Nghiên cứu mô hình xử lý khí thải xe buýt b80 đang lưu hành tại tp hồ chí minh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

LÊ THỊ VINH HƯƠNG

ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Cơng nghệ mơi trường

NGHIÊN CỨU MƠ HÌNH XỬ LÝ KHÍ THẢI
XE BUÝT B80 ĐANG LƯU HÀNH
TẠI TP. HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 8/2011


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học :

TS. Huỳnh Thanh Công
(Khoa Kỹ thuật Giao thông, Trường Đại học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh)

TS. Bùi Xuân Thành
(Khoa Mơi Trường, Trường Đại học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh)

Cán bộ chấm nhận xét 1 :

Cán bộ chấm nhận xét 2 :

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG
Tp.HCM ngày 09 tháng 8 năm 2011.
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn thạc sĩ gồm:
1. PGS. TS. Nguyễn Phước Dân – Chủ tịch Hội đồng.
2. PGS.TS. Nguyễn Đinh Tuấn – Phản biện 1.
3. PGS.TS. Nguyễn Thành Quân – Phản biện 2.
4. TS. Huỳnh Thanh Cơng – Thành viên.
5. TS. Nguyễn Quốc Bình – Thư ký.
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn và Bộ môn quản lý
chuyên ngành sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn

Bộ môn quản lý chuyên ngành


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

Tp. HCM, ngày . . . . tháng . . . . năm…

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Lê Thị Vinh Hương ................................... Phái: Nữ.........................
Ngày, tháng, năm sinh: 30/10/1978 ......................................... Nơi sinh: Bình Định ......
Chuyên ngành: Công nghệ Môi trường .................................. MSHV: 09259006 .........
I - TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU MƠ HÌNH XỬ LÝ KHÍ THẢI XE BUÝT B80
ĐANG LƯU HÀNH TẠI TP. HỒ CHÍ MINH
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
* NHIỆM VỤ :
Nghiên cứu mơ hình xử lý NOx và muội than phát thải từ động cơ xe buýt Diesel
B80 đang lưu hành ở TP.HCM bằng hệ thống luân hồi khí thải (Exhaust Gas
Recirculation, EGR) và bộ lọc muội than (Diesel Particulate Filter, DPF) để đáp ứng tiêu
chuẩn khí thải Euro 2.
* NỘI DUNG :
- Tổng quan tài liệu về tình hình phát thải các chất ô nhiễm trong khí thải động cơ xe
buýt B80 đang lưu hành ở Thành phố Hồ Chí Minh và các phương pháp xử lý NOx và
muội than phát thải từ động cơ xe buýt sử dụng dầu Diesel.
- Nghiên cứu mơ hình lý thuyết cơng nghệ ln hồi khí thải (Exhaust Gas
Recirculation, EGR) để giảm thiểu NOx kết hợp với bộ lọc muội than (Diesel Particulate
Filter, DPF) để giảm thiểu PM phát thải từ động cơ xe buýt B80.
- Thử nghiệm đánh giá khả năng giảm phát thải NOx sau khi lắp bộ luân hồi khí thải
đã lựa chọn trên “Băng thử tính năng động lực học cao Engine Test Bed (ETB)” của Viện
Cơ khí Động lực, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ (Ngày bắt đầu thực hiện LV ghi trong Quyết
định giao đề tài): 15/7/2010.
IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/7/2011.
V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên):
1/ Cán bộ hướng dẫn 1: Tiến sĩ Huỳnh Thanh Công – Khoa kỹ thuật giao thông,
Trường Đại học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh.
2/ Cán bộ hướng dẫn 2: Tiến sĩ Bùi Xuân Thành – Khoa Môi trường, Trường Đại học
Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

(Học hàm, học vị, họ tên và chữ ký)

CN BỘ MÔN
QL CHUYÊN NGÀNH

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua.


LỜI CẢM ƠN
• Tơi xin gửi lời cảm ơn và sự tri ân sâu sắc đến:
- Ban Lãnh đạo và tập thể Phòng Quản lý Khoa học, Phòng Kế hoạch – Tài chính,
Sở Khoa học và Cơng nghệ Bình Định.
- TS. Huỳnh Thanh Công – Cán bộ hướng dẫn 1.
- TS. Bùi Xuân Thành – Cán bộ hướng dẫn 2.
- TS. Lê Anh Tuấn – Viện Cơ khí động lực Hà Nội.
- PGS. TS. Phạm Xuân Mai – Khoa Kỹ thuật Giao thông, Trường ĐH Bách Khoa
Tp. HCM.
- Các Thầy cô trong Khoa Môi Trường, Khoa Kỹ thuật Giao thông – Trường Đại
học Bách Khoa - Đại học Quốc Gia TP.HCM.
- Viện Cơ khí Động lực - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.
- Viện Môi Trường và Tài nguyên – Đại học Quốc Gia TP.HCM.
• Xin gửi tình u thương và biết ơn vô bờ đến:
-

Chồng và con trai.
Gia đình hai bên nội, ngoại.
Bạn Thu Hằng và Minh Anh.

• Xin gửi tình cảm thân thương và lời cảm ơn chân thành đến:
- Các bạn lớp cao học công nghệ môi trường K.2009, K. 2010.
- Những người bạn thầm lặng.

Không có sự tạo điều kiện, dạy dỗ, hướng dẫn, tình cảm yêu thương, hỗ trợ,
động viên của cơ quan, Thầy cơ, Nhà trường, gia đình và bạn bè thì tơi khơng thể
hồn thành chương trình học tập và thực hiện Luận văn TN. Tất cả những gì tơi đã
nhận được trong quá trình học tập và thực hiện Luận văn sẽ là hành trang quý giá
của tôi trong suốt những chặng đường phát triển ở tương lai.
Lê Thị Vinh Hương


TĨM TẮT LUẬN VĂN
Ơ nhiễm mơi trường khơng khí tại Thành phố Hồ Chí Minh và Thành phố Hà
Nội đang ngày càng tăng nhanh, trong đó, một phần chủ yếu do khí thải của các loại
xe buýt sử dụng nhiên liệu Diesel sinh ra. Việt Nam đã bắt đầu áp dụng lộ trình cắt
giảm khí thải theo tiêu chuẩn khí thải Euro 2 từ 01/7/2007 cho các loại ô tô và xe
máy mới. Tuy nhiên, phần nhiều các loại ô tơ (xe) bt hiện nay ở hai thành phố
này có nồng độ khí thải vẫn khơng đạt tiêu chuẩn khí thải Euro 2.
Nhằm mục đích đề xuất phương án khả thi giúp giảm khí thải độc hại của xe
buýt B80 (là loại xe chiếm tỉ lệ lớn trong các loại xe buýt đang lưu hành), luận văn
này trình bày phương pháp xử lý hai loại khí thải chính từ xe buýt B80 sử dụng
nhiên liệu Diesel, đó là NOx và muội than (PM). Trên cơ sở các nghiên cứu lý
thuyết và thực nghiệm, phương án dùng kỹ thuật luân hồi khí thải (EGR, Exhaust
Gas Recirculation) được lựa chọn để giảm thiểu NOx và đề xuất sử dụng bộ lọc
muội than (DPF, Diesel Particulate Filter) để giảm thiểu PM cho xe buýt Diesel
B80, đảm bảo đạt tiêu chuẩn khí thải Euro 2.
Kết quả thực nghiệm cho thấy: khi vận hành ở chế độ ở chế độ tải thấp và trung
bình, động cơ thử nghiệm có sử dụng EGR cho mức phát thải NOx thấp hơn 13% so
với trước khi lắp. Hàm lượng HC tăng khơng nhiều. Tuy nhiên, lượng khói lại tăng
đột biến từ chế độ tải trung bình trở lên khi có ln hồi khí thải. Do đó, nhu cầu bộ
lọc muội than là cần thiết khi động cơ phải thường xuyên làm việc ở chế độ tải cao
nhằm giảm đồng thời hai thành phần này để bảo đảm tiêu chuẩn khí thải Euro 2.
Các kết quả thực nghiệm và mơ phỏng có thể là cơ sở đề xuất áp dụng hệ thống

xử lý khí thải phù hợp cho xe buýt B80 tại TP. Hồ Chí Minh cũng như các thành
phố lớn khác trong cả nước.


SUMMARY
Air pollution in Ho Chi Minh and Ha Noi City are rapidly growing, in which a
major source of this pollution is produced by exhaust emission of Diesel-powered
buses. Although Vietnam government has started to apply the roadmap for reducing
of vehicle emissions at the Euro 2 emission standards since July 1st 2007, however,
the majority of buses in these cities are still in Euro 1 standards situation.
This thesis presents the method of reducing simultaneously NOx and soot (PM)
of B80 Diesel-powered buses in Ho Chi Minh city. On the basis of simulation
validation and experimental research, the techniques of EGR and DPF have been
studied and evaluated for B80 Diesel bus in order to satisfy the Euro 2 emission
standards.
Experimental results show that in the operation at mode of low and medium
load, the tested engine with EGR reduced up to 13% of NOx in comparison of
without EGR. However, the amount of smoke increases significantly at the medium
load and higher with EGR. Therefore, it is required to equip a combinated system of
DPF and EGR to reduce the exhaust emission at higher load and satisfy the Euro 2
mission standards.
The experimental and simulation results can be the basis of the proposed
application for exhaust treatment systems of the B80 bus in Ho Chi Minh city, as
well as other major cities in Vietnam.


i

MỤC LỤC
Đề mục

Trang

MỤC LỤC ............................................................................................................... i
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................... iii
DANH MỤC CÁC HÌNH ...................................................................................... iv
DANH MỤC CÁC BẢNG...................................................................................... vii
KHÁI QUÁT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ............................................................... viii
CHƯƠNG 1. PHẦN MỞ ĐẦU.............................................................................. 1
1.1. Tính cấp thiết của đề tài .................................................................................... 1
1.2. Mục tiêu nghiên cứu .......................................................................................... 3
1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài..................................................... 3
1.4. Nội dung nghiên cứu ......................................................................................... 4
1.5. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................... 4
1.6. Tính mới của đề tài............................................................................................ 14
1.7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài........................................................... 15
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .............................. 17
2.1. Hệ thống xe buýt TP. Hồ Chí Minh…….. .......................................................17
2.2. Quy hoạch phát triển xe buýt ở TP. Hồ Chí Minh .......................................... 20
2.3. Tiêu chuẩn ô tô trên thế giới và Việt Nam ...................................................... 22
2.4. Ô nhiễm từ động cơ diesel ............................................................................... 24
2.5. Ảnh hưởng của NOx và muội than từ khí thải động cơ diesel đến môi
trường và sức khỏe con người ................................................................................. 31
2.6. Các phương pháp giảm thiểu NOx và muội than phát thải từ động cơ
diesel ...................................................................................................................... 32
2.7. Hệ thống luân hồi khí thải ................................................................................ 35
2.8. Bộ lọc DPF ....................................................................................................... 41
2.9. Lựa chọn mơ hình xử lý khí khải cho động cơ xe buýt mẫu ........................... 48

ii

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN................................ 51
3.1. Kết quả đo độ khói thực tế ở xe buýt B80...................................................... 51
3.2. Kết quả mô phỏng động cơ D1146TI của xe buýt mẫu với hệ thống luân hồi
khí thải và lọc muội than trên AVL - BOOST ....................................................... 51
3.3. Kết quả mơ hình thực nghiệm trên băng thử động có trang bị thiết bị đo đạc
khí thải .................................................................................................................... 56
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................... 62
4.1. Kết luận........................................................................................................... 62
4.2. Kiến nghị ....................................................................................................... 63
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
BÀI BÁO KHOA HỌC
LÝ LỊCH KHOA HỌC

\


iii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt

Diễn giải

UNEP

Chương trình mơi trường Liên Hợp Quốc

TP.HCM

Thành phố Hồ Chí Minh

TP.HN

Thành phố Hà Nội

PM

Particulate matter (muội than)

SOF

Solube Organic Fraction (phần chất hữu cơ hịa tan)

CNG

Compressed Natural Gas (nhiên liệu khí nén thiên nhiên)

LPG

Liquefied Petroleum Gas (nhiên liệu khí hóa lỏng)

LNC

Lean NOx Catalyst (DeNOx – bộ xúc tác khử NOx)

LNT

Lean NOx Trap (Bộ làm sạch NOx bằng bẩy)

SCR

Selective Catalytic Reduction (Bộ xúc tác chọn)

DPF

Diesel Particulate Filter (bộ lọc muội than)

CC

Catalytic converter (bộ chuyển đổi xúc tác)

EGR

Exhaust Gas Recirculation (hệ thống luân hồi khí thải)

ETB

Engine Test Bed (Băng thử tính năng động lực học cao)

PTA

Public Transportation Authority (Chính quyền Giao thơng cơng
cộng)

GTCC

Hệ thống giao thông công cộng

CKD

Completely KnockDown (cụm chi tiết)

ĐLCB

Đánh lửa cưỡng bức


iv

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1: Mơ hình van venturi ............................................................................... 7
Hình 1.2: Mơ hình động cơ D1146TI với hệ thống EGR trên AVL - BOOST.... 8
Hình 1.3: Mơ hình động cơ D1146TI với hệ thống EGR trên AVL – BOOST ... 9
Hình 1.4: Mơ hình DPF .......................................................................................... 10
Hình 1.5: Sơ đồ băng thử tính năng động lực học cao ETB.................................... 11
Hình 1.6: Lắp ráp bộ EGR trên đường ống xả ....................................................... 13
Hình 1.7: Bố trí van EGR trên động cơ thử nghiệm............................................... 14
Hình 2.1: Sản xuất xe buýt tại TP.HCM ................................................................. 19
Hình 2.2: Phát thải các loại xe buýt Diesel TP HCM 2007 - 2014. ........................ 20
Hình 2.3: Tiêu chuẩn Euro cho NOx và PM của động cơ Diesel .......................... 23
Hình 2.4: Các nguồn ơ nhiễm từ động cơ Diesel ................................................. 25
Hình 2.5: Tỷ lệ của các thành phần khí thải trong động cơ Diesel ........................ 25
Hình 2.6: Thành phần hạt muội than từ động cơ Diesel ....................................... 29
Hình 2.7: Cơ chế hình thành muội than ............................................................... 30
Hình 2.8: Cấu trúc tổ hợp của hạt muội than và các hợp chất hấp thụ ................... 31
Hình 2.9 Các hướng hạn chế khí thải động cơ Diesel ........................................... 33

Hình 2.10: Các hướng cơng nghệ xử lý NOx và hạt rắn ở khí xả động cơ Diesel. 35
Hình 2.11: Sơ đồ hệ thống ln hồi khí thải.......................................................... 36
Hình 2.12: Ảnh hưởng của ln hồi khí thải tới lượng phác thải NOx ................... 39
Hình 2.13: Hỗn hợp khí nạp - luân hồi phân lớp trong xi lanh ............................... 39
Hình 2.14: Mơ hình ln hồi khí thải phân lớp trên phần mềm mơ phỏng
KIVA-3V .................................................................................................................. 39
Hình 2.15: Mơ hình ln hồi khí thải phân lớp trên động cơ diesel tăng áp ......... 40
Hình 2.16: Áp suất turbine, tăng áp và tỷ lệ luân hồi............................................. 41
Hình 2.17: Sơ đồ bộ tăng áp Venturi....................................................................... 41
Hình 2.18: Lõi lọc muội than................................................................................. 42
Hình 2.19: Lọc gốm monolith ................................................................................ 43
Hình 2.20: Lõi lọc gốm........................................................................................... 43


v

Hình 2.21: Lõi lọc bằng lưới sợi gốm .................................................................... 44
Hình 2.22: Lõi lọc bằng sợi thép mạ crơm ............................................................. 44
Hình 2.23: Lọc Celmet ............................................................................................ 45
Hình 2.24 : Tái sinh lọc bằng đốt bồ hóng .............................................................. 47
Hình 2.25: Tái sinh lọc bằng cách phun ngược khơng khí..................................... 48
Hình 2.26: Sơ đồ mơ hình tổng qt sử dụng EGR kết hợp DPF để giảm thiểu NOx và
PM theo tiêu chuẩn khí thải Euro 2 .......................................................................... 49

Hình 2.31: Van xả của tuabin ................................................................................. 56
Hình 2.32: Đồ thị hàm áp suất................................................................................ 57
Hình 2.33: Hệ thống Bench Flow Reactor .............................................................. 58
Hình 2.35: Sơ đồ thí nghiệm hệ thống catalyst trên băng thử động cơ (theo phương
pháp thể tích) ............................................................................................................ 61
Hình 3.1: Quan hệ giữa máy nén và tuốcbin .......................................................... 52

Hình 3.2: Lượng phát thải NOx tại các tỷ lệ luân hồi khác nhau............................ 52
Hình 3.3: Công suất và tiêu hao nhiên liệu tại các tỷ lệ luân hồi khác nhau........... 53
Hình 3.4: Tỷ lệ luân hồi và NOx tại các chế độ tải khác nhau............................... 53
Hình 3.5: Quan hệ giữa tỷ lệ luân hồi và tải của động cơ tại 2200 v/ph ................. 54
Hình 3.6: Chiều cao của muội than hình thành ở lớp cake...................................... 55
Hình 3.7: Muội than trong quá trình tái sinh ......................................................... 55
Hình 3.8: Biểu đồ cơng suất và moment cuả động cơ tại 25% tải. ......................... 57
Hình 3.9: Suất tiêu hao nhiên liệu tại 25% tải ........................................................ 58
Hình 3.10 Hệ số dư lượng khơng khí lambda tại 25% tải ...................................... 58
Hình 3.11: Nồng độ khí NOx tại 25% tải................................................................ 59
Hình 3.12: Biểu đồ công suất và moment cuả động cơ tại 50% tải ....................... 59
Hình 3.13: Suất tiêu hao nhiên liệu tại 50% tải ...................................................... 60
Hình 3.14: Hệ số dư lượng khơng khí lambda tại 50% tải ..................................... 60
Hình 3.15: Nồng độ khí NOx và O2 trong khí thải ở 50% tải ................................. 61


vi

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Các thông số kết cấu của động cơ D1146T1......................................... 6
Bảng 1.2: Số phần tử dùng trong mơ hình động cơ D1146TI tăng áp có ln hồi khí
thải ............................................................................................................................ 8
Bảng 1.3: Số phần tử dùng trong mơ hình động cơ D1146TI tăng áp có ln hồi khí
thải ............................................................................................................................ 9
Bảng 2.1: Số lượng xe bt cơng cộng TP.HCM từ 2002 – 2010.......................... 17
Bảng 2.2: Nguồn cung cấp động cơ của các dòng xe buýt ở Việt Nam .................. 18
Bảng 2.3: Dự báo năng lực vận chuyển của hệ thống xe bt Tp.HCM................ 20
Bảng 2.4: Thơng số đồn phương tiện mạng lưới giai đoạn 2011 – 2015 .............. 21
Bảng 2.5: Thơng số đồn phương tiện mạng lưới giai đoạn 2016 – 2020 ............. 21
Bảng 2.6: Thơng số đồn phương tiện mạng lưới giai đoạn sau 2020 ................... 21

Bảng 2.7: Tiêu chuẩn khí thải Euro đối với từng loại xe........................................ 22
Bảng 2.8: Lộ trình áp dụng tiêu chuẩn khí thải của Việt Nam ................................ 24
Bảng 3.1: Kết quả đo độ khói thực tế xe buýt B80................................................. 51


vi

KHÁI QUÁT VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
I. PHƯƠNG
TIỆN GIAO
THÔNG TẠI
TPHCM:
1/ Phương tiện
cá nhân:
+ Xe máy
+ Ơ tơ cá nhân
+ Xe đạp
2/ Phương tiện
vận tải hành
khách công cộng:
+ Taxi
+ Xe buýt
+ Phương tiện
giao thông công
cộng khối lượng
lớn (tàu điện
ngầm, tàu cao
tốc…)
+ Xe cơ giới thô
sơ

II. HỆ THỐNG
XE BUÝT
1/Các vấn đề về
quản lý:
- Mạng lưới
- Tuyến
- Cơ cấu phương
tiện

III. CÁC TÁC
NHÂN Ô
NHIỄM MT:
1/ Tiếng ồn
2/ Khí thải:

Khí thải
từ động
cơ:

2/ Các tác động:
- Tác động kinh
tế
- Tác động kỹ
thuật
- Tác động mơi
trường:
Ơ nhiễm
mơi
trường từ

xe buýt
dùng
động cơ
diesel

Xe
buýt
B80

CO2
H2 O
O2
HC
CO
SO2
N2O
NOx
PM

IV. GIẢI
PHÁP XỬ
LÝ:
1/ Giải pháp
quản lý:
- Tiêu chuẩn
khí thải
- Đăng kiểm
nguồn thải
2/ Giải pháp
kỹ thuật:

- Sử dụng
nhiên liệu
sạch;
- Cải tiến
động cơ;
- Khai thác
hiệu quả:
Ứng
dụng
công
nghệ
xử lý
phù
hợp

V. VẤN ĐỀ
NGHIÊN CỨU:

Đề xuất ứng
dụng

EGR + DPF

1/ Nghiên
cứu công
nghệ
2/ Nghiên
cứu mô
phỏng
3/ Nghiên

cứu thực
nghiệm


1

CHƯƠNG 1
PHẦN MỞ ĐẦU
1.1.

Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm gần đây, ở các Thành phố lớn của Việt Nam như Hà Nội

và TP.HCM số lượng các phương tiện giao thông ngày càng một tăng nhanh. Cũng
như các thành phố lớn khác trong khu vực ASEAN, sự gia tăng về số lượng phương
tiện giao thông đô thị tại Hà Nội và TP.HCM nêu trên là hệ quả của quá trình đơ thị
hóa, cơng nghiệp hóa, đặc biệt là tốc độ tăng trưởng kinh tế nhanh chóng mà chưa
có sự phát triển đồng bộ của cơ sở hạ tầng. Điều này dẫn đến tình trạng ùn tắc và ơ
nhiễm mơi trường khơng khí trong giao thơng đơ thị như hiện nay. Bản tổng kết mơi
trường tồn cầu năm 2009 do Chương trình Mơi trường Liên Hợp Quốc (UNEP)
cơng bố cho thấy, Hà Nội và TP.HCM đều có tên trong danh sách 06 thành phố bị
ơ nhiễm khơng khí nghiêm trọng nhất trên thế giới. Theo Tổng cục Bảo vệ môi
trường (Bộ Tài nguyên và Môi trường), Việt Nam đối mặt với tất cả các vấn đề
được nêu trong báo cáo. Về nồng độ bụi, Hà Nội và TP.HCM chỉ đứng sau Bắc
Kinh, Thượng Hải (Trung Quốc), New Delhi (Ấn Độ) và Dhaka (Bangladesh).
Mối đe doạ tiềm tàng này chắc chắn sẽ cản trở quá trình phát triển hơn nữa của 02
thành phố này. Trong đó, 70% nguồn ơ nhiễm là do khí thải từ các phương tiện
tham gia giao thơng.
Phương tiện tham gia giao thông đô thị tại TP.HCM và Hà Nội hiện nay
được chia thành hai nhóm chính: nhóm phương tiện vận tải hành khách công cộng

(Xe buýt và taxi ) và nhóm phương tiện cá nhân (xe đạp, xe máy và ơtơ cá nhân).
Để khắc phục tình trạng ùn tắc và ô nhiễm, Hà Nội và TP.HCM đã có chủ trương
đẩy mạnh phát triển hệ thống vận tải hành khách công cộng và hạn chế xe cá nhân.
Theo đó, xe bt đóng vai trị chủ đạo trong hệ thống PTVTHKCC. Điều đáng nói
là, chiếm phần lớn trong số xe buýt đang lưu thông tại Hà Nội và TP.HCM đều
chưa được kiểm tra theo tiêu chuẩn môi trường cho phép. Qua thực tế phân tích mẫu
khảo sát tại các trạm đăng kiểm ở Hà Nội (Đề tài nghiên cứu khoa học cấp thành


2

phố mã số 01C-09/06-99-2: "Điều tra, đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường Hà Nội
do các phương tiện giao thông đô thị gây nên. Đề xuất các giải pháp giảm thiểu ô
nhiễm môi trường") cho thấy: 80% số xe ôtô lắp động cơ diesel (chủ yếu là xe
buýt) đang lưu hành ở Hà Nội không đạt tiêu chuẩn Euro 2. Theo số liệu thống kê
của Cục Đăng kiểm Việt Nam – Chi nhánh phía Nam, TP.HCM cũng gặp vấn đề
tương tự. Vì thực tế ở TP.HCM nói riêng và Việt Nam nói chung, xe buýt đang lưu
hành hiện nay chủ yếu sản xuất theo công nghệ cũ của Hàn Quốc và Trung Quốc
bằng phương pháp nhập sát-xi (chassi) và đóng thùng vỏ tại Việt Nam, chưa được
trang bị các hệ thống xử lý khí thải. Các nhà sản xuất xe buýt của Việt Nam vẫn
chưa có hướng kỹ thuật nào trong việc nghiên cứu lựa chọn các bộ xử lý khí thải
phù hợp cho từng loại xe để đưa vào áp dụng.
Với tỷ lệ chiếm đa số, xe buýt B80 là loại xe buýt đang được sử dụng nhiều nhất
hiện nay tại Hà Nội và TP.HCM. Xe buýt B80 sử dụng nhiên liệu diesel, so với
động cơ xăng, thì thải ra CO2 ít hơn khoảng 25%, góp phần hạn chế hiệu ứng nhà
kính, hiệu suất cháy tốt hơn, thải ra ít HC khơng cháy và CO hơn, tuổi thọ động cơ
cao hơn. Tuy nhiên ở mức độ ô nhiễm môi trường, động cơ diesel lại thải ra muội
than và NOx với nồng độ cao hơn hẳn động cơ xăng. Đây là lý do khiến xe buýt B80
là nguồn gây ơ nhiễm chính của đồn xe bt tại Hà Nội và TP.HCM.
Ngày nay, trên thế giới, xu hướng giảm thiểu ô nhiễm khí thải cho động cơ

Diesel theo 02 phương thức, bao gồm: 1. Giảm mức độ phát sinh ô nhiễm ngay từ
nguồn: sử dụng nhiên liệu sạch hoặc cải thiện q trình cháy trong động cơ; 2. Xử
lý khí thải tại đầu ra của động cơ, trên đường ống thải.
Để đạt được tiêu chuẩn Euro 2 (là tiêu chuẩn khí thải đang áp dụng hiện nay cho
các loại phương tiện giao thông cơ giới đường bộ tại Việt Nam), và tiến đến Euro 3
và 4 trong tương lai, các xe ô tô tại Việt Nam cần thiết phải được trang bị hệ thống
xử lý khí thải. Việc đưa các thiết bị xử lý khí thải nêu trên vào sử dụng là giải pháp
có lợi nhất, khả thi nhất và dễ kiểm sốt nhất đối với các loại xe có động cơ sử dụng
dầu Diesel. Để vừa đáp ứng được các tiêu chuẩn về môi trường, vừa đơn giản trong
sử dụng, vừa tiết kiệm ngân sách nhà nước, hệ thống xử lý phù hợp phải đáp ứng


3

các tiêu chí: khí thải đầu ra đạt chuẩn Euro 2, chi phí thấp, kết cấu đơn giản, có thể
lắp đặt và sử dụng ngay, không mất thời gian chờ đợi và có cơng nghệ phù hợp với
xu hướng của thế giới.
Theo đó, đối với việc xử lý NOx và muội than phát thải của xe buýt B80 sử dụng
nhiên liệu Diesel đang lưu hành, có thể chia thành 02 giai đoạn: Giai đoạn 1 là lắp
đặt hệ thống luân hồi khí thải (Exhaust Gas Recirculation, EGR) kết hợp với bộ
lọc muội than (Diesel Particulate Filter, DPF). Giai đoạn 2 là sử dụng hệ thống
tích hợp bộ chuyển đổi xúc tác (catalytic converter, CC) tích hợp với DPF.
Vì vậy, trong giai đoạn 1, để góp phần phát triển xu hướng xe buýt sạch cho
công nghiệp ô tô Việt Nam và giảm thiểu ơ nhiễm mơi trường khơng khí đơ thị tại
Thành phố Hồ Chí Minh cũng như các thành phố lớn khác của Việt Nam, việc
nghiên cứu mơ hình hình xử lý NOx và muội than phát thải từ động cơ xe buýt
Diesel B80 đang lưu hành bằng hệ thống luân hồi khí thải (Exhaust Gas
Recirculation, EGR) và bộ lọc muội than (Diesel Particulate Filter, DPF) để đáp
ứng tiêu chuẩn khí thải Euro 2 là điều hết sức cần thiết và cấp bách.
1.2.

Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu mơ hình xử lý NOx và muội than phát thải từ động cơ xe buýt

Diesel B80 đang lưu hành ở TP.HCM bằng hệ thống luân hồi khí thải (Exhaust Gas
Recirculation, EGR) và bộ lọc muội than (Diesel Particulate Filter, DPF) để đáp
ứng tiêu chuẩn khí thải Euro 2.
1.3.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
1.3.1. Đối tượng nghiên cứu
Động cơ Diesel D1146TI do hãng DAEWOO (Hàn Quốc) sản xuất, được lắp

đặt trên xe buýt B80 – là loại xe buýt đang được sử dụng nhiều nhất hiện nay tại
TP.HCM và các thành phố lớn của Việt Nam, mà chưa được trang bị thiết bị xử lý
khí thải.
Chi tiết về thơng số kỹ thuật của xe buýt B80 và động cơ D1146TI được
trình bày ở Phụ lục 1, Phụ lục 2.


4

1.3.2. Phạm vi của đề tài
Do thời gian nghiên cứu có hạn cũng như điều kiện về phịng thí nghiệm và
trang thiết bị thí nghiệm cịn hạn chế và khó khăn nên đề tài chỉ tập trung nghiên
cứu giảm thiểu 02 thành phần khí thải cơ bản và quan trọng nhất của động cơ diesel
trên xe buýt B80 đang lưu hành là NOx và muội than (PM). Trong đó, đề tài tập
trung nghiên cứu mơ hình bộ xử lý khí thải NOx.
Bên cạnh đó, để tăng giá trị của đề tài là đánh giá hiện trạng ơ nhiễm khí thải
từ động cơ xe buýt B80 và đề xuất công nghệ xử lý khí thải cho xe buýt B80 ở các

thành phố lớn của Việt Nam, tác giả sử dụng các số liệu nghiên cứu của thành phố
Hồ Chí Minh để làm cơ sở đánh giá. Vì TP. HCM là địa phương có chủng loại, số
lượng, mật độ xe, tỉ lệ ơ nhiễm khơng khí điển hình đại diện cho cả nước.
Luận văn này trình bày các nghiên cứu mang tính chất đề xuất những cơ sở
bước đầu về giải pháp xử lý khí thải cho xe buýt B80 đang lưu hành. Việc thử
nghiệm áp dụng trên xe buýt thực tế cần được tiếp tục thực hiện ở các nghiên cứu
tiếp theo.
1.4. Nội dung nghiên cứu
1.4.1. Tổng quan tài liệu về tình hình phát thải các chất ơ nhiễm trong khí thải
động cơ xe buýt B80 đang lưu hành ở TP.HCM và các phương pháp xử lý NOx và
muội than phát thải từ động cơ xe buýt sử dụng dầu Diesel.
1.4.2. Nghiên cứu mơ hình lý thuyết cơng nghệ ln hồi khí thải (Exhaust Gas
Recirculation, EGR) để giảm thiểu NOx kết hợp với bộ lọc muội than (Diesel
Particulate Filter, DPF) để giảm thiểu PM phát thải từ động cơ xe buýt B80.
1.4.3. Thử nghiệm đánh giá khả năng giảm phát thải NOx sau khi lắp bộ luân
hồi khí thải đã lựa chọn trên “Băng thử tính năng động lực học cao Engine Test Bed
(ETB)” của Viện Cơ khí Động lực, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.
1.5. Phương pháp nghiên cứu
1.5.1. Phương pháp thu thập, chọn lọc số liệu từ các tài liệu và ý kiến
chuyên gia.
1.5.2. Đo đạc, phân tích độ mờ khói của động cơ.


5

Tiến hành đo độ khói thực tế trên một xe buýt B80, nhà sản xuất: Transinco,
đơn vị vận tải: Saigonbus, năm sản xuất: 2007, số km đã chạy: 258.661 (km) bằng
thiết bị đo độ mờ khói AVL DiSmoke 4000 tại Phịng thí nghiệm trọng điểm Động
cơ đốt trong – Đại Học Bách Khoa TP. HCM.
* Phương pháp đo:

Khởi động động cơ, cài số ở vị trí trung gian, đảm bảo động cơ hoạt động bình
thường. Tắt tất cả các thiết bị chiếu sáng, máy lạnh. Chờ thiết bị gia nhiệt (tới 500 C)
và sẵn sàng cho quá trình đo. Kẹp chặt đầu lấy mẫu vào ống xả của phương tiện.
Kiểm tra, xác nhận trước khi đo: Thực hiện thử một chu trình gia tốc tự do, đảm
bảo phải có khí thải đi vào thiết bị đo, kiểm tra tốc độ nhỏ nhất, lớn nhất thực tế của
động cơ. Đảm bảo quá trình đo diễn ra bình thường.
Tiến hành đo 03 lần theo chu trình gia tốc tự do. Kết quả là trung bình các giá
trị lớn nhất đo được của 03 chu trình.
1.5.3. Mơ phỏng động cơ D1146TI với hệ thống luân hồi khí thải và lọc
muội than trên AVL - BOOST

3 Mô phỏng động cơ D1146TI với hệ thống luân hồi khí thải trên AVL –
BOOST.
Các bước tiến hành:
* Xây dựng mơ hình động cơ D1146TI trên AVL-BOOST
Trên cơ sở kết cấu được lựa chọn, số phần tử trong mơ hình động cơ
D1146TI được xây dựng dựa trên các cơ sở sau:
- Động cơ Diesel 6 xilanh thẳng hàng, tăng áp có làm mát trung gian, thứ tự
làm việc của các xilanh 1-5-3-6-2-4.
- Kết cấu đường nạp bao gồm: các đường ống nạp, bình lọc khí nạp, máy nén
khí, két làm mát khí tăng áp, ống góp chung.
- Kết cấu đường thải bao gồm: các đường ống thải, ống góp. Ống góp trên
đường thải được chia thành 02 phần độc lập (ống góp thứ nhất dùng cho xilanh 1, 2
và 3, cịn ống góp 2 dùng cho xilanh 3, 4 và 5) và 2 ống góp này độc lập nối đến
tuabin, đây chính là nguyên lý tăng áp bảo toàn xung lượng.


6

Bảng 1.1: Các thông số kết cấu của động cơ D1146TI

TT

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

Thơng số

Ký hiệu

Giá trị

Đơn vị

Hành trình pittơng

S

139

mm

Đường kính xilanh

D

111

mm

Số xilanh

i

6

-

Chiều dài thanh truyền

L

230

mm

Công suất định mức

Ne

180

kW

Mô men cực đại ở n = 1000v/ph

Me max

882

Nm

Số vòng quay định mức

nđm

2300

v/ph

Suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất

ge

210

g/kW.h

Tỷ số nén

ε

18,5

-

Góc mở sớm xupáp nạp

ϕ1

16

độ

Góc đóng muộn xupáp nạp

ϕ2

36

độ

Góc đóng sớm xupáp thải

ϕ3

46

độ

Góc đóng muộn xupáp thải

ϕ4

14

độ


7

14
15
16
17

Góc phun sớm

ϕs

3

độ

Đường kính nấm xupáp nạp

Dn

50

mm

Đường kính nấm xupáp thải

Dt

46

mm

Thứ tự nổ

1-5-3-6-2-4

* Mơ hình hố hệ thống ln hồi khí thải trên AVL – BOOST
Trên phần mềm mơ phỏng AVL - BOOST, kết cấu venturi được mô phỏng như
dưới hình 1.1.
Trên hình 1.1 cho ta thấy hệ thống luân hồi sẽ hoạt động khi phần tử cản R1
đóng lại (khơng có dịng khí chạy từ đường ống số 3 sang đường ống số 4). Khi đó
khí nạp từ máy nén khí sẽ chạy từ ống 5 sang ống 6 thông qua phần tử rẽ nhánh J13.
Các ống 5 và 6 đều có đường kính thay đổi với kích thước bé nhất hướng về
phần tử rẽ nhánh J13 nhờ đó mà khí ln hồi có áp suất thấp được đưa trở lại xy
lanh của động cơ thông qua đường ống số 6.

Hình 1.1: Mơ hình venturi
* Mơ hình hố động cơ D1146TI tăng áp có ln hồi khí thải
Với mơ hình thực hiện ln hồi khí thải bằng venturi như trên, động cơ
D1146TI tăng áp có ln hồi khí thải được mơ phỏng như trên hình 1.2.

8

Hình 1.2: Mơ hình động cơ D1146TI với hệ thống EGR trên AVL - BOOST
* Số lượng phần tử của mơ hình mơ phỏng EGR
Bảng 1.2: Số phần tử dùng trong mơ hình động cơ D1146TI tăng áp có ln hồi
khí thải
TT
Tên các phần tử
Ký hiệu
Số lượng
1

Xilanh

C1 – C6

6

2

Đường ống nạp, thải

3

Phần tử biên

SB

3

4

Lọc khí nạp

CL

1

5

Làm mát

CO

2

6

Tuabin

T

1

7

Máy nén

C

1

8

Bình ổn áp

PL

2

9

Điểm đo

MP

33

10

Van xả

WG

1

11

Lọc khói bụi

DPF

1

42


9

TT
12

Tên các phần tử

Ký hiệu

Số lượng

ATB

2

Điều kiện biên

* Mô phỏng động cơ D1146TI với hệ thống lọc muội than trên AVL - BOOST

Hình 1.3: Mơ hình động cơ D1146TI với hệ thống EGR trên AVL - BOOST
* Số lượng phần tử của mơ hình mơ phỏng EGR
Bảng 1.3: Số phần tử dùng trong mơ hình động cơ D1146TI tăng áp có ln
hồi khí thải

TT
Tên các phần tử
Ký hiệu
Số lượng
1

Xilanh

C1 – C6

6

2

Đường ống nạp, thải

3

Phần tử biên

SB

3

4

Lọc khí nạp

CL

1

5

Làm mát

CO

2

6

Tuabin

T

1

7

Máy nén

C

1

8

Bình ổn áp

PL

2

9

Điểm đo

MP

33

10

Van xả

WG

1

11

Lọc khói bụi

DPF

1

42

10

TT

Tên các phần tử

12

Ký hiệu

Số lượng

ATB

2

Điều kiện biên

3 Mô phỏng động cơ D1146TI với hệ thống lọc muội than trên AVL –
BOOST
Mơ hình DPF - BarTrap- Regeneration được mơ phỏng như ở hình 3.6 được
dùng để nghiên cứu đánh giá giảm lượng muội than trong khí thải động cơ Diesel
tăng áp có ln hồi khí xả.

Hình 1.4: Mơ hình DPF
Lọc muội than gồm các thành phần sau:
- 1 phần tử DPF (Diesel Particulate Filter)
- 2 phần tử ATB (Aftertreatment Boundaries).
1.5.4.

Mô hình thực nghiệm trên băng thử động cơ Diesel có trang bị

thiết bị đo đạc khí thải.
Các kết quả thực nghiệm trong Luận văn này sẽ được thực hiện một phần trong
khuôn khổ Dự án Nghiên cứu bộ xử lý khí thải trên băng thử động cơ theo các chu
trình tiêu chuẩn (ECE R49) với thử nghiệm “Băng thử tính năng động lực học cao
ETB” trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu khoa học: “Nghiên cứu giảm phát thải cho
động cơ Diesel” do PGS. TS. Lê Anh Tuấn – Viện trưởng Viện Cơ khí động lực –
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội làm chủ nhiệm.
Cụ thể như sau:
* Bố trí nghiên cứu thực nghiệm
Động cơ được đặt trong phịng thí nghiệm với hệ thống băng thử động lực
học thí nghiệm động cơ nhiều xylanh, và được điều khiển hoàn toàn tự động bên


11

ngồi bằng phịng điều khiển thơng qua hệ thống các máy tính trang bị đầy đủ phần
mềm điều khiển.
* Sơ đồ phòng thử động lực học (High Dynamic Engine Test Bed)
Phịng thí nghiệm động cơ nhiều xy lanh được trang bị nhiều thiết bị hiện đại
và bố trí theo sơ đồ:

Hình 1.5:

Sơ đồ băng thử tính năng động lực học cao ETB

* Tiêu chuẩn thử nghiệm
Chu trình thử nghiệm khí thải ECE R49, tương đương TCVN 6567-2006.

* Nội dung
- Lắp đặt hệ thống luân hồi khí thải (EGR).
- Chọn vị trí lắp đặt bộ lọc muội than (DPF).
- Thử nghiệm đối chứng đánh giá khả năng giảm phát thải sau khi lắp thiết bị
giảm phát thải, trong luận văn này chỉ làm cho bộ EGR.
* Các thiết bị trong phòng thử
- Cụm phanh APA100
- Cụm làm mát dầu bôi trơn AVL554
- Cụm làm mát nước AVL553


12

- Cân nhiên liệu AVL733S
- Hệ thống phân tích khí thải CEBII
- Các thiết bị khác: Hệ thống giữ ổn định nhiệt độ nhiên liệu AVL753, bộ
kéo ga THA100, hệ thống biến đổi tín hiệu...
* Lắp đặt thiết bị trên động cơ thử nghiệm
Ngồi các cảm biến thơng thường của phịng thí nghiệm động cơ gắn trên
động cơ thử nghiệm D1146TI, việc bố trí bộ EGR và van EGR trên đường ống xả
của động cơ được thiết kế phù hợp như hình 1.6.
Một van đóng mở EGR có nhiệm vụ đóng mở, cung cấp lưu lượng khí thải
ln hồi từ bộ Turbo tăng áp sang đường ống nạp được lắp đặt ở vị trí như hình 1.7.
Lượng khí thải ln hồi này phải phù hợp chế độ làm việc của động cơ để đảm bảo
cho buồng cháy được cung cấp một lượng khí thải, qua đó đốt cháy, giàm hàm
lượng NOx tương ứng theo tỷ lệ hỗn hợp khơng khí-nhiên liệu (hay độ dư lượng
khơng khí “lamda”).
Để đóng mở một cách tự động van này, cần có một bộ điều khiển van EGR,
bộ này là một thiết bị điện tử, có khả năng điều khiển vị trí đóng mở của van EGR
theo chế độ động cơ.

Để làm được việc này, cần có một bộ ECU điều khiển, bộ ECU này được cài
đặt theo các chế độ làm việc của động cơ.
• Chuẩn bị thử nghiệm và chế độ thí nghiệm
Động cơ D1146T1 được lắp đặt trên băng thử với sự hiệu chỉnh và cân chỉnh
đúng các thông số kỹ thuật của nhà sản xuất. Hệ thống làm mát và bôi trơn được kết
nối với các thiết bị điều khiển của băng thử đảm bảo các điều kiện làm việc bình
thường. Động cơ được chạy rà nguội ở chế độ 1200 v/ph, chạy rà nóng ở các chế độ
khơng tải, 50% tải/1400 v/ph, 75% tải/1800 v/ph. Thời gian chạy rà mỗi chế độ là
30 phút.