1. Động cơ – 2. Đường ống nạp – 3. Bầu lọc khí – 4. Van chân không – 5. Bộ điều khiển điện tử – 6. Van điều khiển lượng khí xả tuần hoàn – 7. Đường ống xả – 8. Bộ xử lý Catalytic.

Các hợp chất có trong khí thải của ô tô – Oxit Nitơ NOx (NO, NO2, N2O5, N2O…) là loại chất độc hại đối với môi trường và sức khỏe con người cần phải được hạn chế. Trong động cơ đốt trong, NOx được hình thành chủ yếu ở điều kiện áp suất và nhiệt độ cao( từ 2500 độ F ). Vì vậy,để giảm lượng phát thải NOx sinh ra trong quá trình cháy người ta có một số giải pháp chính sau đây:

• Làm giàu hỗn hợp không khí- nhiên liệu để hạ nhiệt độ cháy. Tuy nhiên, giải pháp này sẽ làm tăng lượng chất ô nhiễm HC và CO.

• Giảm bớt tỷ số nén của động cơ và góc đánh lửa sớm. Giải pháp này có ảnh hưởng xấu đến công suất và tính kinh tế nhiên liệu của động cơ.

• Sử dụng hệ thống tuần hoàn khí thải EGR (Exhaust Gas Recirculation System), dưới đây được viết tắt là “hệ thống EGR”.

• Trong số các giải pháp vừa nêu thì việc sử dụng hệ thống EGR để giảm phát thải NOx là phương án hữu hiệu và hay được sử dụng nhất.

Về thực chất thì hệ thống xử lý khí thải EGR không phải là một cái gì mới lạ, nó bắt đầu được đưa vào sử dụng từ thập niên 70 của thể kỷ trước. Hệ thống này không chỉ được sử dụng cho động cơ đốt trong mà còn cho các loại Turbin.

Việc áp dụng công nghệ xử lý khí thải EGR cho phép giảm tới 60% lượng NOx có trong khí thải của động cơ. Ngoài tác dụng làm giảm lượng NOx, hệ thống EGR còn có tác dụng giảm đáng kể độ ồn đối với động cơ Diezen và giảm suất tiêu hao nhiên liệu đối với động cơ xăng.

Như ta đã biết ở quá trình nạp xả, trong xy-lanh luôn tồn tại một lượng khí sót còn lại của chu trình cháy trước đó, lượng khí sót này phụ thuộc rất nhiều vào góc giao nhau giữa các xu-páp nạp, xu-páp xả của hệ thống phối khí.

Qua nghiên cứu, người ta thấy lượng khí sót lại này có ảnh hưởng tới nhiệt độ cháy và lượng Nox sinh ra. Trong một số tài liệu, người ta gọi hiệu ứng này với cái tên “Tuần hoàn khí thải tự nhiên”.

Cũng trên cơ sở của hiện tượng này, hệ thống tự động điều chỉnh thời gian đóng mở xu-páp (CVVT- Continuos Variable Valve Timing) ở một số loại động cơ cũng có tác dụng nhất định đến việc giảm lượng NOx có trong khí thải.

Tuy nhiên, phương án này cũng chỉ cho phép giảm lượng NOx trong một giới hạn nhất định nào đó, để giảm NOx  nhiều hơn thì người ta cần phải sử dụng hệ thống EGR.

Cách vận hành của công nghệ xử lý khí thải EGR

Nguyên lý làm việc của hệ thống EGR là dùng van và ống dẫn để đưa một lượng khí thải phù hợp quay trở lại trộn lẫn với khí tươi trong đường ống nạp trước khi nạp vào xy lanh. Sự có mặt của phần khí thải có trong hỗn hợp nhiên liệu - không khí ở buồng cháy có các tác dụng cụ thể sau đây:

• Làm giảm hàm lượng khí Oxy có trong cùng một lượng hỗn hợp;

• Làm giảm nhiệt độ buồng cháy do nhiệt dung của khí xảlớn hơn nhiệt dung của không khí;

• Cản trở và làm giảm tốc độ lan tràn màng lửa trong buồng cháy (giảm tốc độ cháy).

Tất cả các điều này dẫn tới việc làm giảm áp suất, nhiệt độ cháy và từ đó làm giảm lượng NOx được hình thành. Trong hình 2 cho thấy kết quả thử nghiệm ảnh hưởng của lượng khí thải tuần hoàn đến lượng NOx đối với động cơ BMW 3.0, tại số vòng quay 2500 vg/min: ở chế độ công tác 72Nm.

Khi đưa một lượng khí thải bằng 8% thể tích hỗn hợp thì so với trường hợp không có khí thải tuần hoàn (0 %) hàm lượng NOx giảm từ 2500 ppm xuống còn 900 ppm; Ở chế độ công tác 96 Nm, khi lượng khí thải tuần hoàn bằng 14,2 % thể tích hỗn hợp thì hàm lượng NO giảm từ 3200 ppm xuống còn 1000 ppm.

Ngoài tác dụng chính vừa nêu thì riêng đối với các loại động cơ xăng, việc sử dụng công nghệ xử lý khí thải EGR còn có tác dụng trong việc làm giảm suất tiêu hao nhiên liệu. Điều này có thể được lý giải như sau:

Ở động cơ xăng, việc điều chỉnh công suất được thực hiện theo nguyên lý thay đổi lượng hỗn hợp không khí – nhiên liệu nạp vào xy lanh thông qua việc điều khiển độ đóng mở của bướm ga (điều chỉnh về lượng) và tổn thất trên đường nạp lại phụ thuộc vào độ đóng mở của bướm ga.

Khi làm việc ở chế độ phụ tải, tại cùng một điểm công tác, việc trộn khí thải lẫn với khí tươi sẽ cho phép người ta mở to bướm ga hơn so với trường hợp không trộn khí thải và như vậy sẽ có tác dụng giảm bớt các tổn thất phát sinh do lực cản của bướm ga.

Kết quả thí nghiệm động cơ xăng cho thấy, ở chế độ phụ tải, việc dùng công nghệ xử lý khí thải EGR điều khiển tự động có thể cho phép giảm tới 5% suất tiêu hao nhiên liệu so với động cơ không trang bị hệ thống này.Để đạt tiêu chuẩn Euro 4, Euro 5 thì hệ thống EGR là loại thiết bị không thể thiếu trên xe.