1. THÔNG BÁO TUYỂN ADMIN DIỄN ĐÀN 2013
    Tìm kiếm nhà trọ - Ở ghép
    THÔNG BÁO BÁN ÁO SPKT.NET CHO THÀNH VIÊN DIỄN ĐÀN


    HÃY TÌM KIẾM Ở ĐÂY TRƯỚC KHI ĐẶT CÂU HỎI
    {xen:phrase loading}

Hoạt động của bộ trung hòa khí thải

Thảo luận trong 'Kỹ thuật - Cơ khí ô tô' bắt đầu bởi bmnhy, 16 Tháng một 2007.

  1. bmnhy Giảng Viên

    Số bài viết: 914
    Đã được thích: 0
    Điểm thành tích: 0
    Hoạt động của bộ trung hòa khí thải

    Xe hơi là một phương tiện hữu dụng nhưng cũng là một trong những nguồn gây ô nhiễm chủ yếu. Để góp phần làm giảm lượng khí thải độc hại, các nhà sản xuất ôtô đã chế tạo ra một thiết bị trung hòa khí thải (catalytic converter) đang được sử dụng rộng rãi.

    [IMG]
    Vị trí của bộ trung hòa khí thải đặt trên xe hơi.
    Chính những bộ trung hòa khí thải này là biện pháp giúp các hãng xe trên thế giới đáp ứng được những quy định ngày càng khắt khe về môi trường tại nhiều quốc gia. Để làm giảm lượng khí thải, những chiếc xe hiện đại rất chú trọng tới việc kiểm soát lượng nhiên liệu đốt cháy trong động cơ. Các kỹ sư cố gắng giữ tỷ lệ hỗn hợp không khí và nhiên liệu ở gần điểm lý tưởng nhất.

    Trên lý thuyết, nếu đạt tới tỷ lệ này, nhiên liệu sẽ được đốt cháy hoàn toàn. Tỷ lệ tối ưu giữa xăng và không khí là 14,7:1, có nghĩa là để đốt hết một pound xăng (một pound khoảng bằng 0,45 kg), cần 14,7 pound không khí. Tỷ lệ xăng khí trên thực tế thay đổi tùy theo khi lái xe. Đôi khi hỗn hợp này có thể cao hơn 14,7 hoặc có thể thấp hơn (nhiều xăng hơn cần thiết).

    Việt Nam chưa có quy định bắt buộc về khí thải với ôtô, xe máy sản xuất trong nước cũng như nhập khẩu. Một trong số xe hiếm hoi được giới thiệu đạt tiêu chuẩn về khí thải euro III là Fiat Albea của công ty Mekong.

    Trong lượng khí mà một chiếc xe thải ra, bao gồm các khí sau:

    - Khí nitrogen (ký hiệu N2, tức là nitơ): phần lớn đi thẳng qua động cơ xe.

    - Carbon dioxide (CO2): sản phẩm của quá trình đốt cháy trong động cơ, do carbon trong nhiên liệu hòa trộn với oxy trong không khí.

    - Hơi nước (H2O): cũng sinh ra từ quá trình đốt trong động cơ, do sự kết hợp giữ hydro trong nhiên liệu với oxy trong không khí.

    Các chất trên không gây hại, dù CO2 góp phần làm nóng trái đất. Nhưng do quá trình cháy không bao giờ diễn ra hoàn hảo (không cháy hết nhiên liệu), từ đó mà một lượng chất có hại được sản sinh, gồm:

    - Carbon oxide (CO): một khí độc không màu và không mùi.

    - Hydrocarbon hay chất tổng hợp hữu cơ dễ bay hơi (VOC): sinh ra chủ yếu từ nhiên liệu cháy chưa hết. Ánh sáng mặt trời tác động tới những khí này, tạo ra các chất oxy hóa, phản ứng với oxide nitrogen (oxit nitơ) tạo ra ozone (O3), thành phần chủ yếu có trong sương mù.

    - Nitrogen oxide (nitơ oxit, NO và NO2, cùng gọi là NOx) góp phần tạo nên hiện tượng sương mù và mưa axit, đồng thời tác động xấu tới màng nhầy não người.

    Đó chính là 3 chất có trong khí thải xe hơi mà nhiệm vụ của bộ trung hòa khí là làm giảm tối đa lượng khí này thoát ra môi trường.

    [IMG]
    A. Reduction catalyst.
    B. Oxidization catalyst.
    C. Lớp lọc bằng ceramic bên trong.
    Đa số các xe hiện đại được trang bị bộ lọc 3 lớp. Chúng tập trung vào việc làm giảm lượng phân tử phân tử carbon monoxide, VOC và NOx có trong khí thải. Bộ trung hòa khí sự dụng hai lớp xúc tác, một làm giảm khí thải và một và oxy hóa chúng. Cả hai bao gồm cấu trúc ceramic được tráng phủ một lớp kim loại, thường là platinum, rhodium, và/hoặc palladium. Người ta cố gắng tạo ra bề mặt tiếp xúc lớn nhất giữa lớp ceramic với dòng khí thải chạy ngang, trong khi giảm xuống tối thiểu lượng chất xúc tác (catalyst) cần dùng vì giá thành rất đắt.

    Một bộ trung hòa khí thải 3 lớp có cấu trúc như sau:

    Lớp xúc tác thứ nhất (the Reduction Catalyst): lớp lọc đầu tiên của bộ trung hòa khí thải. Nó sử dụng platinum và rhodium để làm giảm khí NOx. Khi một phân tử NO hay NO2 tiếp xúc với lớp xúc tác, nguyên tử nitrogen sẽ bị tách ra khỏi phân tử, bám lại trên bề mặt lớp xúc tác. Các nguyên tử nitrogen kết hợp với nhau, tạo ra N2. (2NO => N2 + O2 hoặc 2NO2 => N2 + 2O2).

    Lớp xúc tác oxy hóa (the Oxidization Catalyst): đây là lớp lọc thứ nhì. Nó làm giảm lượng hydrocarbon và carbon monoxide bằng cách đốt cháy (oxy hóa) chúng nhờ platinum và palladium. Lớp này giúp CO và hydrocarbon phản ứng với lượng oxy còn lại trong khí thải ra (2CO + O2 => 2CO2).

    Đóng vai trò quan trọng trong việc biến khí độc hại thành các chất khí không ảnh hưởng đến môi trường là oxy. Lượng oxy này được điều chỉnh bởi máy tính. Lớp thứ ba chính là hệ thống kiểm soát dòng khí thải và sử dụng thông tin này để điều chỉnh hệ thống phun nhiên liệu. Một cảm biến không khí gắn giữa bộ trung hòa khí và động cơ (gần động cơ hơn). Cảm biến này thông báo cho máy tính về lượng không khí còn lại trong khí thải ra.
    [IMG]

    Lớp xúc tác làm bằng ceramic.
    Máy tính sẽ tăng hoặc giảm lượng oxy trong khí thải bằng cách điều chỉnh tỷ lệ hỗn hợp khí và nhiên liệu. Sơ đồ kiểm soát này cho phép máy tính đảm bảo rằng tỷ lệ hỗn hợp nhiên liệu - khí trong động cơ gần đạt mức tối ưu. Và nó cũng đảm bảo đủ lượng oxy trong khí thải để cho phép sự lớp xúc tác oxy hóa đốt cháy lượng hydrocarbon và CO còn thừa sau kỳ nổ trong động cơ.

    Bộ trung hòa khí có tác dụng rất lớn trong việc làm giảm sự ô nhiễm, và về thực chất, hiệu quả của nó còn có thể tăng hơn nữa. Một thiếu sót lớn nhất của hệ thống này nó chỉ làm việc tại một nhiệt độ đủ cao. Thời điểm khởi động xe sau một đêm trời lạnh, bộ trung hòa khí gần như không hoạt động.

    Giải pháp đơn giản cho vấn đề này là gắn nó gần động cơ hơn nữa. Tức là đưa khí thải tới bộ trung hòa khí nhanh hơn. Nhưng điều đó lại dẫn đến việc làm giảm tuổi thọ của bộ catalytic converter. Hiệu ứng sốc nhiệt (giống như khi ta đổ nước nóng vào một cốc thủy tinh) sẽ ảnh hưởng tới chất liệu ceramic. Chất liệu này còn bất tiện ở chỗ không thể làm mỏng lớp bề mặt xúc tác như ý muốn, vừa không tăng được diện tích tiếp xúc với khí thải, vừa gây cản trở đối với luồng khí thoát ra. Để thay thế lớp ceramic, hiện nay người ta đã chế tạo được bộ lọc sử dụng kim loại, chịu nhiệt tốt hơn.

    Làm nóng bộ trung hòa khí thải trước khi khởi động xe là một biện pháp khác để giảm tối thiểu những chất khí độc hại. Cách đơn giản nhất là sử dụng điện để sưởi. Có điều, hệ thống điện 12V trên phần lớn xe ôtô hiện nay không cung cấp đủ năng lượng để làm nóng bộ catalytic converter ở thời gian cần thiết. Ít ai có thể chờ được thời gian vài phút để cho bộ trung hòa khí kịp nóng trước khi khởi động xe. Những chiếc xe hybrid hiện nay, gắn một động cơ xăng thông thường với một động cơ điện, cho phép giải quyết khó khăn này một cách dễ dàng.

    Quy định về khí thải cao nhất trên thế giới hiện nay là tiêu chuẩn Euro IV. Hiện Trung Quốc đang thực hiện tiêu chuẩn Euro II trên toàn quốc đối với xe hơi, dự kiến sẽ áp dụng Euro III từ năm 2008. Trong khi đó, các thành phố lớn như Thượng Hải hay Bắc Kinh đã thực hiện Euro II từ đầu năm 2003.


    X.O

Chia sẻ trang này