Hệ thống tuần hoàn khí thải EGR đưa một phần khí thải quay trở về buồng đốt nhằm giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm nồng độ khí độc NOx gây ô nhiễm môi trường.
Hệ thống tuần hoàn khí thải EGR (Exhaust Gas Recirculation) được phát minh vào đầu những năm 1970 với mong muốn giảm thiểu lượng khí thải độc hại gây ô nhiễm môi trường của xe ô tô. Ngày nay, 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. Để kiểm soát và làm giảm lượng NOx, các nhà sản xuất sử dụng hệ thống tuần hoàn khí thải EGR – Exhaust Gas Recirculation. Tái tuần hoàn khí thải là kỹ thuật được sử dụng ở cả động cơ xăng cũng như diesel. Dù không còn phổ biến như bộ trung hòa khí thải bằng xúc tác, hệ thống EGR vẫn là công nghệ giảm nồng độ khí độc NOx trong khí thải ô tô hữu hiệu.
1.Hệ thống tuần hoàn khí thải EGR là gì ?
Là hê thống làm giảm các hợp chất NOx (nitơ oxit như NO, NO2, N2O5, N2O…) được thải ra trong quá trình đốt cháy động cơ ô tô là những chất có hại cho sức khỏe con người và gây ô nhiễm môi trường. Một trong những nhiệm vụ cơ bản của các nhà sản xuất ô tô là tối ưu hóa công nghệ, giảm tối đa nồng độ khí độc NOx thải ra bên ngoài. Do vậy, hệ thống tuần hoàn khí thải EGR ra đời nhằm giải quyết vấn đề trên thông qua việc lấy một phần khí thải NOx hòa với khí nạp, giảm áp suất và nhiệt độ buồng đốt.
Một vài số liệu nghiên cứu cho thấy hệ thống EGR có khả năng làm giảm tới 60% lượng khí độc NOx có trong khí thải của động cơ.. Đây là một trong các công nghệ tuần hoàn khí thải giúp động cơ ô tô đạt tiêu chuẩn khí thải EURO 4 nhằm bảo vệ môi trường.
2.Cấu tạo của hệ thống EGR
Cấu tạo của hệ thống tuần hoàn khí thải EGR gồm các bộ phận chính sau:
Van EGR: hoạt động đóng mở của van sẽ điều khiển lưu lượng khí thải được đưa ngược trở về hòa với khí nạp.
Két nước làm mát: chứa nước làm mát động cơ để làm mát khí thải. Khí thải tuần hoàn trước khi trộn với khí nạp cần được làm mát bởi nếu không, khí thải nóng sẽ làm tăng nhiệt độ khí nạp, ảnh hưởng tới công suất động cơ.
Hệ thống ống dẫn khí thải: khí thải được đưa ngược trở về hệ thống khí nạp qua hệ thống ống dẫn có khả năng chịu nhiệt độ cao.
3.Nguyên lý hoạt động của hệ thống tuần hoàn khí xả 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 đị
- 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.
- Hệ thống tuần hoàn khí thải EGR cũng có một van điều khiển trong đường chân không giúp ngăn sự hoạt động của EGR ở nhiệt độ động cơ thấ 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.
4.Lợi ích của hệ thống tuần hoàn khí xả EGR
- Hệ thống tuần hoàn khí thải EGR đưa một phần khí thải trở lại vào buồng đố 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 EGR làm cho nhiệt lượng sinh ra thấp hơn và nhiệt độ xilanh cũng thấp hơ 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.
- Hệ thống tuần hoàn khí thải EGR làm tăng hệu 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 tiế
- 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.
