MỤC LỤC

MỤC LỤC................................................................................................................................... ..............i

DANH MỤC HÌNH ẢNH............................................................................................................................ii

LỜI MỞ ĐẦU............................................................................................................................................1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KIỂM SOÁT KHÍ XẢ TRÊN XE VINFAST LUX SA2.0......2

1.1. Lịch sử phát triển của hệ thống kiểm soát khí xả..............................................................................2

1.2. Giới thiệu chung về hệ thống kiểm soát khí xả......................................................................... ........2

1.2.1. Hệ thống khí xả là gì?............................................................................................................. .......2

1.2.2. Khí thải là gì?....................................................................................................................... ..........2

1.3. Nhiệm vụ, phân loại, yêu cầu hệ thống................................................................................... .........3

1.3.1. Nhiệm vụ............................................................................................................................... ........4

1.3.2. Yêu cầu hệ thống..................................................................................................................... .....4

1.3.3. Phân loại hệ thống khí xả........................................................................................................ .....4

1.4. Tổng quan về vấn đề ô nhiễm..........................................................................................................5

1.5. Ảnh hưởng của khí xả tới môi trường và con người............................................................... ........7

1.6. Các phương pháp giảm nồng độ khí thải trong động cơ.............................................................. ...9

1.7. Giới thiệu tổng quan về động cơ Vinfast Lux SA2.0................................................................... ...12

CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG ..............................15

2.1. Vị trí lắp đặt và cấu tạo chung.................................................................................................... ....15

2.2. Hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu EVAP.............................................................................. ..........16

2.2.1. Cấu tạo.........................................................................................................................................16

2.2.2. Nguyên lý hoạt động hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu EVAP.....................................................20

2.3. Van EGR................................................................................................................................... ......21

2.4. Hệ thống kiểm soát khí xả................................................................................................... ...........22

2.4.1. Nguyên lý sản sinh ra khí xả......................................................................................... .............. 22

2.4.2. Tiêu chuẩn của khí thải................................................................................................. .............. 24

2.4.3. Hệ thống kiểm soát khí xả............................................................................................ .............. 29

2.4.4. Cấu tạo hệ thống kiểm soát khí xả.............................................................................................. 33

2.4.5. Nguyên lý hoạt động................................................................................................................. .. 35

2.5. Một số hư hỏng hệ thống có thể gặp phải và cách khắc phục.................................................... .. 36

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN LƯỢNG KHÍ XẢ TRÊN Ô TÔ......................................................................41

3.1. Phương pháp tính hàm lượng khí thải NOx từ ô tô.......................................................................  41

3.2. Phương pháp tính hàm lượng khí thải CO từ ô tô.................................................................. ...... 42

3.3. Công thức tính hàm lượng khí thải HC từ động cơ ô tô................................................................ 42

KẾT LUẬN.............................................................................................................................................44

TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................................................45

LỜI MỞ ĐẦU

Công nghiệp xe hơi hiện đại ngày càng phát triển, là ngành mang tính tổng hợp. Đây không đơn thuần là ngành riêng biệt mà còn kéo theo hàng trăm nghìn ngành nghề khác nhau phát triển.

Những bộ phận trong ngành xe hơi là những công nghệ cao từ các kết quả nghiên cứu áp dụng của toán học, vật lý học, hóa học, vật liệu (hệ thống nhún, hệ thống thắng, dầu nhớt, bánh xe, bố thắng...) và của cả ngành điện tử (chip điện tử, chip design...).

Với sự phát triển nhanh chóng và mạnh mẽ của thị trường ô tô Việt Nam, một yêu cầu được đặt ra, đó là làm thế nào để khai thác được hiệu quả nhất động cơ của ô tô, nhất là về phần điều khiển, để có thể đánh giá và sử dụng hết được những tính năng của nó, đem lại chỉ  tiêu kinh tế kĩ thuật (ít tiêu hao nhiên liệu, sự ô nhiễm, công suất động cơ) cao nhất… Đó là một nhiệm vụ được đặt ra cho một nước đang hội nhập với thế giới như Việt Nam. Đó cũng là lý do em chọn đề tài “Nghiên cứu hệ thống kiểm soát khí xả trên ô tô Vinfast Lux SA2.0”.

Trong phạm vi giới hạn của đề tài, khó mà có thể nói hết được tất cả các việc phải làm để khai thác hết các tính năng về phần điều khiển đánh lửa động cơ xe ô tô. Tuy nhiên, đây sẽ là nền tảng cho việc lấy cơ sở để khai thác những động cơ tương tự sau này, làm thế nào để sử dụng một cách hiệu quả nhất trong khoảng thời gian lâu nhất.

Sau một thời gian tìm tòi nghiên cứu thực hiện đồ án em đã hoàn thành. Nhưng do thời gian không có nhiều và với sự hạn chế về mặt trình độ chuyên môn nên đồ án không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong nhà trường cùng các thầy cô góp ý để đề tài đồ án được hoàn thiện hơn.

Cuối cùng em xin trân thành cảm ơn nhà trường, các thầy cô trong khoa công nghệ kỹ thuật ô tô và thầy đã dạy giỗ chỉ bảo hướng dẫn tận tình tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập tại trường và giúp em hoàn thành đồ án này.

                                                                                                                                                           TP. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20…

                                                                                                                                                            Sinh viên thực hiện

                                                                                                                                                            ……………….

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KIỂM SOÁT KHÍ XẢ TRÊN XE VINFAST LUX SA2.0

1.1. Lịch sử phát triển của hệ thống kiểm soát khí xả

Ô nhiễm môi trường do khí xả động cơ gây ra đã là mối quan tâm của của nhiều quốc gia từ lúc nền công nghiệp ô tô bắt đầu phát triển. Theo thời gian, danh sách các chất ô nhiễm ngày càng trở nên chi tiết hơn, giới hạn nồng độ của chúng trong khí xả ngày càng trở nên khắt khe hơn và ngày càng nhiều quốc gia hưởng ứng vấn đề chống ô nhiễm môi trường do khí xả ô tô gây ra.

Theo trình tự thời gian, chúng ta có thể kể các quốc gia đã sớm đặt vấn đề ô nhiễm môi trường do khí xả động cơ gây ra như sau: Đức: 1910; Mĩ: 1959; Pháp: 1963; Nhật: 1966.

1.2. Giới thiệu chung về hệ thống kiểm soát khí xả

1.2.1. Hệ thống khí xả là gì?

Hệ thống khí xả là một trong những hệ thống quan trọng nhất của xe và giúp bảo vệ môi trường , đây cũng là hệ thống giúp xe vượt qua các tiêu chuẩn chất lượng để xe có thể được chạy trên đường.

Hệ thống khí xả là hệ thống dẫn và xử lý khí thải nhằm bảo vệ môi trường, giảm âm và giúp động cơ hoạt động một cách hiệu quả nhất.

1.2.2. Khí thải là gì?

Thuật ngữ khí thải dùng để chỉ nhiên liệu bay hơi từ  thùng nhiên liệu, khí lọt ra qua khe giữa píttông và thành  xy-lanh, và khí xả [4].

Khí thải có hại cho môi trường và con người vì chúng có những chất độc như CO (cacbon oxit), HC  (hyđrôcacbon) và NOx (nitơ oxit)

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

- CO (cácbon oxit)

CO được sinh ra khi lượng ôxy đưa vào buồng đốt không đủ (cháy không hoàn toàn): 2C (cácbon) + O2 (ôxy) = 2CO (cácbon ôxít)

Khi CO được hít vào trong cơ thể, nó hoà tan vào máu và làm hạn chế khả năng vận chuyển ôxy của máu. Hít vào một lượng lớn CO có thể dẫn đến tử vong.

- HC (hydrôcácbon)

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

Khi nhiệt độ ở khu vực dập lửa thấp, chưa đạt tới nhiệt độ bốc cháy.

Khí nạp thổi qua trong thời gian lặp của xupáp.

Hỗn hợp không khí-nhiên liệu càng giàu, càng sinh ra nhiều HC. Hỗn hợp càng nghèo, càng ít sinh ra HC.

- NOx (nitơ oxit)

NOx được sinh ra do nitơ và ôxy trong hỗn hợp không khí-nhiên liệu, khi nhiệt độ của buồng đốt tăng cao trên 1800oC. Nhiệt độ của buồng đốt càng cao, lượng NOx sản ra càng nhiều.

Khi hỗn hợp không khí-nhiên liệu nghèo, NOx sinh ra nhiều hơn vì tỷ lệ ôxy trong hỗn hợp không khí-nhiên liệu cao hơn. Như vậy, lượng NOx được sinh ra tuỳ theo hai yếu tố: nhiệt độ cháy và hàm lượng ôxy.

N2 (nitơ) + O2 (ôxy) = 2 NO (NO2, N2...NOx)

1.3. Nhiệm vụ, phân loại, yêu cầu hệ thống

1.3.1. Nhiệm vụ

Hệ thống kiểm soát khí xả giúp hạn chế lượng khí thải có hại cho con người và môi trường. giảm tiếng ồn sinh ra từ động cơ và dẫn khí xả có nhiệt độ cao, nồng độ chất độc lớn đi ra phía sau, ở dưới thân xe một cách an toàn, sau đó qua một loại hệ thống giảm âm, xúc tác chuyển đổi chất độc ... khí xả được tống ra ngoài.

1.3.3. Phân loại hệ thống khí xả

Phân loại hệ thống khí xả phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chẳng hạn như loại động cơ, kiểu dáng của xe hoặc thiết bị, v.v. Tuy nhiên, thường có các hệ thống khí xả sau đây:

- Hệ thống khí xả đơn giản: Được sử dụng trên các thiết bị đơn giản và không có yêu cầu khí thải phải qua quá trình xử lý phức tạp.

- Hệ thống khí xả tái sử dụng: Được sử dụng để tận dụng lại năng lượng từ các khí thải và giảm thiểu lượng khí thải được phát ra từ động cơ.

- Hệ thống khí xả tiêu chuẩn: Được thiết kế để đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải của các tổ chức quản lý môi trường, như tiêu chuẩn khí thải Euro của Liên minh châu Âu hoặc tiêu chuẩn EPA của Hoa Kỳ.

Xe Vinfast Lux SA2.0 được trang bị động cơ 2.0L và sử dụng hệ thống khí xả tiêu chuẩn để đáp ứng các yêu cầu khí thải của các tổ chức quản lý môi trường.

Hệ thống khí xả trên xe Vinfast Lux SA2.0 được thiết kế để loại bỏ các chất gây ô nhiễm trong khí thải trước khi được thải ra vào môi trường. Hệ thống bao gồm một hệ thống ống dẫn khí thải từ động cơ đến bộ phận xử lý khí thải, gồm các bộ lọc và bộ phận giảm thiểu khí thải như là một bộ xử lý khí thải.

1.4. Tổng quan về vấn đề ô nhiễm

Bảo vệ môi trường đô thị ngày càng có tầm quan trọng trong phát triển bền vững quốc gia, bởi vì dân số đô thị ngày càng lớn, chiếm tỷ lệ trong tổng dân số ngày càng cao. Các hoạt động phát triển kinh tế - xã hội của quốc gia ngày càng tập trung trong các đô thị. Ở khu vực ASEAN gần 3/4 GDP và khoảng 2/3 tổng sản lượng xuất khẩu quốc gia đều xuất phát từ các đô thị[8]. Thí dụ, riêng Metro Bangkok (2005) đóng góp 44% GDP của Thái Lan, Metro Manila (2006) đóng góp 37% cho GDP của Philippine, Thành phố Hồ Chí Minh (2006) đóng góp 23,5% cho GDP Việt Nam.

Ở nước ta  trong thời gian hơn 20 năm qua, cùng với quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước là quá trình đô thị hoá tương đối nhanh.

Hoạt động giao thông vận tải, các ngành công nghiệp, thủ công nghiệp và hoạt động xây dựng là những nguồn chính gây ô nhiễm không khí ở các khu đô thị. Theo đánh giá của các chuyên gia, ô nhiễm không khí ở đô thị do giao thông gây ra chiếm tỷ lệ khoảng 70% [8].

Khí xả được thải ra qua ống xả. Theo lí thuyết, khi đốt cháy xăng thì chỉ sinh ra CO2 (cácbon điôxit) và H2O (hơi nước). Tuy nhiên, không phải toàn bộ xăng đều tham gia phản ứng như lí thuyết, do ảnh hưởng của các yếu tố như tỷ lệ hỗn hợp không khí-nhiên liệu, nitơ trong không khí, nhiệt độ cháy, thời gian cháy... Đó là nguyên nhân sinh ra các khí độc hại như  CO, HC hoặc NOx

1.6. Các phương pháp giảm nồng độ khí thải trong động cơ

Mức độ ô nhiễm môi trường cũng đang gia tăng, ảnh hưởng không nhỏ đến đời sống xã hội và con người mà một trong các tác nhân quan trọng là khí xả từ động cơ đốt trong. Sản phẩm chảy độc hại được thải ra từ động cơ đốt trong gồm ôxit nitơ (NO), mônôxit cácbon (CO), hyđro cacbon (HC), chất thải hạt (PM) và anđehit, là nguyên nhân chính gây ra ô nhiễm không khi.

* Các giải pháp để giảm lượng khí thải độc hại trong động cơ diesel:

a) Phương pháp hình thành khí hồn hợp phân lớp

Phương pháp này được sử dụng ở động cơ xăng. Bản chất của phương pháp này là hố trí một bugi đánh lửa trong buồng chảy của động cơ tại vị trí hỗn hợp có thành phần λ nhỏ (hỗn hợp đậm) để đốt hỗn hợp bằng tỉa lửa điện. Phần hỗn hợp này sâu khi bốc cháy sẽ làm mồi để đốt phần hỗn hợp còn lại có thành phần λ lớn (hỗn hợp nhạt).

Hiện nay, tất cả các nhà sản xuất ô tô hàng đầu thế giỏi đều nghiên cứu chế tạo động cơ hình thành khí hỗn hợp phân lớp và đã dưa ra rất nhiều loại kết cấu với buồng cháy thống nhất và buồng cháy ngăn cách. Nhiên liệu được vòi phun 2 phun vào gần tâm xylanh tạo thành tia phun với góc tỉa khoảng 100 độ.

b) Các biện pháp liên quan đến động cơ và nhiên liệu thay thế.

- Tối ưu hệ thống nhiên liệu, hệ thống nạp, kết cấu buồng cháy, áp dụng điều khiển điện tử: Nhằm mục đích điều khiển lượng nhiên liệu chu trình, tăng cường khả năng nạp, tăng cường khả năng hòa trộn nhiên liệu với không khí, đốt cháy triệt để nhiên liệu...

- Luân hồi khí thải (EGR):

Là biện pháp rất hữu hiệu để giảm phát thải NO . Một phần khí xả được đưa ngược trở về buồng cháy, do đó làm bẩn hỗn hợp cháy làm quá trình cháy diễn ra ở nhiệt độ thấp hơn, phản ứng giữa ôxy và nitơ giảm, do đó có thể hạn chế lượng phát thải NO từ 50 đến 70%.

- Phần vỏ thường làm bằng thép hoặc thép không gỉ.

- Lớp đệm làm bằng sợi vô cơ hoặc phôi thép để bù trừ giãn nở vì nhiệt.

- Phần lõi của bộ DOC thường được làm bằng gốm hoặc kim loại với cấu trúc dạng tổ ong trong đó khi thải đi qua các ống trong thân có đường kính khoảng 1mm.

Trình bày sơ đồ cấu tạo cũng như nguyên lý hoạt động của hệ thống LNT. Hệ thống LNT gồm 2 buồng xúc tác:

- Buồng thứ nhất: gồm một van khí thải và một đường ống rỗng (bypass leg) bên trong.

- Buồng thứ hai gọi là buồng xử lý, buồng này lại chia thành các buồng nhỏ hơn gồm: Buồng chứa chất ôxy hoá, buồng chuyển hoá, buồng chứa bộ xúc tác LNT. Các kim loại quý dùng để làm các chất xúc tác có thành phần cho các bình như sau: với buồng chứa chất oxy hoá là 50g Pt/305mm3, với buồng có chứa chất chuyển hoá là 60g Pt/Rh /305mm3, với buồng có chứa chất xúc tác LNT là 50g Pt/305mm3. Các kim loại quý này được phủ lên trên bề mặt của kim loại kiềm và kiểm thổ, các kim loại kiềm và kiểm thổ dùng chủ yếu là Kali (K) và Bari (Ba).

e) Bộ xử lý xúc tác khử NO - SCR (Selective Catalytic Reduction)

- Bộ xử lý xúc tác có chọn lọc (SCR) giảm phát thải NO. Quá trình xử lý NO xảy ra trong hệ thống SCR bao gồm 1 chuỗi các phản ứng hóa học gồm 3 giai đoạn chính:

+ Phản ứng đầu tiên trong hệ thống xử lý khí thải SCR gọi là (Standard SCR), phản ứng này làm giảm NO và gọi là phản ứng chuẩn bởi vì NO là đặc trưng cho phản ứng làm giảm khí thải của động cơ diesel.

+ Phản ứng mong muốn nhất chính là phản ứng khử nhanh, xảy ra nhanh hơn so với phản ứng chuẩn. Phản ứng này xảy ra bên trong bộ xúc tác nơi có sự cân bằng NO và NO.

1.7. Giới thiệu tổng quan về động cơ Vinfast Lux SA2.0

Động cơ 2.0L-228HP trên xe Vinfast Lux SA2.0 [3] là một động cơ xăng 4 xi-lanh thẳng hàng, sử dụng công nghệ phun nhiên liệu trực tiếp (Direct Injection). Đây là một động cơ có khối lượng nhẹ, đáp ứng được các tiêu chuẩn khí thải khắt khe và cung cấp công suất cao.

Động cơ này có thể sản sinh công suất tối đa 228 mã lực và mô-men xoắn cực đại lên đến 350 Nm, giúp xe có khả năng vận hành mạnh mẽ và đầy sức sống. Hệ thống truyền động của xe được kết hợp với hộp số tự động 8 cấp, giúp cho xe di chuyển mượt mà và tiết kiệm nhiên liệu hơn.

Ngoài ra, động cơ trên xe Vinfast Lux SA2.0 còn được trang bị các công nghệ tiên tiến như hệ thống điều khiển van biến thiên pha, hệ thống phun nhiên liệu đa điểm, hệ thống khởi động và tăng áp nhanh và hệ thống làm mát bằng nước. Các công nghệ này giúp tăng hiệu suất động cơ và giảm đáng kể lượng khí thải ra môi trường.

Với động cơ 2.0L-228HP, xe Vinfast Lux SA2.0 có khả năng tăng tốc nhanh và vận hành mạnh mẽ, phù hợp với những khách hàng yêu thích tốc độ và sự sang trọng của một chiếc xe hạng sang.

Thông số kỹ thuật Vinfast Lux SA2.0 [3] như bảng 1.1.

CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG

2.1. Vị trí lắp đặt và cấu tạo chung

Vị trí lắp đặt hệ thống trên ô tô như hình 2.1.

Hệ thống khí xả trên ô tô thường được lắp đặt từ phía dưới xe và chạy dọc theo động cơ và đuôi xe. Thường thì hệ thống khí xả bao gồm ống xả từ động cơ, kẹp ống, ống nối, bộ lọc khí xả, bộ chuyển hướng khí và ống xả đuôi xe. Các bộ phận này có thể được lắp đặt bên dưới và trên bề mặt xe, tùy thuộc vào thiết kế của từng loại xe. Hệ thống khí xả trên ô tô có chức năng đưa khí thải ra khỏi xe và giảm thiểu tác động của khí thải đến môi trường.

2.2. Hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu EVAP

2.2.1. Cấu tạo

EVAP bao gồm các loại bình chứa và đường dẫn nhiên liệu thực hiện nhiệm vụ riêng đồng thời phối hợp nhịp nhàng để đảm bảo hoạt động kiểm soát khí thải đạt hiệu quả cao. Cụ thể:

2.2.1.1. Bình xăng

Bình xăng là một trong các thành phần của hệ thống EVAP, có nhiệm vụ dự trữ nhiên liệu trước khi chúng được đưa đến kim phun thực hiện quá trình đốt cháy trong động cơ. Trong quá trình nạp nhiên liệu, người lái nên hạn chế đổ xăng tràn bình bởi bộ phận này cần không gian giãn nở để làm việc hiệu quả, hạn chế hiện tượng rò rỉ.

2.2.1.3. Cổ bình xăng

Cổ bình xăng là một ống thông hơi được làm bằng nhựa cứng hoặc kim loại gắn vào bình xăng thông qua một đầu nối kín khí. Phần trên cùng của cổ bình được gấp mép, có khóa để nhận và bịt kín nắp khí. Hiện nay, một số dòng cổ nạp mới được thiết kế có nắp kèm theo một miếng đệm có lò xo tự làm kín để thay cho nắp khí truyền thống.

2.2.1.5.Module kiểm soát hệ thống truyền lực

Module kiểm soát hệ thống truyền lực (PCM) chịu trách nhiệm kiểm tra tính toàn vẹn của hệ thống EVAP và đo lượng hơi khí được lưu giữ trở lại động cơ.

Để kiểm tra tính toàn vẹn của hệ thống EVAP, PCM sẽ chạy màn hình chẩn đoán nhằm phát hiện rò rỉ nhiên liệu, sau đó đặt mã lỗi TCD và bật sáng đèn kiểm tra động cơ.

2.2.1.7. Đường ống dẫn nhiên liệu

Đường ống dẫn xăng dùng để kết nối tất cả thành phần của hệ thống nhiên liệu. Bộ phận này thường làm bằng thép mạ kẽm hoặc nhựa cứng, được gắn chặt vào khung và động cơ, giữ khoảng cách với ống xả, bộ giảm thanh. Ngoài ra, khi thay thế các đường dẫn nhiên liệu, người thực hiện cần phải sử dụng vật liệu và phần cứng kết nối phù hợp. Trường hợp đường dẫn bị rò rỉ có thể gây ra các vấn đề trong việc vận hành hệ thống an toàn.

2.2.1.9. Bơm phát hiện rò rỉ (LDP)

Bơm phát điện rò rỉ (LDP) là một loại máy bơm gồm van một chiều và các ống dẫn điện có tác dụng bơm không khí vào hộp đựng than hay thùng nhiên liệu.

Lúc này, PCM kiểm soát hoạt động của LDP trong quá trình giám sát hệ thống EVAP, từ đó có thể phát hiện sự cố LDP rò rỉ bất cứ khi nào. Đồng thời, PCM còn có thể đánh giá khả năng tạo và giữ áp lực của LDP trong chu trình giám sát hệ thống EVAP. Trường hợp PCM phát hiện sự cố, đèn Check Engine sẽ chiếu sáng và mã DTC được kích hoạt.

2.2.2. Nguyên lý hoạt động hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu EVAP

Hệ thống EVAP hút hơi xăng và các khí thải khác. Cụ thể, khi xăng bay hơi, phần hơi này sẽ chuyển sang hộp đựng than và được lưu trữ ở đó đến khi có thể chuyển trở lại động cơ một cách an toàn để đốt cháy hỗn hợp không khí nhiên liệu. Đồng thời, van EVAP sẽ tạo ra không gian để hút hơi vào động cơ. Không khí sạch cũng được hút vào thông qua các lỗ thông hơi.

2.3. Van EGR

Van EGR (Exhaust Gas Recirculation) là một thành phần quan trọng trong hệ thống khí xả của động cơ đốt trong, được sử dụng để giảm thiểu lượng khí NOx được sản xuất trong quá trình đốt cháy nhiên liệu.

Nguyên lý hoạt động của van EGR là đưa một phần khí thải từ hệ thống khí xả vào lại trong hệ thống đốt cháy của động cơ. Bằng cách làm giảm lượng oxy trong không khí hỗn hợp, quá trình đốt cháy sẽ diễn ra ở nhiệt độ thấp hơn, giảm thiểu sự sản xuất khí NOx.

2.4. Hệ thống kiểm soát khí xả

2.4.1. Nguyên lý sản sinh ra khí xả

Tỷ lệ hỗn hợp không khí - nhiên liệu lý thuyết: là tỷ lệ của lượng nhiên liệu và không khí (chứa oxy) tối thiểu cần thiết để đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu.

Xăng là hỗn hợp của một số dạng hydrocacbon, trong đó chủ yếu là octan (C8H18).

Phương trình phản ứng:

2C8H18 + 15 O2 = 16CO2 + 18 H2O

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

Biểu đồ trên cho thấy quan hệ giữa tỷ lệ hỗn hợp không khí – nhiên liệu và lượng CO/HC/Nox sinh ra.

a, Đậm hơn:

CO/HC: tăng

NOx: giảm

b, Nhạt hơn

CO: giảm

HC: giảm

2.4.2. Tiêu chuẩn của khí thải

Ngày nay hầu hết các nước trên thế giới đều có những quy định nhằm ngăn ngừa ô nhiễm không khí vì khí thải. Những quy định này được gọi là quy định về khí thải. Để hạn chế và kiểm soát mức độ ô nhiễm môi trường, là một quốc gia đang phát triển về tình trạng ô nhiễm không khí tại các thành phố ở mức cao, tiêu chuẩn khí thải ô tô tại việt nam ngày càng được xiết chặt với những quy định khắt khe hơn.

a) Tiêu chuẩn khí thải xe ô tô Euro

Tiêu chuẩn khí thải Euro quy định về định mức các loại khí phát ra trong quá trình hoạt động của xe ô tô bao gồm: hydrocarbons (HC), particulate matter (PM), carbon monoxide (CO) và nitrogen oxide (NOX). Tiêu chuẩn này được nhiều Quốc gia lựa chọn áp dụng cho phương tiện tham gia giao thông.

b) Tiêu chuẩn khí thải xe ô tô phổ biến tại Việt Nam [2]

Lộ trình về tiêu chuẩn khí thải đối với các dòng xe ô tô - mô tô hai bánh nhập khẩu, sản xuất hay lắp ráp được thể hiện rõ trong Quyết định 49/2011/QĐ-TTG của Thủ tướng Chính Phủ, như sau:

- Bắt đầu từ ngày 1 tháng 1 năm 2022, các sản phẩm xe ô tô lắp ráp, sản xuất và cả xe nhập khẩu mới sẽ buộc phải áp dụng tiêu chuẩn khí thải ở mức Euro 5.

- Các loại xe đang lưu hành trên thị trường và đang sử dụng sẽ không phải áp dụng kiểm định khí thải theo tiêu chuẩn này.

- Tại Hà Nội hiện nay vẫn chưa có cây xăng nào phân phối dòng xăng có tiêu chuẩn tương đương tiêu chuẩn Euro 5.

- Chỉ có 1 loại dầu đạt được tiêu chuẩn theo Euro 5 đến thời điểm hiện tại đó là: Petrolimex phân phối loại diesel DO 0,001S-V.

Trong các văn bản gửi đến những cơ quan liên quan về thực hiện tiêu chuẩn khí thải mức 5 từ 01/01/2022, Thủ tướng đã giao cho Bộ Khoa học và Công nghệ chủ trì, cùng phối hợp với Bộ Công thương để sớm hoàn thiện và ban hành Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về xăng, nhiên liệu diesel, nhiên liệu sinh học tương ứng với tiêu chuẩn khí thải mức Euro mức 5.

VinFast Lux SA2.0 và Lux A2.0. Cả 2 đều đã được kiểm định đạt tiêu chuẩn khí thải Châu Âu mức 5, vì thế người dùng hoàn toàn yên tâm khi mua và sử dụng 2 sản phẩm xe ô tô chất lượng này.

c) Tiêu chuẩn khí thải mức 2 - Tiêu chuẩn khí thải ô tô Việt Nam

Tiêu chuẩn khí thải mức 2 được áp dụng từ 01/01/2021 đối với ô tô dùng động cơ cháy nén và động cơ cháy cưỡng bức, được sản xuất từ năm 1999 đến 2008. Đây là những loại ô tô thế hệ trước vẫn còn đang được lưu hành trên thị trường và có “tuổi thọ” lâu đời.

Tiêu chuẩn khí thải mức 2 - áp dụng quy định đo không tải có tăng tốc theo TCVN 6204:2008 (ISO 3939:2003). Cụ thể như sau:

- Lượng khí CO (%) thể tích không vượt quá 3.5.

- HC (ppm thể tích) trung bình không vượt quá 800: đối với động cơ 2 kỳ không vượt quá 7800 và động cơ đặc biệt không vượt quá 3300.

- Giới hạn độ khói lớn nhất đối với xe lắp động cơ do cháy nén là 60% HSU.

2.4.3. Hệ thống kiểm soát khí xả

Hệ thống kiểm soát khí xả giúp hạn chế lượng khí thải có hại cho con người và môi trường. Khí xả được thải qua ống xả. Theo lý thuyết, khi đốt cháy xăng thì chỉ sinh ra khí CO2 (cácbon đioxit) và nước. Tuy nhiên, không phải toàn bộ xăng đều tham gia phản ứng như lý thuyết, do ảnh hưởng của các yếu tố như tỷ lệ hỗn hợp không khí – nhiên liệu, nitơ trong không khí, nhiệt độ cháy, thời gian cháy,… Đó là nguyên nhân gây ra các khí độc hại như CO, HC hoặc NOx.

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 qua khe hở giữa pittong và thành xy lanh và đi vào hộp trục khuỷu. Thành phần chủ yếu của nó là nhiên liệu và khí chưa cháy (HC).

Điều quan trọng cần nhận ra là mục tiêu của việc tối ưu hóa động cơ không phải là giảm thiểu phát thải chất ô nhiễm từ hệ thống đốt cháy hoặc giảm thiểu tối đa các chất ô nhiễm trong ATS. Thay vào đó, mục tiêu là đạt được mức phát thải mục tiêu từ toàn bộ hệ thống. Mục tiêu nói chung là đủ dưới giới hạn quy định để cho phép thay đổi sản xuất. Làm như vậy có thể yêu cầu tăng phát thải một số chất ô nhiễm từ hệ thống đốt nếu hiệu suất ATS đủ cao để vẫn đạt được mục tiêu thiết kế. Ví dụ, lượng khí thải NOx từ các công cụ trang bị với một chất xúc tác urê SCR có thể được phép tăng để giảm thiểu khí thải nhà kính nếu chuyển đổi NOx cao trong chất xúc tác SCR là đạt được.

Cấu tạo 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 kì nén đến đầu kì nổ. Dòng rối này làm tăng tốc độ cháy, giúp hỗn hợp không khí - nhiên liệu cháy hoàn toàn, giảm lượng CO và HC.

- Tạo ra xoáy lốc: cửa nạp được làm cong, tạo ra dòng xoáy thích hợp cho hỗn hợp không khí - nhiên liệu được hút vào trong kì 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.

3.4.4. Cấu tạo hệ thống kiểm soát khí xả

Trong kỳ xả của xilanh, khí xả được đẩy ra ngoài bằng cửa xả rồi được gom lại ở bộ gom khí xả, sau đó qua bộ xử lý khí xả để làm giảm lượng khí độc, cuối cùng là qua bộ giảm âm nhằm giảm tiếng ồn.

a) Đầu xi lanh

Là bộ phận thuộc hệ thống phân phối khí, đầu xi lanh được bố trí van xả của động cơ, chịu trách nhiệm điều khiển quá trình nạp/xả của trục cam. Đây cũng là nơi để cổ góp kết nối và tạo nên kết cấu cố định. Đầu xi lanh là vị trí kết nối cứng duy nhất trên toàn bộ ống xả, còn lại các vị trí khác được treo trên các gối cao su tổng hợp.

b) Cổ góp

Đây là bộ phận dẫn, gom khí thải (nếu là trên động cơ nhiều xi lanh), nhằm đưa toàn bộ khí thải về một đường ống duy nhất. Bộ phận này có thể bao gồm các ống dẫn riêng biệt, hoặc có ống thông với nhau nhằm đảm bảo áp suất trên các đường ống khác nhau đều có áp suất gần bằng nhau

d) Bộ xử lý khí thải (Catalytic converter)

Đây là bộ phận chính và gần như là bắt buộc phải có trên các xe đời mới. Bộ phận này chứa đựng các chất xúc tác nhằm đưa các thành phần độc hại trong khí thải (như NOx, CO, PM, HC,…) tác dụng với vật liệu bên trong ( như vàng, bạch kim, Palladium,…) và chuyển hóa chúng thành những chất khác an toàn với môi trường hơn như nước, CO2,…

2.5. Một số hư hỏng hệ thống có thể gặp phải và cách khắc phục

a) Rò rỉ khí thải

Rò rỉ khí thải là hiện tượng khi khí thải không được đưa hết vào hệ thống xả và thay vào đó tràn ra ngoài. Đây là một vấn đề rất nguy hiểm vì khí thải chứa các chất độc hại có thể gây hại cho sức khỏe của con người và gây ô nhiễm môi trường.

Các nguyên nhân gây ra rò rỉ khí thải [5] có thể là do các bộ phận của hệ thống xả bị hư hỏng, thiết bị kiểm soát khí thải không hoạt động đúng cách hoặc do thiết kế không tốt của hệ thống xả. Dưới đây là một số cách khắc phục khi gặp phải hiện tượng rò rỉ khí thải:

- Kiểm tra và thay thế các bộ phận bị hư hỏng như đầu xả, măng xông, đầu nối và ống xả. Đảm bảo rằng các bộ phận này đang hoạt động tốt và không bị rò rỉ.

- Kiểm tra các thiết bị kiểm soát khí thải như van PCV, van EGR và cảm biến O2. Nếu thiết bị này không hoạt động đúng cách, nó có thể gây ra rò rỉ khí thải. Cần thay thế hoặc sửa chữa các thiết bị này nếu cần thiết.

- Kiểm tra van xả trên động cơ để đảm bảo rằng nó đang hoạt động tốt và không bị rò rỉ. Nếu van xả không đóng chặt, nó có thể gây ra rò rỉ khí thải.

b) Lỗ xả bị tắc

Hiện tượng lỗ xả bị tắc có thể gây ra nhiều vấn đề cho hệ thống khí xả của xe, bao gồm giảm hiệu suất động cơ, tiêu hao nhiên liệu tăng, mức khí thải thải ra tăng, đồng thời cũng ảnh hưởng đến sức khỏe của con người.

Dưới đây là một số nguyên nhân gây tắc lỗ xả và cách khắc phục:

- Các mảnh vụn kim loại hoặc tro bụi bẩn bám vào lớp sơn bảo vệ lỗ xả, gây tắc nghẽn và hạn chế sự thông khí.

+ Khắc phục: Điều tra lỗ xả bằng cách sử dụng đầu kim loại và loại bỏ các vật thể nằm trong đó. Nếu không thể loại bỏ được các vật thể nhỏ, ta có thể sử dụng các chất hoá học như xăng để phân tán các tạp chất.

- Lớp bụi, cặn bám trên lớp bảo vệ lỗ xả.

- Lớp phủ cháy trên đầu xả bị bong tróc hoặc hỏng.

+ Khắc phục: Thay thế đầu xả bằng một đầu mới hoặc sử dụng các chất chuyên dụng để phủ lại lớp cháy trên đầu xả.

c) Hư hỏng van xả

Van xả trong hệ thống khí xả của xe đóng vai trò quan trọng trong việc điều tiết lưu lượng khí thải ra ngoài và giảm thiểu tiếng ồn. Tuy nhiên, van xả cũng là một trong những bộ phận dễ hư hỏng trong hệ thống khí xả. Dưới đây là một số dấu hiệu và cách khắc phục khi van xả bị hư hỏng:

- Tiếng ồn to hơn bình thường: Nếu xe kêu to hơn bình thường khi đang hoạt động, có thể là do van xả bị hư hỏng hoặc bẩn. Bạn nên kiểm tra và vệ sinh van xả hoặc thay thế bằng van mới nếu cần.

- Tiêu hao nhiên liệu tăng: Nếu tiêu hao nhiên liệu của xe tăng đột ngột mà không có lý do gì, có thể do van xả bị kẹt hoặc không hoạt động đúng cách. Kiểm tra và vệ sinh van xả hoặc thay thế bằng van mới nếu cần.

d) Đầu ống xả bị hư hỏng

Đầu ống xả có thể bị hư hỏng do nhiều nguyên nhân khác nhau, ví dụ như va chạm, mài mòn, ăn mòn, hoặc sử dụng trong điều kiện khắc nghiệt. Khi đầu ống xả bị hư hỏng, sẽ gây ra một số vấn đề như tiếng ồn lớn, sự giảm hiệu suất động cơ và nguy cơ cháy nổ.

f) Muffler (ống giảm âm) bị hỏng

Ống giảm âm là một phần quan trọng của hệ thống khí xả, giúp giảm tiếng ồn và kiểm soát áp suất khí xả. Khi ống giảm âm bị hư hỏng, có thể dẫn đến các vấn đề như tiếng ồn lớn, hao hụt năng lượng và thiếu hiệu quả trong hệ thống khí xả. Để khắc phục vấn đề này, có thể làm theo các bước sau:

- Đầu tiên, hãy xác định nguyên nhân của vấn đề bằng cách kiểm tra xem ống giảm âm bị hư hỏng, uốn cong, đứt hoặc không còn kín.

- Sau đó, kiểm tra xem ống giảm âm có bị mòn hoặc gỉ sét không. Nếu có, cần thay thế ống giảm âm mới.

- Nếu ống giảm âm còn tốt, hãy kiểm tra xem nó có bị uốn cong hay không. Nếu ống bị uốn cong, có thể cố gắng uốn trở lại hoặc thay thế ống mới.

e) Khói đen

Khói đen là hiện tượng khi khí thải của xe ô tô có màu đen đặc biệt là khi tăng tốc hoặc đạp ga mạnh. Đây là tình trạng không tốt cho xe và cho môi trường xung quanh. Một số nguyên nhân gây ra khói đen bao gồm:

- Lượng dầu nhiều hơn thông số kỹ thuật của động cơ.

- Hệ thống phun nhiên liệu không hoạt động tốt.

- Hệ thống khí xả bị tắc hoặc hư hỏng.

- Lọc gió bẩn hoặc hỏng.

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN LƯỢNG KHÍ XẢ TRÊN Ô TÔ

3.1. Phương pháp tính hàm lượng khí thải NOx từ ô tô

NOx (g/km) = (F x AFR(NOx)×30 x (OT-OS) x10^-6)/(60 x V ×10-³ )

Trong đó:

+ F: Lưu lượng nhiên liệu đưa vào động cơ (kg/h)

+ AFR (NOx) (air-fuel ratio): Tỷ lệ nhiên liệu-khí quyển trong động cơ ảnh hưởng đến nồng độ NOx được sản sinh ra. AFR càng thấp, tức là động cơ đang sử dụng nhiều nhiên liệu hơn so với khí oxy, và do đó sản sinh ra NOx chưa quá nhiều. Nếu AFR càng cao, động cơ sẽ sử dụng ít nhiên liệu hơn so với khí oxy và sẽ giảm lượng NOx được sản sinh ra.

+ 10^-3: Hệ số chuyển đổi đơn vị từ lít sang m3.

+ 30: Khối lượng phân tử trung bình của NOx.

+ (OT-OS): Hiệu của hàm lượng NOx trong khí thải của động cơ khi áp suất phòng đốt cao và nhiệt độ cao trừ đi hàm lượng NOx trong khí thải sau hệ thống xử lý khí thải của ô tô.

+ 10^-6: Hệ số chuyển đổi đơn vị lưu lượng khí thải từ ppm sang kg/m3.

+ V: Dung tích động cơ (lít).

3.2. Phương pháp tính hàm lượng khí thải CO từ ô tô

CO (g/km)=(F x AFR(CO) x28x(OT-OS)x10^-6))/(60 x V ×10^-3

Trong đó:

+ F : Lưu lượng nhiên liệu đưa vào động cơ (kg/h)

+ AFR (air-fuel ratio): Tỷ lệ nhiên liệu-khí quyển trong động cơ. AFR càng thấp, tức là động cơ đang sử dụng nhiều nhiên liệu hơn so với khí oxy, và do đó sản sinh ra nhiều CO hơn. Ngược lại, nếu AFR càng cao, động cơ sẽ sử dụng ít nhiên liệu hơn so với khí oxy và sẽ giảm lượng CO được sản sinh ra.

+ 10^-3: Hệ số chuyển đổi đơn vị từ lít sang m3.

+ 28: Khối lượng phân tử trung bình của CO.

+ (OT-OS): Hiệu của hàm lượng CO trong khí thải của động cơ khi áp suất phòng đốt cao và nhiệt độ cao trừ đi hàm lượng CO trong khí thải sau hệ thống xử lý khí thải của ô tô.

+ (OT-OS): Hiệu của hàm lượng CO trong khí thải của động cơ khi áp suất phòng đốt cao và nhiệt độ cao trừ đi hàm lượng CO trong khí thải sau hệ thống xử lý khí thải của ô tô.

+ 10^-6: Hệ số chuyển đổi đơn vị lưu lượng khí thải từ ppm sang kg/m3.

+ V: Dung tích động cơ (lít).

3.3. Phương pháp tính hàm lượng khí thải HC) từ động cơ ô tô

HC (g/hm) = (F xAFR(HC)x13x(OT-OS)x10^-6))/(60 xV x10^-3)

Trong đó:

+ F: Lưu lượng nhiên liệu đưa vào động cơ (kg/h)

+ AFR (air-fuel ratio): Tỷ lệ nhiên liệu-khí quyển trong động cơ. AFR càng thấp, tức là động cơ đang sử dụng nhiều nhiên liệu hơn so với khí oxy, và do đó sản sinh ra nhiều HC hơn. Ngược lại, nếu AFR càng cao, động cơ sẽ sử dụng ít nhiên liệu hơn so với khí oxy và sẽ giảm lượng HC được sản sinh ra.

+ 10^-3: Hệ số chuyển đổi đơn vị từ lít sang m3.

+ 13: Khối lượng phân tử trung bình của HC.

+ (OT-OS): Hiệu của hàm lượng HC trong khí thải của động cơ khi áp suất phòng đốt cao và nhiệt độ cao trừ đi hàm lượng HC trong khí thải sau hệ thống xử lý khí thải của ô tô.

+ 10^-6: Hệ số chuyển đổi đơn vị lưu lượng khí thải từ ppm sang kg/m3.

+ V: Dung tích động cơ (lít).

KẾT LUẬN

Sau thời gian làm đồ án nghiêm túc và được sự giúp đỡ tích cực của các thầy cô trong Bộ môn Cơ khí ô tô, đặc biệt là thầy: ThS. ……..…….., em đã hoàn thành được đồ án: “Nghiên cứu hệ thống kiểm soát khí xả trên xe Vinfast Lux SA2.0”.

Các kết quả đạt được của đề tài:

- Đã trình bày được đặc điểm kết cấu, nguyên lý hoạt độnng của hệ thống kiểm soát khí xả trên động cơ nói chung và trên động cơ 2.0L-228HP.

- Phân tích và xây dựng được phương pháp kiểm tra chẩn đoán hệ thống kiểm soát khí xả trên động cơ 2.0L-228HP.

- Tính toán được lượng khí xả trên ô tô.

Những vấn đề còn tồn tại:

Kiến thức chuyên ngành ô tô thôi cũng chưa đủ mà cần phải ứng dụng cả các kiến thức ngành khác như công nghệ hóa học, cơ điện tử, công nghệ thông tin và lập trình để ra sản phẩm tốt nhất đến người sử dụng phương tiện tham gia giao thông, bên cạnh đó cũng phải quan tâm đến những vấn đề xung quanh như là môi trường.

Mục tiêu và phương hướng phát triển:

Tìm ra giải pháp tối ưu để giải quyết vấn đề khí xả như tìm ra nguồn nhiên liệu khác có sản phẩm đốt cháy không có chất độc hại thay thế xăng và dầu diesel.

Phát triển công nghiệp xe điện vì đây là một loại động cơ không tạo ra khí thải, tuy vậy vẫn phải tìm ra phương pháp xử lý phần pin của loại xe này.

Qua đây em thêm hiểu hơn về khí xả trên xe Vinfast Lux SA2.0 và các xe hiện đại ngày nay. Nắm được nguyên lý làm việc và hư hỏng cũng như phương pháp kiểm tra hệ thống một cách khoa học, từ đó có thể sửa chữa được hệ thống của xe. Đồ án còn giúp em có thêm phương pháp học tập và thao tác trên xe, hiểu cách tra sơ đồ mạch điện và cách tiếp cận một chiếc xe đời mới.

Trong quá trình hoàn thiện đồ án, em đã cố gắng hết sức nhưng vì thời gian và trình độ có hạn nên không tránh khỏi những sai sót. Kính mong các thầy giáo: ThS. ……..…….. và các bạn góp ý để đồ án của em được hoàn thiện hơn và có tính ứng dụng trong thực tế cao hơn.

Em xin trân thành cảm ơn!

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. https://xenangthienson.com/tieu-chuan-khi-thai-euro-5/

[2]. https://oto.com.vn/thi-truong-o-to/chinh-thuc-ap-dung-tieu-chuan-khi-thai-tu-2022-nguoi-dung-can-luu-y-gi-articleid-kn531zy

[3]. https://shop.vinfastauto.com/vn_vi/o-to-vinfast-lux-sa.html

[4]. https://oto.edu.vn/tim-hieu-ve-he-thong-kiem-soat-khi-xa-o-to/

[5]. https://vinfastauto.com/vn_vi/nguyen-nhan-nuoc-vao-ong-xa-o-to-va-bien-phap-xu-ly

[6]. https://news.oto-hui.com/tim-hieu-ve-he-thong-khi-xa-o-to/

[7]. Richard Stone (2016), Introduction to Internal Combustion Engines, NXB CRC Press

[8]. Lê Anh Tuấn và Nguyễn Đình Đức (2017), Môi trường Việt Nam: Các vấn đề và giải pháp, NXB Thế giới.

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"