Tái tuần hoàn khí thải là một kỹ thuật được sử dụng để giảm lượng khí thải nitơ oxit (NOx) trên cả động cơ xăng và diesel. Hệ thống tuần hoàn khí thải EGR này được sử dụng cùng với các thiết bị kiểm soát khí thải khác, để giúp giảm thiểu khí thải có hại cho môi trường từ động cơ xe.
1. Một hệ thống tuần hoàn khí thải EGR làm việc như thế nào?
Trong quá trình làm việc, động cơ sẽ hút không khí xung quanh môi trường đi vào đường ống nạp để cung cấp oxi cho quá trình đốt cháy sinh công. Trong không khí, có chứa khoảng 21% oxy, trong khi hơn 78% là nitơ. Khi nitơ này được điều áp và đốt nóng trong chu kỳ cháy dãn nở, với sự có mặt của oxy dư và nhiệt độ cao, các oxit nitơ (NOx) được hình thành. Những hợp chất khí này, khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời trong khí quyển và các hóa chất khác, có thể gây ra các hiện tượng sương khói và mưa axit.
Để làm giảm sự hình thành nitơ oxit (Hợp chất khí NOx) không mong muốn trong khí thải, hệ thống tuần hoàn khí thải được sử dụng. Các hệ thống cảm biến, van và đường ống này tái chế một phần khí thải của động cơ trở lại vào buồng đốt động cơ.
Khí thải trơ này sau khi được đưa trở lại buồng đốt động cơ làm loãng không khí “sạch” được cung cấp qua hệ thống nạp vào buồng đốt. Điều này có nghĩa là có ít hỗn hợp hòa khí hơn trong quá trình cháy – giúp giảm tốc độ, nhiệt độ và áp suất trong chu kỳ cháy, giúp giảm đáng kể lượng NOx được tạo ra.
Bên cạnh đó, lượng khí “trơ” sau khi được làm mát quay trở lại buồng đốt cũng hấp thụ một phần nhiệt của quá trình đốt cháy, làm giảm nhiệt độ xi lanh điều này giúp cản trở quá trình tạo thành khí NOx (Vì khí NOx chỉ được tạo thành khi ở nhiệt độ cao).
Trong động cơ diesel, EGR thường sẽ chỉ diễn ra khi tải tương đối nhẹ và tốc độ quay dưới 3.000 vòng / phút, để đảm bảo có đủ oxy trong buồng và quá trình cháy diễn ra tốt hơn.
2. Một hệ thống EGR bao gồm những gì?
Van EGR, dẫn khí thải trở lại vào cổ hút, là bộ phận chính của hệ thống EGR. Nó thường được điều khiển bằng khí nén bởi một hệ thống độc lập bằng chân không từ động cơ. Van này không hoạt động khi động cơ ở chế độ không tải, van ở vị trí đóng. Van cũng đóng khi vòng tua máy đạt tốc độ cao như khi xe tăng tốc. Van tuần hoàn sẽ mở khi động cơ hoạt động ở chế độ thấp và ổn định, ví dụ như khi xe giảm tốc, dừng đèn đỏ hay khi xe chạy trong điều kiện ùn tắc giao thông.
Trong một số trường hợp, một bộ làm mát được trang bị để giảm nhiệt độ của khí thải trước khi nó được tuần hoàn vào động cơ. Điều này giúp tránh đổ khí nóng quá mức vào buồng đốt, điều này sẽ làm tăng nhiệt độ, dẫn đến sản xuất NOx dư thừa và có khả năng gây ra tiếng gõ trong động cơ.
Trong các động cơ tăng áp, có thể sử dụng hệ thống tuần hoàn khí thải ‘áp suất cao’ (HP EGR) hoặc ‘áp suất thấp’ (LP EGR) – hoặc kết hợp cả hai. Các hệ thống áp suất cao, như tên gọi của nó, hút và nạp khí thải từ vùng áp suất cao; khí thải được chiết xuất từ ống xả, ngược dòng của bộ tăng áp và được đưa trở lại đường ống nạp khí của động cơ.
Trong hệ thống EGR áp suất thấp, khí thải được đưa ra khỏi “hạ lưu” của bộ tăng áp và được đưa vào đường nạp trước khi đầu vào của bộ tăng áp. Với mỗi loại nó có những ưu nhược điểm khác nhau.
Tuy nhiên, một hệ thống áp suất thấp có thể phản ứng chậm hơn so với hệ thống áp suất cao, do hệ thống đường ống dẫn dài – do đó có thể dẫn đến việc sản xuất NOx không mong muốn trong quá trình thay đổi tải động cơ. Đây là lý do tại sao một số nhà sản xuất sử dụng cả hai, cho phép hệ thống tuần hoàn khí thải EGR kết hợp để xử lý tốt hơn với các chế độ tải khác nhau.
Hệ thống tuần hoàn khí thải có lợi như thế nào?
Theo các nhà sản xuất, việc sử dụng các hệ thống EGR có thể cắt giảm lượng khí thải NOx diesel lên tới 50% – trong khi lượng khí thải NOx xăng có thể giảm hơn 40%.
Ngoài ra còn có những lợi ích khác đối với EGR; trong động cơ diesel, sự tuần hoàn của khí thải giúp cắt giảm lượng khí thải hạt PM và hydrocarbon đồng thời giảm một phần khối lượng khí thải. Trong các động cơ xăng EGR cũng có thể làm giảm lượng khí thải carbon dioxide.
Do đó, EGR được xem như là một thành phần không thể thiếu trong việc chế tạo một chiếc động cơ “bảo vệ môi trường” và giúp các nhà sản xuất đáp ứng các quy định phát thải ngày càng nghiêm ngặt.
