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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Nguyễn Mạnh Dũng

NGHIÊN CỨU GIẢM PHÁT THẢI ĐỘC HẠI CHO
ĐỘNG CƠ DIESEL XE TẢI NHẸ ĐANG LƯU HÀNH

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Hà Nội – 2020


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Nguyễn Mạnh Dũng

NGHIÊN CỨU GIẢM PHÁT THẢI ĐỘC HẠI CHO
ĐỘNG CƠ DIESEL XE TẢI NHẸ ĐANG LƯU HÀNH

Ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực
Mã số : 9520116

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. GS.TS. Phạm Minh Tuấn
2. PGS.TS. Trần Quang Vinh

Hà Nội – 2020

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 cơng bố trong các cơng trình nào
khác.

Hà Nội, ngày 19 tháng 11 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, Phịng 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 tơi hết sức tận tình, chu đáo về mặt chun mơn để tơi có thể thực
hiện và hồn thành luận án.
Tơi xin cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, Ban chủ

nhiệm, các thầy cơ trong Khoa Cơng nghệ Ơtơ đã tạo điều kiện và động viên tơi trong
suốt q 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 tơi trong suốt thời gian tơi tham gia nghiên cứu và
thực hiện cơng 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. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................. 2
v. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .......................................................... 3
vi. Bố cục của luận án ............................................................................................ 3
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ....................................................................................... 4
1.1. Hiện trạng chất lượng khơng khí ................................................................... 4
1.1.1. Tiêu chí đánh giá chất lượng mơi trường khơng khí.................................... 4
1.1.2. Hiện trạng chất lượng khơng khí ................................................................ 5

1.2. Tổng quan sự phát triển các phương tiện giao thông ở Việt Nam ................ 9
1.2.1. Sự phát triển các phương tiện giao thông ở Việt Nam ................................ 9
1.2.2. Tiêu chuẩn phát thải từ động cơ diesel...................................................... 11
1.2. Tình hình nghiên cứu giảm phát thải độc hại cho động cơ diesel trên thế
giới và Việt Nam................................................................................................... 15
1.2.1. Giảm phát thải NOx ................................................................................. 17
1.2.2. Giảm phát thải hạt CO, HC và PM ........................................................... 19
1.2.3. Bộ lọc hạt (DPF) ...................................................................................... 21
1.3. Tổng hợp nghiên cứu giảm phát thải cho xe tải nhẹ sử dụng động cơ diesel
trên thế giới và Việt Nam..................................................................................... 23
1.3.1. Nghiên cứu giảm phát thải cho động cơ diesel trên thế giới ...................... 23
1.3.2. Nghiên cứu giảm phát thải cho động cơ diesel ở Việt Nam....................... 28
1.3.3. Tính cấp thiết của đề tài............................................................................ 29
1.3.4. Cách tiếp cận vấn đề của đề tài ................................................................. 30
1.4. Kết luận chương 1 ......................................................................................... 31
iii


CHƯƠNG 2. CƠ CHẾ HÌNH THÀNH CÁC CHẤT ĐỘC HẠI TRONG KHÍ
THẢI CỦA ĐỘNG CƠ VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN MƠ PHỎNG BỘ
XỬ LÝ KHÍ THẢI ................................................................................................... 32
2.1. Sự hình thành các chất độc hại trong khí thải động cơ ............................... 32
2.1.1. Mônôxit cácbon (CO) ............................................................................... 32
2.1.2. Hyđrô cácbon (HC) .................................................................................. 32
2.1.3. Ôxit nitơ (NOx) ........................................................................................ 33
2.1.4. Phát thải dạng hạt (PM) ............................................................................ 33
2.2. Cơ sở lý thuyết tính tốn chu trình cơng tác của động cơ trên phần mềm
AVL - Boost .......................................................................................................... 35
2.2.1. Giới thiệu chung ....................................................................................... 35
2.2.2. Các phương trình cơ bản .......................................................................... 35

2.2.3. Các mơ hình điều kiện biên ...................................................................... 38
2.2.3.1. Mơ hình trao đổi nhiệt ........................................................................... 38
2.2.3.2. Mơ hình nạp thải ................................................................................... 41
2.2.3.3. Mơ hình cháy AVL-MCC ...................................................................... 42
2.3. Cơ sở lý thuyết mơ phỏng quá trình hình thành phát thải của động cơ
diesel ..................................................................................................................... 46
2.3.1. Mơ phỏng q trình hình thành NOx ........................................................ 46
2.3.2. Mơ phỏng q trình hình thành CO .......................................................... 47
2.3.3. Mơ phỏng q trình hình thành soot ......................................................... 48
2.4. Cơ sở lý thuyết mô phỏng giải pháp xử lý phát thải cho động cơ diesel ..... 49
2.4.1. Mô phỏng bộ xử lý xúc tác SCR ............................................................... 49
2.4.2. Mô phỏng bộ xúc tác ơ xy hóa DOC......................................................... 52
2.4.3. Mơ phỏng bộ lọc chất thải hạt DPF .......................................................... 54
Kết luận chương 2 ................................................................................................ 59
CHƯƠNG 3. MÔ PHỎNG, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ XÚC TÁC DOC, DPF
VÀ SCR TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL XE TẢI NHẸ .............................................. 60
3.1. Xây dựng mơ hình mơ phỏng động cơ D4BB............................................... 60
3.1.1. Thông số kỹ thuật cơ bản xây dựng mơ hình mơ phỏng trên AVL - Boost 60
3.1.2. Mơ hình mơ phỏng động cơ D4BB ........................................................... 61
3.1.3. Đánh giá độ chính xác của mơ hình .......................................................... 62
3.1.4. Xây dựng mơ hình xử lý khí thải DOC-DPF-SCR .................................... 65
3.1.5. Kết quả mô phỏng phát thải của động cơ khi sử dụng DOC, DPF và SCR 69
3.2. Thiết kế tổng thể bộ xúc tác DOC, DPF và SCR trên động cơ D4BB......... 76

iv


3.2.1. Sơ đồ bố trí hệ thống xử lý khí thải ............................................................ 76
3.2.2. Xác định vị trí và phương pháp lắp đặt hệ thống xử lý khí thải .................. 77
3.3. Thiết kế chế tạo bộ xúc tác DOC, DPF và SCR ........................................... 78

3.3.1. Thiết kế, chế tạo vỏ bọc cho bộ xử lý xúc tác ........................................... 78
3.3.2. Tính tốn, thiết kế hệ thống phun urê ....................................................... 82
3.4 Kết luận chương 3 .......................................................................................... 92
CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM BỘ XÚC TÁC DOC, DPF VÀ SCR
DÙNG CHO ĐỘNG CƠ DIESEL XE TẢI NHẸ D4BB ........................................ 94
4.1. Mục đích thử nghiệm .................................................................................... 94
4.2. Thiết bị thử nghiệm ....................................................................................... 94
4.2.1. Băng thử động lực học.............................................................................. 95
4.2.2. Thiết bị phân tích khí thải FTIR ............................................................... 99
4.2.3. Thiết bị đo độ khói Smoke Meter AVL 451S ......................................... 100
4.2.4. Động cơ thử nghiệm ............................................................................... 101
4.3. Điều kiện thử nghiệm .................................................................................. 101
4.4. Bố trí, phương pháp và chương trình thử nghiệm .................................... 102
4.4.1. Bố trí lắp đặt và hiệu chỉnh động cơ trên băng thử .................................. 102
4.4.2. Phương pháp và chương trình thử nghiệm .............................................. 102
4.5. Kết quả thử nghiệm và thảo luận ............................................................... 103
4.5.1. Đặc tính vịi phun urê ............................................................................. 103
4.5.2. Đặc tính nhiệt độ khí thải khi đi qua các bộ xử lý khí thải ...................... 104
4.5.3. Ảnh hưởng lượng phun urê đến phát thải NOx ........................................ 105
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 ............................................................................................... 107
4.5.5. Đánh giá chất lượng phát thải của động cơ khi lắp các bộ xử lý khí thải . 108
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 chương 4 ....................................................................................... 114
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ............................................................. 116
Kết luận ............................................................................................................... 116
Hướng phát triển ................................................................................................ 117
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN.................. 118
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 119

v


MỤC LỤC PHỤ LỤC LUẬN ÁN ......................................................................... 125
PHỤ LỤC LUẬN ÁN ........................................................................................... PL1
PL.1. Trích bản tóm tắt kết quả mơ phỏng tại tốc độ 2200 vịng/phút, tồn tải ...
..................................................................................................................... PL1
PL.2 Thông số của thiết bị thử nghiệm ............................................................ PL6
PL.3 Kết quả thử nghiệm theo đường đặc tính ngồi ................................... PL11
PL.4 Kết quả thử nghiệm theo đường đặc tính tải ........................................ PL13

vi


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
Ký hiệu

Diễn giải

Đơn vị

AQI

Air Quality Index- Chỉ số đánh giá chất lượng khơng
khí

-

CO

Mơnơxit cácbon

-

HC

Hyđrơ cácbon

-

PM

Phát thải hạt

-

NOx

Ơxít nitơ

-

SOx

Ơxít lưu huỳnh

-

EMBARQ

Viện tài ngun thế giới Mỹ

-

DOC

Diesel Oxidation Catalyst (bộ xúc tác ơxy 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
chất hữu cơ độc hại bay lên trong khơng khí)

-

HSU

Hartridge Smoke Unit

PM10

Phát thải hạt có kích thước nhỏ hơn 10 µm

-

TSP

Tổng lượng bụi lơ lửng trong khơng khí

-

TCCP

Tiêu chuẩn cho phép

-

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

-

PM-cat

Bộ lọc phát thải hạt (dạng lọc bề mặt)

-

SCR

Selective Catalyst Reduction (bộ xúc tác khử NOx)

-

CRT

Continuous Regeneration Trap (bộ lọc tái sinh liên tục)

-

SMF

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

-

LNT

Lean NOx Trap (bộ xúc tác hấp thụ NOx)

-

Soot

Bồ hóng

-



Hệ số dư lượng khơng khí

-

HAP

Hyđrơ cácbon thơm mạch vịng

-

SV

Space Velocity (tốc độ khơng gian)

SCRT

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

-

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

-

AVL-Boost

vii

m/s


AVL-MCC

Mơ hình cháy của hãng AVL

MP

Mơ phỏng

-

TN

Thực nghiệm

-

NCS

Nghiên cứu sinh

-

CPSI

Mật độ lỗ

cell/inch2

ECE R49

Chu trình thử châu Âu ở chế độ tĩnh đối với động cơ xe
tải hạng nặng và xe khách

-

PWM

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 vịng lặp kín

-

USB

Cổng giao tiếp máy tính

-

COM

Cổng giao giao tiếp máy tính dạng nối tiếp

-

Smoke

Độ khói

-

viii


DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. Mức điểm của chỉ số AQI ............................................................................ 4

Bảng 1.2. Giới hạn các thông số cơ bản trong khơng khí xung quanh .......................... 5
Bảng 1.3. Thống kê số vị trí quan trắc mơi trường có nồng độ ô nhiễm vượt QCVN
trên địa bàn TP. Hà Nội năm 2014 [3] ......................................................................... 7
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] .................................................................................. 7
Bảng 1.5. Ước tính phát thải của một số nguồn ơ nhiễm chính ở Hà Nội [5] ................ 8
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 ...................................................................................................... 13
Bảng 1.7. Các biện pháp giảm phát thải trên động cơ diesel ...................................... 15
Bảng 2.1. Các hệ số của phương trình trao đổi nhiệt tại cửa nạp và thải..................... 41
Bảng 2.2. Chuỗi phản ứng hình thành NOx. ............................................................... 46
Bảng 3.1. Các thông số kết cấu của động cơ D4BB ................................................... 61
Bảng 3.3. Thông số mô phỏng bộ xúc tác ôxy hóa DOC cho động cơ diesel D4BB ... 67
Bảng 3.4. Thông số mô phỏng bộ lọc DPF cho động cơ diesel D4BB ....................... 67
Bảng 3.5. Thông số mô phỏng bộ xúc tác SCR cho động cơ diesel D4BB ................. 68
Bảng 3.6. Thông số kết cấu cơ bản của các bộ xử lý khí thải ..................................... 75
Bảng 3.7. So sánh kết quả mô phỏng sự thay đổi các thành phần phát thải ................ 76
Bảng 3.8. Chu kỳ và các dải lượng phun urê.............................................................. 87
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..................................... 6
Hình 1.2. Hình ảnh ơ nhiễm mơi trường trên địa bàn thành phố Hà Nội ...................... 6
Hình 1.3. Số liệu ô tô sử dụng động cơ xăng từ năm 2013 đến 2017 ......................... 10
Hình 1.4. Số liệu ơ tơ sử dụng động cơ diesel từ năm 2013 đến 2017 ........................ 11
Hình 1.5. Tiêu chuẩn khí thải đối với các xe ôtô hạng nhẹ của EU và các nước Châu Á

[6] .............................................................................................................................. 12
Hình 1.6. Các giải pháp giảm phát thải PM và NO x nhằm hướng tới các tiêu chuẩn
Châu Âu [7] ............................................................................................................... 16
Hình 1.7. Sơ đồ hệ thống luân hồi khí thải EGR ........................................................ 17
Hình 1.8. Sơ đồ ngun lý hoạt động của hệ thống SCR [9] ...................................... 17
Hình 1.9. Hiệu quả giảm phát thải độc hại trên động cơ diesel của bộ xúc tác ơxy hóa
DOC [20] ................................................................................................................... 19
Hình 1.10. Cấu tạo bộ xúc tác ơxy hóa DOC ............................................................. 20
Hình 1.11. Lọc khối và lọc bề mặt ............................................................................. 22
Hình 1.12. Ảnh hưởng của luân hồi khí thải đến lượng phát thải NOx [8] .................. 24
Hình 1.13. Phát thải HC và lưu lượng tích lũy phát thải hạt tăng theo tỷ lệ luân hồi (%
EGR) ......................................................................................................................... 24
Hình 1.14. Tỷ 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) ..... 25
Hình 1.15. Tỷ 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) ........... 26
Hình 1.16. Biểu đồ so sánh khả năng cắt giảm phát thải NOx theo các cơng nghệ khác
nhau ........................................................................................................................... 26
Hình 1.17. Hiệu quả cắt giảm phát thải theo chu trình thử ECE R49 ......................... 27
Hình 2.1. Mơ hình cân bằng năng lượng trong xylanh ............................................... 36
Hình 2.2. Giao diện khai báo thơng số cơ bản của bộ SCR ........................................ 52
Hình 2.3. Giao diện khai báo các thông số bộ DOC................................................... 53
Hình 2.4. Cấu trúc phần tử DPF trong phần mềm AVL-Boost ................................... 54
Hình 2.5. Cấu trúc của monolith ................................................................................ 55
Hình 2.6. Phân bố bồ hóng ........................................................................................ 57
Hình 2.7. Lựa chọn phản ứng tái sinh lọc của phần tử DPF trong AVL-Boost ........... 59
Hình 3.2. Đánh giá độ hội tụ của kết quả mơ phỏng .................................................. 63
Hình 3.3. So sánh cơng suất, mô men và suất tiêu hao nhiên liệu ở đặc tính ngồi giữa
mơ phỏng và thực nghiệm .......................................................................................... 63
Hình 3.4. So sánh thành phần phát thải NOx giữa mô phỏng và thực nghiệm ............ 63

Hình 3.5. So sánh thành phần phát thải CO giữa mô phỏng và thực nghiệm .............. 64
Hình 3.6. So sánh thành phần phát thải soot giữa mô phỏng và thực nghiệm ............. 64
x


Hình 3.7. Quy trình mơ phỏng................................................................................... 66
Hình 3.8. Mơ hình mô phỏng động cơ D4BB khi kết hợp các biện pháp giảm phát thải
DOC - DPF - SCR ..................................................................................................... 69
Hình 3.9. Sự thay đổi hàm lượng CO theo chiều dài bộ xúc tác tại chế độ Nemax và
Memax ......................................................................................................................... 70
Hình 3.10. Sự thay đổi hàm lượng soot theo chiều dài bộ xúc tác tại chế độ Nemax và
Memax ......................................................................................................................... 70
Hình 3.11. Sự thay đổi nhiệt độ khí thải qua bộ xúc tác ơ xy hóa DOC ..................... 71
Hình 3.12. Ảnh hưởng của thơng số lọc DPF tới tính năng kỹ thuật của động cơ ...... 71
Hình 3.13. Ảnh hưởng của thông số lọc DPF tới chênh áp đường thải ....................... 72
Hình 3.14. Ảnh hưởng của thơng số lọc DPF hiệu suất lọc soot ................................ 72
Hình 3.15. Kết quả mơ 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 ........................................... 74
Hình 3.16. Kết quả mơ 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 ........................................... 74
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 ........................................... 75
Hình 3.18. Sơ đồ bố trí bộ xúc tác DOC-DPF-SCR trên động cơ diesel D4BB .......... 76
Hình 3.19. Lõi bộ xúc tác DOC-DPF-SCR ................................................................ 78
Hình 3.22. Cấu tạo của vỏ lắp bộ xúc tác DOC, DPF và SCR ................................... 79
Hình 3.21. Phần vỏ chứa lõi bộ xúc tác ..................................................................... 80
Hình 3.22. Ống cơn nối vỏ bộ xúc tác ....................................................................... 80
Hình 3.23. Vị trí bắt cảm biến của bộ xúc tác ............................................................ 81
Hình 3.24. Bích nối các bộ xúc tác và lắp lên động cơ............................................... 81
Hình 3.25. Vỏ bộ xúc tác DPF sau khi được chế tạo .................................................. 82

Hình 3.26. Ống thủy phân urê ................................................................................... 82
Hình 3.27. Ống thủy phân urê lắp với bộ xúc tác SCR sau khi chế tạo ...................... 82
Hình 3.28. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bộ SCR ................................................... 83
Hình 3.29. Phương pháp điều khiển PWM (a) và đặc tính điều khiển vịi phun urê (b)
.................................................................................................................................. 86
Hình 3.30. Các chu kỳ khác nhau cho bộ điều khiển xung PWM............................... 87
Hình 3.31. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển lượng phun urê ....................................... 88
Hình 3.32. Sơ đồ mạch điều khiển ............................................................................. 88
Hình 3.33. Hình ảnh bộ điều khiển phun urê ............................................................. 89
Hình 3.34. Kết cấu và hoạt động của bơm urê loại con lăn ........................................ 89
Hình 3.35. Bơm dung dịch urê .................................................................................. 90
Hình 3.36. Kết cấu vịi phun urê của hệ thống SCR ................................................... 91
Hình 3.37. Hình dạng vịi phun urê ........................................................................... 91
xi


Hình 3.38. Lắp hệ thống DOC-DPF-SCR lên động cơ D4BB .................................... 92
Hình 4.1. Sơ đồ bố trí trang thiết bị thí nghiệm ......................................................... 95
Hình 4.2. Các kích thước cơ bản của phanh điện Alpha 160 ...................................... 96
Hình 4.3. Sơ đồ hệ thống làm mát AVL-553S-200 .................................................... 97
Hình 4.4. Sơ đồ nguyên đo lượng tiêu thụ nhiên liệu của thiết bị AVL PLU 160 ....... 98
Hình 4.5. Sơ đồ nguyên lý của bộ kéo ga tự động THA – 100 ................................... 98
Hình 4.6. Thiết bị phân tích khí thải FTIR ................................................................. 99
Hình 4.7. Các bộ phận và nguyên lý đo của thiết bị FTIR ....................................... 100
Hình 4.8. Thiết bị đo độ khói Smoke Meter AVL 415S ........................................... 101
Hình 4.9. Động cơ D4BB chạy khảo nghiệm........................................................... 101
Hình 4.10. Động cơ D4BB với các bộ xử lý khí thải lắp trên băng thử .................... 102
Hình 4.11. Đặc tính vịi phun urê ............................................................................ 103
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 ................................................................................... 106

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 ............................................................................................... 106
Hình 4.15. Đặc tính phun urê theo nồng độ NOx ..................................................... 107
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............................................................................. 108
Hình 4.17. Phát thải NOx theo đường đặc tính ngồi ............................................... 108
Hình 4.18. Phát thải NOx theo đường đặc tính tải tại tốc độ 1500 vg/ph.................. 109
Hình 4.19. Phát thải NOx theo đường đặc tính tải tại tốc độ 2200 vg/ph.................. 109
Hình 4.20. Phát thải độ khói theo đường đặc tính ngồi .......................................... 110
Hình 4.21. Phát thải độ khói theo đường đặc tính tải tại tốc độ 1500 vg/ph ............. 110
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 ngồi ................................................. 111
Hình 4.24. Phát thải HC theo đường đặc tính ngồi ................................................. 112
Hình 4.25. Phát thải CO theo đường đặc tính tải tại tốc độ 1500 vg/ph .................... 112
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 .................... 113

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 q trình cơng 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 đơ 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 q trình biến đổi khí hậu.
Theo đánh giá của các chun gia, ơ nhiễm khơng khí ở các đô thị lớn ở nước ta như

Hà Nội, Tp. Hồ Chí Minh do phương tiện giao thơng gây ra chiếm tỉ lệ khoảng 70%.
Trong đó hàm lượng phát thải của các phương tiện sử dụng nhiên liệu diesel chiếm
một tỷ lệ đáng kể. Đối với động cơ sử dụng nhiên liệu xăng là tác nhân chính gây nên
ơ nhiễm CO và HC trong khi đó động cơ sử dụng nhiên liệu diesel lại là tác nhân chính
gây ơ nhiễm PM, NOx và SOx.
Theo số liệu của Trung tâm quan trắc mơi trường (Tổng cục Mơi trường), chất
lượng khơng 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 khơng 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 khơng khí
đơ thị nên xe bt đã được đầu tư nâng cấp bằng 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
chun chở hàng hóa trong các khu đơ 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, ơ nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng, phương
tiện giao thông là đối tượng chính gây lên tình trạng ơ nhiễm mơi trường nêu trên, số
lượng các phương tiện không ngừng tăng gây lên tình trạng ơ nhiễm mơi 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 ơ tơ 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 ơ tơ 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 ứng dụng, vì vậy nghiên 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 nhằm góp phần giải quyết các yêu cầu về ô nhiễm môi trường
nói trên.
ii. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu luận án nhằm:
-

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 nhằm 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 phịng thí nghiệm để xác định các thơng số đầu
vào cho mơ 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. Phương 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 mơ phỏng tính năng kinh tế kỹ thuật và
phát thải của động cơ D4BB từ đó mơ phỏng tính tốn 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 phịng 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 tồn. Kết quả này mở ra cơ hội có thể ứng dụng sản phẩm trong
thực tế nhằm 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. Cơ chế hình thành các chất độc hại tỏng khí thải của động cơ và cơ sở
lý thuyết tính tốn mơ phỏng bộ xử lý khí thải
Chương 3. Mơ phỏng, thiết kế và chế tạo bộ xúc tác DOC, DPF và SCR trên
động cơ diesel xe tải nhẹ
Chương 4. Nghiên cứu thử nghiệm bộ xúc tác DOC, DPF và SCR dùng cho động
cơ diesel xe tải nhẹ D4BB
Kết luận và hướng phát triển

3


CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.1. Hiện trạng chất lượng khơng khí
1.1.1. Tiêu chí đánh giá chất lượng mơi trường khơng khí
Ơ 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 mơi trường khơng khí.

a) Chỉ số AQI
Chỉ số AQI (Air Quality Index) là chỉ số được tính tốn từ các thông số quan trắc
các chất ô nhiễm trong khơng khí (CO, NO2, SO2, O3 và bụi...), nhằm đánh giá tình
trạng chất lượng khơng 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 ơ nhiễm khơng 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
Chất lượng khơng khí tốt, sức khỏe khơng bị đe
dọa cũng như khơng có nguy hiểm nào đến tác
động mơi trường.
Chất lượng khơng khí ở mức chấp nhận được
nhưng lại ảnh hưởng sức khỏe đến một nhóm
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
trong nhóm này là người già và trẻ nhỏ, những
người bị bệnh phổi hoặc liên quan đến hơ hấp.
Đây là mức cao, khơng chí chất lượng thấp do ô
nhiễm môi trường và các tác động xung quanh.
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
cơ mắc bệnh rất cao.
Cảnh báo sức khoẻ: tất cả mọi người đều có nguy
cơ gặp phải các vấn đề về sức khoẻ nghiêm trọng.
4

Tác động tới

sức khoẻ
Mức tốt

Mức vừa phải
Mức không
tốt với nhóm
nhạy cảm
Mức khơng
tốt

Mức rất hại
Mức nguy
hiểm


b) Giới hạn các thông số cơ bản trong không khí xung quanh
Giá trị giới hạn của các thơng số cơ bản trong khơng 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 thơng số cơ bản trong khơng khí xung quanh
TT

Thơng 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/m3
1.1.2. Hiện trạng chất lượng khơng khí
1.1.2.1. Đánh giá chung về mơi trường khơng 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.

5


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

Khơng khí ơ nhiễm cũng là vấn đề khiến dư luận nhiều nước, bao gồm cả Việt
Nam quan tâm. Mới đây ARIA Technologies - công ty chun cung cấp giải pháp
phần mềm tính tốn, mơ phỏng ô nhiễm môi trường không khí và hỗ trợ dự báo khí
tượng - cảnh báo rằng thành phố Hà Nội là một trong những đơ thị có khơng khí bẩn
nhất ở châu Á với nồng độ bụi cao gấp nhiều lần cho phép (Hình 1.1).
Trong 06 nguồn gây ơ nhiễm chính gồm: giao thơng vận tải; sản xuất cơng
nghiệp; xây dựng và dân sinh; nông nghiệp và làng nghề; chôn lấp và xử lý chất thải
thì hoạt động giao thơng 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 ơ nhiễm mơi 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 thơng có chất lượng kém vẫn đang lưu hành dẫn đến thải lượng ô nhiễm
6


khơng khí (Hình 1.2) từ hoạt động giao thơng 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 mơi trường khơng khí
Trong 3 tháng đầu năm 2017, số ngày chất lượng khơng 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 ngồi). 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 ơ nhiễm khơng 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 mơi trường có nồng độ ơ nhiễm vượt
QCVN trên địa bàn TP. Hà Nội năm 2014 [3]
Thơng số

CO

SO2

NO2

Benzen

Độ ồn

Số vị trí vượt QCVN

1

24

19

30

30

Tổng số vị trí quan trắc

30

30

30

30

30

Tỷ 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]
PHỐ MINH KHAI
Thơng số

CO

01/7/2017 1729,8

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

1802,9

NO2

PM10

PM2.5

SO2

NO

NOx

O3

80,87

90,26

43,29

2,46

42,76

125,18

1,74

26,80

112,56

51,11

1,91

21,27

57,99

6,09

-

-

-

-

HÀNG ĐẬU
Thơng số

CO
(µg/m3)

NO2
(µg/m3)

PM10
PM2,5
(µg/m3) (µg/m3)

7


01/7/2017 5130,9
31/12/2017
01/01/2018 30/06/2018 3905,9

102,65

58,83

28,46

-

-

-

-

79,89

85,63

42,58

-

-

-

-

-

-

-

-

ĐƯỜNG PHẠM VĂN ĐỒNG
Thơng số

CO

NO2

(µg/m )
3

01/7/2017 1214,9
31/12/2017
01/01/2018 30/06/2018

1153,4

(µg/m )
3

PM10

PM2,5

(µg/m ) (µg/m3)
3

85,33

85,39

43,16

-

-

-

-

50,70

102,04

49,25

-

-

-

-

- Đánh giá chất lượng mơi trường khơng khí
+ Theo nồng độ khí NO2:
Theo số liệu quan trắc về nồng độ khí NO2, sáu tháng cuối năm 2017 [4] tại các
điểm quan trắc đều đo được thông số khí NO2 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 NO2 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 khơng khí hàng năm lần thứ 5 (2008) cho
các nước Châu Á, Bangkok, Thái Lan [5], nghiên cứu đã tính tốn tỷ lệ phát thải khí
NOx do hoạt động của các phương tiện giao thông thải ra chiếm tỷ lệ khoảng 89,6%
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 ơ nhiễm chính ở Hà Nội [5]

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

Đơn vị (tấn/năm)
24.537 (Tỷ lệ: 89,6%)
1.919 (Tỷ lệ: 7,0%)
307 (Tỷ lệ: 1,2%)
220 (Tỷ lệ: 0,8%)
390 (Tỷ lệ: 1,4%)
27.373

+ Theo nồng độ bụi PM10, bụi PM2,5:
8


Đối chiếu số liệu quan trắc về nồng độ bụi PM10, bụi PM2,5 cho thấy so với sáu
tháng cuối năm 2017 [4] thì sáu tháng đầu năm 2018, các thơng số về bụi PM10 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 khơng 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 thơng thải ra. Do đó, để kiểm sốt một phần nguồn khí HC từ
khí thải phương tiện giao thơng, hiện trên thế giới đã tiến hành áp dụng biện pháp
kiểm sốt loại khí này thơng qua cơng 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 vịng (là một
trong thành phần khí thải từ phương tiện giao thơng) trong khơng 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
ng/m3, 144,93 ng/m3 và 295,63 ng/m3. Hiện Việt Nam chưa có tiêu chuẩn chất hữu cơ
đa vịng thơm điển hình trong khơng khí. Tuy nhiên, so sánh với nồng độ chất hữu cơ
đa vòng thơm trong bụi tại Băng Cốc năm 2003 (21,74 g/m3), có thể thấy sự ơ 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] thì nồng độ cực đại các
chất hữu cơ thơm đa vòng (đo tại chân cầu Long Biên, Hà Nội) trong các mẫu bụi và
mẫu khí lần lượt là 290 và 1300 g/m3 lớn hơn nhiều lần so với ngưỡng tại các đô thị
của Châu Âu và Mỹ.
1.2. Tổng quan sự phát triển các phương tiện giao thông ở Việt Nam
1.2.1. Sự phát triển các phương tiện giao thơng ở Việt Nam
Hiện nay, tình hình ơ nhiễm mơi trường khơng 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 khơng khi có xu hướng tăng. Ơ nhiễm khơng khí trong đô thị do nhiều nguồn
gây ra như công nghiệp, giao thơng thơng vận tải, sinh hoạt... trong đó hoạt động của
các loại xe cơ giới nói chung và xe mơ tơ, 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
9


người. Để giảm thiểu tình trạng ơ nhiễm mơi 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

Chở người 1016 chỗ

Chở hàng đến 2
tấn

Chuyên dùng

Tổng số

2013

688,675

15,702

76,309

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

110,777

4,979

1,124,107

2013

2014

2015

2016

2017

Hình 1.3. Số liệu ơ tơ sử dụng động cơ xăng từ năm 2013 đến 2017

Theo nghiên cứu về chất lượng khơng 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 khơng khí ở mức “rất có hại cho sức khỏe” gia tăng so với cùng kỳ năm 2016.
Chỉ số nhiễm mơi trường khơng 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,
ơ nhiễm khơng khí trong đơ thị chủ yếu là do hoạt động của các loại xe cơ giới sử
dụng nhiên liệu hóa thạch chiếm 70%; phần cịn lại là do cơng nghiệp và sinh hoạt.
Trong các loại hình phương tiện giao thơng đơ 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 ơ tơ 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 ơ tô sử dụng
động cơ diesel từ 2013 đến 2017, kết quả cho thấy tất cả dịng ơ tơ động cơ diesel đều
10


có xu hướng tăng, trong các dịng xe ơ tơ động cơ diesel số lượng xe ô tô chở hàng
hạng nhẹ vẫn chiếm tỷ 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

3,100

123,074

39,857 14,102

4,438

59,029

12,780

Chở
Chở
Chở
Chở
Chở
người Chở
Chở
Chở
Chở
hàng
hàng
hàng
Đầu Chuyên
từ 9 người người người người hàng
trên 2 trên 7
Tổng số
chỗ 10-16 17-25 26-46 trên 46 đến 2
trên 20 kéo
dùng
đến 7 đến 20
chỗ
chỗ
chỗ
chỗ
chở
tấn
tấn
tấn
tấn
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

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

2013

2014

2015

2016

8,767

740,21

2017

Hình 1.4. Số liệu ơ tơ 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 nghèo 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 Âu và nhiều nước khác trên thế giới cũng áp
dụng hệ thống tiêu chuẩn này (Hình 1.5).

11