NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
Thái nguyên, ngày…..tháng…..năm 2016
Giáo viên hướng dẫn
(ký tên)

1


NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
Thái nguyên, ngày…..tháng…..năm 2016
Cán bộ phản biện
(ký tên)

2


MỤC LỤC
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN.....................................................1
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN..............................................................2
LỜI NÓI ĐẦU.........................................................................................................5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TUẦN HOÀN KHÍ XẢ EGR.....6
(EXHAUST GAS RECIRCULATION).................................................................6
1.1. Đặt vấn đề.....................................................................................................6
1.2. Giới thiệu tổng quan về EGR (Exhaust Gas Recirculation).....................7
1.2.1. Hiệu ứng pha loãng...............................................................................8
1.2.2. Hiệu ứng nhiệt.......................................................................................9
1.2.3. Hiệu ứng hóa học...................................................................................9
1.2.4. Hiệu ứng khối lượng.............................................................................9
1.3 Mục đích của hệ thống tuần hoàn khí xả...................................................10
1.4. Nhận xét về cơ chế làm việc của hệ thống tuần hoàn khí xả EGR..........10
1.5. Nguyên lý hoạt động của hệ thống tuần hoàn khí xả EGR.....................12
1.6. Cấu tạo chi tiết của hệ thống tuần hoàn khí xả........................................15
1.6.1. Van điều chỉnh chân không (Vancuum Modulated EGR Vavel)......16
1.6.2. Van điều chỉnh áp suất hồi (Back pressure modulated EGR vavel) 17
1.6.3. Van chân không điều khiển bằng nhiệt (TVSV)...............................18
1.6.4. Bộ điều biến chân không.....................................................................19
1.6.5. Bộ xử lí chuyên dụng và hệ thống cảm biến dùng cho EGR............20

1.6.6. Bộ làm mát EGR.................................................................................20
1.7. EGR trên động cơ xăng..............................................................................21
1.7.1. Tuần hoàn nội tại.................................................................................21
1.7.2. Tuần hoàn bên ngoài...........................................................................22
1.8. EGR trên động cơ diesel............................................................................22
CHƯƠNG 2. ẢNH HƯỞNG CỦA EGR (EXHAUST GAS RECIRCULATION)
ĐẾN ĐẶC TÍNH PHÁT THẢI.............................................................................25
2.1. Thành phần thực tế có trong khí xả động cơ............................................25
2.2. Oxyde Nitơ (NOx).......................................................................................25
2.2.1. Trường hợp động cơ xăng...................................................................26
2.2.2. Trường hợp động cơ diesel.................................................................31
2.2.3. Ảnh hưởng của Oxyde Nitơ (NOx).....................................................33
2.3. Hydrocarbua chưa cháy (HC) và Monoxyde carbure (CO)....................34

3


2.3.1. Cơ chế hình thành hydrocarbure chưa cháy trong động cơ đốt trong
............................................................................................................................ 34
2.3.2. Trường hợp động cơ xăng...................................................................36
2.3.3. Trường hợp động cơ Diesel.................................................................41
2.4. Bồ hóng trong quá trình cháy của động cơ diesel....................................44
2.5. Tìm hiểu chất thải dạng hạt PM................................................................46
2.6. Ảnh hưởng của EGR đến thành phần khí thải đối với động cơ diesel ở
các chế độ tải......................................................................................................46
2.7. Ảnh hưởng của EGR đến động cơ diesel sử dụng nhiên liệu thay thế và
nhiên liệu dầu diesel..........................................................................................49
2.7.1. Ảnh hưởng của tuần hoàn khí thải (EGR) đến đặc tính phát thải
của động cơ diesel sử dụng dầu diesel và Este Metyl Pongamia Pinta
( PPME).............................................................................................................. 49

2.7.2. Ảnh hưởng của hệ thống tuần hoàn khí thải (EGR) đến đặc tính
phát thải của động cơ diesel với hoa hướng dương Este Metyl dầu..............52
2.7.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ EGR đến NOx và CO2 của động cơ diesel phun
gián tiếp với hỗn hợp nhiên liệu sinh học Jatropha........................................57
2.7.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ EGR trên thực hiện và phát ra của động cơ
diesel phun trực tiếp với hỗn hợp nhiên liệu sinh học....................................63
CHƯƠNG 3. ẢNH HƯỞNG CỦA EGR (EXHAUST GAS RECIRCULATION)
ĐẾN HIỆU SUẤT CỦA ĐỘNG CƠ.....................................................................69
3.1. Ảnh hưởng của EGR đến hiệu suất nhiệt và hiệu suất thể tích..............69
3.2. Ảnh hưởng của EGR đến hiệu suất thể tích của động cơ diesel nhiên liệu
khí tự nhiên........................................................................................................70
3.3. Tua-bin nén khí các giải pháp cho EGR trên động cơ diesel cỡ lớn.......72
3.4. Ảnh hưởng của EGR đến hiệu suất nhiệt khi phanh...............................74
KẾT LUẬN............................................................................................................77
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................79

4


5


LỜI NÓI ĐẦU

Động cơ đốt trong nói riêng và ôtô nói chung là một bộ phận rất quan
trọng trong việc phát triển kinh tế đất nước. Nhưng tác động của khí thải tới ô
nhiễm môi trường và sức khỏe con người là không nhỏ. Do đó vấn đề cấp
thiết cần phải giải quyết đó là làm giảm đến mức có thể những chất độc hại ở
khí thải động cơ. Như chúng ta đã biết thành phần và hàm lượng các chất có
trong động cơ đốt trong rất phức tạp, những chất có hại với môi trường và con

người điển hình như: NOx, CO, CO2, Hydrocacbon, ôxit lưu huỳnh,... Trong
những hợp chất đó NOx chiếm tỷ lệ khá cao và rất có hại. Vì vậy hầu hết các
quốc gia đưa ra các tiêu chuẩn về khí xả nhằm mục đích để giảm sự phát xạ
NOx trong khí xả động cơ. Với mong muốn hiểu biết hơn về hệ thống tuần
hoàn khí xả (Exhaust Gas Recirculation) cũng như ảnh hưởng của hệ thống
đến đặc tính phát thải. Tác giả lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của
EGR (Exhaust Gas Recirculation) đến đặc tính phát thải và hiệu suất của
động cơ” làm đề tài tốt nghiệp. Với sự nỗ lực cố gắng của bản thân và sự
giúp đỡ tận tình của thầy TS. Nguyễn Trung Kiên. Em đã hoàn thành nội dung
đề tài được giao, tuy nhiên do kiến thức chuyên môn và thực tế còn hạn chế
nên nội dung đồ án còn rất nhiều thiếu sót và hạn chế. Rất mong quý thầy cô
đóng góp ý kiến để đề tài của em hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn
thầy TS. Nguyễn Trung Kiên, các quý thầy cô trong khoa Kỹ Thuật Ôtô và
Máy Động Lực đã tạo điều kiện giúp đỡ, hỗ trợ em hoàn thành đạt kết quả đề
tài này.
Thái nguyên, ngày 06 tháng 06 năm 2016
Sinh viên
Nguyễn Xuân Tùng

6


Chương 1: Tổng quan về hệ thống tuần hoàn khí xả EGR
(Exhaust Gas Recirculation)
1.1. Đặt vấn đề

Giảm nồng độ khí độc NOx trong khí thải động cơ là nhiệm vụ cơ bản
của bất cứ nhà sản xuất ôtô nào trên thế giới. Khi bộ xúc tác trung hoà khí xả
chưa ra đời thì các kỹ sư ôtô đã đưa ra hệ thống tuần hoàn khí xả để làm giảm
sự hình thành NOx trong khí xả động cơ. Mặc dù ngày nay đã có nhiều biện

pháp ưu việt hơn, nhưng EGR vẫn được sử dụng trên động cơ diesel cỡ lớn
hoặc các xe đời cũ. EGR có hai loại chính đó là: tuần hoàn khí xả bên trong
(Internal EGR) và tuần hoàn khí xả bên ngoài (External EGR). EGR là một
công nghệ điều khiển cho phép giảm sự phát xạ NO x rất hiệu quả trong các
loại động cơ diesel trên xe tải. EGR không phải là công nghệ mới, nó đã được
sử dụng ở châu âu và Hoa Kỳ trong những năm 1970 trên động cơ xăng ở xe
khách. Sau đó EGR còn được thử nghiệm và sử dụng trên động cơ diesel của
xe khách. Sau đó nó cũng được sử dụng trên động cơ diesel của xe tải vào
những năm 1999. Ứng dụng của EGR trên xe tải ban đầu gây được sự chú ý
nhất nhưng vì nhiều thách thức kỹ thuật nên ít nhiều hệ thống này không được
phổ biến nhanh. Cùng với thời gian hệ thống EGR tiên tiến được ra đời, nó
được điều khiển bằng điện tử bằng bộ ECU và hệ thống còn được trang bị
thêm bộ phận làm mát. Chính vì vậy mà kết cấu của nó ngày càng phức tạp
hơn. Lợi ích của việc giảm NO x luôn đi kèm với một số nhược điểm như:
Xuất tiêu hao nhiên liệu tăng, sự mài mòn các chi tiết động cơ... EGR được
thúc đẩy bởi những qui định về tiêu chuẩn khí xả. Trước đây tiêu chuẩn này
của các nước cho phép một lượng lớn NO x hơn nhưng khi mà tiêu chuẩn chỉ
cho phép hàm lượng NOx rất nhỏ (= 1g/bhp-hr) thì không có cách nào hiệu
quả hơn là việc áp dụng công nghệ EGR. Lịch sử của các tiêu chuẩn và phạm
vi áp dụng EGR được tóm tắt trong bảng 1.1.

7


Bảng 1.1. Các tiêu chuẩn và phạm vi ứng dụng của EGR
Tiêu chuẩn
Euro I-II
(1992-1996)

Giới hạn NOX


Phạm vi ứng dụng

NOX + HC = 0,97-0,7 Sử dụng EGR trên động
g/km
cơ DI và IDI theo tiêu
chuẩn Euro I và gần với
tiêu chuẩn Euro II

US 2004
(2002-2004)

NOX = 2g/bhp-hr

EGR được làm mát và
nó được sử dụng trên
động cơ xe tải và xe
buýt của đại đa số nhà
sản xuất như: Volvo,
Cummin…

Euro IV
(2005)

NOx = 3,5g/kwh

EGR được sử dụng bởi
các nhà sản xuất động
cơ xe tải và xe buýt
hạng nặng như: Scanni,

MAN

Japan
(2005)

NOx = 2,0g/kwh

EGR được sử dụng bởi
các nhà sản xuất xe tải
và xe buýt hạng nặng
như Hino, Isusu

US
(2007)

NOx = 1g/bhp-hr

EGR được sử dụng trên
xe và xe buýt hạng nặng
bởi tất cả các nhà sản
xuất.

8


1.2. Giới thiệu tổng quan về EGR (Exhaust Gas Recirculation)

EGR được viết tắt bởi từ Exhaust Gas Recirculation nghĩa là hệ thống
tuần hoàn khí xả.
Hệ thống tuần hoàn khí xả (EGR) là một phương pháp để làm giảm sự

ô nhiễm của khí xả động cơ đốt trong bằng cách đưa một phần khí xả quay trở
lại đường ống nạp trước khi vào xylanh động cơ. Một phần khí xả động cơ
được quay trở lại buồng đốt qua hệ thống nạp để giảm bớt sự phát xạ NO x
trong khí xả của động cơ đốt trong.

Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống tuần hoàn khí xả
EGR là một phương pháp quan trọng trong việc làm giảm tỷ lệ NO x
hiện diện trong khí xả của động cơ đốt trong. Nguyên nhân chính là do nó làm
giảm nhiệt độ ở đỉnh ngọn lửa đốt cháy của động cơ.
Như chúng ta đã biết, NOx là sản phẩm của phản ứng hoá học giữa nitơ và
ôxy xảy ra trong xylanh động cơ ở điều kiện nhiệt độ cao. Bên cạnh đó, nếu
nhiên liệu chứa một lượng lớn nitơ thì việc bị ôxy hoá nhiên liệu cũng là một
nguồn phát sinh NO quan trọng. Những hiệu ứng có thể dẫn tới làm giảm tỷ lệ
NOx trong khí xả là: Hiệu ứng pha loãng, hiệu ứng nhiệt, hiệu ứng hoá học và
hiệu ứng khối lượng.
1.2.1. Hiệu ứng pha loãng

Khi khí xả tuần hoàn đường nạp sẽ làm giảm nhiệt độ ngọn lửa và sự
phát xạ. Nó làm giảm lượng ôxy có trong buồng cháy do sự thay thế ôxy
trong xylanh bằng một phần của khí xả (khí trơ). Hiệu ứng pha loãng được
9


nhiều nhà khoa học nghiên cứu [Hawley 1998] [Mellow 1999]. Qua nhiều
nghiên cứu cho thấy rằng hiệu ứng pha loãng có ảnh hưởng mạnh nhất tới sự
giảm của sự phát xạ NOx. Tác động của hiệu ứng pha loãng chính là gây ra sự
giảm của nhiệt độ cháy từ sự lan rộng của ngọn lửa bởi sự giảm đi của phần
tử ôxy. Bên cạnh đó, sự tăng lên của các phần tử khí trong vùng lan truyền
của ngọn lửa sẽ hấp thụ nhiệt từ ngọn lửa và cũng làm cho nhiệt độ cháy trong
toàn xylanh giảm đi. Bất kỳ tác động nào của EGR tác động đến hàm lượng

ôxy, việc tạo thành NOx phụ thuộc nhiều vào hàm lượng ôxy.
1.2.2. Hiệu ứng nhiệt

Chỉ ảnh hưởng bởi sự tăng của nhiệt dung riêng trung bình của hỗn hợp
xảy ra trong vùng cháy
1.2.3. Hiệu ứng hóa học

Là sự giảm nhiệt độ cháy bởi những phản ứng hoá học với các khí qua
hệ thống EGR. Ví dụ nhiệt được tiêu thụ trong những phản ứng thu nhiệt của
những phản ứng tách ra CO2 và H2O. Nếu không phải sự giảm NOx có hiệu
quả từ những thành phần khí xả khác nhau được hút vào hệ thống EGR, tại
đây CO2 và H2O được lọc và trở lại buồng hút.
1.2.4. Hiệu ứng khối lượng

Là hiệu ứng kể đến kết quả do sự xuất hiện thêm các chất làm loãng
không khí nạp. Hiệu ứng gây ảnh hưởng lớn tới sự thay đổi hấp thụ nhiệt của
các chất khí tham gia vào quá trình phản ứng trong buồng cháy. Sự tăng lên
trong lượng nhiệt hấp thụ của những khí mà không tham gia phản ứng (Q)
sẽ tỷ lệ với khối lượng tăng lên trong xylanh (m0), nhiệt dung riêng ở áp
xuất không đổi (Cp) và sự thay đổi nhiệt độ giữa nhiệt độ của quá trình cháy
và nhiệt độ của khí xả hồi lưu thể hiện qua phương trình: Q = m0 . Cp .
(Tcháy – TEGR)
Những sản phẩm cháy chứa phần lớn là CO 2 và H2O với nhiệt dung riêng
cao hơn nhiệt dung riêng của không khí. Sự thay đổi lượng nhiệt trung bình
được tính toán theo phương trình trên. Kết quả của sự pha loãng trong quá
trình nạp là hiệu ứng nhiệt. Sự thay đổi trong khối lượng m0 là hiệu ứng
10


khối lượng bổ xung. Tại nhiệt độ và áp suất chuẩn, nhiệt dung riêng Cp của

CO2, H2O và N2 là 36,0; 33,5; 29,2 kJ/kmolK (giả thiết là khí lý tưởng).
Những chất có nhiệt dung riêng cao có thể hấp thụ nhiều nhiệt hơn và có hiệu
quả cao hơn trong việc giảm NOx.
1.3 Mục đích của hệ thống tuần hoàn khí xả

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 bộ
xúc tác trung hoà khí xả (dùng chất xúc tác để trung hoà bớt các chất khí độc
hại). Mục tiêu của EGR là làm giảm nồng độ NO x bằng cách tuần hoàn một
phần khí xả quay trở lại hệ thống nạp của động cơ trong điều kiện có tải. Tác
dụng của lượng khí thải này là làm giảm nhiệt độ cháy đoạn nhiệt hay làm
giảm nồng độ ôxy trong động cơ diesel. Ngoài ra khí thải tuần hoàn còn làm
tăng nhiệt dung riêng của khí nạp nên nhiệt độ cháy giảm xuống. Mục tiêu
của việc hạ những thông số trên là để làm ngăn cản quá trình sinh ra NO x,
giảm nồng độ chất này trong khí thải của động cơ.
Trên thực tế, nhiệt độ càng cao thì lượng NOx sinh ra càng nhiều (nitơ
chiếm hơn 70% 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 không khí nạp... Chẳng hạn như việc giảm tỉ
số nén và đánh lửa muộn sẽ làm giảm nồng độ NO x trong khí xả, tuy nhiên
điều này sẽ làm giảm công xuất cực đại và tính năng của xe. Chính điều này
đã thôi thúc các nhà thiết kế tìm ra hệ thống EGR để giải quyết bài toán trên.
Việc thêm vào không khí nạp một lượng nhất định khí xả hồi lưu EGR sẽ dẫn
tới sự kết hợp của bốn hiệu ứng kể trên. Việc chọn lọc những hiệu ứng hữu
ích sẽ cho ta hiểu rõ hơn đến tác động của hiệu ứng pha loãng của EGR vào
khí nạp. Việc phân tích từng tác động khác nhau lên cơ chế giảm NO x khi có
mặt của khí xả hồi lưu ở từng hiệu ứng là rất khó khăn.
1.4. Nhận xét về cơ chế làm việc của hệ thống tuần hoàn khí xả EGR

Tác động chính của hiệu ứng pha loãng là sẽ làm giảm bớt nhiệt độ

ngọn lửa. Khi nhiệt độ ngọn lửa thấp hơn thì nó sẽ có tác dụng làm giảm sự
hình thành NOx trong vùng ngọn lửa cháy. Sự giảm nhiệt độ là một kết quả
11


của sự khác nhau về hàm lượng ôxy so với hàm lượng các chất khí mà không
chứa ôxy. Hình 1.2 cho thấy một hình ảnh đơn giản hoá của một ngọn lửa
khuyếch tán trong một động cơ diesel khi có và không có sự hiện diện của
EGR. Khu vực phản ứng chính xuất hiện trong một vùng cục bộ mà có  1.

Hình 1.2. Ngọn lửa khuếch tán trong động cơ
Đối với động cơ có EGR thì xảy ra sự pha loãng với các khí trơ từ khí
xả. Vì thế mà nhiên liệu sẽ phải khuyếch tán nhiều hơn với lượng nhiên liệu là
không đổi. Hình dạng và cỡ của ngọn lửa sẽ cũng phải điều chỉnh để giữ điều
kiện phản ứng trong vùng có ngọn lửa. Các khối lượng tăng thêm của các chất
không tham gia phản ứng sẽ hấp thụ nhiệt trong buồng cháy và sẽ làm hạ thấp
nhiệt độ lớn nhất trong buồng cháy. Quan trọng nhất của hiệu ứng pha loãng
là sẽ giảm nhiệt độ ở đỉnh ngọn lửa. Hiệu ứng thứ hai ít quan trọng hơn là sự
giảm khối lượng ôxy hiện có trong những phản ứng hoá học trong sự hình
thành NOx. Sự quan trọng tương đối của hai ảnh hưởng này được biểu diễn
trong hình 1.3. Có sự tương quan rõ rệt giữa nhiệt độ ngọn lửa và NO x. NOx
thay đổi mạnh với nhiệt độ từ 2150[ºC] trở lên nhưng khi nhiệt độ giảm
xuống dưới 2150[ºC] thì NOx giảm nhưng không giảm với tỷ lệ ít hơn.

12


Hình 1.3. Tương quan giữa NOX, nhiệt độ ngọn lửa và ôxy
1.5. Nguyên lý hoạt động của hệ thống tuần hoàn khí xả EGR


Khi nhiệt độ của quá trình cháy của động cơ tới một mức nhất định thì
khí nitơ trong không khí sẽ kết hợp với ôxy để tạo nên những oxyt nitơ NO X
khác nhau: NO, NO2, N2O, N2O5. Vì vậy cách tốt nhất để giảm lượng NO X là
giảm nhiệt độ động cơ.
Để giảm nhiệt độ buồng đốt xuống ta có thể thực hiện bằng cách dùng
một hệ thống để đưa một luồng khí xả nhất định trở lại buồng đốt, nó được
gọi là hệ thống tuần hoàn khí xả. Lượng khí xả này có chức năng sau:
- Khí thải có nhiệt dung riêng lớn hơn không khí cho nên nó sẽ làm giảm
nhiệt độ buồng đốt nếu lượng nhiệt vẫn cao như cũ.
- Làm cho hỗn hợp có nồng độ ôxy thấp, vì lượng ôxy có trong khí xả là rất
ít.
- Làm bẩn hỗn hợp vì vậy tốc độ cháy sẽ giảm.
Tuy nhiên lượng khí xả này cần được kiểm soát, điều chỉnh sao cho phù
hợp. Vì nếu đưa vào buồng đốt lượng khí xả tuần hoàn quá lớn thì động cơ sẽ
hoạt động không ổn định làm ảnh hưởng đến công suất động cơ.
Do ảnh hưởng của lý do trên nên lượng khí xả được khống chế bởi van EGR
đồng thời lượng khí xả được đưa vào động cơ phụ thuộc vào hai thông số chủ
yếu là tốc độ động cơ và tải động cơ.
Sau đây là nguyên lý hoạt động cụ thể của hệ thống EGR có cấu tạo đơn
giản, khi nhiệt độ và tải của động cơ thay đổi.
- Khi động cơ lạnh:
13


Hình 1.4. Hoạt động của hệ thống EGR khi động cơ lạnh
Như ta đã biết, khi động cơ lạnh thì van nhiệt TVSV sẽ tự động điều
khiển cho cửa J nối với cửa M. Mặt khác, do cửa P của bộ điều biến chân
không nối với ống lấy chân không sau bướm ga nên nó tạo cho van EGR một
độ chân không nhất định. Chính nhờ có độ chân không này đã tạo ra chênh
lệch áp suất giữa cửa M và cửa P. Vì vậy khí nạp có áp suất khí quyển sẽ đi từ

họng hút đến J, đến M theo van một chiều rồi đến van EGR, bộ điều biến
chân không và trở về họng hút (sau bướm ga). Khi khí nạp đi theo vòng như
vậy thì làm mất độ chân không ở trong van EGR và làm cho van EGR đóng,
vì vậy mà khí xả không được hồi lưu.
Khi động cơ ấm dần lên
+ Khi tải nhỏ (chạy ở chế độ cầm chừng).
Khi động cơ ấm lên thì van TVSV tự động nối cửa M và cửa K. Khi đó
chân không lấy ở ống hút nối với cửa K sẽ làm đóng van một chiều. Do tải
nhỏ nên bướm ga có góc mở nhỏ và các cửa P và R của bộ điều biến chân
không nằm trên bướm ga và sẽ không có chân không. Chính vì vậy mà van
EGR cũng không có chân không nên van EGR vẫn đóng, khí xả sẽ không
được hồi lưu.

14


Hình 1.5. Hoạt động của hệ thống EGR khi động cơ ấm, tải nhỏ
+ Khi tải lớn hơn (bướm ga cao hơn cửa P nhưng thấp hơn cửa R).
Lúc này van nhiệt TVSV tiếp tục cho M và K thông với nhau và van
một chiều vẫn đóng. Cửa P của bộ điều biến chân không nằm ở vị trí thấp hơn
bướm ga nên nó tạo ra độ chân không ở P. Khi tải tăng dần thì áp suất khí xả
cũng tăng lên và áp suất này tác dụng lên màng của bộ điều biến chân không
và làm cho cửa B thông với khí trời bị thu hẹp. Vì áp suất chưa đủ lớn nên
chưa đủ để đóng hoàn toàn cửa B. Tuy nhiên nó cũng đủ để tạo ra một độ
chân không ở van EGR để mở van EGR và cho một lượng nhỏ khí xả hồi lưu
trở lại đường nạp. Hình 1.5 cho ta thấy hoạt động của hệ thống EGR ứng với
trường hợp này.

Hình 1.6. Hoạt động của hệ thống EGR khi động cơ ấm, tải lớn
15



+ Khi ta tiếp tục tăng tải (bướm ga ở vị trí cao hơn cả cửa P và cửa R).
Hình 1.7 thể hiện sự hoạt động của hệ thống trong trường hợp tải tiếp
tục tăng. Khi đó van một chiều vẫn đóng và lúc này cả cửa P và R đều có chân
không. Mặt khác khi tải tăng thì áp suất tác dụng lên màng của bộ điều biến
chân không cũng tăng lên và nó làm cho cửa B đóng hoàn toàn. Kết hợp hai
điều này khiến cho áp suất ở van EGR rất lớn và van EGR được mở hoàn
toàn. Trường hợp này cho %EGR là lớn nhất.

Hình 1.7. Hoạt động của hệ thống EGR khi tải lớn
+ Khi bướm ga mở hoàn toàn.

Hình 1.8. Hoạt động của hệ thống EGR khi bướm ga mở hoàn toàn

16


Khi động cơ chạy ở chế độ toàn tải (bướm ga mở hoàn toàn) thì làm
mất độ chân không ở cửa P và cửa R. Chính vì vậy mà ở van EGR cũng
không có chân không và van EGR đóng hoàn toàn. Trong trường hợp này
không có khí xả hồi lưu.
1.6. Cấu tạo chi tiết của hệ thống tuần hoàn khí xả

Hệ thống EGR bào gồm: van EGR, các đường ống chân không, công
tắc nhiệt chân không, bộ cảm biến áp xuất khí thải, bộ điều biến chân không
và bộ phận làm mát.
1.6.1. Van điều chỉnh chân không (Vancuum Modulated EGR Vavel)

- Van điều chỉnh chân không cấu tạo gồm:


Hình 1.9. Van điều chỉnh chân không
Đường dẫn áp thấp được bố trí tại van tiết lưu khi nó đóng hay ở vị trí
chạy cầm chừng.
 Khi động cơ hoạt động ở chế độ cầm chừng thì van EGR không làm
việc do đường dẫn áp thấp bị đóng lại.
 Khi động cơ hoạt động ở chế độ khác, tuỳ thuộc vào độ giảm áp hình
thành trong đường ống nạp của động cơ mà có một giá trị áp thất nhất định,
điều khiển van EGR quy định lượng khí thải đi vào động cơ.

17


 Ngoài ra trên đường dẫn áp thấp còn bố trí một van một chiều (van
CTO: “Coolant temperative override”). Van này chỉ cho tín hiệu chân không
di chuyển qua khi nhiệt độ động cơ đạt được mức quy định.

Hình 1.10. Sơ đồ vị trí van EGR
1.6.2. Van điều chỉnh áp suất hồi (Back pressure modulated EGR vavel)

- Cấu tạo:
 Màng Power
 Màng Control
- Màng Power là một lò xo tải có tác dụng làm chốt đóng kín trên bệ
van khi động cơ ngưng hoạt động hay khi áp thấp đường ống nạp không cung
cấp cho màng Power.

18



Hình 1.11. Cấu tạo van Back Presure Modulated (EGR Valve)
- Hoạt động của van :
+ Khí thải của động cơ sẽ đi vào phần rỗng của chốt van và đi vào
phần rỗng của màng Control làm toàn bộ bệ van đi lên đóng lỗ trung tâm của
màng Power . Lúc này, áp thấp từ động cơ sẽ hút toàn bộ màng Power và
màng Control chốt van đi lên sẽ cho khí thải đi vào đường ống nạp của động
cơ.
+ Như vậy, loại van này hoạt động nhạy hơn loại van Vacuum
Modulated, đồng thời ở những chế độ hoạt động khác, hệ thống hoạt động khi
có một áp suất khí cháy nhất định.

Hình 1.12. Nguyên lý hoạt động van Back Presure Modulated
(EGR Valve)

19


1.6.3. Van chân không điều khiển bằng nhiệt (TVSV)

TVSV là một thiết bị đóng mở dòng chân không từ mạch này sang
mạch khác phụ thuộc vào nhiệt độ nước làm mát. Nguyên lý hoạt động của
van như sau:
* Khi nhiệt độ nước làm mát thấp, sáp nhiệt co lại, cho phép đẩy piston đi
xuống phía dưới ra xa khỏi cần đẩy. Chân không được cấp vào cửa K, còn
không khí được cấp vào cửa J. Tương tự, chân không cũng được câp vào cửa
N trong cùng thời gian đó, trong khi không khí được cấp vào 2 cửa còn lại là
M và L.
* Khi nhiệt độ nước làm mát tăng, sáp nhiệt giãn nở, đẩy piston đi lên. Nó
cho phép chân không được cấp vào các cửa L và N.
* Khi nhiệt độ tiếp tục tăng, piston bị đẩy lên cao hơn nữa và chân không

ngừng cấp vào cửa N, và thay vào đó cấp cho cửa L và M.

Hình 1.13. Van chân không điều khiển bằng nhiệt

20


1.6.4. Bộ điều biến chân không

Hình 1.14. Bộ điều biến chân không trong hệ thống EGR
* Mục đích:
Bộ điều biến chân không có tác dụng là thay đổi độ chân không ở
trong van EGR bằng cách đóng mở cổng tiếp xúc với khí trời (áp suất khí
quyển). Nhờ vậy mà có thể giúp cho van EGR đóng mở theo đúng yêu cầu.
* Nguyên lý hoạt động:
- Khi mà tải nhỏ thì áp suất khí xả cũng nhỏ và nó tác động yếu lên màng
của bộ điều biến chân không. Áp suất này không thắng được lực đẩy của lò xo
nên cổng thông với khí trời vẫn được mở, chính vì thế nó làm mất chân không
ở trong van EGR.
- Khi mà tải bắt đầu lớn dần thì áp suất khí xả cũng tăng lên. Khi nó tăng
lên đến một mức nào đó sẽ thắng được lực đẩy lò xo và làm đóng cổng tiếp
xúc khí trời. Chính vì vậy mà nó giúp tạo độ chân không trong EGR và làm
cho van EGR mở cho khí xả quay trở lại buồng đốt.
1.6.5. Bộ xử lí chuyên dụng và hệ thống cảm biến dùng cho EGR

* Bộ xử lý chuyên dụng.
Bộ xử lý này nhận tín hiệu từ các cảm biến như: cảm biến nhiệt độ
nước làm mát, cảm biến nhiệt độ khí nạp, cảm biến tốc độ động cơ, lưu lượng
khí nạp...Sau khi nhận các tín hiệu trên ECU sẽ so sánh với dữ liệu có sẵn
trong bộ nhớ để đưa ra tín hiệu điều khiển hệ thống điện trợ lực khí nén (van


21


chân không như đã nêu ở trên) đóng mở van hồi lưu để cho một lượng khí xả
nhất định quay trở về đường ống nạp.
* Các cảm biến dùng trong hệ thống.
Cảm biến nhiệt độ khí nạp, cảm biến nhiệt độ nước làm mát, cảm biến
lưu lượng khí nạp, cảm biến tải (vị trí bướm ga), cảm biến tốc độ động cơ....
1.6.6. Bộ làm mát EGR

Bộ làm mát EGR Cooler sử dụng nước hoặc dầu làm mát để giảm
nhiệt độ khí xả trước khi cho tuần hoàn thông qua hệ thống nạp của động
cơ. Giảm nhiệt độ động cơ đốt trong giúp ngăn ngừa sự hình thành các ôxít
của nitơ (NOx) gây ô nhiễm. Ngoài ra, còn giảm ứng suất nhiệt trên các miếng
đệm đầu xi-lanh và van nạp/xả.

Hình 1.15. Bộ làm mát (EGR Cooler)
1.7. EGR trên động cơ xăng

Với động cơ xăng EGR là biện pháp được sử dụng khá phổ biến. Hỗn
hợp khí xả gồm HC, CO, NOx có nhiệt độ cao sau khi ra khỏi buồng đốt được
trích một phần quay ngược trở lại buồng đốt cho chu kỳ tiếp theo của động
cơ. Điều này làm tăng nhiệt độ hòa khí ở cuối hành trình nén, đảm bảo điều
kiện nhiệt độ để hỗn hợp nhiên liệu được đốt cháy dễ dàng.
Tuy nhiên, do hỗn hợp khí xả chiếm một thể tích nhất định trong buồng
đốt nên nhiệt độ cực đại của quá trình cháy thấp hơn so với hệ thống không có
EGR, do đó làm giảm nồng độ NOx.

22



Hình 1.16. Sơ đồ hệ thống tuần hoàn khí thải động cơ xăng
- Có thể sử dụng hai loại tuần hoàn khí xả:
+ Tuần hoàn nội tại.
+ Tuần hoàn bên ngoài.
1.7.1. Tuần hoàn nội tại

Là phương pháp dựa trên cơ sở góc trùng điệp của xu-páp nạp và xupáp thải (cả hai đều mở). Trong giai đoạn trùng điệp, do chênh lệch áp suất
(áp suất khí xả lớn hơn áp suất khí nạp), một lượng khí xả trong xy-lanh sẽ đi
vào đường nạp sau đó quay lại xy-lanh trong kỳ nạp.
Biện pháp này không chỉ giảm được NOx mà còn giảm được lượng hyđrô các-bon chưa cháy (HC) do phần HC này tuần hoàn trở lại buồng cháy
trước khi nạp hỗn hợp mới.
1.7.2. Tuần hoàn bên ngoài

Khí thải sẽ được trích một phần từ đường thải quay lại đường nạp để
hoà trộn với hỗn hợp khí nạp mới thông qua hệ thống đường dẫn và van điều
khiển EGR. Van EGR được điều khiển bởi một bộ điều khiển điện tử hoạt
động dựa trên hai tín hiệu đầu vào là tốc độ động cơ và tải của động cơ.
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

23


EGR làm chậm quá trình cháy nhưng điều này có thể được khắc phục bằng
cách điều chỉnh thời gian đánh lửa.
1.8. EGR trên động cơ diesel


Tỷ lệ khí xả tuần hoàn có thể cao hơn so với động cơ xăng (động cơ
diesel phun trực tiếp có lượng khí thải tuần hoàn lên đến 60%, động cơ diesel
phun gián tiếp khoảng 30%). Nhưng việc sử dụng EGR trên động cơ diesel
cũng làm giảm tính kinh tế nhiên liệu, tăng lượng thải HC và chất thải dạng
hạt rắn (PM - Tro các bon), động cơ hoạt động không ổn định, làm ảnh hưởng
đến công suất.
Cấu tạo hệ thống tuần hoàn khí xả động cơ diesel phức tạp hơn vì độ
chân không trên đường nạp quá bé không đủ sức mở van hồi lưu. Vì vậy,
ngoài bộ vi xử lí chuyên dùng, van điện từ trợ lực khí nén và van hồi lưu, hệ
thống còn có một bơm tạo chân không.
Sử dụng các phương pháp sau đây để tăng độ chân không để hút khí xả
vào đường nạp:
- Tiết lưu trên đường nạp để tạo ra độ chân không cần thiết.
- Sử dụng một bơm đặc biệt để hút khí xả.
- Trích khí cháy hồi lưu ở trước turbine và sau khi đã qua lọc
.

24


Hình 1.17. Sơ đồ hệ thống tuần hoàn khí thải động cơ diesel
Kết luận:
Sự có mặt của phần khí thải có trong hỗn hợp nhiên liệu – không khí ở
buồng cháy có tác dụng :
- Làm giảm hàm lượng khí ôxy có trong cùng một lượng hỗn hợp.
- Làm cho hỗn hợp có hàm lượng ôxy thấp vì lượng ôxy có trong khí thải
rất ít.
- Làm giảm nhiệt độ buồng cháy do nhiệt dung riêng của khí xả lớn hơn
nhiệt dung riêng của không khí.
- Cản trở và làm giảm tốc độ lan tràn màng lửa trong buồng cháy (giảm tốc

độ cháy).
Tất cả điều này đều dẫn tới việc làm giảm áp suất, nhiệt độ cháy và từ đó
giảm hàm lượng NOx được hình thành.
Để giảm lượng phát thải NOx sinh ra trong quá trình cháy người ta có một
số giải pháp chính:
- Làm giầu hỗn hợp không khí nhiên liệu để hạ nhiệt độ cháy, tuy nhiên
giải pháp này sẽ làm tăng chất ô nhiễm HC và CO.
25