Với trữ lượng nhiên liệu hóa thạch trên toàn thế giới đang dần giảm đi và ô nhiễm không khí ngày càng gia tăng, các kỹ sư ô tô không ngừng tìm cách để làm cho ô tô tiết kiệm nhiên liệu hơn và giảm lượng khí thải carbon của chúng. Một trong những nơi đáng ngạc nhiên nhất mà họ phát hiện ra năng lượng bị lãng phí là trong ống xả của ô tô. Trên thực tế, các nhà thiết kế ô tô đã khai thác sức mạnh tiềm ẩn của khí thải ô tô từ đầu những năm 1970. Bởi vì công nghệ này tái chế khí thải trước khi nó có thể thoát ra khỏi xe, nó cũng giúp giảm lượng khí thải do ô tô tạo ra và giúp chống ô nhiễm không khí.
Các công nghệ được thực hiện để tối đa hóa hiệu quả của khí thải của xe được gọi chung là thu hồi và tuần hoàn nhiệt khí thải . Có một số cách sử dụng khí thải của xe để tăng hiệu quả sử dụng nhiên liệu và làm cho xe chạy với lượng khí thải ít hơn. Ví dụ, nhiệt của khí thải ô tô có thể được sử dụng để làm ấm chất làm mát động cơ để giữ cho động cơ hoạt động ấm, ngay cả khi động cơ đã tắt trong một khoảng thời gian đáng kể. Nội thất của xe cũng có thể được làm ấm bằng cách sử dụng nhiệt khí thải, ngay cả trong thời tiết rất lạnh. Lượng khí thải nitơ oxit (N2O) có thể được giảm thiểu và khí thải của xe thực sự có thể được sử dụng để tạo ra điện. Thuật ngữ thu hồi nhiệt khí thải được sử dụng cho quá trình tái chế năng lượng nhiệt của khí thải thông qua cả ô tô và động cơ, vì vậy nó là một phần của tất cả các công nghệ này.
Mặc dù những công nghệ này có thể được sử dụng trên bất kỳ ô tô, xe tải hoặc SUV nào có động cơ đốt trong, nhưng chúng đặc biệt quan trọng đối với các loại xe hybrid, vốn cần tạo ra hiệu suất nhiên liệu tối đa và lượng khí thải tối thiểu. Một số ứng dụng tiên tiến nhất của công nghệ này có thể được tìm thấy trên Toyota Prius 2010. Trong một vài trang tiếp theo, chúng ta sẽ xem xét cách các kỹ sư ô tô đã làm cho công nghệ này trở nên khả thi.
Nội dungĐộng cơ đốt trong trong ô tô, xe tải và các loại xe khác tạo ra một số loại ô nhiễm. Một trong những phổ biến nhất là phát thải carbon dioxide, đóng một vai trò quan trọng trong sự nóng lên toàn cầu. Giảm lượng khí thải carbon đã trở thành một trong những mục tiêu quan trọng nhất mà các kỹ sư ô tô phải đối mặt. Tuy nhiên, động cơ ô tô cũng tạo ra các khí thải khác. Một trong những thành phần chính của khói là N2O - nitơ oxit - và những khí thải này cũng được tạo ra bởi động cơ đốt trong.
Giống như carbon dioxide, nitơ oxit là một khí nhà kính . Điều này có nghĩa là nó giữ nhiệt trong bức xạ mặt trời - ánh sáng mặt trời - trong bầu khí quyển của chúng ta và sử dụng nó để làm nóng bề mặt Trái đất. Nếu không có nhiệt bị giữ lại bởi các khí nhà kính, bề mặt trái đất sẽ quá lạnh để hỗ trợ sự sống. Tuy nhiên, sự cân bằng phù hợp mới là điều quan trọng. Trong khi quá ít sẽ biến trái đất thành một quả cầu tuyết đóng băng, nhưng quá nhiều sẽ biến nó thành một khu rừng hoặc sa mạc ngột ngạt. Con người và công nghệ của chúng ta đã phát triển để đòi hỏi một khí hậu nhất định. Bất cứ điều gì làm thay đổi khí hậu đó đều có thể ảnh hưởng đến cách chúng ta sống, làm thay đổi đáng kể các mô hình nông nghiệp và làm tan băng các vùng cực.
Rõ ràng rằng việc giảm lượng khí thải nitơ oxit từ ô tô cũng quan trọng như việc giảm lượng khí thải carbon, nhưng làm thế nào để giảm lượng khí thải này? Nitơ oxit được tạo ra ở nhiệt độ rất cao, vì vậy bất cứ thứ gì làm giảm nhiệt độ hoạt động của động cơ đốt trong sẽ làm giảm lượng khí thải N2O. Đó là nơi tuần hoàn nhiệt khí thải xuất hiện. Chúng ta sẽ nói chi tiết hơn về vấn đề này ở trang tiếp theo.
Chìa khóa để tuần hoàn khí thải là một thiết bị được gọi là tuần hoàn khí thải ( EGR ) van. Van EGR mở ra khi nó gặp áp suất ngược từ khí thải của ô tô và chuyển nó trở lại buồng đốt. Bạn có thể thắc mắc điều này có tác dụng gì, vì không khí trong buồng được trộn với xăng khiến nó dễ cháy. Chà, một điều nó làm là làm cho nhiên liệu ấm hơn. Nhiên liệu ấm nóng lên hiệu quả hơn và do đó tạo ra nhiều dặm hơn trên mỗi gallon. Khi van EGR cảm nhận được rằng động cơ đã đủ ấm, nó sẽ chuyển hướng khí thải đến nơi khác để ngăn động cơ quá nóng.
Việc làm ấm nước làm mát và nhiên liệu không chỉ giúp động cơ đạt nhiệt độ tối ưu nhanh hơn khi mới khởi động, mà còn có lợi ích cụ thể cho xe hybrid. Hầu hết các xe hybrid được thiết kế để động cơ đốt trong tắt khi xe dừng lại. Nếu nó tắt quá lâu, động cơ có thể bị nguội. EGR giúp giữ cho động cơ không bị nguội quá nhanh.
Làm thế nào để tuần hoàn khí thải giảm thiểu ô nhiễm? Khí thải mà EGR nhắm mục tiêu đến từ các oxit nitơ được tạo ra ở nhiệt độ rất cao. Bằng cách trộn lẫn khí thải của ô tô với không khí nạp, lượng ôxy trong hỗn hợp bị giảm đi và khả năng cháy của nó cũng giảm, điều này làm cho nhiên liệu cháy ở nhiệt độ thấp hơn. Trong hầu hết các hệ thống EGR, khí thải cũng được làm mát trước khi trộn với khí. Do đó, nhiên liệu trộn với khí thải cháy mát hơn và ít có khả năng tạo ra N2O hơn. Nhiệt độ thấp hơn cũng giúp tiết kiệm nhiên liệu. Với việc nhiên liệu ít bị kích nổ hơn, các lập trình viên viết các quy trình định thời phần mềm cho các động cơ hiện đại có quyền kiểm soát nhiều hơn độ chính xác của thời gian của động cơ. Nhiệt độ thấp hơn cũng giúp tránh thất thoát năng lượng truyền nhiệt, nghĩa là xe sẽ cung cấp nhiều năng lượng hơn cho bánh xe.
Như chúng ta đã thấy, khí thải tuần hoàn vừa có thể tăng hiệu quả sử dụng nhiên liệu vừa giảm thiểu ô nhiễm. Nhưng bạn có biết rằng nó cũng có thể sản xuất điện không? Chúng ta sẽ khám phá khái niệm đó ở trang tiếp theo.
Vật liệu nhiệt điện , như tên của nó, có thể tạo ra nhiệt từ điện. Những vật liệu này được phát hiện vào năm 1821 bởi nhà vật lý người Đức Thomas Seebeck. Nhìn chung, chúng quá đắt và không hiệu quả để sử dụng cho các kỹ sư ô tô, nhưng điều này đã bắt đầu thay đổi:Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đã bày tỏ sự quan tâm đến việc tài trợ cho việc phát triển một hệ thống nhiệt điện thực tế có thể được sử dụng trên ô tô.
Có rất nhiều nguồn nhiệt lãng phí trong ô tô, bao gồm cả bộ tản nhiệt và động cơ, nhưng nguồn lớn nhất có lẽ là khí thải. Do hầu hết các xe ô tô đã tuần hoàn khí thải theo vòng lặp EGR và công nghệ này sẽ còn quan trọng hơn trong tương lai, nên điều này tạo cơ hội lý tưởng để giữ lại lượng nhiệt lãng phí này và sử dụng các thiết bị nhiệt điện để chuyển nó thành điện năng. Nguồn điện này có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho hệ thống điện của ô tô, sạc lại pin và có lẽ quan trọng nhất là chạy động cơ điện trong các loại xe điện chạy bằng pin hybrid và plug-in. Đây sẽ là sự kết hợp gần như hoàn hảo của một số công nghệ và sẽ có tác dụng phụ là giúp giảm lượng khí thải nitơ oxit bằng cách làm mát thêm khí thải trước khi nó được trộn với nhiên liệu.
Bất kỳ loại ô tô nào cũng có thể được hưởng lợi từ việc tăng nhiệt điện này, nhưng một lần nữa, nó sẽ hữu ích nhất khi áp dụng cho các loại xe hybrid. Nó sẽ mở rộng phạm vi hoạt động của chúng bằng cách bổ sung pin chạy động cơ điện và giảm lượng thời gian cần thiết để sạc lại các pin đó.
Sự phát triển của các công nghệ tiết kiệm nhiên liệu và ít ô nhiễm như tuần hoàn khí thải và nhiệt điện sẽ khiến những chiếc ô tô của tương lai - vốn sẽ ít hoặc không sử dụng nhiên liệu hóa thạch - trở nên khả thi. Điều quan trọng là chúng ta phải phát triển những công nghệ này ngay bây giờ, trước khi nhiên liệu hóa thạch cạn kiệt và ô nhiễm gây thiệt hại đáng kể cho bầu khí quyển và khí hậu của Trái đất.
Hộp số CVT là gì? Cách hoạt động - Ưu và nhược điểm
Nguyên nhân chính của khói thải màu trắng và cách khắc phục
Cách hoạt động của thiết bị kiểm tra khí thải
Android Auto:Cách hoạt động và lý do bạn cần đến nó