Nguyên lý hệ thống tuần hoàn khí thải (EGR) hoạt động như thế nào?

Mô tả hoạt động của hệ thống tuần hoàn khí thải

Chức năng tuần hoàn khí thải (EGR) giúp giảm oxit của khí thải nitơ hình thành trong quá trình đốt cháy. Không khí bao gồm khoảng 79% nitơ, 20% oxy và 1% các khí khác. Nitơ không phải là một phần của quá trình đốt cháy. Quá trình đốt cháy sử dụng nhiên liệu được biểu thị dưới dạng HC (hydrocarbon) và oxy, và khi đánh lửa sẽ tạo ra nhiệt để đẩy piston xuống hoặc quay rôto trong động cơ Wankel. Sản phẩm phụ của quá trình cháy hoàn hảo sẽ là hơi nước và carbon dioxide. Nitơ chỉ đơn giản là đi qua động cơ và thoát ra dưới dạng nitơ. Áp suất và nhiệt độ đốt cháy rất cao khiến một số nguyên tử nitơ kết hợp với oxy tạo thành NO2, nhưng có thể có những sự kết hợp khác; sản phẩm phụ này được gọi là NOx khi mô tả quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch. NOx là tác nhân chính tạo ra khói mù màu nâu đỏ trên các khu vực đô thị lớn, nhưng dù xuất hiện ở đâu nó cũng góp phần tạo ra mưa axit (HÌNH 9-1). Vì lý do này, Cơ quan Bảo vệ Môi trường (EPA) bắt đầu yêu cầu giảm NOx từ động cơ đốt trong của ô tô và các nguồn khác đốt một lượng lớn nhiên liệu hóa thạch, bao gồm các nhà máy thép và nhà máy phát điện, bắt đầu từ đầu những năm 1970.

Khó khăn trong việc kiểm soát NOx là cùng lúc các kỹ sư nhiên liệu và hệ thống đánh lửa đang cố gắng giảm HC và CO bằng cách giữ tỷ lệ không khí-nhiên liệu gần 14,7:1 (tỷ lệ cân bằng hóa học), mức NOx đã tăng lên (HÌNH 9-2 ). Nguyên nhân là do khi tỷ lệ không khí-nhiên liệu trở nên loãng hơn và lượng khí thải HC, CO giảm, nhiệt độ đốt cháy tăng lên do có ít nhiên liệu để hấp thụ nhiệt khi đi vào buồng đốt trong kỳ nạp. Hỗn hợp loãng hơn cũng cháy nhanh hơn và ở nhiệt độ cao hơn. NOx càng tăng thì hỗn hợp càng loãng cho đến khi nó trở nên quá loãng để hỗ trợ quá trình đốt cháy và xảy ra hiện tượng cháy sai. Phần này tập trung vào các hệ thống được sử dụng như một phần của hệ thốngOBD II trên các xe từ model năm (MY) 1996 trở về sau.

Mô tả

NOx trên động cơ không có VVT (điều khiển van biến thiên) chủ yếu được kiểm soát bằng cách sử dụng van EGR và bộ chuyển đổi xúc tác (Hình 9 3). Van EGR kết nối dòng khí thải của xe với hệ thống ống nạp. Van EGR hoạt động để cho phép một lượng khí thải đã đo đi vào hệ thống nạp. Khí thải có tính trơ, nghĩa là không chứa oxy. Nếu không có oxy, khí thải sẽ hòa trộn với hỗn hợp không khí-nhiên liệu đi vào. Khí thải trơ chiếm một phần thể tích trong buồng đốt. Điều này làm giảm không gian dành cho hỗn hợp không khí-nhiên liệu. PCM điều khiển vị trí van EGR và đồng thời giảm thời gian phun đúng giờ. Điều này làm giảm lượng nhiên liệu đi vào xi lanh trong quá trình vận hành EGR vì có ít chỗ hơn cho không khí giàu oxy nạp vào. Điều quan trọng cần lưu ý là cả không khí và nhiên liệu đều được kiểm soát để tỷ lệ không khí-nhiên liệu không trở nên loãng hơn, chỉ có điều lượng không khí và nhiên liệu trong buồng đốt sẽ nhỏ hơn.

Lúc đầu, có vẻ như việc đưa khí thải nóng vào xi lanh động cơ trong hành trình nạp sẽ làm tăng nhiệt độ xi lanh. Đó không phải là tình huống. Có, khí thải rất nóng; tuy nhiên, hành trình nén sẽ làm tăng áp suất và nhiệt độ của luồng không khí trong lành đi vào. Khí thải trơ (ít hoặc không có oxy) chiếm không gian trong xi lanh, làm giảm tổng lượng nhiên liệu không khí (không phải tỷ lệ) bên trong xi lanh. Điều này tạo ra một lượng nhỏ hỗn hợp không khí-nhiên liệu, làm giảm nhiệt độ tổng thể bên trong xi lanh và giảm mức phát thải NOx.

Lượng không khí và nhiên liệu giảm đi này sẽ đốt cháy mát hơn và giảm việc tạo ra NOx. Công suất động cơ và độ ổn định cháy cũng giảm khi sử dụng EGR. EGR không được sử dụng trong các điều kiện sau:

• Động cơ không hoạt động vì có thể gây ra hiện tượng cháy sai hoặc có thể chết máy

• Tăng tốc, do EGR làm giảm công suất động cơ

• Van tiết lưu mở rộng để vượt hoặc nhập làn vì EGR làm giảm công suất

• Vận hành động cơ ở trạng thái nguội vì có thể gây ra hiện tượng cháy sai hoặc động cơ chết máy

EGR được sử dụng trong quá trình di chuyển ổn định và tăng ga rất nhẹ. Đây là nơi lượng NOx được tạo ra cao nhất. Hệ thống EGR hoạt động để giảm nhiệt độ đốt cháy và bất kỳ NOx nào được tạo ra sau đó sẽ được xử lý trong (các) bộ chuyển đổi xúc tác.

Van EGR đã được điều khiển chân không trong nhiều năm trên nhiều ứng dụng trên xe. Áp dụng chân không ở đường ống nạp để mở màng van và cho phép khí thải chảy vào đường ống nạp (Hình 9-4). Van EGR được điều khiển trước bằng máy tính thường dựa vào áp suất ngược của khí thải hoặc sử dụng bộ khuếch đại và bộ giảm tốc chân không để điều chỉnh tín hiệu chân không đường ống nạp. Những hệ thống EGR ban đầu này rất thô sơ và gây ra nhiều lo ngại cho khách hàng liên quan đến hiệu suất động cơ, bao gồm cả tình trạng chết máy, tăng tốc khi đang chạy ổn định và gia tăng cháy sai, làm tăng độ rung của động cơ và giảm công suất đầu ra. Bạn khó có thể làm việc trên những hệ thống ban đầu này trừ khi bạn đang làm việc với một chiếc xe từ khoảng năm 1973 đến đầu những năm 1980. Bộ điều khiển động cơ được vi tính hóa cho phép mô-đun điều khiển hệ thống truyền động (PCM) điều chỉnh vị trí van EGR và do đó làm giảm nhiều mối lo ngại ban đầu của khách hàng về EGR.

Hệ thống EGR được điều khiển chân không bằng hệ thống điều khiển chân không bằng cổng USB II sử dụng điều khiển PCM và nhiều chức năng giám sát áp suất ngược khác nhau để kiểm soát mức độ mở của van. Ví dụ: Ford sử dụng cảm biến Phản hồi áp suất Delta EGR (DPFE) để theo dõi áp suất khí thải giữa hai điểm bên trong ống EGR được chia cho một giới hạn cố định (Hình 9-5). Dữ liệu được PCM sử dụng để điều khiển bộ điều chỉnh chân không điện bằng cách sử dụng điện áp chu kỳ làm việc để điều chỉnh chính xác chân không tại van EGR và kiểm soát dòng EGR vào đường ống nạp.

Mô tả

Hệ thống Ford DPFE EGR sử dụng van EGR được điều khiển chân không, bộ điều chỉnh chân không bằng điện, cảm biến DPFE và ống EGR có lỗ cố định bên trong. PCM điều chỉnh chân không áp dụng cho van EGR bằng cách cấp tín hiệu điện áp chu kỳ làm việc tới van điều chỉnh chân không điện tử (về cơ bản là van điện từ điều khiển chân không). Điện áp chu kỳ làm việc áp dụng một tỷ lệ phần trăm của điện áp nguồn vào van điều chỉnh chân không, van này điều khiển lượng chân không đa dạng được áp dụng cho van EGR.

Cảm biến DPFE tương tự như cảm biến MAP, nhưng nó giám sát hai tín hiệu chân không: một trước hạn chế lỗ cố định trong ống EGR và một sau. Khi van EGR mở, khí thải chảy qua ống EGR qua lỗ hạn chế cố định. Việc mở chốt EGR kết nối áp suất âm đường ống nạp (chân không) với ống EGR ở một bên của giới hạn và áp suất khí thải ở phía bên kia. DPFE chuyển đổi các áp suất này thành tín hiệu điện áp giống như cảm biến MAP. PCM sử dụng các giá trị điện áp này cùng với bản đồ dữ liệu lập trình để kiểm soát tỷ lệ phần trăm chu kỳ hoạt động của bộ điều chỉnh chân không điện. Điều này điều chỉnh vị trí van EGR để cho phép lượng EGR chính xác giảm NOx trong khi vẫn duy trì hiệu suất động cơ cần thiết.

Các hệ thống khác có thể sử dụng bộ điều biến hoặc bộ chuyển đổi EGR để giúp điều chỉnh việc điều khiển chân không đa dạng tới van EGR. Lưu ý rằng van điều biến EGR thể hiện trong HÌNH 9-6 được kết nối với áp suất khí thải ở một bên và với chân không đường ống nạp ở bên kia. Bộ điều biến hoạt động cùng với van chuyển mạch chân không EGR (điện từ chân không), thường được vận hành theo chu kỳ để giúp điều chỉnh hoạt động của EGR.

Mô tả

Nhiều nhà sản xuất sử dụng van EGR điện tử. PCM trực tiếp điều khiển van bằng cách truyền điện áp tới (các) van điện từ (Hình 9-7). Kiểm soát chu kỳ hoạt động cho phép PCM mở van từ mức nhỏ đến mở rộng tùy theo điều kiện.

Một số thiết kế kết nối khí thải thông qua một đường ống từ ống xả đến ống nạp. Những người khác thì gắn chúng trên đầu xi-lanh và van điều khiển việc tiếp cận các đường dẫn của đầu xi-lanh để dẫn khí thải vào hệ thống nạp. Bất kể thiết kế hệ thống EGR như thế nào, rất có thể nó sẽ bị tắc ở một thời điểm nào đó trong vòng đời của xe. Điều này là do khí thải có chứa nước và các hạt cacbon. Nước trộn với các hạt này và chúng dính vào bên trong các lối đi, tích tụ theo thời gian. Sự tích tụ này làm giảm lưu lượng EGR và cuối cùng có thể chặn hoàn toàn mọi khí EGR tiếp cận đường ống nạp (Hình 9-8). Chức năng có thể được khôi phục bằng cách làm sạch các đường dẫn, mặc dù việc này tốn thời gian tùy thuộc vào thiết kế hệ thống và khả năng tiếp cận các bộ phận.

Nguồn tham khảo: Jones & Bartlett Learning.

Tham khảo thêm: https://baoduongxe.com.vn/lam-cach-nao-xu-ly-hieu-qua-van-hoi-luu-khi-thai-egr/