CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHÁT THẢI TỪ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG VÀ HIỆU SUẤT ĐỘNG CƠ. Vấn đề ô nhiễm môi trường Ngày nay hàng trăm triệu người đang phải thở không khí ô nhiễm đặc biệt là trong các thành phố lớn, tại thành phố này khí thải đã vượt quá giới hạn cho phép của tổ chức Sức Khỏe Thế Giới (WHO). Không khí ô nhiễm được hiểu là không khí trong đó có chứa các chất độc có hạt. Những chất ô nhiễm chính trong không khí có thể kể ra như: Sunfua dioxit (SO2), Nitrogen oxit (NO), Cacbon monoxit (CO), Hydro cacbon (HC) và các hạt siêu nhỏ muội than.
Ô nhiễm môi trường không khí là sự có mặt một chất lạ hoặc một sự biến đổi quan trọng trong thành phần không khí, làm cho không khí không sạch hoặc có mùi khó chịu, giảm thị lực khi nhìn xa do bụi. Hiện nay, ô nhiễm khí quyển là vấn đề thời sự nóng bỏng của cả thế giới chứ không phải riêng của một quốc gia nào. Môi trường khí quyển đang có nhiều biến đổi rõ rệt và có ảnh hưởng xấu đến con người và các sinh vật. Ô nhiễm khí quyển đến từ con người lẫn tự nhiên.
Trong đó, ô nhiễm từ khí thải của các loại động cơ sử dụng nhiên liệu hóa thạch là tác nhân không nhỏ. Ô nhiễm môi trường khí quyển tạo nên sự ngột ngạt và “sương mù”, gây nhiều bệnh cho con người. Nó còn tạo ra các cơn “mưa axít” hủy diệt các khu rừng và các cánh đồng. Điều đáng lo ngại nhất là việc chính con người đã thải vào không khí các loại khí độc như: CO2, NOx , CO, HC.
Theo nghiên cứu thì khí CO2 là thủ phạm chính gây hiệu ứng nhà kính, nó đóng góp 50% vào việc gây hiệu ứng nhà kính; CH4 là 13%, nitơ là 5%, CFC là 22%, hơi nước ở tầng bình lưu là 3%, … Nếu như chúng ta không ngăn chặn được hiện tượng hiệu ứng nhà kính thì trong vòng 30 năm tới mặt nước biển sẽ dâng lên từ 1,5(mét) đến 3,5(mét). Có HV: Nguyễn Văn Tuyển 4 MSHV: CA 120176 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật nhiều khả năng lượng CO 2 sẽ tăng gấp đôi vào nửa đầu thế kỷ sau. Điều này sẽ thúc đẩy quá trình nóng dần lên của Trái Đất diễn ra nhanh chóng. Nhiệt độ trung bình của Trái Đất sẽ tăng khoảng 3,6 0 và mỗi thập kỷ sẽ tăng 0,30C.
Theo các tài liệu quốc tế, trong vòng hơn 130 năm qua nhiệt Trái Đất tăng 40C. Tại hội nghị khí hậu tại Châu Âu được tổ chức gần đây, các nhà khí hậu học trên thế giới đã đưa ra dự báo rằng đến năm 2050 nhiệt độ của Trái Đất sẽ tăng thêm 1,5 0C đến 4,50C nếu như con người không có biện pháp hữu hiệu để khắc phục hiện tượng hiệu ứng nhà kính. Một hậu quả nữa của ô nhiễm khí quyển là hiện tượng “lỗ thủng tầng ôzôn”. Khí CFC là “kẻ phá hoại” chính của tần ôzôn.
Sau khi chịu tác động của khí CFC và một số loại chất độc hại khác thì tần ô zôn sẽ bị mỏng dần rồi thủng. Theo Tổ chức Y tế Thế giới, ô nhiễm không khí đô thị làm khoảng 800,000 người chết và 4,6 triệu người giảm tuổi thọ trên thê giới mỗi năm. 2/3 số người chết và giảm tuổi thọ do ô nhiễm không khí thuộc các đang phát triển ở châu Á. Nguồn không khí bị ô nhiễm nặng do hoạt động của con người thải ra môi trường tự nhiên tại Thành phố Bắc Kinh - Trung Quốc - Ảnh minh họa.
HV: Nguyễn Văn Tuyển 5 MSHV: CA 120176 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Ngoài vấn đề ô nhiễm không khí rất đáng lo ngại, chúng ta cần quan tâm đến các vấn đề ô nhiễm sau: Ô nhiễm nước xảy ra khi nước bề mặt chảy qua rác thải sinh hoạt, nước rác công nghiệp, các chất ô nhiễm trên bề mặt đất, rồi thấm xuống nước ngầm. Ô nhiễm đất xảy ra khi đất bị nhiễm các chất hóa học độc hại (nồng độ vượt quá giới hạn thông thường) do các hoạt động chủ động của con người như khai thác khoáng sản, sản xuất công nghiệp, sử dụng phân hóa học hoặc thuốc trừ sâu quá nặng,…hoặc do rò rỉ từ các thùng chứa ngầm. Phổ biến nhất trong các loại chất ô nhiễm đất là hydrocacbon, kim loại nặng,. Ô nhiễm phóng xạ là do các chất phóng xạ dùng trong lĩnh vực hạt nhân nguyên tử, trong y học, trong các lĩnh vực quân sự hay công nghiệp…mà sự tác dụng của nó ảnh hưởng đến môi trường tự nhiên, gây ra những ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe con người.
Ô nhiễm tiếng ồn bao gồm tiếng ồn gây ra bởi các loại ô tô xe máy, tiếng ồn do các hoạt động công nghiệp. Đối với sức khỏe con người: Không khí ô nhiễm có thể giết chết nhiều cơ thể sống trong đó có con người. Ô nhiễm ôzôn có thể gây bệnh đường hô hấp, bệnh tim mạch, viêm họng, đau ngực, tức thở. Ô nhiễm nước gây ra xấp xỉ 14,000 cái chết mỗi ngày, chủ yếu ăn uống bằng nước bẩn chưa được xử lý ở các nước đang phát triển.
Ước tính có khoảng 500 triệu người Ấn Độ không có nhà vệ sinh đúng cách, và khoảng 580 người Ấn Độ chết mỗi ngày vì ô nhiễm nước. Gần 500 triệu người Trung Quốc thiếu nguồn nước uống an toàn. Một phân tích năm 2010 ước tính bằng 1,2 triệu người chết sớm/yểu một năm ở Trung Quốc do ô nhiễm không khí. Năm 2007, ước tính ở Ấn Độ, ô nhiễm không khí được cho là gây ra nên 527,700 ca tử vong.
Các nghiên cứu ước tính số người chết hàng năm ở Hoa Kỳ có thể hơn 50. Các chất hóa học và kim loại nặng nhiễm trong nước uống có thể gây ung thư không thể chữa trị. Đối với sinh thái. HV: Nguyễn Văn Tuyển 6 MSHV: CA 120176 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - Lưu huỳnh điôxít và các ôxít của nitơ có thể gây mưa axít làm giảm độ pH của đất.
- Đất bị ô nhiễm có thể trở nên cằn cỗi, không thích hợp cho cây trồng. Điều này sẽ ảnh hưởng đến các cơ thể sống khác trong lưới thức ăn. - Khói lẫn sương làm giảm ánh sáng mặt trời mà thực vật nhận được để thực hiện quá trình quang hợp. - Các loài động vật có thể xâm lấn, cạnh tranh chiếm môi trường sống và làm nguy hại cho các loài địa phương, từ đó làm giảm đa dạng sinh học.
Hơn nữa trái đất đang nóng lên do hiệu ứng nhà kính là vấn đề nghiêm trọng. Nguyên nhân chính bắt nguồn từ khí thải CO 2 được tạo thành từ quá trình cháy của nhiên liệu hóa thạch, khí thải ô tô - xe máy là những nguyên nhân làm tăng lượng khí này. Việc giảm khí CO2 của phương tiện vận tải đang ngày càng trở lên quan trọng và biện pháp hiệu quả nhất là giảm lượng tiêu thụ nhiên liệu. Các điều luật về ô nhiễm khí thải ngày càng được thắt chặt không chỉ đối với phương tiện vận tải lớn mà còn được áp dụng cho cả xe máy.2 giới thiệu tiêu chuẩn khí thải cho xe máy tại Mỹ và Châu Âu.
Tiêu chuẩn khí thải đối với xe máy của Mỹ (HC - CO) Năm Dung tích< 20cc 20cc ≤ Dung tích < 50cc Dung tích≥ 50cc 2004 113 99 143 2005 50 50 119 2006 50 50 96 2007 và 50 50 72 đến nay Tiêu chuẩn khí thải EURO III đã bắt đầu thực hiện từ năm 2006. Tiêu chuẩn khí thải đối với xe máy ở Châu Âu. Giai đoạn CO (g/km) HC (g/km) NOx (g/cm) EURO 2: 1/4/2003 Loại I (<150cc) 5.15 HV: Nguyễn Văn Tuyển 7 MSHV: CA 120176 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Tiêu chuẩn khí thải EURO 3 đã bắt đầu thực hiện từ năm 2006, tuy nhiên ở đa số các nước trong khối ASEAN lượng khí thải xe máy lớn hơn nhiều so với các phương tiện vận tải khác, những xe máy này hiện tại mới chỉ đạt mức tiêu chuẩn thấp nhất. Việt Nam hiện vẫn đang áp dụng tiêu chuẩn khí thải EURO 2 cho xe máy và EURO 3 mới được áp dụng năm 2007.
Hiện tại trên thế giới đã áp dụng tiêu chuẩn EURO 4 còn Đài Loan đang áp dụng tiêu chuẩn khí thải EURO 3 cho xe máy và chuẩn bị áp dụng tiêu chuẩn khí thải EURO 4.3 so sánh tiêu chuẩn khí thải EURO3 và EURO4, điều này cho thấy giới hạn của khí thải ngày càng giảm trong đó đặc biệt là khí thải NOx. Tiêu chuẩn khí thải (g/km) Bảng 1. Tiêu chuẩn khí thải cho xe máy tại Mỹ và Châu Âu HV: Nguyễn Văn Tuyển 8 MSHV: CA 120176 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Đã có nhiều nghiên cứu nhằm làm giảm tác hại của khí thải, trước đây người ta đã sử dụng bộ xúc tác khí thải ba thành phần cho động cơ xăng, nó có thể giảm đa số thành phần độc hại trong khí thải như: NOx , HC, CO. * Bộ xúc tác ba chức năng.
Bộ xúc tác ba chức năng là bộ xúc tác cho phép xử lí đồng thời CO, HC và NOx bởi các phản ứng ôxy hóa – khử (hai chất đầu tiên bị ôxy hóa còn chất thứ ba bị khử). - Nguyên tắc chung và cấu tạo của bộ xúc tác. Các phản ứng chính diễn ra trong bộ xúc tác gồm: Ôxy hóa (1.2) Hai phản ứng ôxy hóa diễn ra khi độ đậm đặc f nhỏ hơn hoặc bằng 1 (hỗn hợp nghèo). Trong khi đó, ba phản ứng phân hủy NO diễn ra thuận lợi trong hỗn hợp giàu.
Trong các phản ứng khử, người ta chỉ quan tâm đến NO vì nó là thành phần chủ yếu trong NOx. Trong cùng điều kiện về nhiệt độ, việc ôxy hóa NO, HC và khử NOx (nghĩa là 5 phản ứng kể trên phải diễn ra cùng lúc với tốc độ đủ lớn), chỉ có thể diễn ra một cách đồng thời khi hệ số dư lượng không khí của hỗn hợp nạp vào động cơ xấp xỉ bằng 1. Đó là lí do giải thích tại sao tất cả ô tô có bộ xúc tác ba chức năng phải làm việc với tỉ lệ hỗn hợp cháy hoàn toàn lí thuyết và tỉ lệ này được điều chỉnh nhờ cảm biến lambda. Tỉ lệ biến đổi các chất ô nhiễm qua bộ xúc tác rất nhạy cảm đối với sự thay đổi tỉ lệ hỗn hợp.
HV: Nguyễn Văn Tuyển 9 MSHV: CA 120176 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Mặt khác, việc duy trì thành phần hỗn hợp có f = 1 ngoài việc tăng tỉ lệ biến đổi các chất ô nhiễm nó còn hạn chế các phản ứng “nhiễu” tạo N2O (protoxyde nitơ): 2NO + CO → N2O + CO2 (1.4) 2NO + hydrocarbure → N2O + H 2O + CO 2 (1.