CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ QUÁ TRÌNH CHÁY HÓA HỌC
Động cơ đốt trong chạy bằng xăng clấy hòa khí từ khí quyển và xăng dầu, nhiên
liệu hydrocarbon, và thông qua quá trình đốt, phóng năng lượng hóa học dự trữ trong
nhiên liệu. Tổng năng lượng phát hành trong quá trình đốt, khoảng 20% được sử dụng
để đẩy xe, còn lại 80% là bị mất do ma sát, lực cản khí động học, hoạt động phụ kiện,
hoặc chỉ đơn giản là lãng phí như nhiệt chuyển giao cho hệ thống làm mát.
Động cơ xăng hiện đại là rất hiệu quả so với người tiền nhiệm của những năm 60
và đầu những năm cuối thập niên 70 khi kiểm soát khí thải và tiết kiệm nhiên liệu lần
đầu tiên được trở thành một mối quan tâm lớn của các kỹ sư ô tô. Nói chung, hiệu quả
hơn động cơ sẽ trở thành, sự phát thải khí thải từ ống bô thấp. Tuy nhiên, càng sạch
động cơ vận hành ngày nay, tiêu chuẩn khí thải liên tục thắt chặt. Các công nghệ để đạt
được những mục tiêu phát thải ngày càng thắt chặt đã dẫn đến các hệ thống điều khiển
động cơ vòng khép kín tiên tiến được sử dụng trên xe Toyota ngày nay. Với những tiến
bộ trong công nghệ đến sự nhấn mạnh tăng về bảo trì, và khi các hệ thống điều khiển
động cơ và khí thải không hoạt động như thiết kế, chẩn đoán và sửa chữa.
Tìm hiểu được quá trình đốt
Để hiểu làm thế nào để chẩn đoán và sửa chữa các hệ thống kiểm soát khí thải, đầu tiên
người ta phải có kiến thức làm việc của các chất hóa học đốt cơ bản diễn ra trong động
cơ. Đó là mục đích của phần này của chương trình.
Xăng cháy trong động cơ có chứa nhiều hóa chất, tuy nhiên, nó chủ yếu gồm các
hydrocarbon (còn gọi là HC). Hydrocarbons là những hợp chất hóa học tạo thành từ các
nguyên tử hydro hóa học liên kết với các nguyên tử carbon. Có rất nhiều loại khác nhau
của các hợp chất hydrocarbon có trong xăng, tùy thuộc vào số lượng các nguyên tử
hydro và carbon hiện nay, và cách mà các nguyên tử được liên kết.
Bên trong một động cơ, các hydrocarbon trong xăng sẽ không cháy, trừ khi chúng được
trộn với không khí. Đây là nơi mà các chất hóa học của quá trình đốt cháy bắt đầu.
Không khí được bao gồm khoảng 21% oxy (02), 78% nitơ (N2), và một lượng nhỏ các
khí trơ khác.
Các hydrocacbon trong nhiên liệu thường chỉ phản ứng với oxy trong quá trình đốt để
tạo thành hơi nước (H2O) và carbon dioxide (CO2), tạo ra hiệu ứng mong muốn của
nhiệt độ và áp suất bên trong xi lanh. Thật không may, điều kiện vận hành động cơ nhất
Phân tích khí thải dùng 4 và 5 Máy phân tích khí
Đến nay chúng ta đã và đang thảo luận làm bằng cách nào khí thải được sản xuất trong
quá trình cháy.
Tuy nhiên, ngoài các khí thải độc hại, cả carbon dioxide (CO2) và ôxy (O2) có thể cung
cấp thêm thông tin về những gì đang xảy ra bên trong buồng đốt.
Dioxide carbon (CO2) Carbon dioxide, hoặc CO2, là một sản phẩm mong muốn được
sản xuất khi lượng carbon từ nhiên liệu được oxy hóa hoàn toàn trong quá trình cháy.
Như một quy tắc chung, giá trị CO2 càng cao, các động cơ hoạt động hiệu quả hơn. Do
đó, sự mất cân bằng không khí / nhiên liệu, nhiên liệu không cháy hết, hoặc các vấn đề
cơ khí động cơ sẽ gây ra CO2 giảm. Hãy nhớ rằng, quá trình đốt cháy "lý tưởng" tạo ra
một lượng lớn khí CO2 và H2O ( hơi nước).
Oxy (O2)
Giá trị Oxy cung cấp dấu hiệu tốt của một động cơ chạy thiếu xăng, O2 tăng lên thì hỗn
hợp không khí / nhiên liệu ít đi. Nói chung, O2 là đối nghịch với CO, nói chung, O2 cho
hỗn hợp không khí / nhiên liệu nghèo hơn khi CO cho hỗn hợp không khí / nhiên liệu
giàu hơn. Hỗn hợp không khí / nhiên liệu thiếu hòa khí và nhiên liệu cháy không hết
thường tạo lượng O2 cao từ động cơ.
Các quá trình thải khí khác
Có một vài thành phần khí thải khác ảnh hưởng khả năng lái hoặc chẩn đoán khí thải,
không được đo bằng máy phân tích. Đó là:
• Hơi nước (H2O)
• Sulfur Dioxide (SO2)
• Hydrogen (HO
• Hạt carbon bồ hóng (C)
Sulfur dioxide (SO2) đôi khi được tạo ra trong quá trình đốt từ số lượng nhỏ của hiện
lưu huỳnh trong xăng. Trong điều kiện nhất định chất xúc tác oxy hóa sulfur dioxide để
tạo SO3, sau đó phản ứng với nước để tạo thành H2SO4 hoặc axit sulfuric. Cuối cùng,
khi lưu huỳnh và hyđrô phản ứng, nó tạo thành khí hydrogen sulfide. Quá trình này tạo
ra mùi trứng thối đôi khi bạn ngửi thấy khi chạy theo các phương tiện trên đường cao
tốc. Hạt muội carbon có thể nhìn thấy màu đen, như khói sau bô của xe.
• Hạn chế hoặc chặn vòi phun nhiên liệu (s)
• Hệ thống điều khiển vòng lặp kín sai.
• Tín hiệu đầu vào ECM sai
Giá trị tải, nhiệt độ nước làm mát, lượng O2, hoặc vị trí bướm ga không đúng.
• Khí thải rò rỉ qua van xả
- Khe hở van quá chật
- Van hoặc bệ bị đốt nóng
• Sai thời điểm đánh lửa
- Thời điểm ban đầu sai
- Tín hiệu vào ECM sai
• Bị lọt quá nhiều khí cháy do bạc hoặc thành xy lanh bị mòn
• Độ nén xy lanh không đủ
• Muội than bám trên van nạp
Nguyên nhân của sự vực quá mức CO
High carbon monoxide levels are caused by anything that can make the air/mixture richer than
"ideal". The following examples are typical causes of rich mixtures on fuel injected vehicles:
Mức CO cao được gây ra bởi bất cứ nguyên nhân gì có thể làm cho tỉ lệ hòa khí giàu
hơn mức bình thường. Những ví dụ dưới đây là những nguyên nhân cơ bản của sự giàu
hóa khí trên xe phun xăng:
• Áp suất nhiên liệu quá mức tại các vòi phun
• Rò rỉ nhiên liệu phun (s)
• Vỡ vách ngăn áp suất nhiên liệu
• hệ thống EVAP bị hỏng hóc
• Cạc te nhiên liệu bị bẩn.
• Van hoặc ống PCV bị bịt kín.
• Vòng lặp sang số sai
• Tín hiệu vào ECM sai, giá trị tải, nhiệt độ nước làm mát, lượng O2, hoặc vị trí bướm
ga sai.
Lưu ý: Cần chỉ ra rằng do khả năng cắt giảm của bộ chuyển đổi xúc tác, gia tăng lượng
khí thải CO có xu hướng giảm phát thải NOx. Nó không phải là không phổ biến để sửa
Phát thải bay hơi
Cho đến nay, chúng ta chỉ thảo luận về việc tạo ra và nguyên nhân của đầu ra ống xả
hoặc xả khí thải. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng hydrocarbon (HC) thải ra từ ống bô, cũng
như các nguồn bay hơi khác, như các-te, thùng nhiên liệu và hệ thống phục hồi lượng
khí thải bay hơi.
Trong thực tế, các nghiên cứu chỉ ra rằng có tới 20% lượng khí thải từ ô tô HC xuất phát
từ các thùng nhiên liệu và bộ chế hòa khí. Bởi vì khí thải hydrocarbon là hợp chất hữu
cơ dễ bay hơi góp phần tạo khói, việc quan trọng là kiểm soát khí thải bay hơi cũng như
điều khiển khí thải đốt.
Xe phun nhiên liệu sử dụng hệ thống khí thải bay hơi để
lưu trữ hơi nhiên liệu từ thùng nhiên liệu và đốt chúng
trong động cơ khi chạy. Khi hệ thống điều hành tốt, hơi
nhiên liệu không thể thoát ra khỏi xe trừ khi nắp nhiên
liệu được gỡ ra. Các đối tượng của hệ thống bay hơi khí
thải được đề cập trong phần tiếp theo của chương
trình này.
Việc chẩn đoán sử dụng một máy phân tích khí thải
Sử dụng một máy phân tích khí thải bốn hoặc năm khí có thể hữu ích trong việc gỡ rối
những vấn đề về cả khí thải và khả năng lái. Hiện nay, phân máy phân tích có khả năng
đo tư hai chất khí thải, HC và CO, và nhiều nhất là năm. Năm khí đo bằng máy phân tích
khí thải công nghệ mới nhất là: HC, CO, CO2, O2 và NOx. Hãy nhớ rằng, HC, CO,
CO2, NOx và được đo bằng chương trình I / M nâng cao. Tất cả năm chất khí, đặc biệt
là O2 và CO2, là những công cụ xử lý sự cố tuyệt vời. Sử dụng một máy phân tích khí
thải sẽ cho phép thu hẹp là nguyên nhân tiềm ẩn của những vấn đề về khả năng lái và
phát thải, tập trung kiểm tra xử lý sự cố của trong khu vực có nhiều khả năng gây ra
những vấn đề, và tiết kiệm thời gian chẩn đoán. Ngoài việc giúp bạn tập trung xử lý sự
cố, một máy phân tích khí thải cũng cung cấp cho khả năng để đo lường hiệu quả cho
việc sửa chữa bằng cách so sánh trước và sau khi xả. Trong xử lý sự cố, luôn luôn nhớ
các phương trình hóa học đốt: Nhiên liệu (hydrogen, carbon, sulfur) + Air (nitơ, oxy) =
Carbon dioxide + hơi nước + oxy + carbon monoxide + hydrocarbon + oxit nitơ oxit lưu
15,5%. Hàm lượng carbon dioxide bị ảnh hưởng bởi tỷ lệ không khí / nhiên liệu, thời
gian tia lửa, và bất kỳ yếu tố nào khác mà tác động sự đốt cháy hiệu quả.
• Oxy được đo bằng một máy phân tích khí thải theo phần trăm (%) hoặc phần trăm mỗi.
Lượng oxy được sản xuất khi động cơ bị ảnh hưởng bởi tỷ lệ không khí / nhiên liệu. Khi
hỗn hợp nghèo, oxy tăng. Khi hỗn hợp đi giàu nhiên liệu, oxy giảm xuống gần bằng
không. Bởi vì oxy được sử dụng trong quá trình đốt cháy, nồng độ ở ống bô sẽ rất thấp.
Nếu lỗi cháy xảy ra, tuy nhiên, oxy sẽ làm tăng đáng kể khi nó không sử dụng thông qua
buồng đốt.
Một yếu tố khác trong việc phân tích khí thải NOx là hai khí là hai hệ thống cơ bản được
thiết kế để kiểm soát mức NOx, các hệ thống EGR và hệ thống giảm chất xúc tác.
Lượng khí thải NOx sẽ tăng khi các trục trặc hệ thống EGR hoặc khi hiệu quả chất xúc
tác giảm xuống. Hiệu quả của chất xúc tác giảm được gắn chặt với hoạt động bình
thường của hệ thống kiểm soát nhiên liệu vòng khép kín. Hiệu quả giảm xuống đáng kể
khi chất xúc tác có lượng carbon monoxide khí quá thấp (hàm lượng oxy quá cao.)
Pre-Catalyst Versus Testing Post-Catalyst
Khi sử dụng một máy phân tích khí thải như là một công cụ chẩn đoán, điều quan trọng
cần nhớ đó là : quá trình cháy cháy xảy ra hai lần trước khi đến ống xả. Đầu tiên, quá
trình đốt chính diễn ra trong động cơ. Điều này xác định các thành phần của chất xúc tác
khí, ảnh hưởng đáng kể hiệu quả chất xúc tác. Khi các chất khí thải đạt ba chiều chuyển
đổi xúc tác, hai quá trình hóa học xảy ra.
Giảm chất xúc tác
Đầu tiên, nitrogen oxide bỏ ôxi. Điều này chỉ xảy ra khi một lượng vừa đủ carbon
monoxide có sẵn cho các liên kết với oxy. Phản ứng hóa học này trong việc giảm lượng
nitơ oxit nitơ tinh khiết và quá trình oxy hóa của monoxide carbon để tạo thành carbon
dioxide.
Oxy hóa chất xúc tác
Thứ hai, hydrocarbon và carbon monoxide tiếp tục cháy. Điều này chỉ xảy ra nếu có đủ
lượng oxy có sẵn cho các hydro và carbon liên kết với. Kết quả phản ứng hóa học này
trong quá trình oxy hóa của hydro và carbon để tạo thành hơi nước (H2O) và carbon
dioxide (CO2).
Quy định chung của phân tích khí thải
• Nếu CO đi lên, O2 đi xuống, và ngược lại nếu O2 đi UP, CO đi xuống. Nhớ, giá trị
CO là một chỉ báo của một động cơ giàu nhiên liệu và giá trị O2 là một chỉ báo của một
động cơ chạy nghèo nhiên liệu.
• Nếu HC tăng như là kết quả của sự nghèo nhiên liệu, O2 cũng sẽ tăng
• CO2 sẽ giảm trong các trường hợp trên, vì trong một không khí / nhiên liệu mất cân
bằng hoặc nhiên liệu không cháy.
• Sự gia tăng CO không nhất thiết có nghĩa là sẽ có sự gia tăng HC. HC bổ sung sẽ chỉ
được tạo ra vào thời điểm nhiên liệu giàu bắt đầu (3% đến 4% CO)
• HC cao, CO thấp, và O2 cao tại cùng một thời gian chỉ ra nhiên liệu không cháy do
quá nghèo hoặc hỗn hợp EGR pha loãng
• HC cao, CO cao, và O2 cao tại cùng một thời gian chỉ ra nhiên liệu không cháy do hỗn
hợp quá giàu.
• HC cao, mức CO bình thường tới thấp, O2 cao, nhiên liệu không cháy chỉ do một vấn
đề động cơ đánh lửa cơ khí hoặc
• Mức CO bình thường đến cao, mức CO bình thường đến thấp, và O2 cao thể hiện
nhiên liệu không cháy do không khí giả hoặc hỗn hợp nghèo nhẹ
Để xác minh rằng các giá trị thải không được pha loãng trong hệ thống xả hoặc các điểm
mẫu phân tích, kết hợp giá trị CO với giá trị CO2. Một mẫu nguyên chất nên luôn luôn
có một tổng lớn hơn 6%. Hãy nhớ rằng, hệ thống khí thứ cấp có thể được pha loãng mẫu
nếu nó không bị vô hiệu hóa trong quá trình phân tích. Trong thực tế, động cơ với hệ
thống phun không khí thứ cấp sẽ có nồng độ oxy tương đối cao trong khí thải vì không
khí thêm bơm vào ống xả, sau quá trình đốt cháy.
Những yếu tố đó làm giảm phát thải khả năng lái. Các yếu tố chính sau đây góp phần
vào tăng trưởng chung trong mức độ phát thải khí thải và bị xuống cấp xe:
• Thiếu bảo trì theo lịch trình
- Lỗi hệ thống phụ
- Sự kết hợp của nhiều biên tiểu hệ thống
• Xáo trộn
- Loại bỏ các khí thải tiểu hệ thống thiết bị
Lối vào không khí bị sai
Nếu không khí đi vào động cơ được trang bị đầy đủ với phun L-type thì chúng có
thể biểu lộ động cơ trong tình trạng thiếu xăng sạch, không cháy nhiên liệu và chạy cầm
chừng. Những điều kiện hoạt động của động cơ thiếu xăng có thẻ gây ra sự gia tăng khí
hi-rô-các-bon do tia lửa không phát và NOX do tỉ lệ khí hoặc nhiên liệu sạch hơn, nó
cũng làm tăng nhiệt độ đốt cháy nhiên liệu và giảm hiệu quả chất xúc tác.
Động cơ được trang bị với phun D-type sẽ biểu hiện tốc độ động cơ cầm chừng
phỏng đoán nếu khí được định lượng đi vào hệ thống cảm ứng. Nói chung, điều này sẽ
không gây ra sự gia tăng khí thải đáng kể.
Chất bám xupap nạp
Chất bám xú-pắp nạp là chất các-bon được tôi luyện. Nó hình thành trên mặt sau
của xú-pắp nạp. Mức độ của chất bám thay đổi tuỳ theo nhiều yếu tố như đặc tính nhiên
liệu, thói quen điều khiển xe và động cơ gia đình. Chất bá xú-pắp nạp có thể gây ra các
mối quan ngại về tính năng vận hành của xe cũng như là sự gia tăng lượng khí thải.
Chất bám xú-pắp nạp quá mức có thể gây ra cho động cơ chạy quá nghèo nhiên
liệu trong khi nó chạy theo trớn và tăng tốc hay quá giàu chất bám trong khi giảm tốc.
Trong giai đoạn hoạt động sạch, lượng khí thải NOx cao.Còn trong suốt giai đoạn hoạt
động giàu chất bám thì luợng khí thải CO được nâng cao. Sự gia tăng lượng khí thải có
một mối quan hệ thuộc đường thẳng với mức độ của chất bám trên các van nạp. Tại
điểm đó, chất bám có thể ảnh hưởng đến lượng khí thải một lượng đủ để đưa chiếc xe ra
khỏi việc tuân thủ trong một cuộc thử nghiệm tăng cương I/M.
Những ảnh hưởng của chất bám xú-pắp nạp trong tính năng vận hành của
xe.
Một số triệu chứng tính năng vận hành của xe phổ biến có thể gây ra do chất bám
xu-pắp nạp, vấp ngã, sự do dự và tổn thất điện năng dưới tải. Sự vấp ngã và do dự đặc
biệt khi động cơ bị nguội tính tới nay là các vấn đề thường gặp nhất do chất bám xú-pắp
nạp quá mức gây ra. Các chất bám các-bon xốp làm việc như một miếng bọt biển, nó
hấp thụ đủ hơi nhiên liệu để gây ra các triệu chứng này.
Các chất bám các-bon mãnh liệt có thể gây ra mất điện năng ở động cơ rpm
cao.Khi tích luỹ đủ chất bám để hạn chế luồng không khí thông qua các xú-pắp nạp, hiệu
liệu và một kim phun xung điện đếm thời thời gian có sẵn từ các nhà cung cấp công cụ
đặc biệt. Nói chung, thử nghiệm này có thể thực hiện mà không cần phải tháo kim phun
ra từ động cơ. Bằng cách tiếp thêm năng lượng cho các vòi phun có chiều rộng cố định
và quan sát sụt áp trên hệ thống nhiên liệu, lưu lượng nhiên liệu tương đối có thể được
so sánh cho mỗi vòi phun. Nếu tất cả các kim phun biểu lộ sự sụ giảm áp suất phù hợp
thì nó cho phép tất cả các kim phun được chảy cùng một lượng nhiên liệu. Có ba thiếu
sót với dạng thử nghiệm này, chúng đã làm hạn chế tính hữu dụng của nó:
+ Lưu lượng phun thực tế không thể xác định được, chỉ có dòng chảy tương đối.
+ Trong thử nghiệm này, tia phun không thể quan sát được.
+ Không có thông số kĩ thuật cho các bài thử nghiêm giảm áp suất.
Thời lượng phun nhiên liệu không chính xác
Ngoài các vấn đề nêu trên, cảm biến đầu vào sai từ bất kì sáu cảm biến đầu vào
chính có thể cũng tạo ra các tỉ lệ khí hoặc nhiên liệu để chuyển đủ để gây ra các mối
quan ngại khí thải hay tính năng vận hành của xe. Nếu tải động cơ bị tính toán không
chính xác thì yêu cầu nhiên liệu cũng bị tính sai, điều này dẫn tới sự cố khí thải và tính
năng vận hành của xe. Đây là loại điều kiện có thể được xác định nhờ các tín hiệu cảm
biến và so sánh chúng với các giá trị tiêu chuẩn. Với loại hình điều kiện này thì các
chương trình nhiên liệu thích ứng ECM có thể sẽ được cải chính để mang lại những tỉ lệ
khí hay nhiên liệu trở lại một phạm vi trung tính (stoichiometry).
Cách tốt nhất dể xác nhận rằng tỉ lệ khí/ nhiên liệu trung tính đang được chuyển
giao cho các động cơ là giám sát việc điều chỉnh nhiên liệu thích ứng vói thời lượng
phun nhiên liệu. Điều này có thể được thực hiện nhiều cách khác nhau, nó tuỳ thuộc vào
động cơ được thử nghiệm:
1. Xe OBD không có dữ liệu nối tiếp: Sử dụng một vôn kế trên đầu
VF1 tại DLC1 (kiểm tra kết nối).
2. Xe OBD với dữ liệu nối tiếp: Sử dụng mộ công cụ quét để theo dõi
dữ liệu A/F mục tiêu.
3. Các loại xe OBD- II: Sử dụng một công cụ quét để theo dõi dữ liệu
Fuel Trim.
Một Vài Từ ngữ về nhiên liệu
nhiên liệu oxy hóa và điều chỉnh đã xảy ra ở nhiều khu vực đô thị trên khắp Hoa Kỳ.
Xăng oxy hóa có chứa các hợp chất vận chuyển oxy (thường là ethanol hoặc MTBE) mà
enleans hỗn hợp hóa học AT. Hỗn hợp AT này nghèo hơn nên làm cho carbon monoxide
(CO) phát thải từ ống xả ít hơn.
Một vài điểm cần làm rõ liên quan đến nhiên liệu oxy hóa. Đầu tiên, những mẫu
xe điều khiển phản hồi có thể thấy một sự mất mát kinh tế nhiên liệu nhẹ (khoảng 2%)
khi sử dụng các loại nhiên liệu oxy hóa. Điều này xảy ra như là kết quả của hệ thống
thông tin phản hồi làm giàu hỗn hợp khi các cảm biến O2 phát hiện thêm oxy được cung
cấp bởi nhiên liệu. Thứ hai, các linh kiện trên hệ thống nhiên liệu trên mẫu xe này có thể
bị phù (ống, O-ring, các miếng đệm, vv) từ cồn được sử dụng trong một số nhiên liệu
oxy hóa. Hướng dẫn sử dụng của chủ chứa thông tin chi tiết về tỷ lệ cho phép của cả hai
MTBE và ethanol.
Chương 4: HỆ THỐNG PHỤ KHÍ THẢI
Hệ thống điều khiển hồi tiếp vòng kín
Hệ thống phụ điều khiển khí thải
Hệ thống điều khiển hồi tiếp vòng kín
Copyright: Tài liệu đại học ©