TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KHÍ XẢ TRÊN Ô TÔ
Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại hệ thống khí xả trên ô tô
1.1.1 Lịch sử hình thành hệ thống khí xả trên xe hơi
1.1.1.1 Nguồn gốc của hệ thống xả
Từ năm 1881, Chicago và Cincinnati đã ban hành luật xác định rằng lượng khói thải cao là một mối nguy hiểm công cộng không thể chấp nhận, dẫn đến việc các tiểu bang và thành phố khác ở Hoa Kỳ cũng áp dụng quy định tương tự Lịch sử phát triển của hệ thống lọc khí thải ô tô gắn liền với các quy định về kiểm soát ô nhiễm không khí.
Sau Chiến tranh thế giới thứ hai, công chúng bắt đầu chú ý nhiều hơn đến hiện tượng sương mù trong khí quyển và nhận thức rằng khí thải từ ô tô là nguyên nhân chủ yếu gây ra tình trạng khói, không chỉ ở Los Angeles mà còn ở nhiều khu vực khác trên toàn cầu.
Theo sửa đổi năm 1970, Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ đã ban hành quy tắc mới nhằm nâng cao công nghệ kiểm soát ô nhiễm Đạo luật làm sạch không khí yêu cầu các nhà sản xuất phát triển công nghệ mới, vì khí thải không thể xử lý bằng thiết bị hiện có EPA đã tạo điều kiện cho các nhà sản xuất ô tô có thời gian để phát triển công nghệ trước khi áp dụng các quy định mới.
1.1.1.2 Sự cải tiến sau này của hệ thống xả
- Sự cải tiến của hệ thống xả trong những năm 1970:
Eugene Houdry, một nhà phát minh người Pháp, đã đóng góp quan trọng vào việc giảm ô nhiễm không khí từ ống xả ô tô thông qua quy trình xúc tác, giúp tăng gấp đôi hiệu quả sử dụng dầu từ dầu thô Sáng chế nổi bật nhất của ông, bộ giảm thanh xúc tác, được cấp bằng sáng chế vào năm 1962, năm ông qua đời Sử dụng công nghệ từ các phát minh trước, Houdry phát triển bộ chuyển đổi xúc tác cho bộ giảm thanh ô tô, giảm đáng kể khí thải carbon dioxide và hydrocacbon từ phương tiện giao thông Ngày nay, phát minh của ông đã trở thành tiêu chuẩn tại Mỹ, là phần thiết yếu trong sản xuất ô tô, góp phần làm sạch không khí hơn so với trước đây.
Trước năm 1971, các quy định kiểm soát ô nhiễm từ hơi nhiên liệu đã được áp dụng, bao gồm việc sử dụng buồng chứa bộ chế hòa khí kín và thùng nhiên liệu cùng với thùng than hoạt tính Năm 1973, “Quy định Hạn chế Ôxít Nitơ” đã thúc đẩy việc sử dụng van tuần hoàn khí thải, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Năm 1975, các tiêu chuẩn khí thải hydrocacbon và carbon monoxide đã được thắt chặt, yêu cầu hầu hết các xe ô tô sử dụng bộ chuyển đổi oxy hóa xúc tác Đến năm 1981, giới hạn phát thải oxit nitơ giảm 2/3, dẫn đến việc phát triển chất xúc tác khử và bộ chuyển đổi xúc tác bậc ba có phun khí Để đảm bảo hoạt động hiệu quả của các chất xúc tác này, cần kiểm soát chặt chẽ tỷ lệ không khí-nhiên liệu, do đó, các cảm biến oxy và thiết bị điều khiển hỗn hợp mạch kín đã được áp dụng.
- Sự cải tiến của hệ thống thoát khí trong xã hội hiện đại
Hệ thống kiểm soát khí thải kết hợp phần cứng đơn giản với ECU tiên tiến đang trở thành xu hướng phát triển bền vững Luật không khí sạch mới sẽ yêu cầu ô tô phải thay đổi đáng kể, đặc biệt là trong hệ thống xả động cơ và hộp số, buộc các nhà sản xuất phải thích ứng với các tiêu chuẩn khí thải nghiêm ngặt hơn Đối với các gara, việc áp dụng công nghệ ô tô mới sẽ cần các phương pháp chẩn đoán hiện đại phù hợp với kỹ thuật sửa chữa, đồng thời tạo ra cơ hội phát triển cho ngành sửa chữa hệ thống lọc khí thải, mở ra nhiều việc làm cho lực lượng lao động có tay nghề cao.
- Hệ thống khí xả trên ô tô có những nhiệm vụ sau:
+ Giúp kiểm soát hạn chế lượng khí thải (CO, HC, NOX,…) có hại cho con người và môi trường
Giảm tiếng ồn từ động cơ và dẫn khí xả có nhiệt độ cao, nồng độ khí độc lớn ra phía sau xe một cách an toàn Sau đó, khí xả sẽ đi qua hệ thống giảm âm và bộ xúc tác chuyển đổi chất độc trước khi được thải ra ngoài.
+ Cải thiện hiệu suất động cơ, giúp chiếc xe vân hành êm ái, ổn định + Cải thiện khả năng tiết kiệm nhiên liệu của xe [1]
Hệ thống khí xả đạt tiêu chuẩn phải đảm bảo các yêu cầu cơ bản sau :
- Lượng khí thải độc hại phát thải ra nằm trong ngưỡng quy định về tiêu chuẩn khí thải được ban hành
- Bên cạnh đó, hệ thống phải đáp ứng các tiêu chuẩn khác như độ bền, độ tin cậy, an toàn, mức tiêu hao nhiên liệu
Thiết kế khí động học, âm thanh động cơ qua hệ thống xả, và sự phù hợp với từng loại xe cũng như các khu vực khí hậu khác nhau là những yếu tố quan trọng cần xem xét.
Thị trường ô tô hiện nay rất đa dạng với nhiều loại xe khác nhau, tuy nhiên, hệ thống khí xả của chúng thường có cấu tạo và nguyên lý hoạt động tương tự Các nhà sản xuất phân loại hệ thống khí xả dựa trên loại xe, dòng xe, mục đích sử dụng và đặc điểm khí hậu địa lý Dưới đây là năm loại hệ thống khí xả phổ biến nhất trên thị trường.
1.1.4.1 Loại ống xả đơn: Đây là loại hệ thống khí xả phổ biến nhất, thường thấy trong các loại xe bạn mua từ đại lý Ống xả thường sẽ đi ra từ phía sau của xe Chi phí tương đối rẻ để thiết kế và lắp đặt, loại này có thể kém hiệu quả nhất so với các loại khác, nhưng nó tối ưu về mặt kinh tế nhất
Nếu bạn sở hữu một chiếc xe thể thao, có thể xe của bạn được trang bị hệ thống ống xả kép phía sau Thiết kế này bao gồm hai ống xả, thường được đặt ở hai bên đối diện của cản sau, mang lại vẻ thể thao và hiệu suất tối ưu cho xe.
Các ống xả này thường được tách biệt và hoạt động hiệu quả hơn các hệ thống xả khác, vì chúng thải khí thải của ô tô qua hai ống riêng biệt.
1.1.4.3 Ống xả kép đối diện:
Loại ống xả này được thiết kế đặc biệt với hệ thống ống xả kép đối diện, trong đó các ống xả chia sẻ bầu lọc khí thải nhưng lại có bầu lọc âm riêng biệt Thiết kế này thường thấy trong các phương tiện vận chuyển máy móc hạng nặng như tàu thuyền và xe kéo.
Một lý do khiến các đường ống bị uốn cong là để khí thải tránh xa tải, giúp giảm bụi Trong một số tình huống, hệ thống này không chỉ hiệu quả mà còn cung cấp cho xe nhiều lực kéo hơn.
Hình 1 3 Ống xả kép đối diện
1.1.4.4 Ống xả kép một bên:
Tổng quan về hệ thống khí xả
1.2.1 Các thành phần độc hại có trong khí thải động cơ
Khí thải từ động cơ chứa nhiều chất ô nhiễm môi trường, gây ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe con người, động vật và thực vật Các chất gây hại nhất bao gồm hydro cacbon, oxit cacbon và oxit nitơ.
Khí HC là nguyên nhân chính hình thành dầu mỏ và các sản phẩm chế biến như xăng, dầu diesel, và dầu nhớt Tuy nhiên, đây là loại khí độc hại gây ô nhiễm môi trường, phát sinh từ quá trình cháy nhiên liệu không hoàn toàn hoặc do nhiên liệu bay hơi trong hệ thống cung cấp nhiên liệu của xe Khí HC có thể gây ra nhiều vấn đề sức khỏe nghiêm trọng cho con người, bao gồm đau mắt, viêm phổi và các bệnh ung thư.
Khí CO là một loại khí độc hại, không màu và không vị, có thể gây ra các triệu chứng như nhức đầu, buồn nôn, khó thở, và thậm chí là tử vong khi hít phải lượng lớn Khí CO cản trở khả năng vận chuyển oxy và hồng cầu đến các mô trong cơ thể Trong động cơ, khí CO được sinh ra từ quá trình đốt cháy nhiên liệu trong điều kiện thiếu oxy, dẫn đến việc nhiên liệu cháy không hoàn toàn.
Khí NOx trong khí thải xuất hiện do quá trình cháy ở nhiệt độ cao, khi không khí chứa 80% Nitơ và 20% Oxi được nung nóng trên 1927 độ C, tạo thành Oxit Nitơ (NOx) NOx có màu nâu và mùi khó chịu, gây ra các triệu chứng như sặc, cay mắt và ngạt thở khi hít phải Ngoài ra, NOx còn gây hại cho cây trồng và các vật dụng bằng kim loại mạ Đặc biệt, động cơ có tỷ số nén cao, hỗn hợp nhiên liệu loãng và nhiệt độ cao sẽ làm gia tăng nồng độ NOx trong khí thải.
Khí không màu với mùi khó chịu có thể xâm nhập qua đường hô hấp như mũi và họng, gây ra ho và khó thở Nếu tiếp xúc lâu dài, loại khí này có khả năng dẫn đến bệnh hen suyễn.
Hạt than khi trộn với nhiên liệu thải ra trong quá trình xả sẽ tạo thành bồ hóng, một trong những thành phần độc hại nhất trong khí thải Bụi than thường xuất hiện ở các động cơ phát thải khói đen, nguyên nhân chủ yếu là do nhiên liệu không được nghiền nát hoặc không đúng loại.
Khí thải chứa nhiều thành phần độc hại gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến con người và môi trường, vì vậy mỗi quốc gia thiết lập các tiêu chuẩn khí thải riêng biệt phù hợp với cơ sở hạ tầng và mức độ tác động của khí thải Hình 2.1.1 dưới đây cung cấp thông tin chi tiết về các tiêu chuẩn khí thải hiện đang được áp dụng tại Việt Nam.
Hình 1 6 Tiêu chuẩn khí thải Euro 4 và Euro 5 áp dụng tại Việt Nam
1.2.2 Các bộ phận chính trong hệ thống khí thải Để có thể kiểm soát lượng khí độc hại từ buồng đốt động cơ phù hợp với tiêu chuẩn khí thải, hệ thống khí thải phải gồm nhiều thành phần khác nhau hoạt động liên tục để kiểm soát lượng khí thải Hệ thống thoát khí thải trên xe hơi ngày nay thường có dạng ống dẫn tiết diện tròn, gồm nhiều đoạn, kết nối với nhau và được đặt ở gầm xe kéo dài từ động cơ đến đuôi xe, tạo đường dẫn cho khí thải động cơ thoát ra theo hướng nhất định và kiểm soát áp suất thải của động cơ Hệ thống có thể là dạng đơn ống hay nhiều ống dẫn, tùy thuộc vào thiết kế của động cơ và hệ thống
Hình 1 7 Tổng quan về hệ thống khí xả trên ô tô 1-Động cơ; 2-Cổ góp; 3-Tubor tăng áp (tùy xe) ;4-Bầu lọc khí thải;5-Bầu lọc âm
Khí thải sau khi rời khỏi động cơ thường phải đi qua nhiều bộ phận quan trọng như đầu xy lanh, bộ gom khí thải, và nếu có, turbocharger Tiếp theo, khí thải sẽ đi qua bộ xử lý khí thải (catalytic converter) để giảm lượng khí độc, và cuối cùng là bộ giảm âm nhằm hạn chế tiếng ồn.
Tất cả các bộ phận trong hệ thống khí thải đều đóng vai trò quan trọng, đảm bảo hoạt động ổn định và giúp khí thải của xe đạt tiêu chuẩn khi thải ra môi trường.
1.2.2.1 Đầu xy lanh : Đầu xy lanh là một bộ phận trong toàn bộ hệ thống phân phối khí Nếu chỉ xét hệ thống khí thải, đầu xy lanh là nơi bố trí xupap xả của động cơ, điều khiển quá trình nạp/xả thông qua trục cam Đầu xy lanh cũng là nơi kết nối trực tiếp với cổ góp thông qua gioăng đệm tạo độ kín trong quá trình xả khí thải, giúp cho kết cấu cố định Đây là vị trí kết nối cứng duy nhất trên toàn bộ ống xả Các vị trí còn lại được treo trên các gối cao su tổng hợp
1.2.2.2 Cổ góp Đây là bộ phận dẫn, gom khí thải (nếu là trên động cơ nhiều xy lanh), có vai trò đưa toàn bộ khí thải về một đường ống duy nhất Bộ phận này có thể bao gồm các ống dẫn riêng biệt hoặc có ống thống với nhau nhằm đảm bảo áp suất trên các đường ống khác nhau đều có áp suất gần bằng nhau
Trên các xe phổ thông hiện nay, cổ góp thường được chế tạo từ gang đúc, nhôm đúc hoặc thép ống không gỉ Những vật liệu này không chỉ có hình thức kém hấp dẫn mà còn có hiệu suất dẫn khí thải thấp do bề mặt trong không được láng mịn, dẫn đến thất thoát động năng của khí thải và khối lượng tương đối nặng.
Hình 1 9 Cổ góp thông thường
Các hãng sản xuất thứ 3 cung cấp giải pháp hiệu quả cho mọi vấn đề của người tiêu dùng, với các bộ cổ góp đẹp, nhẹ và có hiệu suất cao luôn sẵn sàng phục vụ.
Các bộ góp được thiết kế với góc hợp nhỏ, tối ưu hóa hiệu quả xả và tăng lượng hòa khí mới vào oxy Với vật liệu cao cấp như thép không gỉ và titanium, chúng giảm trọng lượng xe và cải thiện khả năng giải nhiệt Thường đi kèm với các hệ thống phía sau như bộ giảm âm, các bộ góp này thường loại bỏ bộ xúc tác khí thải Giá thành của chúng khá cao, phụ thuộc vào kiểu dáng và hiệu năng.
Hình 1 10 Cổ góp cao cấp
1.2.3 Turbo charger (tubo tăng áp)
Hình 1 11 Cấu tạo tubo tăng áp 1-Bánh tua bin; 2-Chuôi dẫn cánh dẫn; 3-Vỏ hộp nén; 4-Đầu vào máy nén;
CẤU TẠO & NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TUẦN HOÀN KHÍ XẢ EGR TRÊN XE HONDA CIVIC 2015
Giới thiệu chung về xe HONDA CIVIC 2015
2.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của xe HONDA CIVIC
Với gần 50 năm lịch sử, Civic đã thực hiện thành công sứ mệnh giúp Honda trở thành "một chiếc xe thực sự cho mọi người" Những cải tiến vượt trội của Civic chứng minh rằng Honda là một trong những nhà sản xuất ô tô không ngừng phát triển.
Kể từ khi ra mắt lần đầu vào năm 1972, Honda Civic đã trở thành một trong những mẫu xe thành công nhất của hãng xe Nhật Bản Hiện nay, Honda Civic được phân phối tại 170 quốc gia và đã ghi nhận doanh số bán vượt mốc 23 triệu xe tính đến tháng 11/2016.
Civic, sản phẩm chủ lực trong ngành sản xuất ô tô của Honda, liên tục được nâng cấp qua các thế hệ để cải thiện khả năng vận hành và các tính năng, mang lại sự thoải mái tối đa cho người sử dụng.
Honda Civic ra mắt lần đầu vào năm 1972 với giá khoảng 2.000 USD (46 triệu đồng) và đã trải qua gần nửa thế kỷ cùng 11 thế hệ Hiện nay, Honda Civic trở thành một trong những mẫu xe bán chạy và nổi tiếng nhất trên toàn cầu.
Honda Civic, ra mắt cách đây gần 50 năm, đã trải qua 11 thế hệ phát triển để đáp ứng sự tiến bộ của khoa học công nghệ và nhu cầu ngày càng cao của khách hàng toàn cầu Dưới đây là lịch sử phát triển của mẫu xe này qua từng thế hệ, với hình ảnh minh họa chiếc Honda Civic thế hệ đầu tiên.
Hình 2 1 Chiếc Honda Civic thế hệ đầu tiên 1972-1979
Honda Civic thế hệ đầu tiên có hai phiên bản là hatchback và sedan ba cửa, mặc dù chúng gần như không thể phân biệt khi nhìn bên ngoài Phiên bản hatchback tương tự như sedan, với sự khác biệt là cốp sau và ghế sau cố định của sedan được thay thế bằng cửa cốp mở lên và ghế có thể gập xuống Xe được trang bị bánh xe 12 inch với lốp radial, cùng với các tùy chọn tiện nghi như điều hòa, hộp số tự động hai cấp và cần gạt nước phía sau.
Hình 2 2 Động cơ được Honda bổ sung năm 1974
Vào năm 1974, Honda nâng cấp Civic bằng cách trang bị một động cơ lớn hơn, có dung tích 1237cc Sự cải tiến này giúp tăng công suất lên 52 mã lực, một con số ấn tượng mặc dù chỉ có sự gia tăng nhỏ về dung tích động cơ.
Vào năm 1974, Honda đã bán được 43.119 chiếc Civic, nhưng sự ra mắt của động cơ CVCC vào năm 1975 mới thực sự biến hãng xe Nhật Bản thành một đối thủ đáng gờm trong ngành công nghiệp ô tô Trong khi nhiều nhà sản xuất khác ngần ngại lắp đặt bộ lọc khí thải để đáp ứng tiêu chuẩn, Honda đã âm thầm phát triển công nghệ tiên tiến hơn Động cơ CVCC 1488 cc của Honda Civic, với công suất 53 mã lực, cho phép đốt cháy nhiên liệu hiệu quả hơn mà không cần bộ lọc khí thải, vẫn sử dụng xăng pha chì Cùng với hộp số sàn 5 cấp và kiểu dáng thân xe wagon mới, doanh số của Honda Civic đã tăng lên 100.000 chiếc, đánh dấu khởi đầu cho một hành trình đầy vinh quang và thách thức trong ngành ô tô.
Hình 2 3 Honda Civic thế hệ thứ 2 1979-1983
Vào năm 1980, Honda ra mắt Civic thế hệ thứ hai, đánh dấu sự nổi bật của hãng trong ngành sản xuất ô tô Mặc dù Civic thế hệ thứ hai có kích thước lớn hơn một chút, nhưng vẫn nhỏ hơn so với các đối thủ trong cùng phân khúc Mẫu xe này được trang bị hai loại động cơ, bao gồm máy 1,3 lít với công suất 55 mã lực và máy 1,5 lít với công suất 67 mã lực, cả hai đều sử dụng công nghệ CVCC tiên tiến.
Hình 2 4 Nội thất Honda Civic thế hệ thứ 2 Để kỷ niệm năm cuối cùng của việc sản xuất Civic thế hệ thứ hai vào năm
1983, Honda đã loại bỏ phiên bản 1500 GL và thay thế bằng mẫu Honda Civic
S Chiếc xe này có hệ thống treo cứng hơn, thanh ổn định phía sau và lốp 13 inch 165/70 Michelin
Hình 2 5 Honda Civic thế hệ thứ 3 1983-1987
Honda Civic 1984 được giới thiệu với các phiên bản hatchback, sedan và wagon, với chiều dài cơ sở tăng thêm 12,7 cm, gần bằng chiều dài của Honda Accord và Prelude thời bấy giờ Động cơ bốn xy lanh 1,5 lít với đầu ba van trở thành tiêu chuẩn cho toàn bộ dòng sản phẩm Năm 1986, Honda bắt đầu sản xuất Civic tại nhà máy ở Ohio, Hoa Kỳ.
Hình 2 6 Honda Civic thế hệ thứ tư 1988-1991
Honda Civic thế hệ thứ tư, ra mắt lần đầu vào năm 1988, nổi bật với hệ thống động cơ mới, cửa sổ đuôi xe cải tiến và thiết kế hiện đại Hầu hết các phiên bản đều được trang bị động cơ 1,5 lít 16 van phun nhiên liệu, mang lại công suất ấn tượng.
Honda Civic thế hệ thứ 4 sở hữu động cơ mạnh mẽ với công suất 92 mã lực, vượt trội hơn so với bản hatchback tiêu chuẩn chỉ 70 mã lực Mẫu xe này còn được trang bị nhiều tiện nghi hiện đại, bao gồm cửa sổ chỉnh điện, khóa, gương và cần gạt nước ngắt quãng, mang đến sự tiện lợi tối ưu cho người sử dụng.
Honda không ngừng cải tiến theo nhu cầu khách hàng với thế hệ thứ 5 của Honda Civic, kỷ niệm 20 năm ra mắt dòng xe này Mẫu xe mới có nhiều trang bị và động cơ hơn bao giờ hết, bao gồm 4 phiên bản hatchback: CX, DX, VX và Si CX trang bị động cơ 1,5 lít với công suất 70 mã lực; VX có động cơ 1,5 lít 92 mã lực với công nghệ VTEC-E tiết kiệm nhiên liệu; DX sở hữu động cơ 1,5 lít 102 mã lực, trong khi Si sử dụng động cơ VTEC 125 mã lực Túi khí phía trước bên người lái đã trở thành trang bị tiêu chuẩn, trong khi biến thể wagon đã bị loại bỏ và phiên bản sedan có các phiên bản DX, LX và EX.
Hình 2 7 Honda Civic thế hệ thứ 5 1991-1995
Honda Civic thế hệ thứ 5 đã tiên phong trang bị túi khí phía trước cho tất cả hành khách, nâng cao tính an toàn cho dòng sản phẩm Ngoài ra, phanh chống bó cứng được cung cấp như một tùy chọn, cùng với hệ thống kiểm soát hành trình, bánh xe 14 inch, và các tính năng như cửa sổ, khóa và gương chỉnh điện.
Hình 2 8 Honda Civic xuất hiện trong phim The Fast and The Furious
Năm 2001, Honda Civic lần đầu xuất hiện trên màn ảnh rộng qua bộ phim The Fast and The Furious, trong đó có cảnh một đoàn xe Honda Civic thực hiện một vụ cướp táo bạo trên xe tải Những chiếc Honda Civic trong phim được độ với body sợi thủy tinh, hệ thống chiếu sáng gầm xe màu xanh lá cây và âm thanh ống xả được thêm vào để tạo nên sự hầm hố và ấn tượng mạnh mẽ.
Hình 2 9 Honda Civic thế hệ thứ 6 1995-2000
Các bộ phận chính của hệ thống tuần hoàn khí xả EGR trên động cơ I-
Hình 2 18 Các thành phần của hệ thống EGR trên động cơ I-VTEC
1-Kim phun; 2-Bugi;3-Cảm biến vị trí bướm ga;4-Mô tơ điều khiển bướm ga;5-
Mô tơ điều khiển van EGR và cảm biến vị trí van EGR đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý khí thải Van tắt giúp ngăn khí xả đi qua bộ làm mát, trong khi bơm chân không và cảm biến thay đổi áp suất đảm bảo hiệu suất hoạt động của hệ thống Cảm biến tỷ lệ áp suất không khí và nhiên liệu, cùng với bộ lọc DPF và bộ lọc than hoạt tính oxi, hỗ trợ trong việc xử lý khí thải hiệu quả Cuối cùng, cảm biến nhiệt độ khí xả và kim phun thêm vào khí xả góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Hệ thống tuần hoàn khí xả EGR của động cơ I-VTEC DOHC 2.0 trên xe HONDA CIVIC được điều khiển bằng van EGR điện tử, sử dụng các cảm biến đầu vào để tối ưu hóa hiệu suất động cơ.
- Cảm biến vị trí bướm ga
- Cảm biến vị trí trục khuỷu
- Cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ
- Cảm biến nhiệt độ khí xả
DOHC
Các cảm biến và tín hiệu đầu vào (INPUT)
2.2.1.1 Cảm biến vị trí bướm ga (Throttle Position Sensor)
Cảm biến vị trí bướm ga đóng vai trò quan trọng trong việc xác định độ mở của bướm ga, từ đó gửi thông tin đến bộ xử lý trung tâm Thông tin này giúp điều chỉnh thời điểm mở van EGR và mức độ mở của van, đảm bảo hiệu suất hoạt động của động cơ.
Cảm biến bướm ga điện tử trên xe Honda Civic sử dụng phần tử hiệu ứng từ để phát tín hiệu chính xác, bao gồm hai mạch cảm nhận VTA1 và VTA2 VTA1 phát hiện góc mở bướm ga, trong khi VTA2 theo dõi sự cố của VTA1 Điện áp tín hiệu của cảm biến thay đổi từ 0V đến 5V tương ứng với góc mở bướm ga, và hai tín hiệu này được truyền đến hộp điều khiển động cơ ECU.
Khi bướm ga đóng, điện áp của cảm biến giảm, trong khi khi bướm ga mở, điện áp tăng ECU sử dụng những tín hiệu này để tính toán góc mở bướm ga và điều khiển bộ chấp hành, phản ánh điều khiển của người lái Các tín hiệu này còn được áp dụng trong việc hiệu chỉnh tỷ lệ không khí – nhiên liệu, làm đậm hỗn hợp để tăng công suất và điều khiển cắt nhiên liệu.
Vị trí của cảm biến: Cảm biến vị trí bướm ga được lắp đặt trên cổ họng gió
2.2.1.2 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát Engine Coolant Temperature (ECT) có nhiệm vụ đo nhiệt độ của nước làm mát động cơ và truyền tín hiệu về ECU, từ đó giúp ECU thực hiện các điều chỉnh cần thiết cho hiệu suất hoạt động của động cơ.
– Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm
– Hiệu chỉnh thời gian phun nhiên liệu
– Điều khiển quạt làm mát
– Điều khiển tốc độ không tải
Hệ thống điều khiển EGR nhận tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ nước làm mát, sau đó ECU sẽ xử lý thông tin này để điều chỉnh hoạt động của hệ thống kiểm soát khí xả.
Cảm biến ECT được thiết kế dạng trụ rỗng với ren ngoài, bên trong chứa một nhiệt điện trở có hệ số nhiệt điện trở âm, nghĩa là điện trở sẽ tăng lên khi nhiệt độ giảm và ngược lại.
Hình 2 19 Cảm biến vị trí bướm ga
Hình 2 20 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát có hệ số nhiệt điện trở âm, dẫn đến điện trở cao khi nhiệt độ thấp và giảm khi nhiệt độ tăng Sự thay đổi điện trở này sẽ ảnh hưởng đến điện áp tại chân cảm biến.
Mạch điện cảm biến hoạt động với điện áp 5V qua một điện trở chuẩn có giá trị không đổi theo nhiệt độ, kết nối đến cảm biến và trở về ECU qua mass Điện trở chuẩn và nhiệt điện trở trong cảm biến tạo thành một cầu phân áp, với điện áp điểm giữa cầu được đưa đến bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự – số (ADC - Analog to Digital Converter).
Khi nhiệt độ động cơ thấp, điện trở cảm biến cao dẫn đến điện áp gửi đến bộ biến đổi ADC lớn Tín hiệu điện áp này được chuyển đổi thành xung vuông và được bộ vi xử lý giải mã, thông báo cho ECU rằng động cơ đang lạnh Ngược lại, khi động cơ nóng, điện trở cảm biến giảm, kéo theo điện áp giảm, cho ECU biết rằng động cơ đang nóng.
– Ở nhiệt độ 30 độ C: Rcb = 2-3 kgΩ
Vị trí: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát nằm trong khoang nước của động cơ, tiếp xúc trực tiếp với nước của động cơ
2.2.1.3 Cảm biến nhiệt độ khí xả :
- Chức năng và nhiệm vụ : Cảm biến nhiệt độ khí xả giúp ECU xác định nhiệt độ của dòng khí xả trước khi đi qua bầu lọc
- Cấu tạo gồm 6 bộ phận: vỏ bọc không gỉ, chốt vỏ, dây không gỉ, dây pt, nhiệt điện trở, phần gắn
Hình 2 22 Cảm biến nhiệt độ khí xả
Cảm biến nhiệt độ khí xả sử dụng nhiệt điện trở để đo nhiệt độ khí thải, chuyển đổi thông tin này thành điện áp và gửi tín hiệu đến ECU động cơ Điều này giúp kiểm soát tình trạng động cơ, từ đó giảm thiểu hiệu quả lượng khí thải.
Việc cải thiện nhiệt độ của EGTS và kiểm soát sau phun cùng với ước lượng lượng khí nạp trong quá trình điều khiển tái sinh DPF đã giúp giảm khí thải, đồng thời nâng cao hiệu suất nhiên liệu nhờ vào việc tái sinh DPF tiêu tốn ít nhiên liệu hơn.
Vị trí : Cảm biến nhiệt độ khí thải (EGTS) ở phía trước bộ lọc hạt (DPF)
2.2.1.4 Cảm biến chênh lệch áp suất
Cảm biến chênh lệch áp suất bầu DPF có nhiệm vụ đo độ chênh lệch áp suất giữa hai đầu của bộ lọc DPF, giúp đảm bảo hoạt động bình thường của bầu DPF Khi bầu DPF bị tắc, dữ liệu từ cảm biến sẽ gửi tín hiệu về ECU, cảnh báo lỗi cho người lái biết.
Hình 2 23 Cấu tạo cảm biến áp suất
- Cấu tạo cảm biến chêch lệch áp suất khí thải bao gồm :
+Phần mạch cảm biến: mạch điện tử trên bo mạch gốm sứ
+Thân: được đúc bằng PBT + 30GF, chứa tất cả các bộ phận và có hai vòi hút khí
+Chân: giắc cắm kết nối với ECU
+Nắp: bao quanh bộ phận
-Phần tử trong mạch cảm ứng bao gồm :
+Nhựa silicon (để bảo vệ các thiết bị điện tử)
Cảm biến chênh lệch áp suất DPF được lắp đặt trong khoang động cơ để bảo vệ khỏi nhiệt, kết nối với bộ điều khiển động cơ (ECU) qua đầu nối điện và với DPF qua hai ống silicon Một ống nối trước DPF và ống kia nối sau bộ lọc, cho phép cảm biến đo và so sánh sự khác biệt áp suất khí thải trước và sau bộ lọc Từ đó, cảm biến ước tính lượng DPM giữ lại trong bộ lọc và gửi tín hiệu cho PCM để bắt đầu quá trình tái tạo DPF.
2.2.1.5 Cảm biến tỷ lệ hòa khí
Cảm biến oxy có nhiệm vụ đo nồng độ oxy còn thừa trong khí xả và gửi tín hiệu về ECU Dựa vào thông tin từ cảm biến, ECU xác định tình trạng nhiên liệu đang giàu hay nghèo và điều chỉnh lượng phun cho phù hợp Việc phân tích các thông số Long Term Fuel Trim và Short Term Fuel Trim giúp theo dõi hiệu chỉnh nhiên liệu hiệu quả.
Động cơ I-VTEC được trang bị cảm biến tỷ lệ hòa khí bằng gốm ziconium, có lớp phủ Platin ở bề mặt tiếp xúc với khí xả và đường dẫn không khí vào lõi cảm biến Khi nhiệt độ vượt quá 350 độ C, sự chênh lệch nồng độ khí xả giữa hai bề mặt của lõi cảm biến sẽ tạo ra tín hiệu điện áp từ 0.1 đến 0.9V.
+ Điện áp càng nhỏ là càng nghèo nhiên liệu
Khối xử lí tín hiệu (ECU-Electronic Control Unit)
Hình 2 32 Bộ xử lý ECU
ECU động cơ là trung tâm điều khiển của xe, nhận tín hiệu từ các cảm biến và tính toán thời điểm tối ưu để đóng mở van EGR dựa trên tình trạng của động cơ Được cấu tạo từ một mạch điện tử phức tạp với các linh kiện như CPU, RAM, ROM và các bộ phận khác như bộ lọc nhiễu và bộ chuyển đổi tín hiệu, ECU hoạt động như một chiếc máy tính, truyền tín hiệu điều khiển đến bộ phận đóng mở van.
2.2.2.1 Nguyên lý làm việc của ECU
ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến dưới dạng điện áp hoặc xung điện, sau đó lọc và chuyển đổi thành tín hiệu số để so sánh với các tín hiệu đã được lập trình sẵn Sau khi phân tích, ECU phát ra tín hiệu điều khiển cho động cơ ở dạng số, và thông qua bộ chuyển đổi, tín hiệu này được chuyển đổi lại thành điện để điều khiển các cơ cấu chấp hành Cụ thể, ECU nhận tín hiệu từ cảm biến vị trí bướm ga, van EGR và trục khuỷu để điều chỉnh hoạt động của mô tơ bước, nhằm tối ưu hóa hiệu suất động cơ.
ECU điều khiển van EGR bằng cách tổng hợp thông tin từ nhiều cảm biến như cảm biến lưu lượng khí nạp, cảm biến nhiệt độ khí xả, cảm biến ôxi, cảm biến áp suất, nhiệt độ nước làm mát, cảm biến áp suất khí nạp, cảm biến nhiệt độ khí nạp và cảm biến nhiệt độ dầu hộp số Qua đó, ECU điều chỉnh thời điểm đóng mở van EGR phù hợp với các chế độ hoạt động của động cơ.
Khối chấp hành
2.2.3.1 Động cơ DC đóng mở van EGR Động cơ được dùng để đóng mở van EGR là một động cơ bước dùng dòng điện một chiều Động cơ bước ( Step Mô tơ – Stepper Motor hay Stepping Motor) là một thiết bị cơ điện, nó chuyển đổi năng lượng điện thành cơ năng Ngoài ra, nó là một động cơ điện không thanh hao than, đồng bộ mang thể chia một vòng quay hầu hết thành một số bước mở rộng Trục của động cơ quay qua một góc nhất định cho mỗi xung rời rạc Lúc một chuỗi xung được vận dụng, nó sẽ được chuyển qua một góc nhất định Góc mà trục động cơ bước quay cho mỗi xung được gọi là góc bước, thường được biểu thị bằng độ
Động cơ bước có cấu tạo tương tự như động cơ DC, với roto là nam châm vĩnh cửu nằm ở trung tâm Roto sẽ quay khi có lực tác dụng lên nó, và được bao quanh bởi các stato quấn cuộn từ tính Để tối ưu hóa hiệu suất, stato cần được đặt gần roto, giúp từ trường trong stato tác động lên chuyển động của roto Việc điều khiển động cơ bước được thực hiện bằng cách cấp nguồn tuần tự cho từng stato, khiến chúng từ hóa và hoạt động như các cực điện từ, tạo ra lực đẩy lên roto và di chuyển nó từng bước Quá trình thay thế từ hóa và khử từ của các stato cho phép roto xoay với độ chính xác cao.
Hình 2 33 Cấu tạo động cơ bước
1-Nam châm vĩnh cửu; 2-Stato; 3-Cuộn dây
Mô tơ bước dùng đóng mở van EGR sử dụng phương pháp điều khiển chạy bước nhỏ ( MicroStepping Drive ):
Phương pháp điều khiển microstepping drive là phương pháp phổ biến nhất nhờ vào độ chính xác cao Mạch điều khiển cung cấp dòng bước biến đổi cho cuộn dây stato dưới dạng sóng hình sin, giúp tăng cường độ chính xác của từng bước nhỏ Phương pháp này không chỉ mang lại độ chính xác cao mà còn giảm tiếng ồn hoạt động, làm cho nó trở thành lựa chọn ưa chuộng trong nhiều ứng dụng.
2.2.3.2 Van bypass điều khiển bằng chân không
Van bypass hay van chân không là một thành phần quan trọng trong hệ thống tuần hoàn khí xả EGR, được lắp đặt cạnh van EGR và bộ làm mát khí xả.
Hình 2 35 Van bypass mở không cho khí thải đi qua bộ làm mát
Van bypass có chức năng điều khiển luồng khí thải, cho phép khí thải đi qua hoặc không đi qua bộ làm mát khí thải Khi động cơ mới khởi động và ở vòng tua máy thấp, van bypass sẽ mở để khí thải đi qua một ống khác, giúp duy trì nhiệt độ khí thải cao Điều này ngăn ngừa việc giảm công suất động cơ do khí thải có nhiệt độ thấp vào buồng đốt Van bypass được điều khiển bằng chân không thông qua bơm chân không, hoạt động dưới tín hiệu của ECU.
2.2.3.4 Bộ làm mát khí thải
Bộ làm mát khí thải là một phần thiết yếu của van EGR, cấu tạo từ nhiều tấm kim loại nhôm chồng lên nhau để tạo thành các lớp giảm nhiệt Thường được làm từ thép không gỉ hoặc nhôm, bộ làm mát này có hai đầu: một đầu vào kết nối với cổ góp của cửa xả, dẫn khí thải nóng từ buồng đốt vào bộ làm mát, và một đầu ra kết nối với van EGR Ngoài ra, bộ làm mát còn có hai đầu để đưa nước làm mát vào và ra, giúp giảm nhiệt độ khí thải hiệu quả.
Hình 2 36 Cấu tạo bộ làm mát
Bộ làm mát khí thải hoạt động bằng cách tiếp nhận luồng khí thải từ cửa xả với nhiệt độ khoảng 875 độ C, sau đó khí thải đi qua các lớp lá nhôm và được làm mát bằng nước từ động cơ, giảm nhiệt độ xuống còn khoảng 150 độ C trước khi trở về buồng đốt qua van EGR Nhiệt độ thấp hơn giúp tăng mật độ và hiệu quả giảm phát thải NOX Việc làm mát khí thải trước khi trộn với khí nạp không chỉ giảm nhiệt độ cháy mà còn tăng tỷ lệ oxy trong nhiên liệu, góp phần giảm nhiệt độ đốt cháy tổng thể Bộ làm mát khí thải đảm bảo dòng khí thải đạt tiêu chuẩn Euro 4 và Euro 5 về NOX.
Nguyên lý làm việc của hệ thống tuần hoàn khí thải EGR trên động cơ I-VTEC DOHOC 2.0 HONDA CIVIC 2015
Hình 2 37 Sơ đồ mạch điện hệ thống tuần hoàn khí thải EGR
Cảm biến vị trí van EGR được lắp trên thân van EGR, cùng với các cảm biến quan trọng khác như cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến vị trí bướm ga, và cảm biến tỷ lệ hòa khí Ngoài ra, cảm biến thay đổi áp suất, cảm biến nhiệt độ nước làm mát, và cảm biến nhiệt độ dầu hộp số cũng đóng vai trò quan trọng Cảm biến MAF kết hợp với cảm biến IAT, cảm biến nhiệt độ khí xả và cảm biến MAP là những thành phần không thể thiếu trong hệ thống quản lý động cơ.
Sơ đồ mạch gồm 3 phần chính :
Mạch điện hoạt động khi khóa điện được bật ở chế độ ON, cung cấp nguồn điện và tín hiệu đầu vào Hệ thống được bảo vệ khỏi hư hỏng nhờ vào cầu chì 15A và đi kèm với một hệ thống cảm biến để đảm bảo an toàn và hiệu quả.
Bộ xử lý điều khiển van EGR (ECM) nhận tín hiệu từ các cảm biến, chuyển đổi thành điện áp để tính toán thời điểm đóng mở van phù hợp với chế độ làm việc của động cơ Sau đó, nó gửi tín hiệu đóng mở van dưới dạng điện áp đến bộ chấp hành, bao gồm mô tơ và bộ làm mát.
Bộ chấp hành bao gồm một mô tơ bước, một bộ làm mát khí thải và một van đóng mở chân không Mô tơ hoạt động với điện áp 12V được cung cấp tại chân B+, trong khi phần mát của mô tơ được kết nối với GND của xe Chân VC tín hiệu đóng mở được điều khiển bởi ECU, trong khi chân VC tín hiệu phản hồi từ cảm biến vị trí gửi thông tin về trạng thái làm việc của mô tơ đóng mở van.
Hình 2 38 Giắc kết nối van EGR hết hợp cảm biến vị trí van EGR
Hình 2 39 Sơ đồ khối hệ thống tín hiệu đầu vào
ECM động cơ xác định thời điểm đóng mở van EGR dựa trên tín hiệu từ cảm biến vị trí trục khuỷu và các cảm biến nhiệt độ nước làm mát, lưu lượng khí nạp, vị trí van EGR, và vị trí bướm ga Khi động cơ đang chạy không tải, mới khởi động hoặc đang tải nặng, ECM sẽ không cho van EGR mở Nếu nhiệt độ khí thải thấp, ECM sẽ mở van chân không để khí thải không đi qua bộ làm mát khí thải, giúp duy trì nhiệt độ buồng đốt và hiệu suất động cơ Sau khi xác định được thời điểm đóng mở van phù hợp, ECM sẽ gửi tín hiệu dưới dạng xung tới mô tơ để điều khiển van theo trạng thái làm việc của động cơ.
Khi động cơ hoạt động, ECM nhận tín hiệu từ các cảm biến như cảm biến vị trí bướm ga và cảm biến vị trí trục khuỷu Sau đó, ECM xử lý và tính toán dữ liệu để quyết định thời điểm đóng mở và độ mở của van EGR Nếu có sự chênh lệch giữa các thông số của cảm biến, điều này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của động cơ.
Hệ thống EGR, vị trí bướm ga, lưu lượng khí nạp và hộp điều khiển ECM sẽ phát hiện lỗi và gửi tín hiệu báo lỗi kiểm tra động cơ lên bảng tín hiệu trên taplo, giúp người điều khiển nhận biết và khắc phục sự cố kịp thời.
Hệ thống tuần hoàn khí xả EGR thường không hoạt động hiệu quả ở mức tải cao, gây giảm công suất tối đa do làm giảm mật độ khí nạp Ngoài ra, hệ thống này cũng bị bỏ qua ở chế độ không tải, vì có thể gây ra hiện tượng cháy không ổn định, dẫn đến động cơ hoạt động không ổn định.
- Một số lợi ích chính của hệ thống EGR :
Hệ thống tuần hoàn khí thải EGR hoạt động bằng cách đưa một phần khí thải trở lại buồng đốt của động cơ Nguyên lý hoạt động của EGR dựa trên việc khí thải có nhiệt độ cao hơn so với không khí trong lành, dẫn đến sự nở ra của không khí Điều này làm giảm đáng kể lượng oxy có trong không khí, từ đó giảm thể tích hòa khí được đốt cháy trong xy lanh.
Hệ thống tuần hoàn khí thải EGR giúp giảm nhiệt lượng sinh ra và nhiệt độ trong xy lanh, từ đó làm giảm khả năng hình thành Nito oxide Việc duy trì nhiệt độ thấp trong xy lanh cũng hạn chế nhiệt độ khí thải, góp phần cải thiện tuổi thọ động cơ Đồng thời, bộ chuyển đổi xúc tác 3 giai đoạn tiếp tục giảm lượng NOx trong khí thải xuống mức chấp nhận theo tiêu chuẩn khí thải.
Nhờ vào việc luân hồi khí thải vào động cơ theo từng trạng thái làm việc, luồng khí đốt cháy trong động cơ được tối ưu hóa, giúp cháy sạch hơn và không còn tình trạng thừa nhiên liệu sau khi cháy Điều này không chỉ nâng cao hiệu suất cho động cơ mà còn đặc biệt hiệu quả trong các trường hợp xe chạy tải trung bình.
Chương 2 đã cho thấy được những yếu tố cơ bản trên HONDA CIVIC 2015 về trang thị thiết bị nội ngoại thất, kiểu động cơ,… Bên cạnh đó cũng làm rõ được các thành phần cơ bản trong hệ thống tuần hoàn khí thải trên xe bao gồm 3 khối: khối tín hiệu đầu vào, khối xử lý thông tin và khối chấp hành Từ đó nêu ra nguyên lý làm việc của hệ tuần hoàn khí thải EGR, phân tích mạch điện điều khiển hệ thống trên xe HONDA CIVIC làm ví dụ điển hình về nguyên lý làm việc.
