Làm thế nào để động cơ EGR và DPF luôn sạch sẽ?

Những chuyến đi ngắn và thường xuyên trong thành phố khiến động cơ âm thầm bị tắc nghẽn vì DPF không có cơ hội tự làm sạch.
Những chuyến đi ngắn và thường xuyên trong thành phố khiến động cơ âm thầm bị tắc nghẽn vì DPF không có cơ hội tự làm sạch.

Chia sẻ trang này

Hệ thống EGR và DPF/GPF là hai công nghệ kiểm soát khí thải bổ trợ cho nhau, giúp động cơ giữ được độ sạch: EGR đưa một phần khí xả trở lại xi-lanh để hạ nhiệt độ cháy, ngăn chặn từ đầu sự hình thành oxit nitơ (NOx); DPF và GPF trên động cơ xăng thì giữ lại các hạt bồ hạt trong hệ thống xả và đốt chúng bằng quá trình tái tạo định kỳ. Cả hai hệ thống đều được thiết kế để làm sạch, nhưng đặc biệt trong những chuyến đi ngắn trong thành phố thường xuyên, chúng không hoàn thành được chu kỳ tự làm sạch nên theo thời gian sẽ bị tắc.

Điểm nổi bật

  • EGR thường tuần hoàn lại 5-15 % khí xả trên động cơ xăng; trên động cơ diesel, tỷ lệ này có thể lên tới 50% trong một số điều kiện.
  • NOx hình thành khi nitơ và oxy kết hợp với nhau ở nhiệt độ cao; EGR làm giảm nhiệt độ này, thereby ngăn chặn sự hình thành ngay từ đầu.
  • Để đốt bồ hạt trong DPF, hệ thống xả cần nhiệt độ khoảng 600 °C.
  • Với những chuyến đi dưới 15-20 km, động cơ hiếm khi đạt được nhiệt độ cần thiết cho quá trình tái tạo thụ động.
  • GPF trên động cơ xăng có cấu trúc tổ ong gốm dòng xuyên tường, được lắp gần bộ chuyển đổi xúc tác hoặc tích hợp với nó.

Tại sao EGR lại đưa khí xả trở lại xi-lanh?

Ban đầu, ý tưởng này có vẻ mâu thuẫn: Tại sao lại đưa khí đã cháy xong vào động cơ thay vì không khí tươi? Câu trả lời nằm ở hóa học. NOx hình thành khi nitơ và oxy kết hợp với nhau ở nhiệt độ cao trong buồng đốt. Nhiệt độ càng cao, sự hình thành càng nhiều. Hệ thống EGR pha một phần khí xả vào phía nạp, làm loãng lượng oxy trong xi-lanh; khi oxy giảm, lượng nhiên liệu cháy cũng giảm và nhiệt độ đỉnh của xi-lanh hạ xuống. Khi nhiệt độ giảm, sự hình thành NOx bị ngăn chặn từ đầu.

Ngoài ra, hơi nước và CO2 trong khí xả có nhiệt dung khác với không khí; điều này kéo nhiệt độ lửa đoạn nhiệt xuống thấp hơn nữa. Trên các động cơ diesel hiện đại, khí được đưa trở lại thường đi qua một bộ làm mát EGR, tức là một bộ trao đổi nhiệt. Nhờ làm mát, có thể sử dụng tỷ lệ EGR cao hơn và nhiệt độ hơi nạp vào xi-lanh được giữ ở mức thấp.

Trên động cơ xăng, sự cân bằng là rất quan trọng: Tỷ lệ EGR điển hình nằm trong khoảng 5-15 %. Nếu bạn nâng tỷ lệ cao hơn mức cần thiết, tính liên tục của giác lửa bị phá vỡ; xảy ra bỏ nháy và cháy không hết. Vì vậy EGR không hoạt động trong mọi điều kiện: Nó bị tắt ở tải cao vì làm giảm công suất đỉnh, và ở chế độ không tải vì làm cho quá trình cháy bất ổn định. Trên động cơ diesel, trong những trường hợp thừa nhiều không khí như khi không tải, tỷ lệ này có thể đạt mức cao hơn nhiều. Trên động cơ xăng, EGR còn có những lợi ích phụ: Van bướm hoạt động mở hơn làm giảm tổn thất van bướm; tổn thất nhiệt và sự phân hủy hóa học giảm.

Tại sao van EGR bị tắc theo thời gian?

EGR supabını tıkaran yalnızca kurum değil; sıcak egzoz gazı, yağ buharı ve taze hava manifolddaki katran benzeri tortunun ana malzemesidir.

EGR đưa khí xả trở lại mà không qua lọc. Các hạt carbon ăn mòn trong khí tích tụ trên van; theo thời gian, van bị bẩn, cản trở dòng chảy và có thể kẹt hoàn toàn. Một van bị tắc sẽ cản trở việc giảm NOx và có thể khiến xe trượt bài kiểm tra khí thải. Sự tích tụ muội bẩn không chỉ đến từ khói trong khí xả: Nhiệt độ cao của khí xả khi hòa trộn với hơi dầu từ cò sò cũng góp phần nuôi dưỡng cặn bẩn. Trên động cơ diesel và xăng, khi EGR kết hợp với hệ thống thông hơi cò sò (PCV), hỗn hợp khí xả, không khí tươi và hơi dầu có thể biến thành lớp cặn keo giống nhựa đường trong ống hút.

Kết luận thực tế từ đây rất rõ ràng: Tránh các yếu tố làm tăng sự hình thành cặn bẩn, đặc biệt là sử dụng nhiên liệu chất lượng, sẽ kéo dài tuổi thọ của van. Các vấn đề nhiệt cũng đóng vai trò quan trọng trong hỏng hóc EGR; hệ thống liên tục phải chịu các chu kỳ nhiệt độ cao.

DPF Bẫy Muội Bẩn Như Thế Nào: Quá Trình Tái Sinh Hoạt Động Ra Sao?

EGR cũng phải trả một cái giá: Việc đưa khí xả trở lại xi-lanh làm tăng lượng phát thải hạt, tức muội bẩn trên động cơ diesel. Vì vậy mà DPF được lắp đặt trên đường xả của động cơ diesel, ở phần hạ lưu của động cơ. Bộ lọc bẫy muội bẩn; nhưng muội bẩn tích tụ tạo ra áp suất ngược trong khí xả, và áp suất này theo thời gian làm giảm hiệu suất nhiên liệu. Để bộ lọc có thể tự bảo vệ, nó phải đốt cháy lượng muội bẩn đã bẫy được - quá trình này được gọi là tái sinh. Hệ thống hoạt động dựa trên sự cân bằng động giữa lượng muội bẩn được bẫy và lượng muội bẩn bị oxy hóa.

Sự khác biệt giữa tái sinh thụ động và chủ động

Tái sinh thụ động xảy ra mà không cần sự can thiệp bổ sung: Ở nhiệt độ đủ cao, thành phần NO2 của NOx sẽ oxy hóa muội bẩn trong bộ lọc ở nhiệt độ vận hành bình thường. Tuy nhiên quá trình này chỉ hiệu quả một phần và càng suy yếu ở tỷ lệ EGR cao. Tái sinh chủ động là quá trình đốt mà ECU tham gia điều khiển: Nhiên liệu bổ sung được phun vào bộ oxy hóa xúc tác (được kích hoạt bằng phun phụ sau khi phun nhiên liệu, tức post injection), nhiệt độ khí xả được nâng lên và các hạt bẩn được đốt bằng lượng oxy còn lại trong khí xả. Muội bẩn chuyển thành tro và CO2.

Những tạp chất kim loại và khoáng chất không cháy được trong nhiên liệu và dầu động cơ thì không thể đốt được bằng tái sinh; chúng ở lại bộ lọc dưới dạng tro. Sau nhiều lần tái sinh, cần phải tháo DPF ra làm sạch bằng một quy trình xử lý bên ngoài đặc biệt hoặc thay mới. Tái sinh quản lý muội bẩn, nhưng không quản lý được tro.

GPF Trên Động Cơ Xăng: Khác Gì Với Diesel?

Bộ lọc hạt không chỉ dành riêng cho động cơ diesel. GPF - còn được biết đến là OPF hoặc PPF - bẫy các hạt và muội bẩn mịn thoát ra từ động cơ xăng, giúp đảm bảo đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải. Về cấu trúc, đây là bộ lọc tổ ong ceramic và thường hoạt động theo thiết kế dòng qua thành (wall-flow): Khi khí xả đi qua bộ lọc, các hạt bẩn bị giữ lại trên thành tế bào. Vị trí lắp đặt rất có ý nghĩa: GPF được lắp đặt gần bộ chuyển đổi xúc tác hoặc tích hợp chung với nó thành một khối duy nhất. Nhờ vị trí này, đường xả nhanh chóng nóng lên; điều này có lợi về mặt vệ sinh bộ lọc.

Tại Sao Việc Sử Dụng Trong Thành Phố Thường Xuyên Làm Khó Các Hệ Thống Này?

Điều kiện tiên quyết của tái sinh là nhiệt độ. Để DPF đốt cháy bồ hóng tích tụ, cần nhiệt độ khoảng 600 °C tại hệ thống xả. Việc lái xe trong thành phố dưới 40 mph (khoảng 64 km/h) khiến xe không thể đạt được nhiệt độ này; quá trình tái sinh thụ động bị dừng lại, lượng bồ hóng tích tụ trong lọc tăng nhanh. Ở những hành trình dưới 15-20 km, động cơ hiếm khi đạt được nhiệt độ vận hành cần thiết cho quá trình tái sinh thụ động. Trong những hành trình ngắn, quá trình tái sinh hoặc không bắt đầu hoặc bị hủy trước khi hành trình kết thúc. Những hành trình ngắn lặp đi lặp lại làm trầm trọng thêm các vấn đề DPF vì xe không thể đạt nhiệt độ xả đầy đủ hoặc không thể hoàn tất quá trình tái sinh.

Đây là thực tế mà người dùng xe diesel thường xuyên đề cập: Động cơ có thể khỏe mạnh dưới nắp capo, nhưng chuỗi hệ thống xả cần được làm nóng đều đặn. Một chiếc xe diesel chỉ chạy quãng đường ngắn có thể khiến lọc không bao giờ tự làm sạch được. Câu hỏi nảy sinh trong đầu người đọc là liệu có nên vô hiệu hóa hoàn toàn hệ thống: Trong các cuộc tranh luận về việc xóa EGR (delete), dù có những tuyên bố về việc tăng công suất, việc xóa hệ thống làm tăng nhiệt độ cháy, có thể làm tăng mài mòn động cơ và áp lực lên turbo; và làm tăng đáng kể lượng khí thải NOx. Ngoài ra, nếu EGR bị xóa mà không xóa cùng DPF, tải bồ hóng và nhiệt độ tái sinh trong DPF càng tăng thêm - hai hệ thống không thể được coi là độc lập với nhau.

Bộ Chuyển Đổi Xúc Tác và Toàn Bộ Chuỗi Hệ Thống Xả Hoạt Động Như Thế Nào?

Để hoàn thành bức tranh toàn cảnh, cần nhìn vào mắt xích đầu tiên của chuỗi. Bộ chuyển đổi xúc tác là một thiết bị kiểm soát khí thải, chuyển đổi các khí độc hại và chất ô nhiễm từ động cơ thành những chất ít độc hại hơn: Nó giảm carbon monoxide, hydrocarbon và các oxide nitơ. Cả động cơ xăng lẫn diesel đều sử dụng thiết bị này để loại bỏ các chất ô nhiễm chính. Ở hầu hết các xe diesel hiện đại, DPF và bộ chuyển đổi xúc tác hoạt động cùng nhau để tuân thủ các quy định khí thải nghiêm ngặt.

Khi nhìn vào toàn bộ chuỗi, sự phân công công việc rất rõ ràng:

  • EGR - giảm ngay từ đầu sự hình thành NOx trong xi-lanh.
  • Bộ chuyển đổi xúc tác / DOC - chuyển đổi các thành phần carbon monoxide, hydrocarbon và NOx trong khí xả.
  • DPF - giữ lại bồ hóng và tự làm sạch thông qua tái sinh.
  • SCR - chuyển đổi NOx ra ống xả thành nitơ và nước vô hại nhờ dung dịch urê được bơm thêm.

Khi một mắt xích không hoạt động, nó gây gánh nặng cho mắt xích khác. Nếu EGR không hoạt động đúng cách, việc kiểm soát NOx bị đẩy ra ngoài xi-lanh; nếu quá trình tái sinh không thể hoàn tất, áp suất ngược làm nghẹt động cơ. Điều giữ cho động cơ sạch sẽ là toàn bộ chuỗi này hoạt động như một chỉnh thể.

EGR Rút Ngắn hay Kéo Dài Tuổi Thọ Động Cơ?

Câu trả lời cho câu hỏi này không đơn giản theo một chiều. Một mặt, việc khí xả quay trở lại không qua bộ lọc ở xe diesel có thể khiến bồ hóng xâm nhập vào xi-lanh, gây mài mòn vòng piston và nhiễm bẩn dầu nhớt; xét từ góc độ này, EGR rút ngắn tuổi thọ động cơ. Mặt khác, vì EGR làm giảm nhiệt độ xi-lanh - đặc biệt về mặt tuổi thọ của xupap xả - nó có thể bảo vệ động cơ. Hai tác động này hoạt động theo hướng ngược nhau; cái nào chiếm ưu thế phụ thuộc vào điều kiện sử dụng và mức độ giữ sạch hệ thống. Về mặt hiệu suất, bức tranh cũng không đơn giản: Trên động cơ diesel, EGR có thể làm giảm hiệu suất nhiệt động lực học và tăng phát thải hạt; trong khi ở một số động cơ xăng, nó lại có thể làm tăng hiệu suất. Các cấu hình EGR làm mát từng được ghi nhận liên quan đến mức giảm hiệu suất khoảng 3%. Vì tất cả những lý do này, một số động cơ hiện đại ưu tiên đạt được mục tiêu phát thải mà không dùng EGR - công nghệ này không phải con đường bắt buộc duy nhất, mà là một công cụ cân bằng.

Kết luận: Động Cơ Sạch Là Động Cơ Được Vận Hành Đều Đặn

EGR và DPF/GPF không phải là lựa chọn thay thế mà là bổ trợ cho nhau: Một cái kìm hãm sự hình thành NOx ngay trong xi-lanh, cái còn lại đốt cháy phần muội còn lại ở ống xả. Kẻ thù lớn nhất của cả hai là một: Làn đường ngắn, chậm chạp, không bao giờ làm ống xả đạt đủ nhiệt độ. Đi đủ quãng đường hợp lý thường xuyên với xe diesel, sử dụng nhiên liệu chất lượng và tránh những điều kiện nuôi dưỡng cặn carbon là những điều kiện cần và đủ hàng đầu để các hệ thống này hoạt động đúng như thiết kế. Khi hệ thống bị tắc, giải pháp thường không phải là một lần vệ sinh đơn lẻ, mà là xem xét lại thói quen sử dụng.

Tài liệu tham khảo