CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Lý do chọn đề tài 1.1 Vấn đề ô nhiễm môi trường Với phát triển đi lên không ngừng của xã hội, các ngành công nghiệp ngày càng rộng mở để đáp ứng được các nhu cầu cơ bản của con người. Bên cạnh đó, phương tiện di chuyển cũng là một phần không thể thiếu và cũng là một trong các nguyên nhân quan trọng gây ô nhiễm cho môi trường. Tình trạng ô nhiễm xảy ra ở mọi nơi trên thế giới có thể kể đến như ô nhiễm không khí, ô nghiễm nguồn nước, ô nhiễm tiếng ồn… Tác hại của ô nhiễm môi trường là vô cùng rõ ràng và ảnh hưởng trực tiếp đến con người cũng như hệ sinh thái trên trái đất. Các vấn đề ô nhiễm dẫn đến tình trạng biến đổi khí hậu trên toàn cầu, làm cho băng ở hai cực tan ra và mực nước biển ngày càng dâng lên.
Có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến tình trạng ô nhiễm môi trường nhưng nhiều nhất có thể kể đến do sự phát thải các khí độc hại như NOx, CO, HC từ động cơ đốt trong của các phương tiện cơ giới. Động cơ đốt trong đem lại rất nhiều thay đổi về sản xuất, xây dựng, khai thác khoáng sản cũng như cung cấp động lực cho phương tiện di chuyển của con người. Các động cơ đốt trong hiện này hầu hết đều sử dụng nhiên liệu hoá thạch được khai thác từ các mỏ dầu và đây là loại nhiên liệu không thể tái tạo được. Với nhu cầu sử dụng phương tiện đi lại cũng như các thiết bị vận hành bằng động cơ đốt trong ngày càng tăng dẫn đến việc khai thác cạng kiệt lượng dầu mỏ đồng thời làm tăng lượng khí thải ra bên ngoài môi trường.
Ở Việt Nam, tại các thành phố lớn tình trạng ô nhiễm luôn nằm ở mức báo động, riêng tại thành phố Hồ Chí Minh nồng độ bụi trung bình của năm 2014 là 447 microgam/m3 đã tăng lên 496 microgam/m3 tại Gò Vấp. Đặc biệt tại các nút giao lớn như ngã tư Huỳnh Đình Phát – Nguyễn Văn Linh nồng độ đo được thay đổi từ 486 microgam/m3 lên đến 613,83 microgam/m3, những con số này đã vượt quá các tiêu chuẩn của nước ta từ 1,2 đến 2,2 lần. Có thể nhận thấy, cả thành phố thường xuyên bị bao phủ trong làn sương mù dày đặc đến tận buổi trưa hay còn gọi là hiện tượng mù khô ảnh hưởng rất nhiều tới sức khoẻ của con người.1: Ô nhiễm không khí từ phát thải của các phương tiện giao thông Trong những năm gần đây, nhu cầu đi lại tăng một cách nhanh chóng dẫn đến số lượng phương tiện giao thông cá nhân cũng tăng theo. Theo báo cáo của Sở GTVT TP.HCM bình quân mỗi ngày có đến 221 ô tô và 804 mô tô xe máy đăng kí mới.
Bên cạnh đó, thành phố hiện đang quản lý hơn 850 ngàn ô tô và gần 7,8 triệu xe mô tô xe máy, con số này đã tăng hơn 4 triệu phương tiện so với năm 2010. Ở nước ta, có khoảng 75% số lượng ô tô sử dụng nhiên liệu xăng, 25% số lượng còn lại sử dụng nhiên liệu dầu và 100% xe máy chạy bằng xăng. Hiện nay đã có một số hãng đi đầu về việc chuyển đổi sang năng lượng điện điển hình như VinFast, tuy nhiên số lượng không đáng kể. Khi các xe trang bị động cơ đốt trong hoạt động, một lượng lớn khí thải độc hại sẽ được thải ra môi trường có thể kể đến như chất thải dạng hạt (PM), hydrocacbon (HC), ôxít nitơ (NOx), monoxit cacbon (CO), các khí này tác động trực tiếp đến sức khoẻ con người và gây ô nhiễm môi trường.
Để cải thiện vấn đề môi trường, cũng như sức khoẻ của con người liên quan đến phát thải từ động cơ đốt trong, đồng thời nâng cao tính kinh tế của nhiên liêu là việc vô cùng cấp bách cần phải thay đổi trong thời gian sớm nhất.2 Cạn kiệt nhiên liệu hoá thách Hiện nay, ở Việt Nam và trên cả thế giới hầu hết các phương tiền giao thông, công nghiệp đều phụ thuộc rất lớn vào nhiên liệu hoá thạch như xăng và dầu diesel. Các nước phát triển cũng như đang phát triển đều phụ thuộc nặng nề vào nhiên liệu hoá thạch để vận hành các ngành công nghiệp, kinh tế cũng như giao thông vận tải. Tuy nhiên đây lại là một loại nhiên liệu không thể tái tạo, vì thế nếu không có nhiên liệu hoá thạch thì nền kinh tế sẽ rơi vào khủng hoảng, ngưng trệ. Tại Việt Nam trữ lượng nhiên liệu hoá thạch theo thống kê đang dần cạn kiệt, nếu chúng ta giữ nguyên với mức độ khai thác hiện nay thì theo thống kê trữ lượng dầu còn khoảng 34 năm, các khí thiên nhiên còn khoảng 63 năm và trữ lượng than đá chỉ còn khoảng 4 năm.
Nếu như vẫn tiếp tục sử dụng nhiên liệu hoá thạch thì trong tương lai gần nước ta sẽ rơi vào tình trạng khang hiếm và khủng hoảng nhiên liệu, điều này ảnh hưởng vô cùng to lớn đến sự phát triển của nền kinh tế. Theo báo cáo Dự án Cacbon Toàn cầu, lượng khí thải từ việc đốt nhiên liệu hoá thạch trong năm 2023 là 36,8 tỷ tấn cao hơn 1,1% so với năm 2022. Sử dụng nhiên liệu hoá thạch cho động cơ là nguyên nhân chính sinh ra khí CO2 trên toàn thế giới ước tính khoảng 40,9 tỷ tấn. Các khí thải này là nguyên nhân chính gây nên hiệu ứng nhà kính và nóng lên trên toàn cầu, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ con người cũng như hệ sinh thái của trái đất.
Như vậy, việc tìm kiếm một phương pháp nhiên liệu mới là vô cùng cần thiết tại thời điểm hiện tại, làm giảm bớt phụ thuộc cũng như giảm ô nhiễm cho môi trường. Xuất phát từ những vấn đề thực tiễn như trên, nhóm em đã quyết định chọn và thực hiện đề tài “Nghiên cứu, đánh giá và mô phỏng các phương án giảm phát thải trên động cơ xăng 4A91 bằng phần mềm AVL BOOST”.2 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu 1.1 Mục tiêu nghiên cứu - Tìm hiều về cơ sở lý thuyết, các đặc tính về công suất động cơ, suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ và phát thải với các phương pháp giảm phát thải khác nhau trên phần mềm AVL BOOST. - Đánh giá hiệu quả tính kỹ thuật của động cơ 4A91 và phát thải khi dùng các loại nhiên liệu khác thay thế.2 Nhiệm vụ nghiên cứu Nhiệm vụ của đề tài bao gồm: - Nghiên cứu tổng quan lý thuyết về đề tài. - Khái quát các phương án sử dụng nhiên liệu thay thế và công nghệ giảm khí thải.
- Tìm hiểu cơ bản về phần mềm AVL Boost, mô phỏng đặc tính của động cơ xăng. - Ứng dụng AVL Boost vào việc xây dựng mô hình động dùng các loại nhiên liệu thay thế, đánh giá về tính hiệu quả kỹ thuật cũng như phát thải từ động cơ 4A91. - Kết luận và hướng phát triển.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1.1 Đối tướng nghiên cứu Mô hình động cơ sử dụng nhiên liệu xăng 4A91 (Mitsubishi Xpander 2017) dùng các loại nhiên liệu thay thế khác nhau trên phần mềm AVL Boost.2 Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu bao gồm: - Nghiên cứu về động cơ xăng 4A91. - Nghiên cứu về các loại nhiên liệu thay thế.
- Nghiên cứu mô phỏng mô hình động cơ xăng bằng AVL Boost. 4 - Đánh giá các tính năng về kỹ thuật cũng như lượng phát thải từ động cơ với từng phương án khác nhau.4 Phương pháp nghiên cứu Trong quá trình thực hiện, nhóm chúng em sử dụng nhiều phương án nghiên cứu khác nhau bao gồm: - Phương pháp tra cứu, tiềm kiếm tài liệu chuyên môn từ các nguồn Internet, sách giáo trình, thư viện,… - Phương pháp vận dụng các kiến thức đã được học vào thực tế cũng như sử dụng các tài liệu liên quan để phân tích, xây dựng cơ sở lý thuyết làm nền tảng cho việc nghiên cứu. - Phương pháp mô phỏng mô hình động cơ sử dụng nhiên liệu xăng và đánh giá khả năng giảm phát thải từ các phương pháp nghiên cứu khác nhau bằng phần mềm AVL Boost. - Phương pháp tham khảo ý kiến từ chuyên gia có kinh nghiệm GVHD – TS.
Nguyễn Văn Long Giang.5 Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước 1.1 Trong nước Đi đôi với sự phát triển không ngừng của kinh tế xã hội không thể không nhắc đến vai trò hàng đầu của năng lượng và nhiên liệu. Cùng với sự bùng nổ của cuộc cách mạng 4.0 nhu cầu sử dụng nhiêu liệu cho các hoạt động công nghiệp cũng như vận chuyển ngày càng tăng đột biến. Tuy nhiên, chúng ta đang sử dụng phổ biến lại là loại nhiên liệu hoá thạch và không có khả năng tái tạo trở lại được. Hiện nay rất nhiều quốc gia trên thế giới đặc biệt là các hãng sản xuất ô tô đang nổ lực trong việc chạy đua về vấn đề thay đổi nhiên liệu nhằm cải thiện vấn đề môi trường cũng như cạng kiệt nhiên liệu hoá thạch.
Ở Việt Nam các vấn đề trên cũng được quan tâm đặc biệt thông qua các nghiên cứu: 5 - Hội thảo “Giải pháp xanh giảm phát thải trong ngành ô tô hướng tới trung hoà cacbon” được tổ chức vào ngày 3/8/2023 do Đại học Bách khoa Hà Nội kết hợp với Công ty Ô tô Toyota Việt nam và Công ty Cổ phần Lọc hoá dầu Bình Sơn nhằm truyền tải thông điệp về giảm phát thải trong lĩnh vực giao thông vận tải thông qua Dự án Nghiên cứu hiệu quả ứng dụng nhiên liệu sinh học đối với phương tiện giao thông tại Việt Nam. - Đề tài “Nghiên cứu phát triển công nghệ tạo khí giàu hydro để bổ sung cho động cơ xăng nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu và giảm phát thải động cơ” do cơ quan chủ trì Trường Bách Khoa Hà Nội phối hợp cùng chủ nhiệm đề tài PGS.TS Lê Anh Tuấn thực hiện. - Đề tài “Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ xử lý giảm phát thải dạng hạt cho động cơ diesel sản xuất tại Việt Nam” do Lê Văn Anh, Đinh Xuân Thành (Đại học Công nghiệp Hà Nội) và Nguyễn Mạnh Thuấn (Cao đẳng nghề Sông Đà) thực hiện. - Đề tài “Nghiên cứu, sử dụng giải pháp luân hồi khí thải để chuyển đổi mô hình cháy của động cơ diesel truyền thống sang cháy do nén hỗn hợp đồng nhất nhằm giảm phát thải” do TS.
Khương Thị Hà phối hợp cùng các cộng sự tại Trường Đại học Giao thông vận tải thực hiện. Nhìn chung các vấn đề liên quan đến giảm phát thải ở nước ta luôn được quan tâm sâu sắc, có rất nhiều nghiên cứu để giải quyết các vấn đề tồn tại. Tuy vậy, chủ đề về giảm phát thải trên động cơ xăng vẫn chưa phổ biến và còn rất ít.