Hệ thống tuần hoàn khí thải EGR hoạt động như thế nào?

Động cơ Diesel có xu hướng phát thải khí Nitrogen Oxide (NOx) cao hơn ra môi trường, gây nguy hại cho sức khỏe con người. Nguyên nhân dẫn đến việc này là do nhiệt độ cao trong xilanh vì động cơ diesel có tỷ số nén cao hơn. Để kiểm soát và làm giảm lượng NOx, các nhà sản xuất sử dụng công nghệ tuần hoàn khí thải – Exhaust Gas Recirculation (EGR). Tái tuần hoàn khí thải là kỹ thuật được sử dụng ở cả động cơ xăng cũng như diesel.

Cơ chế hoạt động của hệ thống tuần hoàn khí thải EGR

  • Khí thải được hòa trộn vào dòng khí sạch từ môi trường, các sản phẩm cháy làm tăng nhiệt dung riêng của xilanh, điều này giúp làm giảm nhiệt độ ngọn lửa.
  • Trong động cơ SI (Spark-Ignited), 5 đến 15% lượng khí thải được chuyển trở lại buồng nạp bởi hệ thống tuần hoàn khí xả EGR. Lượng khí thải tuần hoàn quá mức trong hệ thống sẽ gây nên mất lửa và đốt cháy không hoàn toàn. Mặc dù EGR gây nên sự cháy chậm đáng kể, nhưng điều này phần lớn có thể được bù lại bằng cách tăng thời gian đánh lửa (tăng góc đánh lửa sớm). Hệ thống tuần hoàn khí thải EGR có ảnh hưởng đến hiệu suất động cơ, điều này phần lớn phụ thuộc vào thiết kế động cơ – dẫn đến sự cân nhắc lựa chọn giữa hiệu suất và vấn đề tiêu chuẩn khí thải.

Về mặt lý thuyết, hệ thống EGR có thể làm tăng hiệu suất của động cơ xăng thông qua một vài cơ chế:

  • Giảm sự tổn thất điều tiết: Việc bổ sung khí thải trơ vào hệ thống nạp có nghĩa là với một công suất đầu ra nhất định, bướm ga phải được mở thêm để tăng lượng hòa khí nạp vào xilanh, do đó tăng áp suất buồng góp và giảm sự tổn thất điều tiết.
  • Giảm sự tổn hao nhiệt: Giảm nhiệt độ đốt cháy cực đại không chỉ làm giảm sự hình thành NOx mà còn làm giảm sự tổn thất nhiệt năng cho bề mặt buồng đốt, từ đó nhiều nhiệt lượng có ích chuyển sang cơ năng trong hành trình giãn nở – sinh công.
  • Giảm sự phân giải hóa học.

  • EGR thường không được sử dụng ở mức tải cao vì nó sẽ làm giảm công suất ở mức cao nhất vì hệ thống này làm giảm mật độ khí nạp. Hệ thống tuần hoàn khí thải cũng bị bỏ qua ở chế độ không tải (tốc độ thấp) vì nó sẽ gây ra sự cháy không ổn định, dẫn đến động cơ không hoạt động được.
  • Do hệ thống tuần hoàn một phần khí thải nên sau một thời gian sử dụng, van có thể bị các cặn cacbon bám vào, gây nên sự hoạt động không ổn định. Trong trường hợp này, chúng ta có thể vệ sinh van EGR, trong trường hợp đã sử dụng trong thời gian dài thì nên thay thế.

Thiết kế và hoạt động của hệ thống tuần hoàn khí thải EGR

  • Van EGR được điều khiển dựa vào tín hiệu áp suất chân không, quyết định lượng khí thải được đưa vào các xilanh. Nó bao gồm một lò xo màng chịu lực chân không và được liên kết với buồng chân không EGR. Áp suất chân không được chuyển từ cổng tín hiệu nằm phía trên bướm ga, kết nối với buồng chân không EGR thông qua ECU.
  • Khi không hoạt động, van EGR ở vị trí đóng do lực lò xo thắng áp suất chân không. Các kỹ sư đã thiết kế cơ cấu như vậy bởi vì nếu khí thải tuần hoàn ở trạng thái không tải, thì nó sẽ gây ra tình trạng không hoạt động hoặc hoạt động không ổn định.
  • Khi áp suất chân không lớn, ECU sẽ kích hoạt mở buồng chân không EGR hút lò xo màng đi lên mở van, một lượng khí thải sẽ theo đường van mở trở lại buồng góp.

 

Lợi ích của hệ thống tuần hoàn khí thải EGR

  • Hệ thống tuần hoàn khí thải đưa một phần khí thải trở lại vào buồng đốt. Logic đằng sau hệ thống EGR rất đơn giản. Khí thải có nhiệt độ nóng hơn so với khí “trong lành” nạp vào động cơ. Nhiệt lượng này sẽ khiến không khí nở ra làm giảm đáng kể lượng oxy trong không khí, vì vậy dẫn đến thể tích hòa khí bị đốt cháy trong xilanh giảm.
  • Hệ thống tuần hoàn khí thải làm cho nhiệt lượng sinh ra thấp hơn và nhiệt độ xilanh cũng thấp hơn. Khi không có đủ nhiệt độ, khả năng hình thành Nito oxide giảm, nhiệt độ khí thải trong xilanh bị hạn chế . Nhờ vậy cải thiện được tuổi thọ động cơ. Bộ chuyển đổi xúc tác 3 giai đoạn (Bầu lọc catalytic) tiếp tục giảm lượng NOx trong khí thải xuống mức được chấp nhận theo tiêu chuẩn khí thải.

Mở rộng

  • Hệ thống tuần hoàn khí thải cũng có một van điều khiển trong đường chân không giúp ngăn sự hoạt động của EGR ở nhiệt độ động cơ thấp. Hệ thống này rất hữu ích đặc biệt là ở động cơ diesel nơi mà bộ chuyển đổi xúc tác không thể kích thích quá trình khử hóa học do hàm lượng oxy dư cao. Vì vậy, lượng khí thải NOx vẫn không thay đổi ở các điều kiện vận hành.

 

=>>> Xem thêm: Khái quát hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel

Bạn cũng có thể thích Bài đăng cùng tác giả

Chia sẻ ý kiến của bạn

Thông Tin Cá Nhân

NamNữ

Trình Độ Học Vấn

Thông tin chung