Công nghệ tuần hoàn khí thải EGR là gì ?

Ngày đăng: 15/06/2016 10:39 PM

Công nghệ tuần hoàn khí thải EGR là gì ?

CÔNG NGHỆ TUẦN HOÀN KHÍ THẢI EGR LÀ GÌ ?

Công nghệ tuần hoàn khí thải EGR - Quá trình làm sạch khí thải gồm các công nghệ Hoàn lưu Khí thải (Exhaust Gas Recirculation, EGR), Chuyển đổi Xúc tác (Catalytic Converter) và Giảm thiểu bằng Xúc tác Chọn lọc (Selective Catalytic Reduction, SCR).

► XE BIỂN TRẮNG – ĐỎ - VÀNG – XANH CÓ NGHĨA GÌ ?

CÔNG NGHỆ TUẦN HOÀN KHÍ THẢI EGR

Sự hình thành NOx và CO trong quá trình đốt cháy nhiên liệu

Chiếm thành phần cao nhất là CO2, nhưng carbonic là kết quả tất yểu cả quá trình đốt cháy nhiên liệu, là loại khí gây hiệu ứng nhà kính, hiện tượng nón lên toàn cầu, chỉ có thể giảm bớt khi động cơ giảm đốt cháy nhiên liệu.

Hai loại khí sinh ra trong quá trình đốt cháy nhiên liệu mà các cơ quan bảo vệ môi sinh quan tâm vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe dân cư là mono ô xít carbon (CO) và ô xít ni tơ (NO và NO2).

Tỷ lệ không khí/nhiên liệu lý tưởng ở động cơ xăng là 14,7/1 và ở động cơ diesel là 14,4/1. CO được sản sinh khi hòa khí thiếu Oxy (dưới 14,7 hoặc 14,4). Còn NO2 được sản sinh ở nhiệt độ cao và thừa O2.

Nhiệt độ khí thải của động cơ diesel ở đầu ống xả khoảng 500 độ C, thấp hơn của động cơ xăng ở mức 700độ đến 800 độ C. Nhiệt độ này không thể tạo ra NO hoặc NO2. Tuy nhiên trong xy lanh, ở cả động cơ diesel lẫn động cơ xăng, khi phản ứng cháy đang diễn tiến, xảy ra hiện tượng “hỗn loạn dòng chảy” khiến nhiệt độ 1 số nơi trong buồng đốt có thể lên trên 1.100 độ C là nhiệt độ có thể tạo ra NOx (theo phản ứng : N2 +xO2àNOx) ở những điểm giàu oxy. Và tạo ra CO ở những điểm thiếu oxy (theo phản ứng :CO2+C à 2CO).

Hiện tượng “hỗn loạn dòng chảy” chỉ có thể loại bỏ được khi hỗn hợp nhiên liệu với không khí trở nên đồng nhất (Homogeneous), nhiên liệu và không khí trộn lẫn với nhau ở cấp độ phân tử.Nhưng điều này chưa 1 nhà sản xuất ô tô nào làm được.

Ở động cơ diesel hiện tượng hỗn loạn dòng chảy xảy ra thường xuyên hơn nên phát thải NOx và CO cao hơn gấp nhiều lần ở động cơ xăng.

NO2 và CO được cho là nguyên nhân dẫn đến tình hình người bệnh đường hô hấp ngày càng tăng trong dân cư đô thị.

Đây là lý do chính phủ Mỹ đánh thuế dầu diesel cao hơn xăng dẫn đến việc giá diesel tại đây cao hơn giá xăng. Các công ty bảo hiểm ở Mỹ cũng thu phí bảo hiểm các phiên bản diesel cao hơn phiên bản xăng cùng model.

Công nghệ Hoàn lưu Khí thải (Exhaust Gas Recirculation,EGR)

Hoàn lưu khí thải (EGR) còn được gọi là Tuần hoàn Khí thải là công nghệ được phát minh từ năm 1970. Khi đó, mục đích của nhà phát minh chỉ là tận dụng những thành phần có thể đốt cháy được còn tồn trong khí thải như CO và hydrocarbua chưa được đốt cháy hết.Bằng cách hoàn lưu một phần khí thải quay lại buồng đốt, các nhà sản xuất động cơ có thể tăng được hiệu quả nhiên liệu.

Tuy nhiên về mặt nâng cao hiệu quả nhiên liệu, EGR chỉ có tác dụng nổi bật ở động cơ dieesel vì có thể tái sử dụng được 50% khí xả.Còn ở động cơ xăng chỉ có thể sử dụng được tối đa 15%.

Công nghệ Hoàn lưu Khí thải

Khi tiêu chuẩn về khí thải được ban hành, các nhà sản xuất ô tô phát hiện ra trong điều kiện không được dồi dào oxy, NOx không thể được sản sinh cho dù nhiệt độ buồng đốt cao. Công nghệ hoàn lưu khí thải (EGR) với thành phần chính là van tiết lưu EGR nối ống xả với bộ phận hút khí, tách 1 phần khí xả chạy ngược về bộ phận điều chế hòa khí để làm loãng oxy, bắt đầu được sử dụng như là một công cụ để hạn chế phát thải NOx và CO trên động cơ xăng và diesel.

Do hiệu ứng “rối loạn dòng chảy” trong xy lanh ở thì nổ dãn, dù khí nạp được làm nghèo oxy nhưng vẫn có những điểm giàu oxy hoặc nghèo oxy ở nhiệt độ rất cao nên khí xả vẫn còn tồn dư nhiều NOx và CO. Vì vậy công nghệ EGR không đáp ứng được tiêu chuẩn phát thải được ban hành sau năm 1979 cho dù từ năm 2003 EGR được cải tiến bằng việc bổ sung hệ thống làm lạnh khí hoàn lưu và không khí hút. (xem sơ đồ). Đến hôm nay, EGR vẫn được xem như công nghệ cần thiết bổ sung cho những công nghệ làm sạch khí thải khác.

Công nghệ Chuyển đổi bằng chất Xúc tác (Catalytic Converter)

Trong hóa học, chất xúc tác là chất gây ra hoặc tăng cường phản ứng hóa học mà không bị biến đổi, suy giảm. Chất xúc tác không phải là một thành phần tham gia hay là kết quả của phản ứng hóa học. Chất xúc tác ví như người mai mối trong cuộc hôn nhân. Trong công nghệ Catalytic Converter, chất xúc tác chuyển đổi các chất độc hại như NOx và CO thành chất vô hại đối với sức khỏe con người.

Ra đời từ năm 1975, Catalytic Converter là một đoạn trong hệ thống khí xả mà lõi là 2 tầng gốm xốp dạng tổ ong có chứa các chất xúc tác là những kim loại hiếm như platinum, rhodium hoặc palladium. Mỗi tầng làm chuyển hóa một loại khí độc hại.

Chẳng hạn như ở tầng 1 chuyển hóa NOx theo phản ứng :
2NO àO2 + N2, 2NO2à N2 + 2O2
Ở tầng 2 chuyển hóa mono carbonic theo phản ứng :
2CO à CO2 + O2

Đến năm 1981, Catalytic Converter được trang bị thêm cảm biến oxy nằm trước tầng 1. Cảm biến oxy có nhiệm vụ phối hợp với hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp để giảm khí thải và nâng cao hiệu suất bằng việc thông báo tình hình oxy trong khí thải cho bộ điều khiển trung tâm ECU.ECU sẽ ra lệnh cho hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp phun một lượng nhiên liệu vừa đủ cho quá trình đốt cháy hết nhiên liệu mà không tạo ra khí độc CO và NOx.Khi được nung nóng, các tầng 1 và 2 cũng có tác dụng đốt cháy dư lượng carbua hydro.

Nhược điểm của công nghệ Catalytic Converter :
Chuyển đổi khí thải bằng xúc tác có thể giảm được 40% các loại khí độc hại. Nhưng do các chất xúc tác chỉ hoạt động ở nhiệt độ cao nên công nghệ này chỉ đắc dụng ở động cơ xăng là loại động cơ có nhiệt độ khí thải 800 độ C. Ở động cơ diesel, nhiệt độ khí thải 500 độ C công nghệ này hoạt động kém hiệu quả nhất là khi động cơ mới khởi động.

Để Chuyển đổi Xúc tác hoạt động hiệu quả, ở động cơ diesel, bộ phận chuyển đổi xúc tác phải được nung nóng để phản ứng hóa học được thuận lợi.Điều này sẽ làm tổn hao nhiều nhiên liệu.

Catalytic Converter chỉ có thể giúp động cơ xăng được tiêu chuẩn khí thải được Mỹ ban hành sau năm 2008.

Chuyển đổi khí thải bằng dung dịch Urea (Selective catalytic reduction, SCR)

Nhằm khắc phục nhược điểm của công nghệ Chuyển đổi khí thải bằng Xúc tác (Catalytic Converter) đòi hỏi điều kiện hoạt động ở nhiệt độ cao chỉ động cơ xăng mới đáp ứng được. Công nghệ Selective catalytic reduction (Xúc tác Suy giảm Chọn lọc) hoạt động ở nhiệt độ thấp, bắt đầu từ 227 độ C, tối ưu ở nhiệt độ từ 357 đến 447 độ C được sản xuất để phục vụ riêng cho động cơ diesel.

Chất xúc tác suy giảm (catalytic reduction) được sử dụng ở đây là dung dịch NH3, thực sự là một tác nhân có tham gia vào phản ứng hóa học và bị suy giảm trong quá trình tham gia phản ứng hóa học (khác với các chất xúc tác trong công nghệ Catalytic Converter không bị suy giảm). Phản ứng giữa NH3 và NOx theo phương trình :
4 NO + 4NH3 + O2 à 4N2 + 6H2O
2NO2 + 4NH3 + O2 à 3N2 +6H2O
NO + NO2 + 2NH3 à 2N2 +3H2O

Xe diesel trang bị công nghệ SCR phải được trang bị bình chứa và thỉnh thoảng phải bổ sung dung dịch NH3. Dung dịch này được bán trên thị trường mang tên Diesel Exhaust Fluid (DEF) với thành phần 32,5% Urea, 67,1% là nước tinh khiết và 0,4% là các chất phụ gia khác.

Theo nhà cung cấp, công nghệ SCR lọc được 90% NOx. Theo đánh giá của EPA, xe động cơ diesel trang bị công nghệ SCR kết hợp với các công nghệ EGR và Catalytic Converter đều đạt chuẩn khí thải từ 2010 của Mỹ.

► BẢNG MÃ LỖI TRÊN XE GẮN MÁY

Nguồn oto saigon

Kết nối với chúng tôi để theo dõi những tin tức mới nhất.