NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2009- 2010
Mục lục
LỜI NÓI ĐẦU.......................................................................................................3
Nhóm sinh viên thực hiện:....................................................................................4
Nguyễn Trung Kiên Phùng Tiến Dũng................4
Chương 1. TỔNG QUAN.................................................................................5
1.1. Những vấn đề chung:.............................................................................5
1.2. Động cơ diesel và tiêu chuẩn khí thải châu Âu:.....................................6
1.2.1. Động cơ diesel tăng áp:...................................................................6
1.2.2. Tiêu chuẩn khí thải Châu Âu (EURO):...........................................7
1.3. Mục đích, nội dung, ý nghĩa của đề tài:...............................................10
1.3.1. Mục đích:.......................................................................................10
1.3.2. Nội dung:.......................................................................................10
1.3.3. Ý nghĩa:.........................................................................................10
Chương 2. CƠ CHẾ HÌNH THÀNH KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ DIESEL VÀ
TÁC HẠI.........................................................................................................11
2.1. Cơ chế hình thành khí thải của động cơ diesel:....................................11
2.1.1. Một số vấn đề liên quan đến quá trình cháy..................................11
Cơ chế hình thành CO :...........................................................................18
2.1.3. Cơ chế hình thành NOx:................................................................19
2.1.4. Cơ chế hình thành bồ hóng: .........................................................22
2.1.5. Cơ chế hình thành khí các-te:........................................................24
2.1.6. Cơ chế hình thành các chất ô nhiễm đăc trưng:............................25
2.1.7. Cơ chế hình thành SOx:.................................................................27
2.2. Ảnh hưởng của khí thải động cơ diesel đối với con người và môi
trường:.........................................................................................................28
2.2.1. Ảnh hưởng của CO:.......................................................................28
2.2.2. Ảnh hưởng của NOx:....................................................................29
2.2.3. Ảnh hưởng của bồ hóng:...............................................................30
2.2.4. Ảnh hưởng của khí các-te:.............................................................31
2.2.5. Ảnh hưởng của các chất ô nhiễm đặc trưng:.................................31

như phát triển động cơ đốt trong không chỉ chú trọng đến tính năng vận hành và
tính kinh tế mà còn đặc biệt chú ý đến vấn đề môi trường. Động cơ nói chung và
động cơ diesel nói riêng đang là một trong những nguồn phát thải gây ô nhiễm
nặng nề ở nước ta, nhất là các đô thị. Cùng với sự tăng trưởng của nền kinh tế
thì nhu cầu về các loại phương tiện giao thông dùng trong các lĩnh vực vận tải
đường bộ, hàng không, vận tải biển ngày một gia tăng. Trong đó để đáp ứng
nhu cầu sử dụng dịch vụ vận tải công cộng thì số lượng xe buýt cũng tăng lên.
Tuy nhiên số lượng xe buýt đạt tiêu chuẩn phát thải Euro2 theo quy định còn rất
ít. Để hạn chế các thành phần gây ô nhiễm này, đã có rất nhiều giải pháp được
đưa ra bao gồm các giải pháp với động cơ và giải pháp xử lý khí thải. Các biện
pháp giảm phát thải cho động cơ diesel lắp trên xe buýt nói riêng và phương tiện
nói chung là một trong những vấn đề hết sức cấp bách.
Với tất các lý do trên, chúng em chọn đề tài:
“Nghiên cứu ảnh hưởng của khí thải động cơ diesel tăng áp đối với sức
khoẻ và môi trường sống của con người”
Mặc dù đã có nhiều cố gắng, nhưng do thời gian và kinh nghiệm còn ít
nên trong đề tài không thể tránh khỏi thiếu sót. Em rất mong sự góp ý của các
thầy cô trong bộ môn, các chuyên gia và những người quan tâm đến vấn đề này
để đề tài được hoàn thiện hơn.
Chúng em xin cảm ơn cô Khương Thị Hà đã tận tình hướng dẫn để chúng
em có thể hoàn thành đề tài này. Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn các thầy cô
- 3 -
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2009- 2010
giáo Bộ môn Động Cơ Đốt Trong, Khoa Cơ khí, trường Đại học Giao thông vận
tải đã tận tình giúp đỡ chúng em trong thời gian qua. Em xin chân thành cảm ơn.

Nhóm sinh viên thực hiện:
Nguyễn Trung Kiên Phùng Tiến Dũng
- 4 -
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2009- 2010

khá cao.
- 5 -
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2009- 2010
Chẳng hạn , tốc độ tăng bình quân xe máy của những năm 2005 là
11,94%.
Tại thời điểm 31.12.1999 cả nước có 460.000 ôtô, 5.585.000 xe máy. Đến
cuối năm 2003 đã có 500.000 ôtô, khoảng 11triệu xe máy, cuối năm 2004 thì các
con số tương ứng là 523.509 và 13triệu theo số liệu của Đăng Kiểm Việt
Nam.Hiện tại, phần lớn ôtô xe máy tập trung ở các khu vực đô thị lớn như Hà
Nội , thành phố HCM gây ô nhiễm môi trường hết sức nặng nề. Tại đây, vào
giờ cao điểm đã đạt tới giới hạn cho phép [2].Vì vậy, việc nghiên cứu để hạn chế
ô nhiễm do khí thải của động cơ là 1 yêu cầu cấp bách của không cứ một quốc
gia nào. Để kiểm soát khí thải cần phải :
- Kiểm soát khí thải từ nguồn cung cấp .
- Xử lý khí xả
Kiểm soát khí thải đối với động cơ đang lưu hành gọi là kiểm định khí
thải được thực hiện bởi cơ quan đăng kiểm.
Như vậy , có thể thấy rằng , để có thể giảm ô nhiễm do khí thải một cách
toàn diện và hiệu quả phải tiến hành đồng bộ hang loạt những công việc phức
tạo từ khâu nghiên cứu, thiết kế, chế tạo đến vận hành phương tiện và nghiên
cứu, xây dựng và thực hiện những tiêu chuẩn cho từng đối tượng cụ thể.
1.2. Động cơ diesel và tiêu chuẩn khí thải châu Âu:
1.2.1. Động cơ diesel tăng áp:
Động cơ diesel được dùng phổ biến trên các phương tiện vận tải cả đường
bộ và thuỷ, chúng có vai trò rất quan trọng nền kinh tế quốc dân. Do đó, nghiên
cứu phát triển động cơ diesel là một trong những chiến lược phát triển kinh tế.
Trên quan điểm năng lượng động cơ diesel có hiệu suất nhiệt động cao hơn
trong hầu hết các điều kiện vận hành, ở chế độ tải thấp nó không bị bất lợi bởi
tổn thất bơm (do không có bướm ga nên không tạo ra cản khí động trên đường
- 6 -

Tiêu chuẩn khí thải Châu Âu rất chú ý giới hạn lượng phát thải của động
cơ diesel xe tải nặng đặc biệt là EURO III, EURO IV. Các tiêu chuẩn này còn
- 7 -
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2009- 2010
đòi hỏi những biện pháp tự chuẩn đoán ngay trên xe (OBD – Onboard
Diagnostic), khi xe tải có lỗi dẫn đến tăng lượng phát thải của động cơ, hệ thống
phải cảnh báo cho lái xe biết.
Bảng 1.1 dưới đây thể hiện cụ thể lượng phát thải với các thành phần độc hại
khác nhau đối với xe tải nặng sử dụng động cơ diesel. Tất cả các phép đo đều
được tiến hành theo các qui trình thử tiêu chuẩn.
- 8 -
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2009- 2010
Bảng 1.1. Các tiêu chuẩn EURO giới hạn lượng phát thải cho xe tải nặng sử
dụng động cơ diesel, g/kWh ( với khói là g/kWm-1 )

Ngày có
có hiệu lực
Chu
trình thử
CO HC NO
x
PM Khói
EURO I
1992, <85kW
ECE R49
4.5 1.1 8.0 0.612
1992, >85kW 4.5 1.1 8.0 0.36
EURO II
10/1996 4.0 1.1 7.0 0.25


NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2009- 2010
Chương 2. CƠ CHẾ HÌNH THÀNH KHÍ THẢI ĐỘNG
CƠ DIESEL VÀ TÁC HẠI.
2.1. Cơ chế hình thành khí thải của động cơ diesel:
2.1.1. Một số vấn đề liên quan đến quá trình cháy.
2.1.1.1. Quá trình cháy nhiên liệu:
Cháy là quá trình phản ứng hoá học , trong đó các chất phản ứng nhanh
với O
2
để sản sinh nhiệt và ánh sang . Đây là các phản ứng dây chuyền toả tròn
tự do, trong đó xảy ra quá trình ô xy hoá cácbon (để tạo ra ôxit của nó ) và quá
trình ô xy hoá hydro ( để tạo thành nước ).Phản ứng cháy là hoàn toàn nếu giả
thiết rằng phản ứng giữa C và H
2
( trong nhiên liệu ) với ôxy (trong không khí)
tạo thành CO
2
và H
2
O.
- Quá trình cháy C thành CO
2
:
C + O
2

⇔
CO
2
(2.1)

⇔
2 CO
2
(2.5)
- 11 -
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2009- 2010
22
7
11
7
4
1 kgCOkgOkgC
⇔+
(2.6)
- Đốt cháy H
2
thành H
2
O:
Khi đốt cháy H
2
trong điều kiện đủ O
2
:
2H
2
+ O
2

⇔

22
NOON ⇔+
(2.11)
22
7
23
7
16
1 kgNOkgOkgN
⇔+
(2.12)
2.1.1.2. Lượng không khí lý thuyết để đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu:
Việc đốt cháy nhiên liệu có thể tóm tắt bằng các phương trình sau:
- 12 -
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2009- 2010
22
3
11
3
8
1 kgCOkgOkgC
⇔+
(2.13)
OkgHkgOkgH
222
981
⇔+
(2.14)
22
211 kgSOkgOkgS

cc
=
SHC 18
3
8
++
-O
(2.16)
Không khí chứa 23% khối lượng là O
2
còn khoảng 77% khối lượng là
N
2
. Do đó lượng không khí lý thuyết cần để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu,
có thể biểu diễn dưới dạng
F
A
(
Fuel
Air
) như sau:
(
23
100
×=
F
A
SHC 18
3
8

)
24
1(78,3
2
)78,3)(
24
1( N
zy
OH
y
CONO
zy
OCH
zy
−+++→+−++
(2.18)
Stoichiometry là sự phối hợp của không khí và nhiên liệu để có thể đạt
được quá trình cháy hoàn toàn theo phương trình trên. Tỷ số Stoichiometry được
tính như sau:
c
a
m
m
r
=
Trong đó:
a
m
:Khối lượng không khí
m

ce
,m
ae
: Tương ứng là khối lượng của nhiên liệu và không
khí.
Do đó
ϕ
có thể biểu diễn theo tỷ số Stoichiometry bằng công thức:
r
m
m
ae
ce
.
=
ϕ
Tỷ số tương đương được dùng để biểu diễn lượng chất quý trong phản
ứng (nhiên liệu) và hỗn hợp được nhắc đến là giàu hay nghèo (phụ thuộc vào
lượng nhiên liệu có mặt tương ứng với điều kiện Stoichiometry).
Nhìn chung, động cơ diesel vận hành với hỗn hợp nghèo và tỷ số tương
đương ít ảnh hưởng đến hoạt động của chúng.Vận hành với hỗn hợp nghèo
)95,085,0(
÷=
ϕ
có ưu điểm với chế độ tiết kiệm nhiên liệu.
- Hệ số dư lượng không khí:
Tại một số quốc gia (Nga, Đức, Việt Nam) thành phần hỗn hợp cháy
được biễu diễn bằn hệ số dư lượng không khí (
α
). Hệ số dư lượng không khí là

÷=
α
- Động cơ diesel cao tốc:
6,13,1
÷=
α
2.1.1.4. Sản phẩm cháy:
Về mặt lý thuyết sản phẩm của quá trình cháy hoàn toàn là CO
2
và
H
2
O.
Đối với quá trình cháy không hoàn toàn,sản phẩm cháy bao gồm:
- Hydrocacbon chưa cháy C
n
H
m
: Paraffins,Olefins, Aromatic
hydrocacbons
- Hydrocacbon cháy dở: C
n
H
m
.CHO-Andehyt, C
n
H
m
.CO-Xeton,
C

va PM. Các chất này thường được gọi là chất ô nhiễm
thong thường. Từ những năm 1990, để hiểu biết sâu hơn về hiện tượng và
nguyên nhân ô nhiễm, các nhà chuyên môn quan tâm rât nhiều đến các hợp chất
đặc biệt có trong khí xả (Benzene, formaldehyde, PAHs,…) và chúng thường
được gọi là các chất ô nhiễm đặc trưng. Đây là những chất có ảnh hưởng xấu tới
sức khỏe và môi trường sống của con người.
- 17 -
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN 2009- 2010
Cơ chế hình thành CO :
CO là một loại khí không màu, không mùi, không vị.Trong phản ứng dây
chuyền khi hỗn hợp bị đốt cháy, CO chỉ là một sản phẩm trung gian của quá
trình ô-xy hóa nhiên liệu hydro cacbon để tạo thành sản phẩm cuối cùng CO
2
.
RH
→
R
→
RO
2

→
RCO
→
CO (2.19)
Trong đó: R là gốc hydrocacbua.
CO tạo ra sẽ bị ôxy hóa với tốc độ chậm tạo thành CO
2
theo phương trình:
CO + OH

Kiểu hydrocacbon
Hàm lượng cacbon
(%)
Hàm lượng CO trong
khí xả (% thể tích)
Methane 75 2.2
LPG (nhiên liệu hóa lỏng) 83.0 2.7
Isooctan 84.2 2.8
Benzene 92.3 3.5
Toluene 91.3 3.3
Mức CO trong khí xả cũng phụ thuộc vào hàm lượng cácbon của nhiên
liệu như bảng số liệu 2.1.
Trong thực tế ,nhìn chung thì động cơ diesel thải Co ít hơn so với động cơ
xăng.Trong quá trình hoạt động ,các xe tải hạng nhẹ lắp động cơ diesel thải CO
ở mức khoảng 2g/dặm, trong khi các xe con lắp động cơ xăng thải ra khoảng
90g/dặm.Từ đó ta thấy rằng nhiên liệu diesel có được ưu điểm so với động cơ
xăng ở việc thải ra ít CO.
Đối với động cơ diesel , do luôn làm việc với hỗn hợp nghèo ở tất cả các
chế độ. Do vậy, không xuất hiện vấn đề tăng lượng thải CO khi khởi động
nguội.
Đối với các phương tiện có hàm lượng CO cao hơn định mức cho phép thì
cần có thêm thiết bị phụ để xử lý.
2.1.3. Cơ chế hình thành NOx:

Việc tìm hiểu cơ chế hình thành NOx trong động cơ dieselvà kiểm
soát thành phần khí thải này gặp nhiều khó khăn do quá trình cháy của động cơ
diesel xảy ra nhanh và hỗn hợp cháy là không đồng nhất. NO, NO2 là hai thành
phần chính của NOx. Trong đó,NO là khí không mùi không màu trong khi NO2
- 19 -