KỶ YẾU NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM HỌC 2018-2019
P a g e 68 | 82
NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THỐNG LUÂN HỒI KHÍ XẢ
TỚI LƯỢNG PHÁT THẢI TRÊN ĐỘNG CƠ Ô TÔ
Giảng viên hướng dẫn: ThS. Vũ Văn Định
Sinh viên thực hiện: Lê Hoàng Văn Lớp: CQ.56.CKOT
Vương Xương Kiên Lớp: CQ.54.CKOT
Trần Thị Hoàng Phi Lớp: CQ.59.KTOTO.1
Ngô Tấn Vũ Lớp: CQ.59.CK
Tóm tắt: Hệ thống luân hồi khí xả (EGR) được phát minh để kiểm soát mức độ ô nhiễm môi
trường của xe hơi vào đầu những năm 1970. Luân hồi khí thải của động cơ góp phần làm giảm đáng
kể lượng phát thải NOX, COX, HC, việc tìm tỷ lệ luân hồi tối ưu tại các chế độ tải và tốc độ khác
nhau là vô cùng quan trọng vì với tỷ lệ luân hồi tối ưu này công suất của động cơ giảm không đáng
kể, không ảnh hưởng tới tính năng vận hành của động cơ, đồng thời tiêu hao nhiên liệu lại tăng không
đáng kể. Bằng việc sử dụng phần mềm GT-POWER để mô phỏng hệ thống phân phối khí của động cơ,
đề tài đã xác định được tỷ lệ luân hồi tối ưu tại các chế độ tải và tốc độ động cơ khác nhau.
Từ khóa: Hệ thống luân hồi khí xả (ERG); Lượng phát thải của động cơ; Phần mềm GT-
POWER; Tỷ lệ luân hồi tối ưu
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Xe cơ giới là một nguồn chính gây ô nhiễm không khí tại các thành phố lớn. Các thành
phần độc hại trong khí thải xe cơ giới làm ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người, các
thành phần khí như CO2, CH4, N2O là tác nhân gây hiệu ứng nhà kính, làm biến đổi khí hậu
đe dọa đến sự sống trên trái đất.
Hình 1. Phát thải độc hại từ các loại phương tiện khác nhau ở Việt Nam
Hình 1 thể hiện phát thải từ các loại phương tiện khác nhau, trong đó, xe mô tô và xe gắn
máy là nguồn phát thải chính các khí CO, HC, VOC, trong khi NOX và SOX chủ yếu do xe tải
KỶ YẾU NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM HỌC 2018-2019
P a g e 69 | 82
sử dụng động cơ diesel gây ra. Ngoài ra, phương tiện sử dụng nhiên liệu diesel cũng được
biết đến là nguồn gây ra phát thải hạt (PM).
Để giảm lượng phát thải do các phương tiện cơ giới gây ra có nhiều cách:
- Công nghệ xử lý khí xả trước khi đốt: Sử dụng công nghệ và nhiên liệu sạch; Điều
chỉnh các thông số của động cơ; Sử dụng hệ thống cung cấp nhiên liệu điều khiển điện tử.
- Sử dụng hệ thống luân hồi khí xả.
- Công nghệ xử lý khí xả sau khi đốt: Khử xúc tác không chọn lọc (SNCR); Khử xúc tác
chọn lọc (SCR); Phân hủy trực tiếp bằng xúc tác.
Trong đó việc sử dụng hệ thống luân hồi khí xả để giảm lượng phát thải là phương pháp
được sử dụng tương đối rộng rãi trên các ô tô hiện nay. Mục tiêu của hệ thống luân hồi khí xả
là giảm nồng độ HC, CO, NOX bằng cách tuần hoàn khí thải trở lại hệ thống nạp động cơ
trong điều kiện có tải. Hệ thống này có thể dùng cho động cơ xăng và động cơ diesel. Trên cơ
sở nghiên cứu, xây dựng mô hình động cơ bằng phần mềm GT-POWER, đề tài đã tiến hành
khảo sát ảnh hưởng của công suất động cơ khi sử dụng hệ thống luân hồi khí xả, đồng thời
cũng tìm ra được tỷ lệ luân hồi tối ưu của khí xả tại các chế độ tải và tốc độ khác nhau.
2. CÁC NỘI DUNG CHÍNH
2.1. Giới thiệu động cơ khảo sát
Động cơ khảo sát là động cơ K20Z2 lắp trên xe Honda Civic 2.0 i-VTEC của hãng
Honda, đây là loại động cơ xăng thế hệ mới. Mỗi xylanh được trang bị 4 xupap trong đó gồm
2 xupap nạp và 2 xupap thải nên đáp ứng được nhu cầu nạp đầy, thải sạch cho động cơ.
Buồng cháy được thiết kế với góc nghiêng giữa xupap nạp và xupap thải là 55 độ, làm tăng
diện tích xupap nạp từ đó có thể tăng được tiết diện nạp. Bugi được đặt ở tâm buồng cháy,
đỉnh piston được khoét lõm. Có hệ thống đóng, mở van nạp biến thiên thông minh.
Động cơ có công suất 144 kW/6000 v/p có hệ thống đánh lửa trực tiếp, hệ thống nhiên
liệu phun trực tiếp được điều khiển bởi ECU.
Bảng 1. Các thông số kỹ thuật của động cơ K20Z2
Tên động cơ
K20Z2
Loại động cơ
Động cơ xăng 4 thì DOHC i-VTEC, làm mát bằng nước
Bố trí xylanh
4 xylanh thẳng hàng, nằm ngang
Dung tích công tác
1998 cm3
Đường kính xylanh, d
86 mm
Hành trình piston, s
86 mm
Tỉ số nén
9,6
Công suất tối đa
144/6000 kW/v/p
Mô men xoắn tối đa
182/4000 N.m/rpm
KỶ YẾU NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM HỌC 2018-2019
P a g e 70 | 82
Truyền động xu páp
Truyền động bằng xích, 4 xupap DOHC i-VTEC mỗi
xylanh
Hệ thống phun nhiên
liệu
Hệ thống phun nhiên liệu đa cổng liên tiếp (pgm-fi)
Tiêu chuẩn khí xả
Euro step 2
Góc đánh lửa sớm
8±2 0BTDC
Thời
điểm
phối
khí
Nạp
Mở
520~00 BTDC
Đóng
120~640 ABCD
Xả
Mở
440 BTDC
Đóng
80 ABCD
Hệ thống bôi trơn
Bình hứng dầu ướt, cưỡng bức
Yêu cầu nhiên liệu
Xăng không chì có chỉ số oc-tan 92 hoặc cao hơn
Hình 2. Động cơ K20Z2
2.2. Giới thiệu phần mềm khảo sát
GT-POWER là một phần của gói phần mềm GT-SUITE nhằm phục vụ cho việc mô
phỏng toàn bộ một phương tiện giao thông. Để thực hiện việc mô phỏng, tiến hành xây dựng
các phần tử của mô hình mô phỏng. Khi phần mềm làm việc, sẽ có 4 vùng cần lưu ý: các
vùng 1, 2, 3 là các vùng của các mẫu sử dụng cho việc xây dựng mô hình mô phỏng; vùng 4
là vùng bản đồ của hệ thống hay động cơ khi ta xây dựng mô hình.
KỶ YẾU NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM HỌC 2018-2019
P a g e 71 | 82
Hình 3. Màn hình giao diện của GT-POWER
2.3. Mô hình hóa động cơ K20Z2 bằng phần mềm GT-POWER
a) Mô hình động cơ không sử dụng bộ luân hồi khí xả
Hình 4. Mô hình động cơ không sử dụng bộ luân hồi khí xả
b) Mô hình hóa hệ thống luân hồi khí xả (EGR)
Hệ thống luân hồi khí xả trên động cơ Honda Civic 2.0 được mô hình hóa trong phần
mềm GT-POWER như hình 5.
KỶ YẾU NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM HỌC 2018-2019
P a g e 72 | 82
Hình 5. Mô hình hóa hệ thống luân hồi khí xả trên động cơ Honda Civic 2.0
Trong mô hình, ta sử dụng một van EGR điều khiển tỉ lệ khí luân hồi được trích từ
đường xả bằng phần tử egr-fstangle. Khí luân hồi được đưa về đường nạp thông qua các
đường ống. Để điều khiển EGR-Valve ta sử dụng một bộ điều khiển EGR-Controller. Bộ
điều khiển này dừa vào tín hiệu của lưu lượng không khí nạp mới vào động cơ lượng khí luân
hồi qua van để thực hiện việc điều khiển mở van cho lưu lượng khí luân hồi đi qua là phù
hợp.
c) Mô hình động cơ có sử dụng bộ luân hồi khí xả
Hình 6. Mô hình động cơ Honda Civic 2.0 trong phần mềm GT-POWER