HỆ THỐNG TUẦN HOÀN KHÍ THẢI EGR SPKT

Nội dung1. Khái quát sơ lược về hệ thống tuần hoàn khí thải EGR 12. Mục đích của hệ thống tuần hoàn khí thải EGR 13. Cấu tạo van EGR 24. Nguyên lý hoạt động 35. Hệ thống EGR truyền thống 66. Hệ thống điện tử EGR Controlled 77. Bộ phận làm mát EGR 98. EGR trên động cơ8.1 EGR trên động cơ xăng 108.2 EGR trên động cơ diesel 119. Phân loại van EGR cơ bản9.1 Vaccum modulated 119.2 Back Pressure modulated 1210. Hệ thống EGR dùng cho động cơ chế hòa khí 1411. Một số EGR của các hãng 1512. Bộ lọc

MỤC LỤC

Nhiệm vụ đề tài môn học i

Phiếu nhận xét của giảng viên hướng dẫ ii

Danh mục các từ viết tắt v

Danh mục các hình ảnh vi

Nội dung

1 Khái quát sơ lược về hệ thống tuần hoàn khí thải EGR 1

2 Mục đích của hệ thống tuần hoàn khí thải EGR 1

4 Nguyên lý hoạt động 3

5 Hệ thống EGR truyền thống 6

6 Hệ thống điện tử EGR Controlled 7

7 Bộ phận làm mát EGR 9

8 EGR trên động cơ

8.1 EGR trên động cơ xăng 10

8.2 EGR trên động cơ diesel 11

9 Phân loại van EGR cơ bản

9.1 Vaccum modulated 11

9.2 Back Pressure modulated 12

10 Hệ thống EGR dùng cho động cơ chế hòa khí 14

11 Một số EGR của các hãng 15

Danh mục tài liệu tham khảo 17

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 3.1 Cấu tạo van EGR

Hình 3.2 Cấu tạo van EGR

Hình 3.3 Van điện tử điều khiển lượng khí thải trên xe hiện đại

Hình 4.1 Nguyên lý hoạt động cơ bản của EGR

Hình 5.1 EGR truyền thống

Hình 5.2 Hình EGR truyền thống

Hình 6.1 Hệ thống đánh lửa EGR Bosch

Hình 6.2 Hệ thống Honda này sử dụng EGR điều khiển điện

Hình 6.3 Đây là một sơ đồ chung của một hệ thống động cơ diesel EGR điển hình Hình 7.1 Hệ thống làm mát EGR

Hình 7.2 Sơ đồ hệ thống làm mát EGR

Hình 7.3 Sơ đồ hệ thống làm mát EGR

Hình 7.4 Cảm biến so sánh áp suất khí nạp & thải

Hình 9.1a Cấu tạo Vaccum modulated

Hình 9.1b Bộ điểu biến chân không

Hình 9.2a Cấu tạo Back Pressure modulated

Hình 9.2b hoạt động của van theo nhiệt độ

Hình 10.1 Sơ đồ hệ thống EGR dùng cho bộ chế hòa khí Động cơ lạnh

Hình 10.2 Sơ đồ hệ thống EGR dùng cho bộ chế hòa khí Động cơ ấm

Hình 11.1 Vị trí van EGR trên xe Ford

Hình 11.2 Vị trí van EGR trên xe Ford

Hình 11.3 Các van Honda điều khiển điện tử được sử dụng trên Honda Insight Hình 12 Cấu tạo bộ lọc EGR

NỘI DUNG

1 KHÁI QUÁT SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG TUẦN HOÀN KHÍ THẢI EGR

Trong động cơ đốt trong , tuần hoàn khí thải là một kỹ thuật dùng để giảm nồng

độ Nitro Oxi trong động cơ xăng hoặc diesel

Giảm nồng độ khí độc NOx trong khí thải là nhiệm vụ cơ bản của bất cứ nhà sản xuất ôtô nào Khi bộ trung hòa khí thải bằng xúc tác chưa khai sinh, các kỹ sư

thường sử dụng một kỹ thuật tuần hoàn khí thải có tên gọi EGR(Exhaust Gas

Recirculation)

Ngày nay, EGR không còn phổ biến như bộ trung hòa khí thải bằng xúc tác, nhưng trên các mẫu xe diesel hay xe đời cũ, nó vẫn là công nghệ có tác dụng tốt

2 MỤC ĐÍCH CỦA HỆ THỐNG TUẦN HOÀN KHÍ THẢI EGR

Hệ thống EGR được phát minh để kiểm soát mức độ ô nhiễm môi trường của xe hơi vào đầu những năm 1970, sớm hơn khoảng 2 năm so với hệ thống trung hòa khí thải bằng xúc tác Mục tiêu của EGR là giảm nồng độ NOx bằng cách tuần hoàn khí thải trở lại hệ thống nạp động cơ trong điều kiện có tải

Khí NOx sinh ra nhiều ở biên độ hẹp của đồ thị hoạt động xy lanh ở nhiệt độ và

áp suất cao EGR ra đời nhằm đưa một lượng khí thải nhất định ( 5-15% ) trở lại hòa khí vào vào buồng đốt làm loãng nồng độ Oxi và cung cấp khí trơ để làm giảm nhiệt độ đánh lửa cần thiết trong xi lanh

 Khi nhiệt độ của quá trình cháy của động cơ lên đến 2500 oF thì khí Nitơ trong không khí sẽ kết hợp với Oxi để tạo nên những Oxyde Nitơ (NOX) khác nhau như NO, NO2, N2O, N2O5… Vì vậy, cách tốt nhất để giảm lượng NOX là làm giảm nhiệt độ trong động cơ

 Để làm giảm nhiệt độ buồng đốt xuống, ta có thể thực hiện bằng cách dùng

một hệ thống để đưa một luồng khí thải nhất định trở lại buồng đốt, hệ thống này được gọi là hệ thống tuần hoàn khí thải (EGR) Lượng khí thải này có các chức năng sau:

• Khí thải có nhiệt dung riêng lớn hơn không khí cho nên nó sẽ làm giảm nhiệt độ buồng đốt nếu lượng nhiệt vẫn cao như cũ

• Làm cho hỗn hợp có hàm lượng O2 thấp vì lượng O2 có trong khí thải rất ít

• Làm bẩn hỗn hợp, vì vậy tốc độ cháy sẽ giảm

 Tuy cơ sẽ hoạt động không ổn định, làm ảnh hưởng đếnhiên, lượng khí thải này phải được kiểm soát, điều chỉnh sao cho phù hợp Vì nếu đưa vào buồng đốt

 Do ảnh hưởng của lý do trên, nên lượng khí xả được khống chế bởi van EGR,

đồng thời lượng khí xả được đưa vào động cơ phụ thuộc vào hai thông số cơ bản:

• Tốc độ động cơ

• Tải động cơ

Tác dụng của lượng khí thải này là làm giảm nhiệt độ cháy đoạn nhiệt hay làm

giảm nồng độ oxy trong động cơ diesel Ngoài ra, khí thải tuần hoàn còn làm tăng

nhiệt dung riêng của hòa khí nên nhiệt độ cháy giảm xuống Mục tiêu của việc hạ

những thông số trên là để làm ngăn cản quá trình sinh NOx, giảm nồng độ chất này

trong khí thải

Trên thực tế, nhiệt độ càng cao, lượng NOx sinh ra càng nhiều (nitơ có trong

không khí) Ngoài nhiệt độ, còn có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng tới khả năng hình

thành NOx như áp suất buồng đốt, thời gian đánh lửa, hỗn hợp nhiên liệu, nhiệt độ

khí nạp hay nhiệt độ chất làm lạnh Chẳng hạn như việc giảm tỷ số nén và đánh lửa

chậm ở những động cơ tính năng cao sẽ làm giảm lượng NOx sinh ra, tuy nhiên,

điều này sẽ làm giảm công suất cực đại và tính năng của xe Chính điều này đã thôi

thúc các kỹ sư thiết kế nên EGR vào những năm 1970

EGR ban đầu được thử nghiệm như một phương pháp giảm nồng độ NOx với

điều kiện dễ ứng dụng, rẻ tiền và chỉ một vài hệ được lắp trên các mẫu xe đương

thời Thế nhưng sau đó, gần như tất cả ôtô đều trang bị hệ thống này

3 CẤU TẠO VAN EGR

Hình 3.1 Cấu tạo van EGR Hình 3.2 Cấu tạo van EGR

Hình 3.3 Van điện tử điều khiển lượng khí thải trên xe hiện đại

4 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Những hệ EGR sử dụng đường ống nối giữa bộ góp xả với bộ góp nạp được gọi là tuần hoàn khí thải ngoài Một van điều khiển sẽ đảm nhiệm việc điều chỉnh số lần mở và kiểm soát dòng khí

Hình 4.1 Nguyên lý hoạt động cơ bản của EGR

EGR bên ngoài được thực hiện bằng phương tiện của một đường ống nối xả để

các ống dẫn khí, có van kiểm soát lẫn trong dòng này để điều chỉnh dòng chảy EGR

Đối với khí thải chảy trong đường ống này, áp lực trong ống xả phải cao hơn áp lực trong việc tiêu thụ

các mức độ khác nhau ở tất cả các tải trọng, và là mức cao nhất trong điều kiện

phần-ga Tuy nhiên, trong các động cơ ga-ít hơn như động cơ diesel và một số công cụ đánh lửa phun tia lửa trực tiếp, chênh lệch áp suất này phụ thuộc rất nhiều vào backpressure xả Trong động cơ tăng áp, áp lực xả ở phía trước của tuabin luôn cao hơn áp suất đường ống nạp.Trong động cơ đánh lửa thông thường can thiệp

EGR nội bộ xảy ra khi điều khiển van được sắp xếp để có một số trở lại dòng

chảy vào buồng đốt từ ống xả, hoặc tất cả các loại khí thải không được đẩy ra khỏi buồng đốt trên đột quỵ xả Động cơ như vậy thường có điều khiển van biến để EGR nội bộ xảy ra chỉ khi quyết định bởi ECU; khi EGR nội bộ là cần thiết, điều này đạt được bằng cách tăng van chồng chéo lên nhau

EGR nội bộ dường như là một cách tiếp cận tốt hơn (ít nhất là trên các công

cụ với điều khiển van biến) vì nó tránh được sự cần cho đường ống và van ngoài, giảm chi phí và cải thiện bao bì Tuy nhiên, bên ngoài EGR có một lợi thế đáng kể - khí thải tái chế có thể được làm lạnh trước khi được đưa trở lại vào ống hút Điều này

được gọi là làm mát EGR

Trong các hệ thống làm mát bằng EGR, lượng EGR dòng chảy đó thực sự xảy ra không chỉ phụ thuộc vào sự khác biệt áp suất giữa khí thải và lượng, mà còn về sự sụt giảm áp lực qua mát EGR Số tiền thực tế của EGR xảy ra có thể được gián tiếp

đo bằng đồng hồ đo dòng khí nạp - thêm về điều này trong một thời điểm

được, vì không có áp suất chân không tác động lên van của EGR

C

Hình 5.1 EGR truyền thống

Trong hệ thống Nissan mô tả, số lượng EGR phụ thuộc vào hai yếu tố - tải động

cơ (đăng ký như chân không ống nạp)

và nhiệt độ nước làm mát (giám sát bởi một van chân không nhiệt) Các cao chân không đa dạng (tức là thấp hơn tải trọng), lớn hơn EGR EGR chỉ được kích hoạt đầy đủ ở nhiệt độ nước làm mát trên 63 độ C, một phần được kích hoạt ở 40-63 độ C, và đã không hoạt động ở nhiệt độ dưới 40 độ C

Hình 5.2 Hình EGR truyền thống

Van điều khiển dòng chảy Leyland EGR này bao gồm một cơ hoành và một van Cơ hoành đã bị chân không đa dạng và do đó nâng van giảm với tải

Tuy nhiên, nhiều van EGR sử dụng hoạt động phức tạp hơn mà điều này -

ví dụ, theo dõi backpressure thải cũng như áp suất ống nạp, do đó ngăn ngừa EGR trên nhàn rỗi và over-run tại

Ngay cả trong giai đoạn này, một số xe sử dụng thêm kiểm soát điện từ của tín hiệu chân không để van EGR, solenoid được kiểm soát bởi một đơn vị điện chuyên dụng

6 HỆ THỐNG ĐIỆN TỬ EGR CONTROLLED

Cho rằng tối ưu mở van EGR thay đổi theo tải trọng, nhiệt độ nước làm mát, chênh lệch áp suất giữa khí thải và ống nạp (và các yếu tố khác), điều khiển điện tử hoạt động của van EGR có lợi thế rõ ràng Tất cả các hệ thống EGR bên ngoài được trang

bị cho xe động cơ diesel và đánh lửa hiện tại sử dụng van dòng điều khiển điện tử

Hình 6.1 Hệ thống đánh lửa EGR Bosch này sử dụng một van EGR chân không kiểm soát được điều khiển bằng điện tử ECU

Hình 6.2 Hệ thống Honda này sử dụng một van EGR điều khiển điện tử mà kết hợp một cảm biến thông tin phản hồi để xác định việc mở van thực tế đang diễn

ra

Hình 6.3 Đây là một sơ đồ chung của một hệ thống động cơ diesel EGR điển hình Những điểm quan trọng cần lưu ý

là sự hiện diện của đồng hồ không khí Bằng cách so sánh các yêu cầu mô hình hóa luồng không khí của động cơ (dựa trên rpm, áp suất ống nạp, nhiệt độ không khí nạp và hiệu suất thể tích) với

số tiền thực tế của không khí được hít thở, lượng EGR đó là xảy ra có thể được tính toán và điều chỉnh khi cần thiết

7 BỘ PHẬN LÀM MÁT EGR

Khí thải tuần hoàn trước khi trộn với khí nạp được làm mát bởi nếu không,

nó làm tăng nhiệt độ khí nạp, ảnh hưởng tới công suất động cơ

Hình 7.1 Hệ thống làm mát EGR Thời kỳ đầu, EGR rất đơn giản vì sử dụng bộ góp chân không để điều khiển van nên hiệu quả không cao Với công nghệ điện tử ngày nay, van được điều khiển bằng máy tính nên EGR bắt đầu có những cải tiến đáng kể Một trong số đó là khả năng nâng cao hiệu suất động cơ mà không ảnh hưởng tới tính năng vận hành

Hình 7.2, 7.3 Sơ đồ hệ thống làm mát EGR

Hình 7.4 Cảm biến so sánh áp suất khí nạp & thải

8 EGR TRÊN ĐỘNG CƠ

8.1 EGR TRÊN ĐỘNG CƠ XĂNG

Trên các mẫu xe ôtô, khoảng 5-15% khí thải được đưa trở về buồng đốt

thông qua EGR Mức 15% là giới hạn để động cơ làm việc bình thường vì nếu nhiều khí thải, động cơ sẽ khó khởi động và làm việc không trơn tru

Mặc dù EGR làm chậm quá trình cháy nhưng điều này có thể được khắc phục

bằng cách điều chỉnh thời gian đánh lửa

 Ở tốc độ không tải van EGR không làm việc

 Khi cánh bướm ga mở lớn và số vòng quay cai van EGR đóng

 Nhiệt độ động cơ < 70 độ C van EGR đóng

 Cánh bướm ga mở > 45 độ van EGR đóng

 EGR không thích hợp làm việc ở tải nặng do nó sẽ làm giảm công suất cực đại của động cơ

8.2 EGR TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL

Các động cơ diesel hiện đại, khí EGR được làm mát bằng thiết bị trao đổi nhiệt để tăng lượng khí tuần hoàn Không giống động cơ xăng, trên các mẫu diesel các kỹ sư không giới hạn tỷ lệ khí tuần hoàn Chẳng hạn có những động cơ dùng tới 50% khí thải để đưa về bộ phận nạp Tác dụng chủ yếu của khí thải tuần hoàn ở động cơ diesel là tăng nhiệt dung riêng của hỗn hợp, qua đó giảm nhiệt độ cháy và giúp nâng cao hiệu quả và giảm tiêu hao nhiên liệu

9 PHÂN LOẠI VAN EGR CƠ BẢN

9.1 Vaccum modulated

Khi động cơ hoạt động tùy thuộc độ giảm áp hình thành trong đường ống nạp của động cơ mà có một giá trị áp thấp nhất định , điều khiển van EGR qui định lượng khí thải đi vào động cơ

Hình 9.1a Cấu tạo Vaccum modulated

Đường dẫn ấp thấp được bố trí tại van tiết lưu khi nó đóng hay ở vị trí cầm chừn

Khi động cơ hoạt động ở chế độ cầm chừng thì van EGR không làm việc do đường dẫn áp thấp bị đóng lại

Khi động cơ hoạt động ở chế độ khác, tùy thuộc vào độ giảm áp hình thành trong đường ống nạp của động cơ mà có một giá trị áp thấp nhất định, điều khiển van EGR quy định lượng khỉ thải đi vào động cơ

Ngoài ra trên đường dẫn áp thấp còn bố trí một van một chiều (Van CTO:

«Coolant temperative override» Van này chỉ cho tín hiệu chân không di chuyển qua khi nhiệt độ động cơ đạt được mức quy định

Hình 9.1b Bộ điểu biến chân không

9.2 Back Pressure modulated

Về nguyên tắc hoạt động của van này cũng tương tự như loại van Vacuum modulated nhưng loại này màng van được bố trí làm hai màng như hình trên, gồm có:

Màng Power

Màng Control

 Màng Power là một lò xo tải có tác dụng làm chốt đóng kín trên bệ van khi động cơ ngừng hoạt động hay khi áp thấp trong đường ống nạp không cung cấp cho màng Power

*Hoạt động của van :

 Khí thải của động cơ sẽ đi vào phần rỗng của chốt van và đi vào phần rỗng của chốt van và đi vào phần rỗng của màng Control làm toàn bộ bệ van đi lên đóng lỗ

trung tâm của màng Power Lúc này, áp thấp từ động cơ sẽ hút toàn bộ màng Power

và màng Control chốt van đi lên sẽ cho khí thải đi vào đường ống nạp của động cơ Như vậy , loại van này hoạt động nhạy hơn loại van Vaccum Modulated , đồng thời

ở những chế độ hoạt động khác , hệ thống hoạt động khi có một áp suất khí cháy

nhất định

Hình 9.2a Cấu tạo Back Pressure modulated

Hình 9.2b hoạt động của van theo nhiệt độ Van chân không điều khiển bằng nhiệt : (TVSV) TVSV là một thiết bị đóng mở dòng chân không từ mạch này sang mạch khác phụ thuộc vào nhiệt độ nước làm mát Nguyên lý hoạt động của van như sau: Khi nhiệt độ nước làm mát thấp , sáp nhiệt co lại , cho phép lò xo đẩy piston

K còn không khí được cấp vào cửa J.Tương tự , chân không cũng được cấp vào cửa

N cùng thời gian đó , trong khi không khí được cấp vào 2 cửa còn lại là M và L

Khi nhiệt độ tăng sáp nhiệt giãn nở , đẩy piston đi lên Nó cho phép chân không được cấp vào các cửa L và N (xem hình 2)

Khi nhiệt độ tăng nữa , piston bị đẩy lên cao hơn chân không ngừng cấp vào cửa N và thay vào đó cấp cho cửa L và M (xem hình 3)

10 HỆ THỐNG EGR DÙNG CHO ĐỘNG CƠ CHẾ HÒA KHÍ (VD: F)

4A-Động cơ lạnh (nhiệt độ nuớc làm mát dưới 500C):

Khi máy lạnh , cửa J và M của TVSV được nối với nhau nên khí có thể đi từ J đến M qua TVSV Do đó áp suất khí quyển được dẫn vào từ của J của TVSV qua cửa M và van một chiều đến phần trên van EGR , giữ cho van một chiều vẫn

mở

Hình 10.1 Sơ đồ hệ thống EGR dùng cho bộ chế hòa khí Động cơ lạnh

Động cơ ấm :

Bướm ga đóng hoàn toàn chạy không tải :

Do động cơ ấm (nhiệt độ nước làm mát trên 56oC ) , các cửa K và M của TVSV thông với nhau và độ chân không ống góp nạp tác dụng lên van một chiều làm van một chiều đóng Tại thời điểm này , do cửa B và cửa EGR nằm trên cánh bướm ga nên chân không của ống góp nạp không đi qua được EGR và cửa “R” của EGR vì vậy van vẫn đóng và khí xả không được tuần hoàn lại

Hình 10.2 Sơ đồ hệ thống EGR dùng cho bộ chế hòa khí Động cơ ấm

11 MỘT SỐ EGR CỦA CÁC HÃNG

Hình 11.1,11.2 Vị trí van EGR trên xe Ford

Hình 11.3 Các van Honda điều khiển điện tử được sử dụng trên Honda Insight

Hình 11.4Vị trí van EGR trên xe Toyota

12 BỘ LỌC

Hình 12 Cấu tạo bộ lọc EGR

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng việt

[1] PGS.TS Đỗ Văn Dũng (2013), “Điện động cơ & điều khiển động cơ”, nhà

xuất bản ĐHQG, TPHCM, Việt Nam