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.
Mục đích của 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.
 |
| Nguyên lý hoạt động cơ EGR. Ảnh: Trad. |
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.
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. 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.
 |
| Bộ phận làm mát của hệ EGR. Ảnh: Wikimedia. |
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.
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.
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.
Nguyễn Nghĩa
