

32,515 11,907 289,48 175,54 87,689

2,473

30,062

8,767

740,21

2015 71,412 41,055

3,047

37,359 13,236 322,86 208,36 113,53

3,937

47,783 10,895 873,48

2016 74,675 43,943

3,086

39,509 13,911 334,68 220,42 121,08

4,329

54,032 12,231 921,91

2017 76,509 44,720

3,100

39,857 14,102 340,29 223,42 123,07

4,438

59,029 12,780 941,33

chở

chỗ

chỗ

Chở
Chở
Chở
người người hàng
26-46 trên 46 đến 2

59,029

chỗ

2013

chỗ

2014

tấn

2015

2016

Đầu
kéo

Chuyên Tổng số
dùng

2017

Hình 1.4. Số liệu ô tô sử dụng động cơ diesel từ năm 2013 đến 2017

1.2.2. Tiêu chuẩn phát thải từ động cơ diesel
1.2.2.1. Tiêu chuẩn kiểm soát phát thải trên thế giới
Tiêu chuẩn khí thải của các nước được quy định rất khác nhau, các nước có nền
kinh tế càng phát triển thì tiêu chuẩn khí thải càng ngặt ngh o hơn. Tại Châu Âu, tiêu
chuẩn khí thải Euro 0 được áp dụng vào năm 1987, trải qua hơn 20 năm, thêm 5 tiêu
chuẩn nữa được ban hành bao gồm: Euro 1 năm 1991, Euro 2 năm 1996, Euro 3 năm
2001, Euro 4 năm 2005, tiêu chuẩn Euro 5 năm 2008 và tiêu chuẩn EURO 6 được áp
dụng vào năm 2013, sẽ áp dụng tiêu chuẩn EURO 6. Các tiêu chuẩn Euro được áp
dụng cho tất cả các nước Liên minh châu u và nhiều nước khác trên thế giới cũng áp
dụng hệ thống tiêu chuẩn này (Hình 1.5).

12