Nghiên cứu xác định đặc trưng phát thải của xe buýt tại Hà Nội - Luận án Tiến sĩ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Thị Yến Liên NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƢNG PHÁT THẢI CỦA XE BUÝT TẠI HÀ NỘI LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Hà Nội – 2019 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Thị Yến Liên NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƢNG PHÁT THẢI CỦA XE BUÝT TẠI HÀ NỘI Ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số: 9520320 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. Nghiêm Trung Dũng Hà Nội – 2019 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong các công trình nào khác. Hà Nội, tháng 04 năm 2019 GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN Nghiên cứu sinh PGS.

Nghiêm Trung Dũng Nguyễn Thị Yến Liên i LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội đã cho phép tôi thực hiện luận án này. Cảm ơn Viện Đào tạo sau đại học, Viện Khoa học và Công nghệ Môi trƣờng, Viện Cơ khí Động lực đã luôn hỗ trợ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình tôi thực hiện luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn giáo viên hƣớng dẫn PGS. Nghiêm Trung Dũng đã luôn hỗ trợ, động viên và hƣớng dẫn về mặt chuyên môn trong suốt quá trình tôi thực hiện luận án.

Xin chân thành cảm ơn GS. Lê Anh Tuấn, PGS.TS Phạm Hữu Tuyến, Viện Cơ khí Động lực, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, đã tận tình giúp đỡ về mặt chuyên môn để tôi có thể hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Bùi Ngọc Dũng, Khoa Công nghệ thông tin, Trƣờng Đại học Giao thông vận tải; cảm ơn TS.

Emil Torp, Khoa Kỹ thuật điện, Trƣờng Đại học Linköpings, Thụy Điển, đã hỗ trợ tôi rất nhiều trong quá trình xây dựng mã lệnh để đạt đƣợc mục tiêu nghiên cứu của đề tài. Chân thành cảm ơn Bộ Môi trƣờng Nhật Bản đã cung cấp thuật toán chuyển đổi từ chu trình lái của phƣơng tiện sang chu trình chuyển tiếp của động cơ. Xin chân thành cảm ơn Tổng công ty vận tải Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình thu thập thông tin và dữ liệu hành trình của hệ thống xe buýt tại Hà Nội. Chân thành cảm ơn Trƣờng Đại học Giao thông vận tải, Khoa Môi trƣờng và An toàn Giao thông đã tạo điều kiện cho tôi đƣợc tham gia chƣơng trình đào tạo này.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy phản biện, các thầy trong hội đồng chấm luận án đã đồng ý đọc duyệt và góp các ý kiến quý báu để tôi có thể hoàn chỉnh luận án này và định hƣớng nghiên cứu trong lai. Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè đã luôn ở bên động viên, giúp đỡ trong suốt quá trình tôi tham gia chƣơng trình đào tạo này. Nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Yến Liên ii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT. vi DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ ĐƠN VỊ.

viii DANH MỤC BẢNG. ix DANH MỤC HÌNH. xi MỞ ĐẦU. Ô nhiễm không khí từ hoạt động của phƣơng tiện cơ giới đƣờng bộ.

Các dạng phát thải từ hoạt động của phƣơng tiện cơ giới đƣờng bộ. Tác động của các chất ô nhiễm không khí từ phƣơng tiện cơ giới đƣờng bộ. Lộ trình áp dụng tiêu chuẩn về khí xả đối với phƣơng tiện cơ giới đƣờng bộ. Hệ số phát thải của phƣơng tiện cơ giới đƣờng bộ và phƣơng pháp xác định.

Các yếu tố ảnh hƣởng đến hệ số phát thải. Các phƣơng pháp xác định hệ số phát thải của phƣơng tiện cơ giới đƣờng bộ. Tình hình nghiên cứu xây dựng bộ hệ số phát thải đặc trƣng. Chu trình lái và các phƣơng pháp xây dựng.

Tầm quan trọng của chu trình lái. Các phƣơng pháp xây dựng chu trình lái. Các thông số đặc trƣng của chu trình lái. Phƣơng pháp thu thập dữ liệu lái ngoài thực tế.

Kỹ thuật xử lý sai số trong dữ liệu GPS. Dữ liệu chuỗi thời gian và quá trình ngẫu nhiên dừng. Chuỗi thời gian. Quá trình ngẫu nhiên dừng.

Thuật toán phân cụm phân cấp gộp .31 iii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Quá trình Markov. Ma trận xác suất chuyển dịch trạng thái. Tính chất Markov của dữ liệu lái ngoài thực tế.

Giới thiệu chung về hệ thống xe buýt tại Hà Nội. Kết luận chƣơng 1. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Quy trình thực hiện nghiên cứu.

Xác định loại chu trình lái. Lựa chọn tuyến. Thu thập dữ liệu. Phân tích dữ liệu.

Kiểm định tính dừng. Tiền xử lý dữ liệu GPS. Xử lý dữ liệu. Trích chọn các thông số đặc trƣng.

Xây dựng chu trình lái đặc trƣng cho xe buýt tại Hà Nội. Quy trình xây dựng chu trình lái. Xây dựng ma trận xác suất chuyển trạng thái (TPM). Tổng hợp chu trình lái dựa trên lý thuyết chuỗi Markov.

Đánh giá sự phù hợp. Lựa chọn và đánh giá chu trình lái đặc trƣng. Xây dựng chu trình thử cho động cơ xe buýt. Xây dựng chu trình thử dạng chuyển tiếp đối với động cơ.

Xây dựng chu trình thử tĩnh đối với động cơ. Thử nghiệm phát thải trên động cơ xe buýt. Đối tƣợng thử nghiệm. Thiết bị thử nghiệm.

Điều kiện thử nghiệm. Xử lý kết quả thử nghiệm. Tính suất phát thải của động cơ. 63 iv LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

Tính hệ số phát thải theo lƣợng nhiên liệu tiêu thụ. Tính hệ số phát thải theo quãng đƣờng di chuyển. Kết luận chƣơng 2. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.

Kết quả phân tích dữ liệu. Kết quả kiểm định tính dừng. Kết quả xử lý dữ liệu GPS. Kết quả trích chọn các thông số đặc trƣng.

Chu trình lái đặc trƣng cho xe buýt tại Hà Nội. Chu trình thử cho động cơ xe buýt. Chu trình thử dạng chuyển tiếp đối với động cơ. Chu trình thử tĩnh đối với động cơ xe buýt Hà Nội (HBSC).

Phi chuẩn hóa các điểm thử. Đặc trƣng phát thải của xe buýt tại Hà Nội. Nồng độ các chất ô nhiễm. Suất phát thải của động cơ.

Hệ số phát theo lƣợng nhiên liệu tiêu thụ. Hệ số phát thải theo quãng đƣờng di chuyển. Kết luận chƣơng 3 .122 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .124 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN .127 TÀI LIỆU THAM KHẢO .138 v LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Việt Tiếng Anh A/F Tỷ lệ không khí/nhiên liệu Air - fuel ratio AQI Chỉ số chất lƣợng không khí Air quality index BSEF Suất phát thải của động cơ Brake-specific emission factor BSFC Suất tiêu hao nhiên nhiệu Brake-specific fuel consumption CSEF Hệ số phát thải đặc trƣng quốc gia Country-specific emission factor DBEF Hệ số phát thải theo khoảng cách Distance based emission factor EF Hệ số phát thải Emission factor ESC Chu trình thử tĩnh của châu Âu European sationary cycle ETC Chu trình chuyển tiếp của châu Âu European transient cycle FBEF Hệ số phát thải theo nhiên liệu Fuel based emission factor GPS Hệ thống định vị toàn cầu Global position system GTVT Giao thông vận tải HBDC Chu trình lái đặc trƣng cho xe buýt tại Hà Nội HBSC Chu trình thử tĩnh cho động cơ xe buýt Hà Nội HBTC Chu trình thử chuyển tiếp cho động cơ xe buýt Hà Nội HDV Xe hạng nặng Heavy duty vehicle IPCC Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí Intergovernmental Panel on hậu Climate Change OECD Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế Organization for economic co- operation and development PM Bụi Particulate Matter PTCGĐB Phƣơng tiện cơ giới đƣờng bộ PTVT Phƣơng tiện vận tải vi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TPM Ma trận xác suất chuyển dịch Transition Probability Matrix TRANSERCO Tổng công ty vận tải Hà Nội VOC Hợp chất hữu cơ bay hơi Volatile organic compound VSP Công suất riêng của xe Vehicle specific power WHO Tổ chức Y tế Thế giới World Health Organization WHTC Chu trình chuyển tiếp đặc trƣng toàn thế World Harmonized Transient giới Cycle WF Hệ số trọng số Weight factor vii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ ĐƠN VỊ Ký hiệu Đơn vị Thuật ngữ  - Hệ số dƣ không khí ai m/s2 Gia tốc tức thời tại thời điểm i ares m/s2 Độ phân giải của gia tốc C ppm Nồng độ chất ô nhiễm FSN - Độ khói Gair kg/h Lƣu lƣợng không khí nạp vào Gexh kg/h Lƣu lƣợng khí xả Gfuel kg/h Lƣu lƣợng nhiên liệu tiêu thụ n Vòng/phút Tốc độ động cơ nhi Vòng/phút Tốc độ động cơ mà tại đó công suất bằng 70% công suất định mức nidle Vòng/phút Tốc độ của động cơ ở chế độ không tải nlo Vòng/phút Tốc độ động cơ mà tại đó công suất bằng 50% công suất định mức nrated Vòng/phút Tốc độ danh định n_norm % Tốc độ động cơ đã đƣợc chuẩn hóa P kW Công suất của động cơ SAFDdiff % Độ lệch trong phân bố tần suất gia tốc – vận tốc t s Thời gian đo T_norm % Mô men động cơ đã đƣợc chuẩn hóa Te Nm Mô men của động cơ Temax Nm Mô men cực đại của động cơ Ts s Bƣớc thời gian V km/h Vận tốc xe vi km/h Vận tốc tức thời của xe ở thời điểm i vres km/h Độ phân giải của vận tốc WF % Hệ số trọng số viii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC BẢNG Bảng 1. Giới hạn hàm lƣợng các chất ô nhiễm trong khí xả PTCGĐB hạng nặng theo tiêu chuẩn châu Âu.

Ảnh hƣởng của lƣu huỳnh và các hợp chất vòng thơm tới sự phát thải của động cơ xăng. Ảnh hƣởng của đặc tính nhiên liệu tới sự phát thải của động cơ diesel. Ảnh hƣởng của chế độ hoạt động đến tốc độ phát thải. Các tiêu chí sử dụng trong phân loại chu trình lái.

So sánh tiêu hao nhiên liệu và phát thải từ xe ôtô tại Thái Lan theo các chu trình lái khác nhau. Các thông số động học thƣờng sử dụng xác định đặc trƣng chu trình lái. Thông tin về các tuyến xe buýt sử dụng trong nghiên cứu. Thông số kỹ thuật của động cơ diesel D1146TI.

Các thông số sử dụng trong tính toán hệ số phát thải .