5
Chương 1

TÁC HẠI C
Ủ
A
CÁC CH
Ấ
T Ô NHI
Ễ
M
TRONG KHÍ X
Ả

ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

1.1. Giới thiệu

Quá trình cháy lí tưởng của hỗn hợp hydrocarbure với không khí chỉ sinh ra CO
2
,
H
2
O và N
2
. Tuy nhiên, do sự không đồng nhất của hỗn hợp một cách lí tưởng cũng như do
tính chất phức tạp của các hiện tượng lí hóa diễn ra trong quá trình cháy nên trong khí xả
động cơ đốt trong luôn có chứa một hàm lượng đáng kể những chất độc hại như oxyde
nitơ (NO, NO
2
, N

2
SO
4
. Mặt khác, để tăng
tính chống kích nổ của nhiên liệu, người ta
pha thêm Thétraétyle chì Pb(C
2
H
5
)
4
vào
xăng. Sau khi cháy, những hạt chì có đường
kính cực bé thoát ra theo khí xả, lơ lửng
trong không khí và trở thành chất ô nhiễm
đối với bầu khí quyển, nhất là ở khu vực
thành phố có mật độ giao thông cao.
Một trong những thông số có tính tổng quát ảnh hưởng đến mức độ phát sinh ô
nhiễm của động cơ là hệ số dư lượng không khí a. Hình 1.1 trình bày một cách định tính
sự phụ thuộc của nồng độ NO, CO và HC trong khí xả theo a. Động cơ đánh lửa cưỡng
bức thường làm việc với hệ số
dư lượng không khí a ≈ 1. Theo đồ thị này thì động cơ làm
Hình 1.1: Biến thiên nồng độ các chất
ô nhiễm theo hệ số dư lượng không khí
1
0
,
8
1
,

đương đầu với một môi trường sống rất khắc nghiệt.

Bảo vệ môi trường không phải chỉ là yêu cầu của từng nước, từng khu vực mà nó
có ý nghĩa trên phạm vi toàn cầu. Tùy theo điều kiện của mỗi quốc gia, luật lệ cũng như
tiêu chuẩn về ô nhiễm môi trường được áp dụng ở những thời điểm và với mức độ khắt
khe khác nhau.

Ô nhiễm môi trường do động cơ phát ra được các nhà khoa học quan tâm từ đầu
thế kỉ 20 và nó bắt đầu thành luật ở một số nước vào những năm 50. Ở nước ta, luật bảo
vệ môi trường có hiệu lực từ ngày 10-1-1994 và Chính phủ đã ban hành Nghị định số
175/CP ngày 18-10-1994 để hướng dẫn việc thi hành Luật bảo vệ môi trường.

1.2. Ô nhiễm không khí là gì?

Chúng ta có thể tham khảo định nghĩa sau đây do Cộng đồng Châu Âu đưa ra vào
năm 1967: "Không khí gọi là ô nhiễm khi thành phần của nó bị thay đổi hay khi có sự hiện
diện của những chất lạ gây ra những tác hại mà khoa học chứng minh được hay gây ra sự
khó chịu đối với con người". Theo định nghĩa đó thì:

- Các chất gây ô nhiễm có thể gây nguy hại đến tự nhiên và con người mà khoa học
ở thời điểm đó nhận biết được hay chỉ đơn thuần gây ra sự khó chịu chẳng hạn như mùi
hôi, màu sắc

- Danh sách các chất ô nhiễm cũng như giới hạn về nồng độ cho phép của chúng
trong các nguồn phát thải có thể thay đổi theo thời gian.

WWW.OTO-HUI.COM NƠI CHIA SẺ TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN
Chương 1: Tác hại của các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ đốt trong
7
Đến nay, người ta đã xác định được các chất ô nhiễm trong không khí mà phần lớn
Bảng 1.2: Tỉ lệ phát thải các chất ô nhiễm ở Nhật (tính theo %)

Nguồn phát ô nhiễm CO HC NO
x

Ô tô 93,0 57,3 39
Sản xuất điện năng 0,1 0,1 21,5
Quá trình cháy trong
công nghiệp
0,0 26,4 31,3
Các quá trình cháy
khác
6,3 0,7 0,8
Công nghiệp dầu mỏ - 14,8 5,1
Các hoạt động khác 0,6 0,7 2,6
Tổng cộng
100 100 100

Bảng 1.3: Tỉ lệ phát thải các chất ô nhiễm ở Mĩ (tính theo %)

Nguồn phát ô nhiễm CO HC NO
x

Ô tô 64,7 45,7 36,6
Các phương tiện giao
thông khác
9,0 7,2 10,5
Quá trình cháy công

được hình
thành do N
2
tác dụng với O
2
ở điều kiện nhiệt độ cao (vượt quá 1100°C). Monoxyde nitơ
(x=1) không nguy hiểm mấy, nhưng nó là cơ sở để tạo ra dioxyde nitơ (x=2). NO
2
là chất
khí màu hơi hồng, có mùi, khứu giác có thể phát hiện khi nồng độ của nó trong không khí
đạt khoảng 0,12ppm. NO
2
là chất khó hòa tan, do đó nó có thể theo đường hô hấp đi sâu
vào phổi gây viêm và làm hủy hoại các tế bào của cơ quan hô hấp. Nạn nhân bị mất ngủ,
ho, khó thở. Protoxyde nitơ N
2
O là chất cơ sở tạo ra ozone ở hạ tầng khí quyển.

- Hydocarbure: Hydrocarbure (HC) có mặt trong khí thải do quá trình cháy không
hoàn toàn khi hỗn hợp giàu, hoặc do hiện tượng cháy không bình thường. Chúng gây tác
hại đến sức khỏe con người chủ yếu là do các hydrocarbure thơm. Từ lâu người ta đã xác
định được vai trò của benzen trong căn bệnh ung thư máu (leucémie) khi nồng độ của nó
lớn hơn 40ppm hoặc gây rối loạn hệ thần kinh khi nồng độ lớn hơn 1g/m
3
, đôi khi nó là
nguyên nhân gây các bệnh về gan.

- SO
2
: Oxyde lưu huỳnh là một chất háu nước, vì vậy nó rất dễ hòa tan vào nước

hô hấp. Khi đã vào được trong cơ thể, khoảng từ 30 đến 40% lượng chì này đi vào máu.
Sự hiện hiện của chì gây xáo trộn sự trao đổi ion ở não, gây trở ngại cho sự tổng hợp
enzyme để hình thành hồng cầu, và đặc biệt hơn nữa, nó tác động lên hệ thần kinh làm trẻ
em chậm phát triển trí tuệ. Chì bắt đầu gây nguy hiểm đối với con người khi nồng độ của
nó trong máu vượt quá 200 đến 250mg/lít.

1.3.2. Đối với môi trường

1. Thay đổi nhiệt độ khí quyển

Sự hiện diện của các chất ô nhiễm, đặc biệt là những chất khí gây hiệu ứng nhà
kính, trong không khí trước hết ảnh hưởng đến quá trình cân bằng nhiệt của bầu khí
quyển. Trong số những chất khí gây hiệu ứng nhà kính, người ta quan tâm đến khí
carbonic CO
2

vì nó là thành phần chính trong sản phẩm cháy của nhiên liệu có chứa thành
phần carbon. Sự gia tăng nhiệt độ bầu khí quyển do sự hiện diện của các chất khí gây hiệu
ứng nhà kính có thể được giải thích như sau:

Quả đất nhận năng lượng từ mặt trời và bức xạ lại ra không gian một phần nhiệt
lượng mà nó nhận được. Phổ bức xạ nhiệt của mặt trời và vỏ trái đất trình bày trên các
hình 1.4 và hình 1.5. Bức xạ mặt trời đạt cực đại trong vùng ánh sáng thấy được (có bước
sóng trong khoảng 0,4-0,73mm) còn bức xạ cực đại của vỏ trái đất nằm trong vùng hồng
ngoại (7-15mm).

Các chất khí khác nhau có dải hấp thụ bức xạ khác nhau. Do đó, thành phần các
chất khí có mặt trong khí quyển có ảnh hưởng đến sự trao đổi nhiệt giữa mặt trời, quả đất
và không gian. Carbonic là chất khí có dải hấp thụ bức xạ cực đại ứng với bước sóng
15mm, vì vậy nó được xem như trong suốt đối với bức xạ mặt trời nhưng là chất hấp thụ

Hồng ngoại
l(mm)
WWW.OTO-HUI.COM NƠI CHIA SẺ TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN
Chương 1: Tác hại của các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ đốt trong
10

Hình 1.4: Phổ bức xạ từ mặt trời Hình 1.5: Phổ bức xạ từ mặt đất

Hình 1.6: Hiệu ứng nhà kính

Với tốc độ gia tăng nồng độ khí carbonic trong bầu khí quyển như hiện nay, người
ta dự đoán vào khoảng giữa thế kỉ 22, nồng độ khí carbonic có thể tăng lên gấp đôi. Khi

x
å m¥t tr©
i

Bức xạ mặt đất
Bức xạ mặt trời
Bức xạ mặt đất
Lớp khí gây hiệu ứng nhà kính
WWW.OTO-HUI.COM NƠI CHIA SẺ TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN
Chương 1: Tác hại của các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ đốt trong
11

WWW.OTO-HUI.COM NƠI CHIA SẺ TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN
12
Chương 2

QUY TRÌNH ĐO
CÁC CHỈ TIÊU Ô NHI

2.2. Quy trình đo các chỉ tiêu ô nhiễm

Hiện nay chưa có một quy trình nào được áp dụng chung cho tất cả các nước để đo
các chỉ tiêu ô nhiễm trong khí xả động cơ đốt trong. Do đó trên thế giới tồn tại nhiều quy
trình khác nhau, mỗi quy trình ứng với một tiêu chuẩn ô nhiễm xác định và không có quan
hệ tương đương nào được xác lập giữa các tiêu chuẩn này.

Quy trình đo các chỉ tiêu ô nhiễm của mỗi nước căn cứ vào chế độ giao thông tiêu
biểu của nước đó. Bảng 2.1 so sánh các thông số đặc trưng của một số quy trình được áp
dụng rộng rãi nhất hiện nay.

Bảng 2.1: So sánh các thông số đặc trưng của một số quy trình thử tiêu biểu
WWW.OTO-HUI.COM NƠI CHIA SẺ TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN
Chương 2: Quy trình đo các chỉ tiêu ô nhiễm của ô tô
13

Thông số Đơn vị ECE California FTP72 FTP75 Nhật 10
chế độ
Nhật 11
chế độ
Tốc độ trung bình (km/h)

18,7 35,6 31,5 34,1 17,7 30,6
Tốc độ trung bình
(không kể thời gian
không tải)
(km/h) 27,1 41,7 38,3 41,6 24,1 39,1
Gia tốc trung bình (m/s
2
)

thải của tất cả những phương tiện vận tải trong khu vực khảo sát gây ra, nghĩa là mức độ ô
nhiễm phụ
thuộc vào mật độ ô tô. Ở những thành phố lớn, khi mức độ ô nhiễm vượt giới
hạn báo động, người ta khuyến khích dân chúng sử dụng phương tiện vận tải công cộng để
giảm bớt mật độ xe. Ở những nơi có mật độ lưu thông bé, ô tô không nhất thiết phải tuân
thủ những quy định nghiêm ngặt về mức độ phát sinh ô nhiễm của những thành phố mật độ
giao thông cao.

- Điều kiện đường sá: Tùy vào chất lượng đường sá của mỗi nước mà chế độ
hoạt
động của các phương tiện khác nhau, do đó khả năng phát ô nhiễm của chúng cũng khác
nhau. Tiêu chuẩn ô nhiễm vì vậy cũng cần xét đến yếu tố này. 2.4. Quy trình thử của một số nước
2.4.1. Quy trình thử của Mĩ
a. Quy trình FTP 72 và FTP 75

20
40
60
Vận tốc (m/s)
WWW.OTO-HUI.COM NƠI CHIA SẺ TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN
Chương 2: Quy trình đo các chỉ tiêu ô nhiễm của ô tô
14

Quy trình FTP 75 gồm ba giai đoạn. Hai giai đoạn đầu giống như chu trình FTP 72.
Giai đoạn 3 giống như giai đoạn 1 của chu trình trước (hình 2.1b) và được khởi động lại sau
khi đã dừng động cơ 10 phút kể từ lúc kết thúc giai đoạn 2. Quãng đường tương ứng tổng
cộng là 17,86km với tốc độ trung bình 34,1km/h. Lượng khí ô nhiễm được đo riêng từng
giai đoạn và kết quả chung được tính bằng g/km với các hệ số điều chỉnh 0,43 đối với giai
đoạn đầu, 1 đối với giai đoạn 2 và 0,57 đối với giai đoạn 3.

b. Quy trình California

Đây là quy trình thử cũ được sử dụng từ năm 1968. Nó gồm 7 giai đoạn giống hệt
nhau (hình 2.2) và cách bởi thời gian chạy không tải. Quy trình thử kéo dài trong 16 phút 19
giây. Động cơ khởi động ở trạng thái nguội sau khi dừng ít nhất 12 giờ ở điều kiện nhiệt độ
môi trường. Quy trình này hiện nay đã được thay thế bằng các quy trình FTP trên đây.
979s
0
50
100
km/h
20
40
60
0
400
Giai đoạn quá độ nóng
Thời
g

a. Quy trình thử thành phố ECE :

Quy trình này được hình thành năm 1962 dựa vào điều kiện giao thông ở vùng Paris,
rất khác biệt so với điều kiện giao thông ở California. Đến năm 1966, quy trình này được sử
dụng chung cho Cộng đồng Châu Âu. Hình 2.3 trình bày diễn biến tốc độ của quy trình thử.
Nó gồm 4 công đoạn y hệt nhau với quãng đường tổng cộng là 4,052km.

b. Quy trình thử ngoại thành của Cộng đồng Châu Âu EUDC

Quy trình EUDC được thực hiện bằng cách bổ sung thêm vào qui trình ECE một
công đoạn thử tương ứng với chế độ vận hành của ô tô ở vùng ngoại thành (hình 2.3b).
Công đoạn bổ sung có tốc độ cực đại là 120km/h, thời gian thử là 400s tương ứng một
quãng đường 6,955km với tốc độ trung bình 62,6km/h. Công đoạn thử bổ sung này được
tiến hành sau khi đã thực hiện chu trình ECE và được bắt đầu bằng một giai đoạn chạy
không tải 20s. Mức độ ô nhiễm được cho theo đơn vị g/km thay vì g/lần thử.

u
y
trình thử thành
p
hố ECE
b
. Côn
g
đo
ạ
n bổ sun
g
n
g
o
ạ
i thành
WWW.OTO-HUI.COM NƠI CHIA SẺ TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN
Chương 2: Quy trình đo các chỉ tiêu ô nhiễm của ô tô
16

Hình 2.3: Quy trình thử ECE, EUDC của Cộng đồng Châu Âu

2.4.3. Quy trình thử của Nhật Bản

a. Quy trình thử 10 chế độ

Hình 2.6: Quy trình thử 10-15 chế độ của Nhật

Quy trình thử 10-15 chế độ ứng với điều kiện giao thông ở các vùng ngoại ô Nhật
Bản. Quy trình này sử dụng 3 công đoạn của quy trình thử 10 chế độ trên đây và kéo dài
thêm một đoạn có tốc độ cực đại 70km/h (hình 2.6). Quãng đường thử tương ứng dài
0
20
40
km/h
135s
0
20
40
km/h
120s
60
0
20
40
km/h
100
200
300 400 500
600
660(s)
60
80
WWW.OTO-HUI.COM NƠI CHIA SẺ TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN

1968 51 6,3 0,4
1970 34 4,1 0,4
1972 28 3,0 0,4
1973 28 3,0 3,1
1975 15 1,5 3,1
1977 15 1,5 2,0
1980 7,0 0,41 2,0
1983 3,4 0,41 1,0
Dự kiến 3,4 0,25 0,4

2. Cộng đồng Châu Âu

Hình 2.7 trình bày sự thay đổi theo thời gian về nồng độ cho phép của các chất ô
nhiễm trong khí xả ô tô áp dụng ở các nước trong Cộng đồng Châu Âu. Trước năm 1984,
tiêu chuẩn được tính chung đối với HC+NO
x
nhưng sau đó được quy định riêng cho từng
chất.
Q đ
ị hEU
Tr

Hình 2.7 : Biến thiên nồng độ giới hạn cho phép theo thời gian của các chất ô nhiễm
trong khí xả ô tô theo quy định của Cộng đồng Châu Âu

Mức độ phát sinh ô nhiễm cho phép đối với xe du lịch và xe vận tải hạng nhẹ theo
quy trình thử ECE áp dụng ở Cộng đồng Châu Âu cho ở bảng 2.3.

Bảng 2.3: Tiêu chuẩn Cộng Đồng Châu Âu đối với xe tải hạng nhẹ

Loại động cơ
(V (lít) là thể tích
xi lanh)
CO
(g/km)
HC+NO
x
(g/km)
NO
x
(g/km)
Năm áp dụng
Xăng V>2,0
6,17 1,6 0,86 1988
Xăng 1,4≤V≤2,0
7,4 1,97 - 1991

1975 2,7 20,81 0,39 2,33 1,6 2,7
1976 2,7 20,81 0,39 2,33 1,2 2,20
1978 2,7 20,81 0,39 2,33 0,48 1,47
1988 2,7 20,81 0,39 2,33 0,25 1,47 Bảng 2.5: Tiêu chuẩn Nhật Bản đối với ô tô du lịch sử dụng động cơ Diesel

Năm CO (g/km) HC (g/km) NO
x
(g/km)
10 C.độ 11 C.độ 10 C.độ 11 C.độ 10 C.độ 11 C.độ
1974 - 680ppm - 670ppm - 590ppm
1977 - 680ppm - 670ppm - 500ppm
1979 - 680ppm - 670ppm - 450ppm
1982 - 680ppm - 670ppm - 390ppm
1983 - 680ppm - 670ppm - 610ppm
1987 2,7(g/km) - 0,62(g/km
)
- 0,98(g/km
)
-

Bảng 2.6: Tiêu chuẩn Nhật Bản đối với ô tô vận tải nhẹ sử dụng động cơ xăng hay GPL Năm
CO (g/km) HC (g/km) NO
x
(g/km)

x
(g/km)
Canada 1975
1987
1994
FTP 75
FTP 75
FTP 75
15,53
2,11
2,11
1,24
0,25
0,15
1,92
0,62
0,25
Úc và
New
Zealand
1976
1982
1986
FTP 72
FTP 72
FTP 75
24,20
22,00
9,30
2,10


ECE

Tiêu chuẩn

Cộng đồng

Châu Âu
Hàn Quốc 1983
1984
1987
(1)

1987
(2)

10 C.độ
10 C.độ
FTP 75
FTP 75
26
18
8
2,11
3,8
2,8
2,1
0,25
3,0
2,5

2,00
1,40

(1) Ô tô có động cơ V
<
800 cm
3

(2) Ô tô
<
2,5 tấn, có động cơ V
>
800 cm
3 2.5.2. Các quy định về nồng độ bồ hóng trong khí xả động cơ Diesel

Các quy định về nồng độ cho phép của các chất ô nhiễm dạng khí trong khí xả động
cơ được áp dụng rất sớm so với các quy định về nồng độ bồ hóng. Tiêu chuẩn Liên Bang
Hoa Kì quy định, theo chu trình đo 2.8, độ mờ không được vượt quá 20% khi gia tốc, 15%
khi phanh và 50% ở một điểm bất kì của chu trình. Theo tiêu chuẩn Cộng đồng Châu Âu ở
chế độ ổn định đầy tải, giới hạn của hệ số hấp thụ quang học theo lưu lượng của dòng khí
xả cho ở bảng 2.8 hoặc hình 2.9.

WWW.OTO-HUI.COM NƠI CHIA SẺ TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN
Chương 2: Quy trình đo các chỉ tiêu ô nhiễm của ô tô
21
Tiêu chuẩn độ khói trong khí xả động cơ Diesel được đo theo các đơn vị khác nhau
phụ thuộc từng nước: Hệ số hấp thụ quang học k (Cộng đồng Châu Âu, Úc, Brazil), độ mờ

Hình 2.8: Tiêu chuẩn của Hoa Kì về độ khói trong
khí xả động cơ Diesel

Mức ga (%)
Tốc độ (v/s)
Thời gian (s)
Độ
mờ
(%)
WWW.OTO-HUI.COM NƠI CHIA SẺ TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN
Chương 2: Quy trình đo các chỉ tiêu ô nhiễm của ô tô
22 Hình 2.8: Tiêu chuẩn Cộng đồng Châu Âu


2.6. Quy trình kiểm tra định kì mức độ phát sinh ô nhiễm của ô tô

Các quy định trên đây được áp dụng từ lúc ô tô xuất xưởng đến khi đã qua một thời
gian sử dụng nhất định và quy trình đo được thực hiện ở những trung tâm kiểm định theo
quy phạm nhà nước. Ở Mĩ, các tiêu chuẩn đó được áp dụng cho đến khi ô tô đạt được
80.000 km. Để thỏa mãn các quy định của tiêu chuẩn, trong quá trình sử dụng, ô tô phải
được bảo trì tốt. Tuy nhiên khi qua tay người sử dụng ô tô không phải lúc nào cũng được
bảo trì đúng kĩ thuật. Thống kê ở Mĩ cho thấy chỉ có 33% ô tô được bảo trì tốt, số còn lại bị
điều chỉnh không đúng qui định hoặc bị thay thế các bộ phận không đúng tiêu chuẩn. Tình
trạng bảo trì ô tô sử dụng ở các quốc gia có nền công nghiệp chưa phát triển chắc chắn còn
tồi hơn nhiều. Điều này làm nồng độ các chất ô nhiễm trong khí xả gia tăng vượt quá giới
hạn cho phép của các quy định.

Để đánh giá định kì mức độ phát ô nhiễm của ô tô đã qua sử dụng, người ta áp dụng
các quy trình kiểm tra sơ bộ.

Bảng 2.10: Tiêu chuẩn ô nhiễm của ô tô ở chế độ không tải20
40
60
WWW.OTO-HUI.COM NƠI CHIA SẺ TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN
Chương 2: Quy trình đo các chỉ tiêu ô nhiễm của ô tô
23
Quốc gia Loại xe Chất ô nhiễmGiới hạn
Cộng đồng
Châu Âu
Du lịch, vận tải

CO
HC
HC
4,5%
1200ppmV
7800ppmV
Hàn Quốc Ô tô nhẹ CO
HC
4,5%V
1200ppmV
Đài Loan Ô tô nhẹ CO
HC
3,5%V
900ppmV

2.6.1. Quy định về kiểm tra sơ bộ mức độ phát ô nhiễm của ô tô
ở các nước phát triển

Phần lớn các tiểu bang ở Mĩ đã sử dụng quy trình kiểm tra đơn giản để đánh giá mức
độ phát ô nhiễm của ô tô đã qua sử dụng. Quy trình đo được thực hiện ở chế độ không tải
với các tiêu chuẩn quy định đối với nồng độ CO, HC và độ mờ của khí xả động cơ Diesel.
Định kì hằng năm hay cứ hai năm một lần, tất cả ô tô phải qua kiểm tra ô nhiễm bằng quy
trình này. Bảng 2.10 giới thiệu tiêu chuẩn ô nhiễm của ô tô đo ở chế độ không tải ở một số
nước.

Cộng hòa Liên Bang Đức là nước đi đầu ở Châu Âu về kiểm tra định kì tình hình ô
nhiễm của ô tô. Quy trình kiểm tra được thực hiện bằng cách đo nồng độ CO ở chế độ
không tải. Tiếp theo là các nước Thụy Sĩ, Áo, Thụy Điển, Hà Lan.

Ở Thụy Sĩ, từ năm 1986 trở đi, cứ một năm hay ba năm một lần, ô tô phải qua kiểm

và 2,0% ở chế độ
0,6n
dm
.

- Năm 1991, Chính phủ Việt Nam ban hành tiêu chuẩn TCVN 5418-91 quy định về
độ khói trong khí xả động cơ Diesel. Tiêu chuẩn này được áp dụng cho tất cả các loại ô tô
dùng động cơ Diesel. Độ khói của khí xả đo ở chế độ gia tốc tự do không được vượt quá
40% HSU (động cơ không tăng áp) và 50% HSU (động cơ tăng áp).- Năm 1998, Chính phủ Việt Nam ban hành tiêu chuẩn TCVN 6438-98 quy định lại
cụ thể hơn giới hạn cho phép của các chất ô nhiễm trong khí xả của phương tiện vận tải
(bảng 2.11).

Bảng 2.11 : Giới hạn tối đa cho phép của thành phần ô nhiễm trong khí thải
của các phương tiện vận tải Thành phần ô nhiễm
Phương tiện đang sử dụng Phương tiện đăng ký
lần đầu
trong khí thải Phương tiện
động cơ xăng
Phương tiện
động cơ Diesel
Phương
tiện động
cơ xăng
Phương tiện

x
là tên gọi chung của oxyde nitơ gồm các chất NO, NO
2
và N
2
O hình thành do
sự kết hợp giữa oxy và nitơ ở điều kiện nhiệt độ cao. Chất ô nhiễm này ngày càng được
quan tâm và trong một số trường hợp, nó là chất ô nhiễm chính làm giới hạn tính năng kỹ
thuật của động cơ.

Thật vậy, một trong những xu hướng nâng cao tính kinh tế của động cơ ngày nay
là áp dụng kỹ thuật chế hòa khí phân lớp cho động cơ làm việc với hỗn hớp nghèo. Trong
điều kiện đó, NO
x
là đối tượng chính của việc xử lý ô nhiễm. Mặt khác, việc xử lý NO
x

trong điều kiện đó gặp nhiều khó khăn vì bộ xúc tác ba chức năng chỉ hoạt động có hiệu
quả khi a = 1. Các giải pháp kỹ thuật khác nhằm hạn chế NO
x
ngay trong quá trình cháy
cũng đã được áp dụng trên động cơ hiện đại: giải pháp hồi lưu khí xả, giải pháp thay đổi
thời kỳ trùng điệp của góc độ phối khí.

Vì vậy, việc hiểu biết tường tận cơ chế hình thành NO
x
để tìm biện pháp hạn chế
nồng độ của chúng ngay trong quá trình cháy là cần thiết. Mức độ phát sinh ô nhiễm trung
bình của quá trình cháy nhiên liệu hydrocarbure như sau:


3
, gọi là nồng độ nền. NO
x

do hoạt động của con người tạo ra, tập trung chính ở vùng thành thị và các khu công
nghiệp, chiếm khoảng 1/10 lượng NO
x
trong tự nhiên hiện nay.

3.2.1. Ảnh hưởng của NO
x
đến sức khỏe con người

NO
x
có thể đi sâu vào phổi con người do ít hòa tan trong nước. Khi vào được trong
phổi, 80% lượng NO
x
bị giữ lại (đối với SO
2
, cơ quan này chỉ giữ lại khoảng 5%). Trong
các chất của NO
x
, độc tính của NO
2
cao hơn rất nhiều lần so với NO.

NO
x
chủ yếu do quá trình cháy gây ra. Ngoài các quá trình cháy công nghiệp và

NO
x
trong phòng gấp 2÷5 lần so với nồng độ trên đây, nghĩa là 0,2 ÷ 0,5ppm.

3.2.2. Ảnh hưởng của NO
x
đến thực vật

NO
x
chỉ ảnh hưởng đến thực vật khi nồng độ của nó đủ lớn. Người ta thấy ở vùng
đô thị hóa cao, nồng độ NO
x
đạt khoảng 3,93ppm, sự quang hợp của thực vật chỉ giảm đi
25%. Thí nghiệm đặt cây dưa leo trong không khí có nồng độ NO
x
0,75ppm trong hai
tháng cho thấy không bị ảnh hưởng gì. Những thí nghiệm khác được thực hiện trên cà
chua và đậu Hà Lan đặt trong môi trường không khí nhân tạo với nồng độ NO
x
cao hơn
10 lần so với nồng độ của chúng trong không khí khi bị ô nhiễm nặng nhất cho thấy các
loại cây này không bị hư hại gì nhưng nồng độ nitơ tổng cộng trong môi trường gia tăng.
Các thí nghiệm trên cây cam trồng trong không gian nhà kính với 4 điều kiện môi
trường không khí như sau:

a. Không khí nguyên thủy nơi làm thí nghiệm
b. Không khí được lọc
c. Không khí lọc + NO
2

x
tác dụng với một số
chất khác có mặt trong không khí trong những điều kiện nhất định tạo ra những chất nguy
hiểm đối với thực vật. Chẳng hạn dưới tác dụng của tia cực tím trong môi trường có chứa
hydrocarbure, NO
x
có thể tạo ra những hợp chất nguy hiểm đối với thực vật gấp ngàn lần
hơn so với chính bản thân NO
x
.

3.2.3. Ảnh hưởng đến quang hợp
Hình 3.1: Ảnh hưởng của NO đến Hình 3.2: Ảnh hưởng của NO
2
đến
quang hợp quang hợp

Khi nồng độ NO

40
80
20
60
100
t(s)
Tỉ lệ gia tăng CO
2

9ppm
8ppm
2,5ppm
Ảnh hưởng

Phục hồi
0
100
200
0
40
80
20
60
100
t(s)
Tỉ lệ gia tăng CO
2
5,8ppm
3,2ppm
1,6ppm

ngắn; thêm vào đó, áp suất trong xilanh tăng
trong quá trình cháy, điều này làm nhiệt độ
của bộ phận khí cháy trước cao hơn nhiệt độ
đạt được ngay sau khi ra khỏi khu vực màng
lửa nên đại bộ phận NO hình thành trong
khu vực sau màng lửa. Hình 3.3: Sự phụ thuộc nồng độ NO theo nhiệt độ

Sự hình thành NO phụ thuộc rất mạnh vào nhiệt độ (hình 3.3). Hình 3.4 cho thấy
mức độ tiến triển của phản ứng:
(3.4)

Phản ứng tạo NO có tốc độ thấp hơn nhiều so với phản ứng cháy. Nồng độ NO
cũng phụ thuộc mạnh vào nồng độ oxy. Vì vậy trong điều kiện nhiệt độ cao và nồng độ O
2

lớn thì nồng độ NO trong sản phẩm cháy cũng lớn.
10
20
0,5
1,0
2500

2600
2800
3000K
t(ms)
X/X
e
2800
v/phút
0
200 400
10
30
2400
2000
1000
p
me(kPa)
20
N
O
2
/NO(%)
ON NON
++

(3.5)

Hình 3.4: Biến thiên tỉ số NO
2
/NO theo tải của
động cơ Diesel

Trong điều kiện nhiệt độ cao, NO
2
tạo thành có thể phân giải theo phản ứng:

(3.6)

Trong trường hợp NO
2
sinh ra trong ngọn lửa bị làm mát ngay bởi môi chất có
nhiệt độ thấp thì phản ứng (3.6) bị khống chế, nghĩa là NO
2
tiếp tục tồn tại trong sản vật
cháy. Vì vậy khi động cơ xăng làm việc kéo dài ở chế độ không tải thì nồng độ NO
2
trong
khí xả sẽ gia tăng. Tương tự như vậy, khi động cơ Diesel làm việc ở chế độ tải thấp thì
phản ứng ngược biến đổi NO
2
thành NO cũng bị khống chế bởi các vùng không khí có
nhiệt độ thấp. Dioxyde nitơ cũng hình thành trên đường xả khi tốc độ thải thấp và có sự
hiện diện của oxy. Hình 3.4 cho thấy biến thiên của tỉ lệ NO
2
/NO

2
O chỉ chiếm tỉ lệ rất thấp trong khí xả của động cơ đốt trong
(khoảng 3 ÷ 8ppmV).

3.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành Oxyde Nitơ

3.4.1. Trường hợp động cơ đánh lửa cưỡng bức

Những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến sự hình thành NO là hệ số dư lượng
không khí của hỗn hợp, hệ số khí sót và góc đánh lửa sớm. Ảnh hưởng của tính chất nhiên
liệu đến nồng độ NO có thể bỏ qua so với ảnh hưởng của các yếu tố này.

NO O NO O
22
++
←
→
NH NO N O H
++
←
→
2
NCO NO N O CO
++
←
→
2
NO H NH NO
2
++