Ô nhiễm môi trường do khí thải xe cộ là vấn đề nan giải trên toàn cầu. Trong đó, các hợp chất nitơ oxit (NOx) đặc biệt gây hại cho sức khỏe con người và hệ sinh thái. Để giảm thiểu tác động tiêu cực này, ngành công nghiệp ô tô đã phát triển và ứng dụng nhiều công nghệ tiên tiến. Một giải pháp quan trọng và hiệu quả đã được phát minh từ những năm 1970 chính là hệ thống tuần hoàn khí thải EGR, một công nghệ kiểm soát khí thải vẫn đóng vai trò quan trọng trên nhiều loại động cơ hiện nay.
Hệ thống tuần hoàn khí thải EGR là gì?
Hệ thống tuần hoàn khí thải EGR, viết tắt của Exhaust Gas Recirculation, là một công nghệ được thiết kế để giảm lượng khí độc nitơ oxit (NOx) được thải ra từ động cơ đốt trong. Quá trình đốt cháy nhiên liệu ở nhiệt độ và áp suất cao trong buồng đốt là nguyên nhân chính tạo ra các hợp chất NOx. Hệ thống EGR hoạt động bằng cách lấy một phần lượng khí thải từ đường ống xả và đưa ngược trở lại hòa trộn với hỗn hợp khí nạp trước khi đi vào xi lanh động cơ. Việc này giúp thay đổi thành phần và đặc tính của hỗn hợp nạp, từ đó tác động trực tiếp đến quá trình cháy.
Khi khí thải, chủ yếu chứa carbon dioxide (CO2) và nitơ (N2), được thêm vào hỗn hợp khí nạp (gồm không khí và nhiên liệu), nó làm tăng nhiệt dung riêng của hỗn hợp này. Điều này có nghĩa là cần nhiều năng lượng hơn để làm tăng nhiệt độ của hỗn hợp nạp. Kết quả là nhiệt độ đỉnh trong buồng đốt trong quá trình cháy sẽ giảm xuống đáng kể. Nhiệt độ cháy thấp hơn là yếu tố then chốt để hạn chế sự hình thành của NOx, bởi vì NOx được tạo ra nhiều nhất ở nhiệt độ rất cao.
Nguồn gốc và Mục đích ra đời của EGR
Ý tưởng về việc tuần hoàn khí thải đã được nghiên cứu từ lâu, nhưng hệ thống tuần hoàn khí thải EGR như chúng ta biết ngày nay bắt đầu được ứng dụng rộng rãi trên xe ô tô vào đầu thập niên 1970 tại Hoa Kỳ. Sự ra đời của công nghệ này xuất phát từ nhu cầu cấp thiết về việc kiểm soát và giảm thiểu lượng khí thải độc hại, đặc biệt là NOx, nhằm đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải ngày càng nghiêm ngặt được chính phủ đưa ra.
Mục đích chính của hệ thống EGR là giảm nồng độ NOx trong khí thải. Bằng cách đưa một phần khí thải trở lại buồng đốt, nó làm loãng hỗn hợp khí nạp và giảm lượng oxy có sẵn cho quá trình cháy. Sự kết hợp giữa nhiệt độ cháy thấp hơn và nồng độ oxy thấp hơn sẽ ức chế mạnh mẽ phản ứng hóa học tạo ra NOx. Ngoài ra, việc sử dụng công nghệ EGR còn mang lại một số lợi ích khác như giảm tiếng gõ động cơ (knock) trên động cơ xăng trong điều kiện tải cao và cải thiện hiệu quả sử dụng nhiên liệu trên một số loại động cơ, đặc biệt là động cơ diesel. Đây được coi là một giải pháp hiệu quả và có chi phí hợp lý vào thời điểm đó.
Cấu tạo cơ bản của hệ thống EGR
Để thực hiện chức năng tuần hoàn khí thải, hệ thống tuần hoàn khí thải EGR bao gồm một số bộ phận chính phối hợp hoạt động cùng nhau. Các thành phần này được thiết kế để chịu được nhiệt độ cao của khí thải và điều khiển chính xác lượng khí thải được tuần hoàn.
<>Xem Thêm Bài Viết:<>- Giá Lốp Xe Ô Tô Bridgestone 205/55R16 Turanza T005A Chi Tiết
- Đăng kiểm xe ô tô TPHCM: Quy định, chi phí và địa điểm chi tiết
- Chuẩn Bị Cho Chuyến Đi Xe Máy Dịp Lễ: Mua Bảo Hiểm Xe Máy Bắt Buộc Online
- Bằng Lái Xe Ô Tô B2: Quy Định, Phạm Vi Và Mức Phạt
- Chợ Xe Ô Tô Cũ Hải Dương: Kinh Nghiệm Mua Xe Đáng Giá
Bộ phận quan trọng nhất trong hệ thống là van EGR. Van này hoạt động như một cổng điều khiển, quyết định lượng khí thải được phép đi từ đường ống xả quay trở lại đường ống nạp. Hoạt động đóng mở của van EGR được điều khiển điện tử bởi Bộ điều khiển động cơ (ECU), dựa trên các thông số hoạt động của động cơ như tải trọng, tốc độ, nhiệt độ nước làm mát và vị trí bướm ga (trên động cơ xăng).
Sơ đồ minh họa hệ thống tuần hoàn khí thải EGR trên động cơ ô tô giúp giảm khí thải NOx
Ngoài van EGR, nhiều hệ thống hiện đại còn có bộ làm mát EGR (thường là một két nước nhỏ). Khí thải có nhiệt độ rất cao, việc đưa khí thải nóng trực tiếp vào đường ống nạp có thể làm tăng nhiệt độ khí nạp, dẫn đến giảm mật độ không khí và ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất động cơ. Bộ làm mát EGR sử dụng nước làm mát động cơ để hạ nhiệt độ của khí thải tuần hoàn trước khi nó được trộn với khí nạp.
Cuối cùng là hệ thống ống dẫn khí thải. Các đường ống này kết nối đường ống xả với đường ống nạp thông qua van EGR và bộ làm mát. Chúng được chế tạo từ vật liệu chịu nhiệt độ cao để đảm bảo độ bền và an toàn trong quá trình hoạt động.
Nguyên lý hoạt động chi tiết của EGR
Nguyên lý làm việc của hệ thống tuần hoàn khí thải EGR dựa trên sự điều khiển chính xác của ECU động cơ. ECU liên tục theo dõi các dữ liệu từ các cảm biến trên động cơ, như cảm biến nhiệt độ nước làm mát, cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến áp suất khí nạp, và cảm biến tốc độ động cơ. Dựa trên các dữ liệu này, ECU sẽ tính toán xem có cần kích hoạt hệ thống EGR hay không và mở van EGR ở mức độ nào.
Thông thường, hệ thống EGR được kích hoạt khi động cơ hoạt động ở chế độ tải trung bình hoặc khi xe chạy ổn định ở tốc độ hành trình. Trong các điều kiện này, nhiệt độ và áp suất trong buồng đốt có xu hướng tăng cao, thuận lợi cho việc hình thành NOx. ECU sẽ mở van EGR, cho phép một lượng khí thải nhất định đi qua các đường ống dẫn, có thể đi qua bộ làm mát EGR để hạ nhiệt độ, sau đó hòa trộn với dòng khí nạp đi vào động cơ.
Bộ phận làm mát (cooler) trong hệ thống tuần hoàn khí thải EGR làm mát khí thải trước khi đưa vào động cơ
Lượng khí thải được tuần hoàn được điều chỉnh liên tục bởi ECU và van EGR để tối ưu hóa việc giảm NOx mà không ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất hoặc khả năng vận hành của động cơ. Hệ thống EGR thường không hoạt động khi động cơ chạy không tải (idle), khi khởi động hoặc khi động cơ hoạt động ở tải rất thấp hoặc tải cực đại (chân ga mở hoàn toàn). Ở những chế độ này, việc tuần hoàn khí thải có thể gây ra hiện tượng chạy không ổn định hoặc giảm công suất tối đa.
Sự khác biệt: EGR trên động cơ xăng và Diesel
Mặc dù nguyên lý cơ bản giống nhau, việc ứng dụng hệ thống tuần hoàn khí thải EGR có một số khác biệt đáng chú ý giữa động cơ xăng và động cơ diesel, chủ yếu liên quan đến tỷ lệ khí thải được tuần hoàn và thiết kế hệ thống.
Trên động cơ xăng, tỷ lệ khí thải được tuần hoàn thường nằm trong khoảng từ 5% đến 15% tổng lượng hỗn hợp nạp. Việc đưa quá nhiều khí thải vào động cơ xăng có thể làm loãng hỗn hợp nạp đến mức gây khó khăn cho quá trình đánh lửa hoặc dẫn đến hiện tượng bỏ máy, đặc biệt là ở tải thấp. Tuy nhiên, ở tải trung bình và cao, công nghệ EGR giúp giảm nhiệt độ cháy và hạn chế hiện tượng gõ động cơ.
Đối với động cơ diesel, khả năng chịu đựng của quá trình cháy đối với việc loãng khí nạp cao hơn nhiều so với động cơ xăng. Do đó, tỷ lệ khí thải được tuần hoàn trên động cơ diesel hiện đại có thể lên tới 50% hoặc thậm chí cao hơn ở một số điều kiện hoạt động. Việc tuần hoàn lượng lớn khí thải giúp giảm đáng kể lượng oxy trong buồng đốt và hạ nhiệt độ cháy, từ đó giảm mạnh sự hình thành NOx. Hệ thống EGR trên động cơ diesel gần như luôn bao gồm bộ làm mát EGR hiệu quả cao do lượng khí thải tuần hoàn lớn và nhiệt độ khí thải có thể cao hơn. Ngoài việc giảm NOx, EGR trên động cơ diesel còn giúp giảm tiếng ồn động cơ và cải thiện hiệu quả sử dụng nhiên liệu ở tải trung bình.
Lợi ích của hệ thống tuần hoàn khí thải EGR
Hệ thống tuần hoàn khí thải EGR mang lại nhiều lợi ích quan trọng, chủ yếu tập trung vào việc bảo vệ môi trường và cải thiện hiệu quả hoạt động của động cơ trong một số điều kiện nhất định.
Lợi ích rõ ràng và quan trọng nhất là khả năng giảm thiểu đáng kể lượng khí thải độc hại NOx. Như đã đề cập, việc giảm nhiệt độ và nồng độ oxy trong buồng đốt thông qua tuần hoàn khí thải có thể làm giảm tới 60% lượng NOx sinh ra. Điều này giúp các phương tiện đáp ứng được các tiêu chuẩn khí thải ngày càng khắt khe trên toàn cầu, từ Euro 4, Euro 5, Euro 6 cho đến các tiêu chuẩn tương đương ở các khu vực khác.
Ngoài ra, trên động cơ xăng, hệ thống EGR có thể giúp giảm hiện tượng gõ động cơ (đốt cháy sớm hỗn hợp nhiên liệu) trong điều kiện tải cao bằng cách làm giảm nhiệt độ cháy và áp suất đỉnh. Điều này cho phép các kỹ sư thiết kế có thể tối ưu hóa thời điểm đánh lửa để đạt được hiệu suất tốt hơn mà vẫn đảm bảo độ bền cho động cơ.
Đối với động cơ diesel, ngoài việc giảm NOx, công nghệ EGR còn giúp giảm tiếng ồn đặc trưng của động cơ diesel (tiếng “gõ” do quá trình cháy diễn ra nhanh chóng) và cải thiện hiệu quả sử dụng nhiên liệu ở chế độ tải một phần bằng cách giảm tổn thất do bơm (pumping losses) và cho phép quá trình cháy diễn ra ở nhiệt độ tối ưu hơn cho hiệu quả nhiệt.
Những nhược điểm tiềm ẩn và vấn đề thường gặp
Bên cạnh những lợi ích đáng kể, hệ thống tuần hoàn khí thải EGR cũng có một số nhược điểm tiềm ẩn và có thể gây ra các vấn đề trong quá trình sử dụng nếu không được bảo dưỡng đúng cách.
Vấn đề phổ biến nhất liên quan đến hệ thống EGR là sự tích tụ muội than và cặn bẩn. Khí thải động cơ, đặc biệt là từ động cơ diesel, chứa các hạt muội than. Khi khí thải được tuần hoàn và đi qua các bộ phận của hệ thống, các hạt muội than này có thể bám vào van EGR, đường ống dẫn và thậm chí là cửa nạp của động cơ. Sự tích tụ này có thể làm kẹt van EGR ở vị trí mở hoặc đóng, hoặc làm giảm lưu lượng khí thải tuần hoàn theo thiết kế.
Nếu van EGR bị kẹt ở vị trí mở, nó sẽ cho phép khí thải đi vào đường ống nạp ngay cả khi không cần thiết (ví dụ: khi chạy không tải). Điều này có thể dẫn đến hiện tượng động cơ chạy không tải không ổn định, rung giật, thậm chí chết máy do hỗn hợp nạp bị loãng quá mức. Ngược lại, nếu van EGR bị kẹt ở vị trí đóng, hệ thống EGR sẽ không hoạt động, dẫn đến việc tăng đáng kể lượng khí thải NOx và có thể khiến xe không đạt tiêu chuẩn khí thải, đồng thời đèn báo lỗi động cơ (Check Engine) sẽ sáng lên.
Sự tích tụ cặn bẩn còn có thể làm giảm hiệu quả của bộ làm mát EGR, dẫn đến nhiệt độ khí thải tuần hoàn cao hơn, làm giảm hiệu quả giảm NOx và có thể ảnh hưởng đến hiệu suất động cơ.
Bảo dưỡng hệ thống EGR
Do những vấn đề tiềm ẩn về tích tụ muội than, việc bảo dưỡng định kỳ hệ thống tuần hoàn khí thải EGR là rất quan trọng để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả và động cơ vận hành trơn tru.
Việc kiểm tra và vệ sinh van EGR cùng các đường ống liên quan nên được thực hiện theo khuyến cáo của nhà sản xuất xe. Các dấu hiệu cho thấy hệ thống EGR có vấn đề bao gồm đèn báo lỗi động cơ sáng, động cơ chạy không tải không ổn định, giảm công suất hoặc tăng mức tiêu thụ nhiên liệu.
Quá trình vệ sinh thường bao gồm tháo van EGR và các bộ phận liên quan để làm sạch muội than bằng dung dịch chuyên dụng. Trong một số trường hợp nghiêm trọng khi van EGR hoặc bộ làm mát bị hư hỏng không thể khắc phục, cần tiến hành thay thế. Việc bảo dưỡng đúng lúc không chỉ giúp duy trì hiệu quả kiểm soát khí thải mà còn góp phần kéo dài tuổi thọ của động cơ.
Hệ thống tuần hoàn khí thải EGR là một công nghệ quan trọng trong việc kiểm soát khí thải độc hại từ động cơ ô tô. Mặc dù có thể gặp một số vấn đề về bảo dưỡng do tích tụ muội than, vai trò của EGR trong việc giảm nồng độ NOx và đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải ngày càng nghiêm ngặt vẫn là không thể phủ nhận. Việc hiểu rõ về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và tầm quan trọng của việc bảo dưỡng hệ thống tuần hoàn khí thải EGR sẽ giúp người dùng chủ động hơn trong việc chăm sóc chiếc xe của mình. Hy vọng bài viết này đã cung cấp những thông tin hữu ích cho cộng đồng yêu xe và độc giả của Brixton Việt Nam.
Câu hỏi thường gặp về Hệ thống tuần hoàn khí thải EGR
EGR là viết tắt của từ gì?
EGR là viết tắt của Exhaust Gas Recirculation, có nghĩa là Tuần hoàn Khí thải.
Mục đích chính của hệ thống tuần hoàn khí thải EGR là gì?
Mục đích chính là giảm sự hình thành các oxit nitơ (NOx) độc hại trong khí thải động cơ đốt trong.
Làm thế nào EGR giảm được NOx?
Bằng cách đưa một phần khí thải trở lại buồng đốt, hệ thống EGR làm loãng hỗn hợp nạp, giảm lượng oxy và đặc biệt là hạ nhiệt độ đỉnh của quá trình cháy, nơi NOx hình thành nhiều nhất.
Khí thải được tuần hoàn trong hệ thống EGR có được làm sạch trước không?
Thông thường, khí thải được tuần hoàn không được làm sạch. Tuy nhiên, trên nhiều hệ thống hiện đại, khí thải được làm mát bởi bộ làm mát EGR trước khi trộn với khí nạp.
Tỷ lệ khí thải tuần hoàn trên động cơ xăng và diesel có khác nhau không?
Có, tỷ lệ khí thải tuần hoàn thường thấp hơn trên động cơ xăng (khoảng 5-15%) và cao hơn nhiều trên động cơ diesel (có thể lên tới 50% hoặc hơn).
Khi nào thì hệ thống EGR không hoạt động?
Hệ thống EGR thường không hoạt động khi động cơ chạy không tải, khi khởi động, hoặc khi động cơ hoạt động ở tải rất thấp hoặc tải cực đại.
Van EGR bị hỏng có ảnh hưởng gì đến động cơ không?
Có. Nếu van EGR kẹt mở, động cơ có thể chạy không tải không ổn định hoặc chết máy. Nếu kẹt đóng, lượng khí thải NOx sẽ tăng lên và đèn báo lỗi động cơ có thể sáng.
Có nên tháo bỏ hoặc chặn hệ thống EGR không?
Việc tháo bỏ hoặc chặn hệ thống EGR là bất hợp pháp ở hầu hết các quốc gia vì nó làm tăng đáng kể lượng khí thải NOx và khiến xe không đạt tiêu chuẩn khí thải. Điều này cũng có thể ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của động cơ tùy thuộc vào thiết kế ban đầu.
Làm thế nào để biết hệ thống EGR cần được bảo dưỡng?
Các dấu hiệu bao gồm đèn báo lỗi động cơ sáng, động cơ chạy không tải không ổn định, rung giật, hoặc có thể cảm nhận sự giảm nhẹ về hiệu suất hoặc tăng mức tiêu thụ nhiên liệu.
Việc vệ sinh hệ thống EGR có khó không?
Việc vệ sinh van EGR và các đường ống có thể cần dụng cụ chuyên dụng và kiến thức kỹ thuật. Tốt nhất nên đưa xe đến các xưởng dịch vụ uy tín để được kiểm tra và bảo dưỡng đúng cách.
