Hệ thống kiểm soát khí xả ô tô: Cấu tạo & Nguyên lý vận hành

Hệ thống kiểm soát khí xả ô tô là hệ thống vô cùng quan trọng mà các hãng ô tô bắt buộc phải lưu tâm. Tuy nhiên, không phải vì vậy mà các kỹ thuật viên sửa chữa ô tô tìm hiểu và nắm bắt được ý nghĩa của nó.

• Các khí độc hại do ô tô sinh ra
  • Hệ thống kiểm soát khí xả là gì?
  • Khí thải là gì ?
• Nguyên lý sản sinh ra khí xả
  • Tỷ lệ hỗn hợp không khí nhiên liệu lý thuyết
  • Biểu đồ sản sinh CO/HC/NOx
• Hệ thống kiểm soát khí thải.
  • Mô tả hệ thống kiểm soát khí thải
  • Cải thiện động cơ
    • Cấu tạo của buồng đốt và cải thiện hệ thống nạp khí
    • Sử dụng EFI, ESA và DIS
  • Về bộ lọc khí xả
    • Khái quát về bộ lọc khí xả

Các khí độc hại do ô tô sinh ra

Hệ thống kiểm soát khí xả là gì?

Hệ thống kiểm soát khí xả giúp hạn chế lượng khí thải có hại cho con người và môi trường.

Khí thải là gì ?

Thuật ngữ khí thải dùng để chỉ nhiên liệu bay hơi từ thùng nhiên liệu, khí lọt ra qua những khen giữa pitton, thành xylanh và khí xả. Khí thải có hại cho môi trường và con người vì chúng có những chất độc hại như CO, HC, NOx…

Xe có động cơ Diesel không những thải ra các khí như CO, HC và NOx mà còn có các hạt cacbon, chúng cũng có tác động đến môi trường và con người.

CO ( Cacbon oxit ): CO được sinh ra khi lượng oxy đưa vào buồng đốt không đủ tạo ra hiện tượng cháy không hoàn toàn : 2C + O2 = 2CO

HC ( Hydrocacbon ): HC được sinh ra trong quá trình đốt cháy không hoàn toàn, cũng như của CO. Ngoài ra, HC còn sinh ra trong các trường hợp sau:

– Khi nhiệt độ ở khu vực dập lửa thấp, chưa đạt đến nhiệt độ bốc cháy. – Khí nạp thổi qua trong thời gian lặp của xupap : Hỗn hợp không khí – nhiên liệu càng giàu, càng sinh ra nhiều HC và ngược lại. Tuy nhiên, lượng HC sinh ra càng trở nên lớn hơn khi hỗn hợp không khí – nhiên liệu quá nghèo vì không thể thực hiện quá trình cháy.

NOx ( Nito oxit ): NOx được sinh ra do nito và oxy trong hỗn hợp không khí và nhiên liệu, khi nhiệt độ của buồng đốt càng cao, lượng NOx sinh ra càng nhiều.

Khi hỗn hợp không khí – nhiên liệu nghèo, NOx sinh ra nhiều hơn vì tỉ lệ oxy trong hỗn hợp cao hơn. Như vậy, lượng NOx được sinh ra tùy theo 2 yếu tố: Nhiệt độ cháy và hàm lượng oxy : N2 + O2 = 2 NO ( NO2, N2… NOx ).

– Khí xả: Khí xả được thải ra ngoài qua đường ống xả

Theo lý thuyết, khi đốt cháy nhiên liệu thì chỉ sinh ra CO2 và H2O. Tuy nhiên, không phải toàn bộ nhiên liệu đều tham gia vào quá trình phản ứng như vậy do ảnh hưởng của các yếu tố như tỷ lệ hỗn hợp, nito trong không khí, nhiệt độ cháy, thời gian cháy… và đây chính là các nguyên nhân gây ra các khí độc hại.

– Nhiên liệu bay hơi: Hơi nhiên liệu thoát ra từ thùng nhiên liệu, bộ chế hòa khí… và đi vào khí quyển. Thành phần chủ yếu của nó là HC.

– Khí lọt: Khí lọt qua khe hở giữa Piston và Xylanh đi vào hộp trục khuỷu. Thành phần chủ yếu của nó là nhiên liệu và khí chưa cháy HC.

Nguyên lý sản sinh ra khí xả

Tỷ lệ hỗn hợp không khí nhiên liệu lý thuyết

Tỷ lệ hỗn hợp không khí và nhiên liệu lý thuyết là tỉ lệ của lượng nhiên liệu và không khí chứa oxy tối thiểu cần thiết để đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu. Xăng là hỗ hợp của một số dạng Hydrocacbon trong đó chủ yếu là ốc tan ( C8H18 ) : 2C8H18 + 15 O2 = 16 CO2 + 18 H2O

Trước khi bước ra khỏi xe, những “thói quen tốt” nên làm Trước khi bước xuống xe, có những điều chúng ta không ngờ đến nhưng nó thật sự rất quan trọng, nếu không làm theo rất dễ gây khó khăn cho chính bản thân chúng ta, cũng như gây nguy hiểm đến người khác, sau đây là những thói quen tốt...

Để đốt cháy 1g ốc tan và sản sinh ra nước và Cacbondioxit thì cần đến 15g không khí. Trên thực tế, nhiên liệu không phải là ốc tan thuần chất mà là ốc tan và các HC khác nhau. Vì vậy tỷ lệ hỗn hợp không khí và nhiên liệu lý thuyết là 14,7.

Biểu đồ sản sinh CO/HC/NOx

Biểu đồ phía dưới cho thấy mối quan hệ giữa tỷ lệ hỗn hợp không khí và nhiên liệu với lượng CO/HC/NOx sinh ra.

+ Đậm hơn: CO/HC: Tăng; NOx giảm + Nhạt hơn: CO: Giảm; HC: Tăng.

Tuy nhiên, lượng này sẽ tăng lên vì động cơ nổ không tốt khi hỗn hợp không khí và nhiên liệu quá nghèo.

NOx: Khí này được sinh ra nhiều nhất khi hỗn hợp không khí và nhiên liệu hơi nghèo hơn so với tỷ lệ lí thuyết. Nhưng khi hỗ hợp lại nghèo hơn nữa thì lượng khí này sẽ giảm vì nhiệt độ cháy giảm.

+ Trong khi động cơ còn lạnh: Lượng khí CO/HC tăng lên vì động cơ được cung cấp hỗ hợp không khí – nhiên liệu giàu.

+Khi tải lớn: Lượng khí thải tăng vì lượng không khí cũng như nhiên liệu đều tăng

Nam độc thân có trong tay 1 tỷ nên mua nhà hay ô tô? Tôi năm nay 31 tuổi, sống một mình và đã tiết kiệm được 1 tỷ đồng sau 9 năm đi làm. Tôi đang phân vân giữa mua nhà hoặc ô tô.

– Lượng CO/HC tăng vì động cơ được cung cấp hỗn hợp không khí – nhiên liệu giàu. – Lượng NOx tăng vì nhiệt độ cháy cao lên.

Hệ thống kiểm soát khí thải.

Mô tả hệ thống kiểm soát khí thải

Phải có trình độ công nghệ cao mới có thể đảm bảo rằng tổng lượng các thành phần CO/HC/NOx trong khí thải đáp ứng các quy định về khí thải.

Đối với xe ô tô thực sự, không những phải giảm những chất này mà còn phải đáp ứng các tiêu chuẩn khác như độ bền, độ tin cậy, an toàn và tiêu hao nhiên liệu.

Các biện pháp làm sạch khí thải được liệt kê trong bảng phía dưới, nhưng thiết bị thì thay đổi tùy theo từng nước, còn quy định về khí thải thì thay đổi theo vùng.

Cải thiện động cơ

Động cơ đã được cải tiến rất nhiều để các đặc tính của động cơ về công suất và tiêu hao nhiên liệu không bị xấu đi qua thời gian sử dụng, hạn chế đến mức tối thiểu sự sản sinh khí độc hại. Các biện pháp dưới đây không phải là được áp dụng cho tất cả các kiểu động cơ, tuy nhiên, hầu hết các biện pháp tích hợp cho từng động cơ thì đã được sử dụng.

Cấu tạo của buồng đốt và cải thiện hệ thống nạp khí

– Sử dụng vùng rối: Vùng rối trong buồng đốt tạo ra dòng rối mạnh mẽ, bắt đầu từ cuối kỳ nén đến đầu kỳ nổ. Dòng rối này làm tăng tốc độ cháy, giúp hỗn hợp không khí và nhiên liệu cháy hoàn toàn, giảm lượng CO và HC.

– Tạo ra lốc xoáy: Cửa napk được làm cong, tạo ra dòng xoáy thích hợp cho hỗn hợp không khí – nhiên liệu được hút và trong kỳ nạp, cho đến mép ngoài của buồng đốt. Dòng xoáy này tiếp tục từ kỳ nén cho đến kỳ nổ, tạo ra hiệu quả tương tự vùng rối.

Nên ghi nhớ những cộc mốc bảo dưỡng theo số ODO dưới đây để xe luôn bền Dù là xe ô tô mới mua hay xe ô tô đã qua sử dụng, để đảm bảo độ bền và khả năng vận hành trơn tru của động cơ thì bảo dưỡng định kỳ theo số ODO là điều rất cần thiết

Sử dụng EFI, ESA và DIS

Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp không khí và nhiên liệu đồng thời giảm khí xả nhờ có sử dụng EFI ( điều khiển phun nhiên liệu điện tử ) để tạo ra hỗ hợp không khí – nhiên liệu thích hợp và sử dụng ESA ( Đánh lửa sớm điện tử ), DIS ( Hệ thống đánh lửa trực tiếp ) để điều khiển thời điểm đánh lửa chính xác theo từng điều kiện vận hành.

Về bộ lọc khí xả

Khái quát về bộ lọc khí xả

Bộ lọc khí xả làm cho các chất độc hại như CO, HC, NOx phản ứng hóa học với các chất như H2O, CO2, N2 khi luồng khí xả đi qua. Nói chung, platin, paladi, iridi, rodi… sẽ được sử dụng làm các chất xúc tác.

– Các loại bộ lọc khí xả

+ Chất xúc tác oxy hóa: Oxy hóa HC hoặc CO và tọa thành H2O và CO2 không độc hại. + Chất xúc tác khử oxy: Tách oxy ra khỏi NOx và tạo thành N2 vô hại.

+ Chất xúc tác oxy hóa/khử oxy: Thực hiện cả 2 chức năng trên. Bộ xúc tác oxy hóa/khử oxy dùng cho ô tô được gọi là bộ lọc khí xả 3 thành phần ( TWC) vì có 3 chất độc hại bao gồm CO, HC và NOx được chuyển hóa đồng thời thành chất không độc hại. Ngày nay, chất xúc tác oxy hóa/khử oxy được sử dụng cho hầu hết trên các ô tô.

– Hoạt động của chất xúc tác phụ thuộc nhiệt độ

Đối với chất xúc tác, mức độ làm sạch thay đổi theo nhiệt độ.

Như biểu đồ cho thấy, tỷ lệ làm sạch gần đạt đến 100% và khí xả được làm sạch có hiệu quả nhất khi nhiệt độ chất xúc tác nâng cao trên 400 độ C.

Lưu ý: Xe được trang bị bộ lọc khí xả sử dụng xăng không chì vì nếu dùng xăng chì thì chì sẽ dính lên các bề mặt của bộ lọc khí xả và cảm biến oxy, làm giảm tác dụng của nó.

– Hệ thống lọc khí xả 3 thành phần ( TWC)

TWC là hệ thống oxy hóa CO và HC trong khí xả và đồng thời khử oxy của NOx để biến chúng thành CO2, H2O và N2. Gần đây, kiểu liền khối được sử dụng như hình minh họa.

Alumin hoặc chất xúc tác được phủ lên các thanh ghi có nhiều lỗ. Các chất độc hại đi qua những lỗ này và được làm sạch. Có hai kiểu khối, kiểu gốm và kiểu kim loại. Thanh ghi càng mỏng thì khả năng làm sạch càng cao.

TWC hoạt động có hiệu quả nhất với tỷ lệ hỗn hợp không khí nhiên liệu gần như lý thuyết. Vì vậy, cần có hệ thống thông tin phản hồi về tỷ lệ hỗn hợp không khí  nhiên liệu để giữ cho tỷ lệ này gần với tỷ lệ lý thuyết.

Hệ thống thông tin phản hồi về hỗn hợp không khí – nhiên liệu theo dõi lượng oxy trong khí xả bằng cách sử dụng cảm biến oxy gắn trong đường ống xả. Khi đó, lượng nhiên liệu được ECU của động cơ điều chỉnh để kiểm soát tỷ lệ hỗn hợp không khí – nhiên liệu, giúp cho TWC làm việc có hiệu quả.