CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1. Lý do chọn đề tài 1. Ô nhiễm môi trường Trong một cuộc sống luôn không ngừng phát triển như hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường là một vấn đề nhức nhối với nhà nhà, người người. Không riêng gì tại Việt Nam, tại mỗi quốc gia, mỗi khu vực, mỗi địa phương đều xảy ra tình trạng ô nhiễm môi trường.
Có thể là ô nhiễm không khí, ô nhiễm tiếng ồn, ô nhiễm nguồn nước, ô nhiễm biển… Tác hại của ô nhiễm môi trường vô cùng nặng nề, nó ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp tới chất lượng cuộc sống con người rất nặng nề và dẫn đến rất nhiều hệ lụy. Chúng làm biến đổi khí hậu, biến đổi hệ sinh thái mà chúng ta đang sinh sống, làm tan băng ở hai đầu cực, làm dâng mực nước, làm đất bị xâm nhập mặn…đó là minh chứng cho sự biến đổi khí hậu trên toàn cầu (hiệu ứng nhà kính) bắt nguồn từ sự ô nhiễm môi trường mà ra. Một trong những nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng môi trường ngày càng ô nhiễm hơn đó là do sự phát thải khói bụi và các khí độc hại từ động cơ (NOx, CO, HC) của các phương tiện cơ giới. Chúng ta không thể phủ nhận vai trò quan trọng mà động cơ đốt trong mang lại, nó gia tăng đáng kể năng suất lao động của con người, là nguồn động lực chủ yếu cho phát triển giao thông, công nghiệp, xây dựng, khai thác khoáng sản,… Nhiên liệu mà động cơ đốt trong sử dụng là chế phẩm từ dầu mỏ - đây là nguồn nhiên liệu hóa thạch không thể tái tạo được.
Việc sô lượng các phương tiện giao thông, thiết bị sử dụng động cơ đốt trong ngày càng gia tăng nhanh dẫn đến việc nhu cầu khai thác ngày càng nhiều, điều này dẫn đến sự cạn kiệt nguồn tài nguyên này và tăng lượng khí thải Carbon Dioxit (CO2) trong môi trường. 1 Ô nhiễm không khí do khí thải phương tiện giao thông 1 Trong nhiều năm gần đây, số lượng các phương tiện giao thông cá nhân gia tăng một cách nhanh chóng khiến mật độ ô nhiễm không khí tại các khu vực đô thị lớn trên cả nước ngày càng nghiêm trọng đặc biệt nhất là tại 2 thành phố lớn là Hồ Chí Minh và Hà Nội. Theo số liệu của Cục Cảnh sát giao thông nước ta, vào năm 2015 toàn quốc có 50.934 phương tiện (2.854 xe mô tô, xe máy). Đến tháng 7/2020, thành phố Hồ Chí Minh có hơn 8,94 triệu phương tiện cá nhân, tăng gần 7% so với cùng kỳ năm 2018.
Như vậy, chỉ trong khoảng 10 năm (từ năm 2010 đến nay) đã tăng thêm hơn 4 triệu phương tiện giao thông. Theo thống kê thu được, bình quân mỗi tháng có 30.000 phương tiện giao thông được đăng ký, tức mỗi ngày có 1.000 phương tiện đăng ký mới. Có thể khẳng định, nguyên nhân gia tăng khí thải ô nhiễm môi trường ở đô thị có tới 70% bắt nguồn từ các phương tiện giao thông. Ở Việt Nam, có khoảng 75% số lượng ôtô chạy bằng nhiên liệu xăng, 25% số lượng ôtô chạy bằng dầu DO, 100% xe máy chạy bằng xăng.
Khi các phương tiện động cơ đốt trong này vận hành, động cơ sẽ phát thải một lượng lớn các khí thải có thành phần độc hại gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng một cách trực tiếp tới sức khỏe người tham gia giao thông và cả người dân sinh sống dọc các tuyến đường giao thông. Hàm lượng các chất độc hại trong không khí từ khí thải phương tiện gây ra như chất thải dạng hạt (PM), ôxít nitơ (NOx), hydrocacbon (HC) và monoxit cacbon (CO) đã vượt quá ngưỡng cho phép. Đặc biệt, lượng phát thải CO từ xe máy chiếm hơn 79% tổng phát thải CO do phương tiện giao thông gây ra. Chính vì vậy, việc giảm phát thải các khí độc hại như CO, HC, NOx và nâng cao tính kinh tế nhiên liệu cho loại phương tiện này là điều hết sức cấp bách nhằm tạo ra một môi trường không khí đô thị trong sạch hơn.
Cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch Như ta đã biết, hiện nay hầu hết các phương tiện giao thông trên thế giới đều phụ thuộc nặng nề vào nguồn nhiên liệu hóa thạch như xăng và dầu Diesel là chính. Nếu không có nhiên liệu hóa thạch, nền kinh tế cùng với các phương tiện giao thông vận tải sẽ rơi vào khủng hoảng, ngưng trệ. Gần như là toàn bộ nền kinh tế, chính xác hơn là toàn bộ xã hội hiện đại đã luôn phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóa thạch. Áp lực năng lượng từ các nguồn nhiên liệu hóa thạch của Việt Nam ngày càng một tăng cao khi nguồn cung ngày càng dần cạn kiệt.
Nếu giữ nguyên tốc độ khai thác như hiện tại thì trữ lượng dầu mỏ của Việt Nam chỉ còn đủ khai thác và sử dụng trong khoảng 34 năm nữa; khí thiên nhiên chỉ còn 63 năm còn than đá chỉ còn khai thác được 4 năm trong khi đây lại đang là những nguồn nhiên liệu vô cùng quan trọng góp phần chính cho sự phát triển nền kinh tế Việt Nam. Việc này dẫn đến giá của nhiên liệu hóa thạch 2 ngày càng tăng làm cho nền kinh tế có nguy cơ rơi vào khủng hoảng và khan hiếm nhiên liệu như đầu năm 2022. Ngoài ra, các chuyên gia còn ước tính rằng việc đốt nhiên liệu hóa thạch thải ra khoảng 21,3 tỉ tấn carbon dioxit hàng năm. Mà một tấn cacbon tương đương 3,7 tấn cacbon đioxit.
Trong khi đó, chính Cacbon đioxit là một trong những khí gây hiệu ứng nhà kính, làm tăng phóng xạ, gây ảnh hưởng sức khỏe, góp phần vào sự nóng lên toàn cầu, làm cho nhiệt độ trung bình bề mặt của Trái Đất ngày một tăng. Như vậy, việc tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế nhằm giảm bớt sự lệ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt, đồng thời giảm ô nhiễm môi trường là một hướng đi đúng trong lúc nhu cầu về năng lượng tăng lên. Xuất phát từ những vấn đề thực tiễn nêu trên, nhóm chúng em quyết định chọn và tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu, đánh giá và mô phỏng các phương án giảm phát thải trên động cơ xăng 1NZ-FE bằng phần mềm AVL BOOST”. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu 1.
Mục tiêu nghiên cứu ‐ Tìm hiểu cơ sở lý thuyết, nghiên cứu đặc tính công suất, tiêu hao nhiên liệu và phát thải của động cơ xăng với các phương pháp khác nhau bằng cách mô phỏng trên phần mềm AVL BOOST. ‐ Đánh giá hiệu quả về tính năng kỹ thuật và phát thải của động cơ 1NZ-FE khi dùng các nhiên liệu thay thế khác nhau. Nhiệm vụ nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài bao gồm các nội dung sao: ‐ Nghiên cứu tổng quan đề tài. ‐ Khái quát về các phương án và công nghệ giảm khí thải.
‐ Nghiên cứu phần mềm AVL Boost trong việc mô phỏng đặc tính động cơ xăng. ‐ Ứng dụng phần mềm AVL Boost mô phỏng các phương án khác nhau để từ đó đánh giá hiệu quả về tính năng kỹ thuật và phát thải của động cơ xăng 1NZ-FE. ‐ Kết luận và kiến nghị. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1.
Đối tượng nghiên cứu Mô hình động cơ xăng 1NZ-FE (Toyota Vios 2007) sử dụng các loại nhiên liệu thay thế khác nhau trên phần mềm mô phỏng AVL Boost. Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu của đề tài bao gồm: ‐ Nghiên cứu về động cơ xăng 1NZ-FE. 3 ‐ Nghiên cứu về nhiên liệu thay thế. ‐ Nghiên cứu mô phỏng động cơ trên phần mềm AVL Boost.
‐ Đánh giá tính năng kỹ thuật và lượng phát thải với các phương pháp án giảm phát thải khác nhau. Phương pháp nghiên cứu Để hoàn thành đề tài chúng em đã kết hợp nhiều phương pháp nghiên cứu, trong đó có các phương pháp nghiên cứu chính như sau: ‐ Phương pháp tìm kiếm, tra cứu và biên dịch tài liệu chuyên ngành bằng tiếng Anh từ nguồn Internet, thư viện, sách giáo trình,… ‐ Vận dụng các kiến thức đã được học cùng các tài liệu các tài liệu có liên quan để từ đó phân tích, nghiên cứu xây dựng cơ sở lý thuyết, xây dựng nền tảng cho việc nghiên cứu. ‐ Phương pháp tham khảo ý kiến từ chuyên gia có kinh nghiệm là GVHD – TS. Nguyễn Văn Long Giang.
‐ Phương pháp mô phỏng: sử dụng phần mềm AVL Boost để mô phỏng động cơ xăng và đánh giá khả năng giảm phát thải từ các phương pháp đang nghiên cứu. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1. Trong nước Năng lượng và nhiên liệu luôn có vai trò quan trọng hàng đầu cho sự phát triển kinh tế - xã hội của nhân loại. Cùng với sự bùng nổ kinh tế và dân số toàn cầu, nhu cầu sử dụng nhiên liệu ngày một tăng một cách nhanh chóng.
Trong khi nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt và không thể tái tạo lại được. Chính vì những lý do đó, nhiều quốc gia và các hãng sản xuất ô tô lớn trên thế giới trong vài thập kỷ qua đã đầu tư cho nghiên cứu và phát triển các phương án cải tiến, sử dụng các dạng nhiên liệu sạch thay thế. Với xu thế đó có nhiều đề tài khác nhau được nghiên cứu: ‐ Đề tài cấp nhà nước “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống phun nhiên liệu điện tử cung cấp xăng sinh học có tỷ lệ cồn etanol tới 100% (E100) cho động cơ ô tô và xe máy sử dụng nhiên liệu linh hoạt”, mã số ĐT.2014/NLSH do PGS.TS Phạm Hữu Tuyến là chủ nhiệm đề tài và tổ chức chủ trì là Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, thuộc Đề án Phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025, do Bộ Công Thương quản lý. ‐ Đề tài “Sử dụng mô hình hóa nghiên cứu đặc tính làm việc và phát thải của động cơ chạy bằng nhiên liệu khí giàu hyđrô” là luận văn thạc sĩ kỹ thuật do thầy ThS.
Phạm Văn Toản ở bộ môn Động cơ đốt trong Viện Cơ khí Động lực, Viện Đào tạo Sau đại học, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. 4 ‐ “Nghiên cứu giảm phát thải độc hại cho động cơ diesel xe tải nhẹ đang lưu hành” của Ths. Nguyễn Mạnh Dũng ở Viện Cơ khí động lực, Bộ môn Động cơ đốt trong, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.