Việc xử lý khí thải ô tô đang ngày càng được chú trọng hơn, các tiêu chuẩn khí thải ô tô mới phát hành ( EURO 5, EURO 6) vô cùng nghiêm ngặt yêu cầu lượng phát thải oxit nitơ và chất dạng hạt thấp hơn, đồng thời bổ sung các hạn chế mới về số lượng khí thải ra môi trường. Để đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải mới, các nhà sản xuất ô tô đã sử dụng bộ xử lý khí thải trên động cơ xe của mình.
Một làn sóng các thuật ngữ mới cũng xuất hiện cùng tiêu chuẩn xử lý khí thải, chẳng hạn như EGR, DOC, DPF và SCR. Những thuật ngữ này có ý nghĩa gì? Hãy cùng tìm hiểu dưới đây.
Mục lục
EGR (Exhaust Gas Recirculation) hay còn gọi là van EGR là một thiết bị kiểm soát khí thải Nitơ Oxit (NOx), được tạo ra như một sản phẩm phụ trong quá trình đốt cháy và được lắp đặt trên ống xả động cơ. Thiết bị này điều tiết khí thải theo sự điều khiển của Bộ điều khiển động cơ (ECU) giúp chia khí thải động cơ thành hai đường. Khí thải sau khi trải qua quá trình đốt cháy lần thứ nhất sẽ được đi vào van EGR để tiếp tục quay trở lại động cơ tham gia quá trình đốt cháy một lần nữa cuối cùng đi vào bộ phận xử lý khí thải của động cơ trước khi xả ra môi trường.
Trong động cơ diesel, khí thải thay thế một số Oxy (O2) dư thừa trong hỗn hợp trước khi đốt cháy. Vì NOx chủ yếu hình thành khi hỗn hợp nitơ và oxy chịu nhiệt độ cao, nên khi giảm nồng độ O2 thì nhiệt độ buồng đốt thấp hơn cùng với đó là giảm lượng NOx mà quá trình đốt cháy tạo ra. Trong động cơ xăng, khí thải đẩy một lượng điện tích dễ cháy trong xi lanh, làm giảm hiệu quả lượng điện tích có sẵn cho quá trình đốt cháy mà không ảnh hưởng đến tỷ lệ không khí-nhiên liệu.
Đối với động cơ xăng, mức giảm NOx có thể từ 5% đến 15%, trong khi đối với động cơ diesel, mức giảm có thể lên đến 50% hoặc hơn. Hiệu quả của hệ thống EGR phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm thiết kế của hệ thống, điều kiện hoạt động của động cơ, và tỷ lệ tái tuần hoàn khí thải.
Ý nghĩa chính của Van EGR là giảm nhiệt độ cháy trong xi lanh và giảm hàm lượng oxit nitơ trong khí thải. Một lợi ích phụ của việc tuần hoàn khí thải thông qua van EGR bên ngoài là tăng hiệu suất, vì pha loãng điện tích cho phép vị trí bướm ga lớn hơn và giảm tổn thất bơm liên quan.
Tuy nhiên, van EGR cũng có nhược điểm nhất định. Lượng khí thải khi được hồi lại buồng cháy có tính trơ nên không dễ dàng đốt cháy cùng hòa khí mới. Điều này khiến nồng độ O2 trong xi-lanh giảm mạnh, dẫn tới tình trạng cháy không triệt để. Vì vậy, sau thời gian sử dụng, van EGR xuất hiện tình trạng kẹt do bị đóng cặn carbon, muội than, nếu không được khắc phục có thể gây hư hỏng động cơ và ảnh hưởng tới bộ phận liên quan.
DOC (Diesel Oxidation Catalyst) là bộ phận đầu tiên trực tiếp xử lý khí thải sau quá trình đốt cháy của động cơ. Đây là thiết bị chuyển đổi carbon monoxide (CO) và hydrocarbon (HC) trong khí thải bị oxy hóa thành CO2 và H2O vô hại, đồng thời chuyển NO thành NO2.
Sau khi khí thải đi qua tua-bin, quá trình này cũng diễn ra tương tự như với các động cơ không có hệ thống tăng áp, khí thải giãn nở sẽ đi đến DOC. Khi khí thải đi vào DOC, các phản ứng hóa học sẽ xảy ra trên bề mặt của bộ xúc tác. Các kim loại xúc tác như platinum, palladium, và rhodium trên DOC giúp thúc đẩy các phản ứng hóa học:
Diễn giải quy trình:
DPF (Diesel Particulate Filter) được đặt phía sau DOC và có thể thu giữ các hạt phát thải trước khi chúng đi vào khí quyển, do đó làm giảm lượng phát thải hạt từ khí thải.
Khi thiết bị thu giữ vật chất dạng hạt, nó cũng sẽ oxy hóa và tiêu hóa vật chất dạng hạt được thu giữ để tái tạo DPF. Tuy nhiên, khi lượng tro sinh ra quá nhiều trong khí thải sẽ dễ gây tắc nghẽn thiết bị. Khi quá trình tái sinh chủ động và thụ động không thể tiêu hóa được thì cần phải thay thế thiết bị lọc DPF.
SCR (Selective Catalytic Reduction) là quá trình xử lý NOx trong khí thải xe diesel sử dụng một chất xúc tác và một chất khử để chuyển đổi NOx thành các sản phẩm không gây hại. Trong hệ thống SCR, chất khử thường là dung dịch nước Urea (AdBlue) hoặc amoniac (NH3). AdBlue là dung dịch chứa 32.5% urê và 67.5% nước tinh khiết, được bơm vào hệ thống xả của xe. Bộ xúc tác SCR thường được làm bằng các kim loại quý như platinum, palladium, và rhodium, giúp thúc đẩy phản ứng hóa học giữa NOx và amoniac.
Phản ứng hóa học:
Bình chứa dung dịch AdBlue cần được nạp định kỳ, và hệ thống phun AdBlue cần được kiểm tra để đảm bảo hoạt động chính xác và hệ thống SCR cần được bảo trì định kỳ để đảm bảo bộ xúc tác hoạt động hiệu quả và các cảm biến đo lường chính xác.
Sự kết hợp của các hệ thống xử lý khí thải như DOC, SCR, và DPF là một phần quan trọng trong công nghệ xử lý khí thải của động cơ diesel hiện đại. Sự kết hợp này giúp động cơ đạt được hiệu suất khí thải rất thấp, đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải nghiêm ngặt, chẳng hạn như tiêu chuẩn Euro 6 và các quy định tương đương trên toàn cầu và giúp động cơ diesel hiện đại hoạt động sạch hơn và hiệu quả hơn. Việc duy trì và kiểm tra định kỳ các hệ thống này là cần thiết để đảm bảo chúng hoạt động đúng cách và đáp ứng các yêu cầu khí thải.
