Hệ thống kiểm soát khí xả trên o tô

Các khí độc hại ôtô sinh Mô tả Hệ thống kiểm soát khí xả ? Hệ thống kiểm soát khí xả giúp hạn chế lượng khí thải có hại cho người môi trường Khí thải ? Thuật ngữ khí thải dùng để nhiên liệu bay từ thùng nhiên liệu, khí lọt qua khe píttông thành xy-lanh, khí xả Khí thải có hại cho môi trường người chúng có chất độc CO (cacbon oxit), HC (hyđrôcacbon) NOx (nitơ oxit) Xe có động điêzen thải khí CO, HC NOx mà có hạt cácbon, chúng có tác động đến môi trường người (1) CO (cácbon oxit) à CO sinh lượng ôxy đưa vào buồng đốt không đủ (cháy không hoàn toàn) 2C (cácbon) + O2 (ôxy) = 2CO (cácbon ôxít) à Khi CO hít vào thể, hoà tan vào máu làm hạn chế khả vận chuyển ôxy máu Hít vào lượng lớn CO dẫn đến tử vong (2) HC (hydrôcácbon) à HC sinh trình đốt cháy không hoàn toàn, CO Ngoài HC sinh trường hợp sau: Khi nhiƯt ®é ë khu vùc dËp lưa thấp, chưa đạt tới nhiệt độ bốc cháy Khí nạp thổi qua thời gian lặp xupáp Hỗn hợp không khí-nhiên liệu giàu, sinh nhiều HC Hỗn hợp nghèo, sinh HC Lượng HC sinh trở nên lớn hỗn hợp không khí-nhiên liệu nghèo, không cháy à Khi HC hít vào thể, trở thành tác nhân gây ung thư Nó gây tượng sương khói quang hoá -1- (3) NOx (nitơ oxit) à NOx sinh nitơ ôxy hỗn hợp không khí-nhiên liệu, nhiệt độ buồng đốt tăng cao 1800oC Nhiệt độ buồng đốt cao, lượng NOx sản nhiều Khi hỗn hợp không khí-nhiên liệu nghèo, NOx sinh nhiều tỷ lệ ôxy hỗn hợp không khí-nhiên liệu cao Như vậy, lượng NOx sinh tuỳ theo hai yếu tố: nhiệt độ cháy hàm lượng ôxy N2 (nitơ) + O2 (ôxy) = NO (NO2,N2 NOx) Khi NOx hít vào thể, gây kích thích mũi họng Nó gây tượng sương khói quang hoá (1/2) Khí xả Khí xả thải qua ống xả Theo lí thuyết, đốt cháy xăng sinh CO2 (cácbon điôxit) H2O (hơi nước) Tuy nhiên, toàn xăng tham gia phản ứng lí thuyết, ảnh hưởng yếu tố tỷ lệ hỗn hợp không khí-nhiên liệu, nitơ không khí, nhiệt độ cháy, thời gian cháy Đó nguyên nhân sinh khí độc hại CO, HC NOx Nhiên liệu bay Hơi nhiên liệu thoát từ thùng nhiên liệu, chế hoà khí vào khí Thành phần chđ u cđa nã lµ HC KhÝ lät KhÝ lọt qua khe hở pittông thành xy-lanh vào hộp trục khuỷu Thành phần chủ yếu nhiên liệu khí chưa cháy (HC) (2/2) -2- Nguyên lí sản sinh khí xả Tỷ lệ hỗn hợp không khí-nhiên liệu lí thuyết Tỷ lệ hỗn hợp không khí-nhiên liệu lí thuyết tỷ lệ lượng nhiên liệu không khí (chứa ôxy) tối thiểu cần thiết để đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu Xăng hỗn hợp số dạng hyđrôcacbon, chđ u lµ èctan (C8H18) 2C8H18 + 15 O2 = 16CO2 + 18 H2O Để đốt cháy 1g ốctan sản sinh nước cacbondiôxít cần đến 15g không khí Trên thực tế, nhiên liệu ốctan chất mà ôctan HC khác Vì vậy, tỷ lệ hỗn hợp không khí-nhiên liệu lí thuyết 14,7 (1/1) Biểu đồ sản sinh CO/HC/NOx Biểu đồ bên trái cho thấy quan hệ tỷ lệ hỗn hợp không khí-nhiên liệu lượng CO/HC/NOx sinh Đậm CO/HC : tăng NOx : giảm Nhạt CO : Giảm HC : Giảm Tuy nhiên, lượng tăng lên động nổ không tốt hỗn hợp không khí-nhiên liệu nghèo NOx: Khí sinh nhiều hỗn hợp không khí-nhiên liệu nghèo so với tỷ lệ lí thuyết Nhưng hỗn hợp lại nghèo lượng khí giảm nhiệt độ cháy giảm Lượng khí CO/HC/NOx tăng lên điều kiện sau đây: Trong động lạnh Lượng khí CO/HC tăng lên động cung cấp hỗn hợp không khí-nhiên liệu giàu Khi tải lớn Lượng khí thải tăng lượng không khí nhiên liệu tăng à Lượng CO/HC tăng động cung cấp hỗn hợp không khí-nhiên liệu giàu à Lượng NOx tăng nhiệt độ cháy lên cao GợI ý PPM : Viết tắt Một Phần Triệu, sử dụng làm đơn vị nồng độ (1/1) -3- Các Tiêu chuẩn Khí thải Mô tả Các quy định kiểm soát khí thải Ngày hầu giới có quy định nhằm ngăn ngừa ô nhiễm không khí khí thải Những quy định gọi quy định khí thải Phương pháp đo trị số tiêu chuẩn có thay đổi tuỳ theo nước Sự khác chế độ đo giới thiệu cách đại thể sau Đ Hoa kỳ (Chế độ đo LA#4) Chế độ mô vận hành tổng hợp vùng ngoại ô Los Angeles Chế độ gần giống với điều kiện vận hành xe thực tế Đ EU (Chế độ EU mới) Chế độ đo bổ sung chế độ vận hành đường cao tốc, NOx quy định nghiêm ngặt Đ Nhật Bản (chế độ 10.15) Mô chế độ vận hành xe thành phố có đèn tín hiệu giao thông (1/2) Đo nồng độ tổng trọng lượng Có hai phương pháp đo khí thải à Đo nồng độ Đo hàm lượng phần trăm CO/HC/NOx có khí thải à Đo tổng trọng lượng Để đo tổng trọng lượng, mô chế độ vận hành thực minh hoạ, đo lượng CO/HC/NOx thải thử nghiệm Trong năm gần đây, phương pháp đo tổng lượng trở thành phương pháp chủ yếu Lượng khí độc hại xe thải có ý nghĩa quan trọng phần trăm khí độc hại (2/2) -4- Hệ thống kiểm soát khí xả Mô tả Phải có trình độ công nghệ cao bảo đảm tổng lượng thành phần (CO/HC/NOx) khí thải đáp ứng quy định khí thải Đối với xe ôtô thực sự, phải giảm chất mà phải đáp ứng tiêu chuẩn khác độ bền, độ tin cậy, an toàn tiêu hao nhiên liệu Các biện pháp làm khí thải liệt kê bảng bên trái đây, thiết bị thay đổi tuỳ theo nước, quy định khí thải thay đổi theo vùng (1/1) Cải thiện động Động đà cải tiến nhiều để đặc tính động công suất tiêu hao nhiên liệu không bị xấu qua thời gian sử dụng, hạn chế đến mức tối thiểu sản sinh khí độc hại Các biện pháp áp dụng cho tất kiểu động cơ, nhiên, hầu hết biện pháp thích hợp cho động đà sử dụng Cấu tạo buồng đốt cải thiện hệ thống nạp khí (1) Sử dụng vùng rối Vùng rối buồng đốt tạo dòng rối mạnh mẽ, cuối kỳ nén đến đầu kỳ nổ Dòng rối làm tăng tốc độ cháy, giúp hỗn hợp không khí-nhiên liệu cháy hoàn toàn, giảm lượng CO HC (2) Tạo xoáy lốc Cửa nạp làm cong, tạo dòng xoáy thích hợp cho hỗn hợp không khí-nhiên liệu hút vào kỳ nạp, mép buồng đốt Dòng xoáy tiếp tục từ kỳ nén kỳ nổ, tạo hiệu tương tự vùng rối Sử dụng EFI, ESA DIS Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp không khí-nhiên liệu giảm khí xả nhờ có sử dụng EFI (điều khiển phun nhiên liệu điện tử) để tạo hỗn hợp không khí-nhiên liệu thích hợp, sử dụng ESA (Đánh lửa sớm điện tử), DIS (hệ thống đánh lửa trực tiếp) để điều khiển định thời đánh lửa xác theo điều kiện vận hành (1/1) -5- Bộ lọc khí xả Khái quát Bộ lọc khí xả làm cho chất độc hại (CO, HC, NOx) phản ứng hoá học với chất vô hại (H2O, CO2, N2) luồng khí xả qua Nói chung, platin, palađi, iriđi, rôđi sử dụng làm chất xúc tác ôtô (1) Các loại lọc khí xả à Chất xúc tác ôxy hoá: oxy hoá HC CO tạo thành H2O CO2 không độc hại à Chất xúc tác khử ôxy: tách ôxy khỏi NOx tạo thành N2 vô hại à Chất xúc tác oxy hoá/khử ôxy: thực hai chức (Bộ xúc tác ôxy hoá/khử ôxy dùng cho ôtô gọi Bộ lọc khí xả thành phần (TWC) có ba chất độc hại CO, HC NOx chuyển hoá đồng thời thành chất không độc hại Ngày nay, chất xúc tác ôxy hoá/khử ôxy sử dụng cho hầu hết ôtô (1/3) (2) Hoạt động chất xúc tác phụ thuộc nhiệt độ Đối với chất xúc tác, mức độ làm thay đổi theo nhiệt độ Như biểu đồ cho thấy, tỷ lệ làm gần đạt đến 100% khí xả làm có hiệu nhiệt độ chất xúc tác nâng cao 400oC CHú ý: Xe trang bị lọc khí xả sử dụng xăng không chì, dùng xăng pha chì chì dính lên bề mặt lọc khí xả cảm biến ôxy, làm giảm t¸c dơng cđa nã (1/3) -6- (3) HƯ thèng läc khí xả thành phần (TWC) TWC hệ thống ôxy hoá CO HC khí xả đồng thời khử ôxy NOx để biến chúng thành CO2, H2O N2 Gần đây, kiểu liền khối sử dụng minh hoạ Alumin chất xúc tác phủ lên ghi có nhiều lỗ Các chất độc hại qua lỗ làm Có hai kiểu khối, kiểu gốm kiểu kim loại Thanh ghi mỏng, khả làm cao (2/3) TWC hoạt động có hiệu với tỷ lệ hỗn hợp không khí-nhiên liệu gần lí thuyết Vì vậy, cần có hệ thống thông tin phản hồi tỷ lệ hỗn hợp không khí-nhiên liệu để giữ cho tỷ lệ gần với tỷ lệ lí thuyết Hệ thống thông tin phản hồi hỗn hợp không khí-nhiên liệu theo dõi lượng ôxy khí xả cách sử dụng cảm biến ôxy gắn đường ống xả Khi đó, lượng nhiên liệu ECU động điều chỉnh để kiểm soát tỷ lệ hỗn hợp không khí-nhiên liệu, giúp cho TWC làm việc cã hiƯu qu¶ (3/3) -7- HƯ thèng gi¶m chÊn (DP) Sự cần thiết Khi bướm ga đóng vào thời điểm động chạy với tốc độ cao tạo áp suất chân không mạnh đường ống nạp Một phần nhiên liệu bị dính vào thành đường ống bay hơi, làm cho hỗn hợp không khí-nhiên liệu trở nên giàu Đồng thời, lượng không khí nạp giảm, cháy không hoàn toàn tượng bỏ máy xuất hiện, lượng lớn khí chưa cháy thải qua khí xả Để ngăn ngừa tượng cháy không hoàn toàn bỏ máy, cần sử dụng giảm chấn ®Ĩ tr¸nh ®ãng b­ím ga mét c¸ch ®ét ngét Hoạt động Trong động giảm tốc độ, nèi cđa b­ím ga tiÕp xóc víi bé gi¶m chÊn Vì thế, bướm ga đóng từ từ, theo mức độ không khí lọt qua giảm chấn Khi bướm ga mở, giảm chấn lại trở vị trí ban đầu (1/1) Hệ thống cắt nhiên liệu giảm tốc độ Sự cần thiết Hệ thống có tác dụng ngừng phun nhiên liệu giảm tốc độ, giảm lượng CO HC Nó ngăn ngừa tượng cháy ống xả, giảm lượng tiêu hao nhiên liệu thời gian giảm tốc Hoạt động ECU động ngừng phun nhiên liệu tuỳ theo tốc độ động gãc më cđa b­ím ga (1/1) -8- HƯ thèng tn hoàn khí xả (EGR) Sự cần thiết Hệ thống EGR đưa phần khí xả vào tái tuần hoàn hệ thống nạp khí Khi khí xả trộn lẫn với hỗn hợp không khí-nhiên liệu lan truyền lửa buồng đốt bị chậm lại, phần lớn khí xả trơ (không cháy được) Nhiệt độ cháy giảm xuống để giảm lượng NOx sinh ra, khí trơ hấp thụ nhiệt toả Hoạt động à Khi áp suất chân không tác động lên van EGR, van mở khí xả tái tuần hoàn à áp suất chân không tác động lên van EGR lại điều khiển theo nhiệt độ chất làm mát động góc mở bướm ga à Khi động nguội Khi động nguội, BVSV mở phía khí nên khí xả không tái tuần hoàn được, áp suất chân không tác động lên van EGR -9- à Khi chạy không tải áp suất chân không không tác động đến cửa EGR, khí xả không tuần hoàn à Bướm ga nằm cửa EGR EGR R áp suất chân không cửa EGR tác động đến van EGR, làm cho van mở áp suất chân không điều khiển điều biến cho tái tuần hoàn khí xả với tỷ lệ không đổi -10- à Bướm ga mở cửa EGR R áp suất chân không cửa EGR tác động đến van EGR, làm cho van mở Vì áp suất chân không cửa R tác động đến điều biến, nên áp suất chân không tác động đến van EGR trở nên lớn khoảng mở EGR lớn à Bướm ga mở hoàn toàn Khí xả không tái tuần hoàn áp suất chân không tác động lên van EGR nhỏ áp suất cần thiết để mở van (1/2) -11- Tác dụng EGR bên Hệ thống VVT-i (Van nạp biến thiên thông minh) Một phần khí xả hút vào kỳ nạp, nhờ có thời gian trùng lặp xupáp nạp xupáp xả Hệ thống VVT-i kiểm soát thời điểm đóng mở xupáp ®Ĩ chđ ®éng ®iỊu chØnh EGR HƯ thèng VVT-i nhanh chóng mở xupáp nạp để phần khí xả quay lại phía nạp, vào cuối kỳ xả EGR thực cách hút lượng khí xả hồi lại vào xy-lanh với hỗn hợp không khí-nhiên liệu, kú n¹p HƯ thèng VVT-i sư dơng ECU cđa động để thay đổi thời điểm mở xupáp HÃy tham khảo phần hệ thống điều khiển động để biết thêm chi tiết (2/2) Hệ thống thông gió cưỡng bøc cho hép trơc khủu (PCV) Sù cÇn thiÕt Khí lọt bao gồm lượng lớn khí chưa cháy, lọt qua khe hở xéc măng thành xy lanh vào hộp trục khuỷu (PCV) Hệ thống PCV buộc lượng khí lọt quay hệ thống khí nạp đốt cháy áp suất chân không đường ống nạp sử dụng để hút khí lọt vào Bởi vậy, van PCV lắp đường ống nạp nắp đậy nắp quy lát Nhìn chung, lượng khí lọt tăng lên động mang tải nặng (độ chân không đường ống nhỏ) Ngược lại, lượng khí lọt giảm xuống động mang tải nhẹ (độ chân không đường ống lớn) Hoạt động Khe hở van hẹp lại lượng khí lọt ít, độ chân không đường ống nạp lớn -12- (1) Khi dừng động Van đóng lại lực lò-xo (2) Khi chạy không tải giảm tốc: Van kéo tiếp nhờ áp lực chân không Khe hở van hẹp lại lượng khí lọt hút theo -13- (3) Vận hành bình thường Khe van mở rộng so với chạy không tải giảm tốc, áp lực chân không bình thường (4) Khi tăng tốc mang tải nặng Van mở rộng, áp lực chân không thấp, để mở rộng hết cỡ khe van Một phần khí hút từ nắp đậy nắp quy lát vào phía trước bướm ga (phÝa bé läc khÝ) l­ỵng khÝ lät thùc tế lớn lượng khí qua van PCV (1/1) -14- Hệ thống kiểm soát nhiên liệu (EVAP) Sự cần thiết Hệ thống kiểm soát thải nhiên liệu (EVAP) tạm thời hấp thụ nhiên liệu vào lọc than hoạt tính dẫn vào động để đốt cháy, nhờ mà ngăn không cho nhiên liệu bay từ thùng nhiên liệu lọt khí Hoạt động Hơi nhiên liệu bốc lên từ bình nhiên liệu, qua van chiều (1) vào lọc than hoạt tính Than hấp thụ nhiên liệu Lượng hấp thụ hút từ cửa lọc cổ họng gió vào xy lanh để đốt cháy động chạy Trong số kiểu động cơ, ECU điều khiển dòng khí cách điều chØnh ®é më cđa VSV (cho EVAP) Van mét chiỊu (2) van chân không nắp bình nhiên liệu mở để hút không khí từ bên vào bình nhiên liệu thùng có áp suất chân không (do nhiệt độ bên thấp ) THAM KHảO Hệ thống kiểm soát thải nhiên liệu (EVAP) dùng cho kiểu động Bắc Mỹ Các kiểu động Bắc Mỹ có đặc tính chống thoát nhiên liệu nạp thêm nhiên liệu vào thùng, cách tạm thời hấp thụ lượng vào lọc than hoạt tính Ngoài có chức chẩn đoán -15- Hoạt động à Khi mở nắp bình nhiên liệu không khí hút vào buồng phía van ORVR à Khi nạp thêm nhiên liệu Van ORVR mở, nhiên liệu vào lọc than hoạt tính áp suất bình nhiên liệu tăng lên nạp nhiên liệu vào (1/1) -16- Kiểm tra điều chỉnh CO/HC Kiểm tra điều chỉnh CO/HC Sự cần thiết à Xác định tình trạng động Bằng cách đo CO/HC, xác định tình trạng động cơ, mức độ hiệu hỗn hợp không khí-nhiên liệu, hoạt động hệ thống kiểm soát khí xả Có thể xác định động hệ thống kiểm soát khí thải làm việc bình thường CO HC nằm giới hạn tiêu chuẩn, động chạy êm Khi động chạy không êm mức HC cao nguyên nhân động bỏ máy Nguyên nhân làm động bỏ máy tỷ lệ hỗn hợp không khí-nhiên liệu không thích hợp, nén kém, hệ thống đánh lửa trục trặc, hệ thống kiểm soát khí xả trục trặc à Để đáp ứng quy định Trường hợp có TWC/cảm biến ôxy à Không cần thiết phải ®iỊu chØnh møc CO v× hƯ thèng ®iỊu khiĨn cđa động đà điều chỉnh tăng giảm lượng nhiên liệu phun từ vòi phun để làm cho tỷ lệ hỗn hợp không khí-nhiên liệu gần giống với tỷ lƯ lÝ thut, b»ng c¸ch sư dơng tÝn hiƯu cđa cảm biến ôxy à Phần lớn CO HC đà làm TWC, động bỏ máy à Khi phát có CO HC nguyên nhân là: TWC chưa sấy đủ nóng, hỗn hợp không khí-nhiên liệu giàu, tỷ lệ động bỏ máy cao Trường hợp TWC/cảm biến ôxy à Cần thiết phải điều chỉnh mức CO giới hạn tiêu chuẩn để đáp ứng quy định sử dụng động điều kiện tốt à Hỗn hợp không khí-nhiên liệu giàu hàm lượng CO/HC cao động chạy êm Cần phải điều chỉnh lượng CO để giữ cho khí thải, cho dù động làm việc tốt hàm lượng CO cao mức tiêu chuẩn à Khi nồng độ CO thấp, hàm lượng HC cao động không chạy êm, gây bỏ máy (1/1) -17- ... khí độc hại (2/2) -4- Hệ thống kiểm soát khí xả Mô tả Phải có trình độ công nghệ cao b? ?o đảm tổng lượng thành phần (CO/HC/NOx) khí thải đáp ứng quy định khí thải Đối với xe ? ?tô thực sự, phải giảm... vô hại (H 2O, CO2, N2) luồng khí xả qua Nói chung, platin, palađi, iriđi, rôđi sử dụng làm chất xúc tác ? ?tô (1) Các loại lọc khí xả à Chất xúc tác ôxy hoá: oxy hoá HC CO t? ?o thành H 2O CO2 không... b­ím ga (1/1) -8- HƯ thèng tuần hoàn khí xả (EGR) Sự cần thiết Hệ thống EGR đưa phần khí xả v? ?o tái tuần hoàn hệ thống nạp khí Khi khí xả trộn lẫn với hỗn hợp không khí- nhiên liệu lan truyền lửa