Đang tải... (xem toàn văn)
Một trong những vấn đề cấp bách được đặt ra hiện nay đối với con người trong quá trình phát triển là sự cạn kiệt nguồn tài nguyên – nhiên liệu hóa thạch và ô nhiễm môi trường. Vì vậy mà các công nghệ mới ra đời ra đời đều hướng đến mục đích tiết kiệm nhiên liệu và giảm ô nhiễm môi trường. Trên thế giới ôtô là phương tiện giao thông phổ biến nhất hiện nay và là một trong các tác nhân chính gây ô nhiễm môi trường không khí. Do đó, vấn đề cải tiến công nghệ đối với động cơ ôtô, nhằm tiết kiệm nhiên liệu và bảo vệ môi trường càng trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết. Đối với động cơ diesel, do những đặc thù riêng về cấu tạo và nguyên lý hoạt động nên việc cải tạo động cơ theo hướng trên thường tập trung chủ yếu vào cải tiến hệ thống nhiên liệu của động cơ. Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, hệ thống nhiên liệu trên động cơ diesel cũng có những sự thay đổi lớn so với ban đầu. Ngày nay trên các động cơ diesel hiện đại, hệ thống nhiên liệu được điều khiển hoàn toàn bằng điện tử nhờ vào máy tính và các thiết bị điện tử siêu chính xác, mà điển hình là hệ thống nhiên liệu Common rail. Hệ thống nhiên liệu mới này giúp cho động cơ tiết kiệm nhiên liệu, nâng cao công suất và giảm sự phát thải chất độc hại của khí thải. Hệ thống nhiên liệu Common rail được khá nhiều hãng sản xuất động cơ chế tạo và được sử dụng rộng rãi trên các ôtô ở các nước phát triển, đặc biệt là Châu Âu. Đây là một trong những công nghệ đáp ứng được những yêu cầu mới trong quá trình phát triển, và là lựa chọn tốt nhất trong tương lai gần đối với động cơ diesel.ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨUPhát thải khí xả của Động cơ diesel trang bị hệ thống nhiên liệu Common rail.PHẠM VI NGHIÊN CỨUCơ sở lý thuyết của việc hình thành chất độc hại trong khí thải động cơ diesel và giải pháp giảm thiểu.MỤC TIÊU NGHIÊN CỨUNắm vững cơ sở lý thuyết của việc hình thành chất độc hại trong khí xả động cơ diesel, lý giải một cách khoa học nhất về sự hình thành phát thải các chất độc hại trong khí thải động cơ diesel trang bị hệ thống nhiên liệu Common rail từ đó đề xuất các giải pháp để giảm thiểu phát thải độc hại trong khí xả của ô tô nhằm: cải tạo một số tính năng kĩ thuật để nâng cao hiệu quả làm việc của động cơ, tiết kiệm nhiên liệu và bảo vệ môi trường.
Sự hình thành chất độc hại động Diesel phương pháp giảm thiểu chất độc hại động ĐẶT VẤN ĐỀ - Nâng cao tiêu kinh tế - kỹ thuật (tiêu hao nhiên liệu, tiếng ồn, ) Giảm thiểu ô nhiêm môi trường Một vấn đề cấp bách đặt người trình phát triển cạn kiệt nguồn tài nguyên – nhiên liệu hóa thạch nhiễm mơi trường Vì mà công nghệ đời đời hướng đến mục đích tiết kiệm nhiên liệu giảm ô nhiễm môi trường Trên giới ôtô phương tiện giao thông phổ biến tác nhân gây nhiễm mơi trường khơng khí Do đó, vấn đề cải tiến cơng nghệ động ôtô, nhằm tiết kiệm nhiên liệu bảo vệ môi trường trở nên cấp thiết hết Đối với động diesel, đặc thù riêng cấu tạo nguyên lý hoạt động nên việc cải tạo động theo hướng thường tập trung chủ yếu vào cải tiến hệ thống nhiên liệu động Cùng với phát triển khoa học công nghệ, hệ thống nhiên liệu động diesel có thay đổi lớn so với ban đầu Ngày động diesel đại, hệ thống nhiên liệu điều khiển hoàn toàn điện tử nhờ vào máy tính thiết bị điện tử siêu xác, mà điển hình hệ thống nhiên liệu Common rail Hệ thống nhiên liệu giúp cho động tiết kiệm nhiên liệu, nâng cao công suất giảm phát thải chất độc hại khí thải Hệ thống nhiên liệu Common rail nhiều hãng sản xuất động chế tạo sử dụng rộng rãi ôtô nước phát triển, đặc biệt Châu Âu Đây công nghệ đáp ứng yêu cầu trình phát triển, lựa chọn tốt tương lai gần động diesel ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Phát thải khí xả Động diesel trang bị hệ thống nhiên liệu Common rail PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Cơ sở lý thuyết việc hình thành chất độc hại khí thải động diesel giải pháp giảm thiểu MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU - Nắm vững sở lý thuyết việc hình thành chất độc hại khí xả động diesel, lý giải cách khoa học hình thành phát thải chất độc hại khí thải động diesel trang bị hệ thống nhiên liệu Common rail từ đề xuất giải pháp để giảm thiểu phát thải độc hại khí xả tơ nhằm: cải tạo số tính kĩ thuật để nâng cao hiệu làm việc động cơ, tiết kiệm nhiên liệu bảo vệ môi trường NỘI DUNG I Cơ sở lý thuyết việc hình thành chất độc hại khí thải động diesel 1.1.Cơ chế, điều kiện hình thành yếu tớ ảnh hưởng đến tạo thành khí thải độc hại động diesel Trong sản phẩm cháy nhiên liệu động diesel thành phần phát thải chất độc hại bao gồm: NOx, bồ hóng, HC Tỷ lệ thành phần khí thải động thể hình 2.2 Tuy khối lượng phát thải chiếm tỷ lệ nhỏ (khoảng 0,2% tổng khối lượng khí thải) lại gây nhiễm mơi trường ảnh hưởng đến sức khỏe người Hình a: Đặc tính thành phần độc hại động diesel theo 1.1.1 Monoxit cacbon (CO) Monoxit cac bon hình thành từ phản ứng: 2C + O2 = 2CO Trong trình giãn nở: CO + 2H2O = CO2 + H2 Trong điều kiện nhiệt độ: CO + O2 CO2 Từ nhiệt độ trình giãn nở < trở đi, nồng độ CO khơng đổi nồng độ CO khí thải Trong khí thải động diesel, (thừa ô xy) lớn có thành phần CO nhỏ có vùng (thiếu xy) Dựa vào Hình a ta thấy tăng, ban đàu CO giảm nồng độ ô xy tăng đạt cực tiểu Tiếp tục tăng , CO tăng tỷ lệ tái hợp CO với ô xy q trình giãn nở giảm nên lượng CO cịn lại khí thải tăng lên 1.1.2 Hydro cacbon (HC) Hàm lượng HC chưa cháy khu vực nghèo Hình b phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: lượng nhiên liệu phun thời kỳ cháy trễ, tỷ lệ khơng khí kéo theo vào tia phun điều kiện lý hóa ảnh hưởng đến tự cháy nhiên liệu xylanh Hình b: Sự phân bố nhiên liệu tia phun Do lớn nên động diesel so với động xăng nhỏ Khi tăng, nhiệt độ cháy giảm nên phần nhiên liệu không cháy tăng lên Đối với phương pháp hỗn hợp màng, hiệu ứng sát vách ảnh hưởng mạnh nên lớn so với trường hợp hỗn hợp thể tích Nếu tổ chức xốy lốc hịa trộn tốt q trình hình thành hỗn hợp, thành phần giảm 1.1.3 Oxit nito (NOx) NOx hình thành chủ yếu điều kiện áp suất nhiệt độ cao (từ - ) Trên thực tế, nhiệt độ cao, lượng NOx sinh nhiều Khi tăng, nhiệt độ cháy giảm nên thành phần giảm Phương pháp hình thành hỗn hợp có ảnh hưởng lớn đến thành phần Đối với buồng cháy ngăn cách, trình diễn buồng cháy phụ thiếu ô xy nên nhiệt độ lớn nhỏ Khi cháy buồng cháy , lớn , xy nhiều nhiệt độ q trình cháy khơng lớn nên nên nhỏ Tổng hợp lại, động buồng cháy ngăn cách khoảng ½ so với độn buồng cháy thống NO hình thành trình cháy rớt xy-lanh vùng nhiệt độ cao, chế hình thành NO chấp nhận rộng rãi chế đưa Zendovich N2 + O NO + N N + O2 NO + O N + OH NO + H Đối với động diesel, NO2 chiếm từ 10% đến 30% thành phần NOx theo phản ứng sau: NO + HO2 => NO2 + OH Trong điều kiện nhiệt độ cao: NO2 + O => NO + O2 1.1.4 Phát thải hạt (P-M) Thành phần PM gồm cácthành phần sau: Cacbon, dầu bôi trơn không cháy, nhiên liệu chưa cháy, sun phat… Bồ hóng hình thành theo q trình: tạo hạt sở, hình thành theo hạt bồ hóng, phát triển oxy hóa hạt bồ hóng Tốc độ tạo bồ hóng hiệu số tốc độ sản sinh tốc độ oxy hóa bồ hóng (hình 2.5) Các hạt P-M có kích thước từ 0,01 đến Phần lớn hạt có kích thước nhỏ 0,3 nên dễ bị hít vào gây tổn thương cho đường hô hấp phổi Thành phần P-M phụ thuộc nhiều vào chế độ làm việc động phương pháp hình thành khí hỗn hợp Thông thường, P-M chứa: - 40% dầu bôi trơn 31% bồ hóng 14% muối sun-phát ngậm nước 7% nhiên liệu điesel 8% loại khác lại II Phân tích yếu tớ ảnh hưởng đến thành phần chất độc hại khí xả động diesel Kĩ thuật tổ chức trình cháy động diesel ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ phát sinh nhiễm Động diesel phun trực tiếp, có suất tiêu hao nhiên liệu riêng thấp so với động có buồng cháy ngăn cách khoảng 10% mức độ phát sinh bồ hóng thấp động làmviệc tải cục Tuy nhiên, động phun trực tiếp làm việc ồn phát sinh nhiều chất nhiễm khác (,) Vì vậy, ngày dạng buồng cháy dùng với động ôtô tải hạng nặng Việc hạn chế mức độ phát sinh ô nhiễm tối ưu động diesel cần phải cân đối nồng độ chất ô nhiễm bồ hóng 2.1 Ảnh hưởng góc phun sớm tới ưu hố hệ thớng phun Ảnh hưởng chất lượng hệ thống phun động phun trực tiếp lớn động phun gián tiếp phương diện phát sinh ô nhiễm Trong hai trường hợp, thay đổi góc phun sớm có ảnh hưởng ngược phát sinh , HC bồ hóng Tăng góc phun sớm làm tăng áp suất cực đại nhiệt độ q trình cháy, làm tăng nồng độ NO Thơng thường, động phun trực tiếp có góc phun sớm lớn nên phát sinh NO nhiều động có buồng cháy ngăn cách Giảm góc phun sớm biện pháp hữu hiệu làm giảm nồng độ khí xả Tuy nhiên việc giảm góc phun sớm cần phải xem xét đến chế độ tốc độ chế độ tải để tránh gia tăng suất tiêu hao nhiên liệu Mặt khác, tăng góc phun sớm, trình cháy trễ kéo dài, lượng nhiên liệu hịa trộn trước với hệ số dư lượng khơng khí lớn gia tăng Hỗn hợp khó bén lửa chúng thường cháy khơng hồn tồn phát sinh nhiều CO Do thời gian bén lửa kéo dài, nhiên liệu phun bám thành buồng cháy, nguồn phát sinh HC.Đối với động phun trực tiếp, giảm góc phun sớm làm tăng độ khói làm tăng suất tiêu hao nhiên liệu làm giảm nồng độ NOx thành phần SOF Đốivới động diesel cỡ lớn, giảm góc phun sớm làm giảm 50% nồng độ NO khí xả Đối với động có buồng cháy ngăn cách, giảm góc phun sớm làm làm tăng nồngđộ HC làm giảm nồng độ NO bồ hóng, đặc biệt chế độ đầy tải Khi góc phun sớm thay đổi từ đến 23 độ trước ĐCT, lượng bồ hóng tăng gấp đơi theo chu trình thử FTP75 động buồng cháy ngăn cách Sự thay đổi góc phun sớm phù hợp theo tốc độ tải cho phép chọn vị tríđiều chỉnh tối ưu hài hịa nồng độ chất nhiễm hiệu suất động Tốc độ phun cao (nhờ tăng áp suất phun) có ảnh hưởng đến trình phát sinh nhiễm động phun trực tiếp Thật vậy, tăng tốc độ hòa trộn nhiên liệu khơng khí, lượng nhiên liệu cháy điều kiện hịa trộn trước gia tăng, nồng độ tăng lượng bồ hóng giảm Tuy nhiên gia tăng áp suất phun làm tăng lượng hạt rắn tăng lượng phát sinh SOF Sử dụng vịi phun có nhiều lỗ phun đường kính bé làm tăng chất lượng hịa trộn khơng khí nhiên liệu kích thước hạt nhiên liệu giảm, hỗn hợp bốc cháy dễ dàng hơn, bù trừ phun trễ làm giảm Với lượng phát thải cho trước, gia tăng số lượng lỗ phun làm giảm nồng độ bồ hóng Đối với động phun trực tiếp, áp suất phun tối ưu thay đổi từ 75 đến 100Mpa tùy theo chế độ động Vượt áp suất này, với lượng phát sinh , lượng hạt rắn phát sinh giảm suất tiêu hao nhiên liệu độ ồn trình cháy gia tăng tăng đột ngột áp suất Điều khắc phục cách dùng tia phun mồi Quy luật phun có ảnh hưởng quan trọng đến q trình phát sinh chất nhiễm Thời gian phun rút ngắn, áp suất phun cao cho phép gia tốc trình cung cấp nhiên liệu dẫn đến giảm lượng HC không cháy hết Các tiến kĩ thuật phun nhằm giảm mức độ phát sinh ô nhiễm bao gồm quy luật phun hai giai đoạn, quy luật phun hình chữ nhật (phun đặn nhiên liệu cắt nhanh kết thúc phun) để tránh tượng phun rớt Phun rớt nguyên nhân làm tăng hydrocacbure chưa cháy hạt rắn khí xả động Đối với động có buồng cháy ngăn cách, khống chế lưu lượng nhiên liệu kèm theo việc giảm góc phun sớm làm giảm 30% lượng khí thải làm tăng lượng HC lên 100%, CO lên 70% bồ hóng lên 150% Để đảm bảo qui luật phun phù hợp chế độ làm việc động phương diện phát nhiễm lẫn tính kinh tế-kĩ thuật, động hệ người ta sử dụng cảm biến λ lắp đường xả Kết hợp thông số cho cảm biến với cảm biến áp suất, nhiệt độ khí nạp tốc độ động người ta co thể điều khiển xác thời điểm phun lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình Giải pháp đặc biệt có lợi động cơdiesel lắp tơ nhằm giảm độ khói gia tốc 2.2 Ảnh hưởng dạng hình học buồng cháy Dạng buồng cháy hợp lí cho phép tránh lớp nhiên liệu bám thành giảm nồng độ HC khí xả Đối với động phun trực tiếp, biện pháp có hiệu để làm giảm nồng độ bồ hóng gia tăng cường độ rối kết hợp với việc sử dụng vòi phun nhiều lỗ Buồng cháy tốt cần thỏa mãn điều kiện sau đây: - Hành trình tự tia nhiên liệu buồng cháy lớn - Bề mặt buồng cháy piston đủ lớn để tránh giao thoa tia phun - Cường độ rối cao vùng phân bố tia nhiên liệu - Tiếp tục trì vận động rối dịng khí buồng cháy sau ĐCT Việc gia tăng áp suất buồng cháy đơn có khuynh hướng thuận lợi cho hình thành bồ hóng Tuy nhiên, gia tăng áp suất cực đại làm tăng đồng thời nhiệt độ khí cháy cho phép gia tăng tốc độ oxy hóa bồ hóng nên lượng bồ hóng khí xả khơng tăng Sự gia tăng áp suất làm tăng độ ồn phát sinh Đối với động phun trực tiếp, tỉ lệ nén cao cho phép khởi động dễ dàng nhiệt độ thấp Sự gia tăng tỉ số nén vừa phải đồng thời làm giảm HC thành phần SOF hạt rắn Khi tỉ số nén tăng cao, động phát sinh nhiều bồ hóng chế độ đầy tải Vì động có tỉ số nén lớn, cần phải thiết kế dạng buồng cháy tối ưu cho phép tăng cường dịch chuyển dịng khơng khí thuận lợi cho việc đốt cháy bồ hóng Để tăng cường tốc độ đốt cháy bồ hóng, người ta thiết kế thêm buồng chứa khơng khí bổ sung động phun trực tiếp Buồng không khí bổ sung lưu trữ khơng khí kì nén lượng khơng khí cung cấp lại cho buồng cháy động kì giãn nở để tạo điều kiện oxy hóa hạt bồ hóng Tuy nhiên, kết cấu làm tăng suất tiêu hao nhiên liệu Ở động phun gián tiếp, buồng khơng khí bổ sung cho phép làm giảm 40% lượng bồ hóng phát sinh làm gia tăng suất tiêu hao nhiên liệu thêm 3% Đối với động có buồng cháy ngăn cách, gia tăng tỉ lệ thể tích buồng cháy phụ buồng cháy cho phép giảm hình thành bồ hóng nhờ tăng cường thêm khơng khí cho buồng cháy phụ Tiết diện đường thông hai buồng cháy khống chế cường độ rối sinh thời điểm dịch chuyển lượng khí cháy từ buồng cháy phụ sang buồng cháy Giảm nhỏ tiết diện làm giảm nồng độ bồ hóng chế độ đầy tải làm tăng lượng bồ hóng chế độ tải cục Trong thiết kế, tiết diện tối ưu đường nối chọn chế độ đầy tải 2.3 Ảnh hưởng vận động rối buồng cháy Sự rối phát sinh trình nạp có ảnh hưởng trái ngược phát sinh , tiếng ồn, HC bồ hóng Để làm giảm mức độ ảnh hưởng giai đoạn hỗn hợp đậm đặc đến phát sinh bồ hóng cylindre, cần tăng hiệu việc hịa trộn nhiên liệu-khơng khí từ lúc bắt đầu giai đoạn cháy trễ (tăng cường xoáy lốc) Nhưng điều gây nhược điểm làm tăng áp suất cực đại buồng cháy với tăng tiếng ồn mức độ phát sinh Hướng tia phun buồng cháy dự bị cho phép điều chỉnh tốc độ hịa trộn nhiên liệu-khơng khí, cải thiện phát sinh bồ hóng Hướng tia phun ảnh hưởng đến lượng nhiên liệu bám thành nguồn phát sinh HC Vị trí vịi phun buồng cháy phụ có ảnh hưởng đến hình thành 2.4 Ảnh hưởng chế độ làm việc động chế độ độ Khi giảm tốc độ động từ 750 đến 680 v/phút, nồng độ chất ô nhiễm giảm đo theo chu trình FTP75: HC (-14%); CO(-2%); NO (-3%) bồ hóng (-5%) Trong thử nghiệm động theo chu trình tiêu chuẩn thực tế, thay đổi chế độ tốc độ yếu tố làm gia tăng phát ô nhiễm Nồng độ bồ hóng khí xả độngcơ diesel gia tăng mạnh gia tốc độ đậm đặc trung bình hỗn hợp gia tăng Lượng gia tăng lớn thời gian gia tốc dài Để giảm thời gian gia tốc, cần phải tối ưu hóa việc thiết kế động để có thể: - Giảm momen quán tính phận chuyển động quay - Giảm thể tích phận nạp thải - Giảm nhiệt dung riêng hệ thống làm mát - Gia tăng công suất dự trữ 2.5 Ảnh hưởng nhiệt độ khí Giảm nhiệt độ khí nạp làm giảm nhiệt độ cực đại trình cháy nồng độ NOx giảm Vì vậy, động tăng áp người ta có khuynh hướng làm mát khí sau máy nén để đảm bảo nhiệt độ khí nạp khơng vượt q 500 độ C Nhưng làm mát khí nạp kéo dài thời kì cháy trễ làm tăng mức độ phát sinh ô nhiễm nêu (những giọt nhiên liệu bám vào thành cylindre làm tăng thành phần HC bồ hóng khí xả) Khi khởi động động trạng thái nguội, sấy buồng cháy hay sấy khí nạp cần thiết để làm giảm mức độ phát sinh HC khói trắng Việc sấy nóng khí nạp thực nhờ nến điện hay cách đốt trước nhiên liệu khí nạp Nhiệt độ khí đường thải ảnh hưởng đến phát sinh ô nhiễm, thành phần HC Thật vậy, chế độ tải thấp, HC ngưng tụ đường thải bốc lại tăng tải làm tăng nồng độ HC Đường thải vật liệu gốm cho phép tái oxy hóa bồ hóng HC, làm tăng Động diesel phun trực tiếp có buồng cháy vật liệu gốm, không làm mát cho phép làm giảm nồng độ chất ô nhiễm chế độ tải thấp Nhưng tải cao, nồng độ bồ hóng tăng dù nhiệt độ thành buồng cháy cao cho phép tái đốt cháy bồ hóng cuối chu trình 2.6 Ảnh hưởng tăng áp Monoxy carbon CO hình thành trình cháy thiếu khơng khí, đặc biệt tải cao Do đó, tăng áp biện pháp hữu hiệu làm giảm CO Lượng khơng khí thừa tăng áp đồng thời cho phép tái đốt cháy bồ hóng, bù trừ lượng tăng bồ hóng khí xả hồi lưu mang vào buồng cháy Hệ thống hồi lưu khí xả trường hợp động tăng áp làm giảm 50% lượng mà khơng làm tăng bồ hóng 2.7 Ảnh hưởng hệ thớng hồi lưu khí xả Mặc dù tỉ lệ khí hồi lưu lớn gây tác hại xấu động (tăng mài mịn) có tác dụng đáng kể việc làm giảm giảm nhiệt độ cháy Đối với động phun trực tiếp làm việc với nhiệt độ khí nạp từ 40-600 độ C (làm việc hầm mỏ), hệ thống hồi lưu khí xả làm giảm 30% 50% nồng độ theo thứ tự Nếu làm ẩm thêm không khí nạp, điều kiện làm việc mức độ giảm NOx đạt đến 50% 85% theo thứ tự Tuy nhiên, hồi lưu khí xả có tác động xấu chất ô nhiễm khác: làm tăng nồng độ CO bồ hóng, thêm nước Phun nước cho phép hạn chế phản ứng cracking tạo bồ hóng nhờ giảm nhiệt độ cháy Đối với động buồng cháy ngăn cách, nồng độ bồ hóng gia tăng trước hết chậm, sau tăng nhanh theo lượng nước phun vào buồng cháy phụ; biến thiên nồng độ CO HC tương tự Hơi nước có tác dụng làm giảm nồng độ NO Sự điều chỉnh tỉ lệ khí xả hồi lưu cần theo tải theo tốc độ Hệ thống điện tử cho phép điều chỉnh van hồi lưu khí xả theo đường đặc tính chọn trước: cắt lượng khí xả hồi lưu động nguội; sau lượng khí xả hồi lưu tăng dần phụ thuộc nhiệt độ nước làm mát, áp suất môi trường, lượng nhiên liệu cung cấp Mặt khác, hệ thống cắt lượng khí hồi lưu chế độ gia tốc lớn để hạn chế nồng độ bồ hóng Hồi lưu khí xả tối ưu cho phép giảm 40% NOx mà không làm tăng suất tiêu hao nhiên liệu khơng làm tăng CO bồ hóng Kết hợp với tăng áp, hệ thống hồi lưu khí xả cho phép làm giảm đồng thời NOx, HC bồ hóng 2.8 Điều khiển vịi phun hệ thớng hồi lưu khí xả Việc điều chỉnh thơng số cơng tác động thường có tác dụng mâu thuẫn chất ô nhiễm khác Tuy nhiên, mức độ ảnh hưởng khơng đồng điểm làm việc khác động nên chế độ cơng tác ta lựa chọn thông số điều khiển tối ưu chất nhiễm HC, bồ hóng Việc điều khiển phức tạp thực nhờ hệ thống điện tử Hệ thống điều khiển điện tử phải thỏa mãn điều kiện sau: - Độ xác cao nhạy, làm việc ổn định theo thời gian - Có khả điều chỉnh theo nhiều thông số - Mềm dẻo lập chương trình hệ thống điều khiển để áp dụng điều kiện sử dụng ô tô khác (tùy theo yêu cầu luật môi trường quốc gia) - Thực việc điều chỉnh động theo tiêu cho trước Thêm vào đó, hệ thống phải hoạt động tin cậy tình huống, phải bảo vệ chống nhiễu chống hỏng hóc, bảo trì dễ dàng nhờ hệ thống chẩn đốn nhanh Khi hoạt động, máy tính điều khiển chuyên dụng nhận số liệu từ cảm biến: vị trí hay cần gia tốc, vị trí kim phun, tốc độ động cơ, nhiệt độ khơng khí nạp,nhiệt độ nhiên liệu, nhiệt độ nước làm mát, áp suất xilanh, Sau xử lí, máy tính phát tín hiệu điều khiển đến phận chấp hành Bộ phận tác động lên cấu điều khiển lượng nhiên liệu chu trình, thời điểm bắt đầu phun, lượng khí xả hồi lưu, tỉ số truyền hộp số Hệ thống điều khiển điện tử hoàn hảo cho phép làm giảm đồng thời nồng độ bồ hóng, tăng tính kinh tế động so với hệ thống điều khiển khí, đặc biệt kết hợp điều khiển q trình phun điều khiển góc phun sớm, mức độ phát ô nhiễm động giảm lần 2.9 Ảnh hưởng việc giới hạn tốc độ ô tô đến mức độ phát sinh ô nhiễm Khi ô tô hoạt động ổn định người ta thấy nồng độ CO đạt cực tiểu tốc độ 80÷90km/h, nồng độ HC giảm dần đến tốc độ đạt khoảng 100km/h sau tăng lên chậm nồng độ tăng từ từ đến tốc độ động đạt 70÷80km/h sau tăng mạnh, động có dung tích cylindre lớn Các kết đo đạc chu trình có điều kiện thử gần với điều kiện vận hành thực tế cho thấy giới hạn tốc độ gây ảnh hưởng đến mức độ phát sinh ô nhiễm Khi giảm mạnh giới hạn tốc độ, nồng độ giảm vài phần trăm, làm tăng đôi chút CO, HC Khi tăng tốc độ ô tô, nhờ rối khơng khí phía sau xe, chất nhiễm thải khỏi ống xả khuếch tán nhanh chóng khơng gian, làm giảm nồng độ cục chúng mơi trường.Trên xa lộ Châu Ngun lí hoạt động bơm cao áp HP3 Bơm cao áp dẫn động nhờ vào trục bơm, trục bơm quay dẫn động đồng thời bơm nạp cặp piston bơm tăng áp Bơm nạp hút nhiên liệu từ thùng qua bình lọc tách nước thiết bị lọc bơm cao áp, nhiên liệu sau bơm nạp cấp cho bơm tăng áp thông qua điều chỉnh áp suất ống phân phối Bộ điều chỉnh áp suất ống phân phối điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp cho bơm tăng áp theo cường độ dòng điện điều khiển từ ECM động bơm tăng áp nén nhiên liệu từ điều chỉnh áp suất ống phân phối đưa vào ống phân phối Phần nhiên liệu sau bơm nạp giới hạn áp suất định nhờ vào van giới hạn áp suất thông với cửa chảy tràng đường hồi nhiên liệu thùng CÁC LOẠI CẢM BIẾN CHÍNH Các cảm biến chính: a Cảm biến bàn đạp ga (Accelerator Pedal Position Sensor): Biến đổi tín hiệu từ góc mở bàn đạp chân ga sau chuyển thành tín hiệu điện gửi ECM Trong đó: 1- Cảm biến bàn đạp chân ga; 2- Bệ đặt bàn đạp ga; 3- Đai ốc gắn bàn đạp ga; - Đây cảm biến thuộc hệ thống cảm biến ghi nhận thông tin cho qua trình làm việc ECM động Cảm biến nối với bàn đạp chân ga qua cáp nối Vai trị tiếp nhận trực tiếp yêu cầu người điều khiển ôtô thông qua bàn đạp ga chuyển thay đổi vị trí học bàn đạp thành tín hiệu điện sau gửi ECM động cơ, yêu cầu người điều khiển bao gồm yêu cầu tăng tốc giảm tốc Từ tín hiệu thu nhận từ cảm biến này, ECM điều khiển vịi phun để có lượng phun thích hợp gồm thời gian phun áp suất phun - Cảm biến vị trí bàn đạp ga tạo thành từ ba cảm biến độc lập lắp đặt vỏ chung, nhằm ngăn ngừa trục trặc xảy cảm biến không hoạt động Mỗi cảm biến gồm công tắc loại tiếp xúc với cần gạc hoạt động theo góc bàn đạp ga Cảm biến vị trí bàn đạp ga cung cấp cho ECM động ba tín hiệu điện áp vị trí bàn đạp ga Cảm biến số cung cấp tín hiệu điện áp tăng dần theo độ ấn bàn đạp ga, người lái không tác động vào bàn đạp ga cảm biến gửi tín hiệu điện áp có giá trị nhỏ ECM động Cảm biến số hai ba gửi tín hiệu có giá trị giảm dần theo độ ấn bàn đạp ga, người lái không tác động vào bàn đạp ga cảm biến gửi tín hiệu điện áp có giá trị lớn ECM động cơ, hai tín hiệu hai cảm biến có giá trị khác Tín hiệu cảm biến gửi ECM đối chiếu đơi với nhau, tín hiệu cảm biến không trùng với giá trị nhớ ECM, ECM báo lỗi tín hiệu khơng sử dụng việc điều chỉnh động b Cảm biến vị trí trục khuỷu (Crankshaft position sensor): Biến đổi tín hiệu từ tốc đọ góc thành tốc độ dài bánh sau gửi ECM Trong đó: 1.Nam châm vĩnh cửu; 2.Vỏ cảm biến; 3.Vỏ động ; 4.Lõi sắt ; 5.Cuộn dây; 6.Răng cảm ứng - Cảm biến vị trí trục khuỷu lắp bên trái khối xylanh phía sau máy khởi động Tín hiệu cảm biến vị trí trục khuỷu giúp cho ECM động xác định vị trí tức thời trục khuỷu tốc độ động - Bộ cảm biến gồm hai phận chính: bánh tạo xung cảm biến Bánh tạo xung lắp má khuỷu cuối gần bánh đà Trên bánh có 56 khoảng cách 10 o khoảng trống có độ rộng 30 o Cảm biến dùng loại cảm biến điện từ - Cảm biến gửi tín hiệu ECM động dạng sóng vng điện áp (xung NE), bánh tạo xung qua cảm biến, điện áp cảm biến gửi động có giá trị khơng Khoảng trống bánh tạo xung kết hợp với cảm biến vị trí trục cam để xác định xylanh số - Tín hiệu sóng cảm biến trục khuỷu: c Cảm biến vị trí trục cam (Camshaft position): Biến đổi tín hiệu từ tốc đọ góc thành tốc độ dài bánh sau gửi ECM Cảm biến kết hợp với cảm biến vị trí trục khuỷu để nhận biết xác vị trí điểm chết xylanh số động - Bộ cảm biến vị trí trục cam lắp thân động cơ, phía trước bánh bánh xích trung gian dẫn động cam phân phối khí Cảm biến vị trí trục cam có nhiện vụ truyền số liệu cho ECM động giúp ECM động nhận xylanh xác định xác vị trí điểm chết piston thời điểm - Cảm biến vị trí trục cam gồm tạo xung nằm bánh xích dẫn động trục cam cảm biến điện từ Hình 3-23 Kết cấu cảm biến vị trí trục cam 1- Bánh xích trung gian dẫn động trục cam; 2- Cảm biến vị trí trục cam; 3-Các mấu lồi - Bộ tạo xung mấu lồi mặt bánh xích trục trung gian dẫn động cam phân phối khí, mặt bánh xích có năm mấu lồi có bốn bố trí cách 90o bổ xung bố trí lệch 15 o so với mấu lồi khác Cảm biến dùng cảm biến cảm biến điện từ Quan hệ tín hiệu cảm biến vị trí trục cam vị trí trục khuỷu: - Trong chu trình hoạt động động cảm biến vị trí trục cam tạo năm xung (xung TDC) có xung xử dụng để ECM động nhận xy lanh số ECM động nhận xylanh số thăm dò thấy đồng thời xung NE phần thiếu vành cảm biến vị trí trục khuỷu hai xung TDC liên tiếp Hình 3-24 Quan hệ tín hiệu cảm biến vị trí trục cam vị trí trục khuỷu A- Tín hiệu vị trí trục cam; B- Tín hiệu vị trí trục khuỷu; I- Tín hiệu xylanh số một; II-Tín hiệu xylanh số ba; CA- Góc quay trục khuỷu d Cảm biến lưu lượng khơng khí nạp Bộ cảm biến khơng khí nạp đặt lọc khí tua bin tăng áp khí nạp Phần tử cảm biến hệ thống dây nóng có nhiệm vụ đo tốc độ luồng khơng khí nạp cảm biến nhiệt độ khơng khí Bộ cảm biến khơng khí nạp có nhiệm vụ thăm dị lượng khơng khí nhiệt độ khơng khí nạp vào động cơ, sau gửi tín hiệu ECM động Các tín hiệu ECM động dùng để điều chỉnh lượng phun nhiên liệu hoạt động van hồi lưu khí xả Hình 3-28 Vị trí kết cấu cảm biến khơng khí nạp Trong đó: 1- ECM động cơ; 2- Bộ cảm biến khơng khí nạp; 3- Dây nóng; 4- Cảm biến nhiệt độ h Cảm biến áp suất không khí nạp (Barometric pressure sensor) Cảm biến áp suất khơng khí nạp lắp đặt ống góp hút Cảm biến loại cảm biến áp suất bán dẫn dùng để thăm dị áp suất khơng khí nạp vào động cơ, sử dụng đặc điểm điện trở thay đổi theo áp suất chất bán dẫn để chuyển tín hiệu áp suất sang tín hiệu điện áp cung cấp cho ECM động Hình 3-29 Vị trí cảm biến áp suất khơng khí nạp đường đặc tính tín hiệu cảm biến Trong đó: 1- Cảm biến áp suất khơng khí nạp; 2- Nam châm điện điều khiển tua bin tăng áp Tín hiệu điện áp gửi ECM động có giá trị tăng dần theo tăng áp suất ống nạp Những tín hiệu ECM sử dụng để hiệu chỉnh xác lượng phun thời gian phun nhiên liệu e Cảm biến nhiệt độ dung dịch làm mát (Coolant temperature sensor) : - Cấu tạo: Là loại nhiệt điện trở âm (NTC), điện trở giảm khí nhiệt độ tăng ngược lại.Cảm biến nhiệt độ nước làm mát xác định trạng thái nhiệt độ động ECU nhận tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ để hiệu chỉnh lượng nhiên liệu, thời điểm phun nhiên liệu Trong đó: 1.Đầu kết nối; Vỏ; 3.Nhiệt điện trở âm NTC; 4.Nước làm mát f Cảm biến áp suất nhiên liệu: - Cấu tạo: Phần tử cảm biến màng cảm biến chuyển đổi thay đổi áp suất thành tín hiệu điện áp đưa vào ECU Khi bị hư hỏng, van điều khiển áp suất mặc định chế độ dự phịng Trong đó: Đầu kết nối; 2.Mạch đánh giá; 3.Màng cảm biến; 4.Đường dẫn cao áp 5.Đầu ren g Cảm biến áp suất nhiệt độ khí nạp: - Cấu tạo: Cảm biến tích hợp hai cảm biến gồm cảm biến áp suất nhiệt độ khí nạp - ECM cần điều chỉnh hoạt động động sở nhiệt độ khí nạp Cảm biến khí nạp xác định nhiệt độ khí nạp vào động Bởi ECM kết hợp với tín hiệu từ cảm biến áp suất khí nạp tính tốn biết lượng khí nạp Trên sở ECM điều chỉnh mức nhiên liệu phun vào động cho phù hợp h Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu: - Cấu tạo: Cảm biến loại cảm biến nhiệt điện trở có giá trị nhiệt điện trở âm Tính tốn lượng nhiên liệu phun: - Trong hệ thống nhiên liệu Common rail ECM điều khiển vòi phun tùy thuộc vào đặc điểm vòi phun điều kiện làm việc xylanh, mà lượng nhiên liệu đưa vào buồng đốt chu trình hoạt động xylanh khơng giống GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU CHO LOẠI ĐỘNG CƠ COMMON RAIL DÙNG HỆ THỐNG TUẦN HỒN KHÍ THẢI TRONG HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU (EGR System :Exhaust gas Recirculation System ) Các hợp chất Oxit Nitơ (:NO, , , … ) có khí thải xe giới loại chất độc hại môi trường sức khỏe người cần phải hạn chế Vì vậy, để giảm lượng phát thải sinh trình cháy nhiệm vụ nhà sản xuất ôtô nào.Trong động đốt trong, hình thành chủ yếu điều kiện áp suất nhiệt độ cao(từ 2800 độ F-1500 độ C) Trên thực tế, nhiệt độ cao, lượng sinh nhiều (nitơ có khơng khí) Ngồi nhiệt độ, cịn có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới khả hình thành NOx áp suất buồng đốt, hỗn hợp nhiên liệu, nhiệt độ khí nạp hay nhiệt độ chất làm lạnh.Khi nhiệt độ trình cháy động lên đến 2800 độ F khí Nitơ khơng khí kết hợp với Oxi để tạo nên Oxyde Nitơ ) khác NO, , , …Vì vậy, cách tốt để giảm lượng làm giảm nhiệt độ động Để làm giảm nhiệt độ buồng đốt xuống, ta thực cách dùng hệ thống để đưa luồng khí thải định trở lại buồng đốt, hệ thống gọi hệ thống tuần hoàn khí thải (EGR).Lượng khí tuần hồn vào đường ống nạp khoảng 6-10% giúp nhiệt độ đốt 1.500 độ C (2800 độ F) để giảm phản ứng nitơ oxy hình thành NOx.Lượng khí thải tuần hồn có chức sau: - Giảm nhiệt độ cháy cực đại hay làm giảm nồng độ oxy động diesel (khí hồi lưu khơng có tác dụng tham gia vào phản ứng cháy có tác dụng hút nhiệt từ phản ứng cháy trình cháy làm giảm nhiệt độ cháy cực đại buồng đốt xuống) - Khí thải có nhiệt dung riêng lớn khơng khí làm tăng nhiệt dung riêng hịa khí làm giảm nhiệt độ buồng đốt - Làm cho hỗn hợp có hàm lượng O2 thấp lượng O2 có khí thải - Làm bẩn hỗn hợp, tốc độ cháy giảm Hệ thống EGR giảm chất ô nhiễm lên tới 50% có kết việc làm giảm hạt bồ hóng diesel lên đến 10%.Tuy nhiên, lượng khí thải phải kiểm soát, điều chỉnh cho phù hợp Vì đưa vào buồng đốt lượng khí thải q lớn động hoạt động không ổn định, làm ảnh hưởng đến công suất động Vì lượng khí xả khống chế van EGR, đồng thời Nguyên lý hoạt động Hình: Ngun lý hoạt động EGR Hình: VD về hệ thớng nhiên liệu Common rail Ơtơ ISUZU Dmax-TFS-2007 A- Nhiên liệu cao áp; B-Nhiên liệu hồi thùng; C- Nhiên liệu thấp áp; D - Khí nạp trước máy nén; E - Khí nạp sau máy nén chưa làm mát; F- Khí nạp sau làm mát; GHỗn hợp khí nạp khí xả; H- Khí xả; I -Khí xả sau làm mát; J-Tín hiệu từ cảm biến; K-Tín hiệu điều khiển ECM; 1- Vành cảm biến vị trí trục khuỷu; 2- Cảm biến vị trí bàn đạp ga; 3- Cảm biến vị trí trục khuỷu; 4- Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 5- Van điều áp; 6- Bình giảm thanh; 7- Bộ làm mát khí nạp; 8- Tua-bin tăng áp; 9Van điều khiển lưu lượng khí nạp; 10- Cảm biến luu lượng khí nạp; 11- Bộ lọc khơng khí; 12- ECM; 13- Bộ làm mát khí nạp;14- Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu; 15- Bơm cao áp; 16- Bộ điều chỉnh áp suất ống phân phối; 17- Ống phân phối; 18- Cảm biến áp suất ống phân phối; 19- Vòi phun; 20- Cảm biến vị trí trục cam; 21- Van hồi lưu khí xả; ; 22Bánh xích dẫn động trục cam; 23- Van chiều; 24-Bộ làm mát nhiên liệu 25- Lọc nhiên liệu; 26- Bơm trợ lực; 27- Thùng nhên liệu Hệ EGR sử dụng đường ống nối góp xả với góp nạp gọi tuần hồn khí thải Một van điều khiển đảm nhiệm việc điều chỉnh số lần mở kiểm sốt dịng khí hồi lưu Khí thải tuần hồn trước trộn với khí nạp làm mát, khơng làm tăng nhiệt độ khí nạp, ảnh hưởng tới cơng suất động Van EGR hệ thống Commaon rail van điện tử để kiểm sốt khí thải tuần hồn Khi động chạy không tải, van EGR khép kín khơng có dịng chảy EGR ống.Khi tăng tải trọng nhiệt độ đốt bắt đầu tăng, van EGR mở bắt đầu trình tuần hồn khí thải trở lại vào ống nạp, có động dùng tới 50% khí thải để đưa phận nạp Khí EGR làm mát thiết bị trao đổi nhiệt để tăng lượng khí tuần hồn Nhờ nâng cao hiệu suất động cơ, giảm nhiệt độ cháy, giảm tiêu hao nhiên liệu, tăng nhiệt dung riêng hỗn hợp mà khơng ảnh hưởng tới tính vận hành Một số hình ảnh thực tế: Bộ phận làm mát hệ EGR Hình: Cảm biến áp suất khí thải Cảm biến áp suất khí thải (Exhaust Back – Pressure Sensor) gọi tắc van BPT dùng hệ thống EGR để tăng độ tin cậy hệ thống Vị trí cảm biến bố trí đường chân khơng CTO (van chiều-van CTO: “Coolant temperative override” Van cho tín hiệu chân không di chuyển qua nhiệt độ động đạt mức quy định) EGR Từ cảm biến đường ống chân không nối với EGR đường ống nạp, ống lại cảm biến nối với với khí thải Khi áp suất khí thải thấp, lỗ chân khơng khí mở, lượng khơng khí vào đường ống chân khơng EGR, làm giảm tín hiệu chân khơng EGR đóng Khi áp suất khí thải cao, lỗ khơng khí đóng, tín hiệu chân khơng lớn điều khiển van EGR mở VanEGR: van điện tử sử dụng máy tính nhỏ điều khiển để mở đóng van EGR Nó vận hành điện tín hiệu điện áp thường dao động từ 0,3 đến volt Van EGR điều khiển chương trình tính tốn thiết lập máy tính điện tử, máy tính ghi nhận tín hiệu thơng qua cảm biến từ xử lí, tính tốn để điều khiển van đóng mở cho dịng khí thải luân hồi phù hợp với điểu kiện làm việc động TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu chính: KHAI THÁC KĨ THUẬT Ơ TƠ – TS LÊ BÁ KHANG TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Nguyễn Tất Tiến (2001), Nguyên lý động đốt trong, NXB Giáo Dục PGS-TS Nguyễn Văn Nhận (2006), Lý thuyết động đốt trong, Lưu hành nội trường Đại Học Nha Trang Đồ án tốt nghiệp-Đinh Huỳnh Khải Đường CK46-DLOT Trường Đại học Nha Trang otosaigon.com obdvietnam.vn oto-hui.com maylanhotodrcool.vn cambustion.com 10 http://vnews247.blogspot.com 11 luanvan.com 12 tailieu.vn 13 youtube.com 14 doc.edu.vn 15 kiemtailieu.com ... hình thành chất độc hại khí thải động diesel 1.1 .Cơ chế, điều kiện hình thành yếu tớ ảnh hưởng đến tạo thành khí thải độc hại động diesel Trong sản phẩm cháy nhiên liệu động diesel thành phần... thiểu phát thải độc hại khí xả động tơ: Trong khí xả động điêzen có thành phần độc hại CO, , , P-M Đặc tính thành phần phụ thuộc vào hệ số dư lượng khơng khí λ Do chất q trình hình thành hỗn hợp cháy... giải pháp hữu hiệu làm giảm nhiễm q trình cháy Diesel làm giảm lại làm tăng HC CO, việc làm giảm bồ hóng cịn phụ thuộc vào chế độ tải động III Một số giải pháp cụ thể để giảm thiểu phát thải độc