Bộ chuyển đổi xúc tác (Catalytic Converter) là một thiết bị kiểm soát khí thải có chức năng chuyển đổi khí độc và chất ô nhiễm trong khí thải từ động cơ đốt trong thành các chất ô nhiễm ít độc hơn bằng cách xúc tác phản ứng oxy hóa khử . Bộ chuyển đổi xúc tác thường được sử dụng với động cơ đốt trong chạy bằng xăng hoặc dầu diesel , bao gồm cả động cơ đốt cháy , và đôi khi trên lò sưởi và bếp dầu hỏa .
Sự ra đời rộng rãi đầu tiên của bộ chuyển đổi xúc tác là ở thị trường ô tô Hoa Kỳ . Để tuân thủ quy định chặt chẽ hơn về khí thải của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ , hầu hết các loại xe chạy bằng xăng bắt đầu từ năm mẫu 1975 đều được trang bị bộ chuyển đổi xúc tác. [1] [2] [3] Những bộ chuyển đổi “hai chiều” này kết hợp oxy với carbon monoxide (CO) và hydrocacbon không cháy (HC) để tạo ra carbon dioxide (CO2 ) và nước (H 2O). Mặc dù bộ chuyển đổi hai chiều trên động cơ xăng đã lỗi thời vào năm 1981 bởi bộ chuyển đổi “ba chiều” cũng làm giảm oxit nitơ ( NO x ); [4] chúng vẫn được sử dụng trên động cơ đốt cháy nạc để oxy hóa vật chất dạng hạt và khí thải hydrocacbon (bao gồm cả động cơ Diesel, thường sử dụng quá trình đốt cháy tinh gọn), vì bộ chuyển đổi ba chiều yêu cầu quá trình đốt cháy phân cực hoặc giàu nhiên liệu để giảm thành công NO x .
Mặc dù bộ chuyển đổi xúc tác được áp dụng phổ biến nhất cho hệ thống khí thải trong ô tô, chúng cũng được sử dụng trên máy phát điện , xe nâng , thiết bị khai thác mỏ, xe tải , xe buýt , đầu máy xe lửa , xe máy và trên tàu thủy. Chúng thậm chí còn được sử dụng trên một số bếp củi để kiểm soát khí thải. [5] Điều này thường nhằm đáp ứng quy định của chính phủ, thông qua quy định về môi trường hoặc thông qua các quy định về sức khỏe và an toàn. Tiêu chuẩn khí thải Euro 1, Euro 2, Euro 3, Euro 4, Euro 5, Euro 6.
Bộ chuyển đổi chất xúc tác tác (Catalytic Converter) là gì và nó làm gì?
Là một phần không thể thiếu của hệ thống xả của xe, bộ chuyển đổi xúc tác kiểm soát và giảm lượng khí thải khi chúng đi ra khỏi động cơ và ra ngoài trời. Nằm giữa ống xả và đường ống sau, một bộ chuyển đổi xúc tác sử dụng các chất xúc tác tích hợp để chuyển đổi hydrocacbon, carbon monoxide và nitơ oxit thành các sản phẩm phụ ít gây hại hơn như hơi nước, carbon dioxide và nitơ.
- Bộ chuyển đổi xúc tác hoạt động như thế nào?
Bên trong bộ chuyển đổi xúc tác có chứa chất nền kim loại hoặc gốm hoặc bề mặt mà các phản ứng hóa học xảy ra. Lớp nền được bao phủ bởi các kim loại quý như bạch kim, palladium. và rhodium. Với mức nhiệt chính xác, các hydrocacbon, cacbon monoxit và oxit nitơ đi qua và đi qua chất nền, phản ứng với các kim loại quý và được chuyển đổi thành khí ít độc hại hơn thoát ra ngoài qua bộ giảm thanh và ống xả. - Bên trong một bộ chuyển đổi xúc tác là gì?
Bộ xử lí khí thải DPF được chế bằng bằng vật liệu thép không gỉ, hình trụ tròn hoặc ô van, ở hai đầu có lắp mặt bích để nối với các đường ống trung gian trong hệ thống thải. Cấu tạo bên trong bao gồm phần lõi và các lớp phủ chất xúc tác.
Bộ phận quan trọng nhất của Bộ xử lí khí thải DPF là phần lõi của nó. Hiện nay có ba dạng lõi khác nhau đó là lõi dạng viên gốm, lõi gốm nguyên khối và lõi bằng kim loại.
Lõi dạng viên gốm gồm các lớp viên gốm hình cầu. Vật liệu chế tạo được làm từ gốm chịu nhiệt độ cao (cordierite 2MgO.2Al2.5SiO2), có hệ số hấp thụ nhiệt thấp và nhiệt độ nóng chảy cao (khoảng 1.4000C). Các viên gốm có đường kính khoảng 2 – 3mm được phủ bề mặt ngoài bằng ôxít nhôm, chúng có khả năng chống mòn và ma sát tốt sau khi được nhiệt luyện ở nhiệt độ khoảng 1.000 0C và được gọi là lớp nền. Sau khi được phủ bề mặt ngoài, các vật liệu quý Platin (Pt), Paladi (Pd) và Rođi (Rh) sẽ được thấm trực tiếp trên bề mặt của các viên gốm.
Dạng lõi gốm nguyên khối thường có cấu trúc tổ ong, gồm rất nhiều rãnh nhỏ li ti kích cỡ milimet được xếp song song với dòng chảy của khí thải. Lõi gốm cũng được làm từ vật liệu chịu nhiệt cordierit, các rãnh nhỏ song song có tiết diện ngang hình tam giác hoặc hình vuông. Các rãnh dẫn khí thải này được phủ một lớp ôxit nhôm (A12O3) xốp, mấp mô dày khoảng 0,02 mm. Sau đó lõi gốm được thấm các kim loại quý bạch kim – Pt (platinum), Paladi – Pd (palladium) và Rodi (rhodium).
Lõi kim loại gồm các lá thép phẳng và các lá thép dập lượn sóng có độ dày từ 0,04 – 0,05mm được xếp thành lớp. Sau đó, chúng được cuộn tròn thành hình dạng chữ S hoặc hình tròn. Phổ biến nhất là loại lõi kim loại chia thành 2 phần riêng biệt, giữa hai phần có một khoảng trống nhỏ.
Lõi thép được phủ bằng A12O3 có độ xốp cao và sau đó được thấm kim loại quý Pt, Pd và Rh. So với hai loại lõi trên thì loại lõi kim loại có nhiều ưu điểm vượt trội hơn như diện tích tiết diện sử dụng có ích của các rãnh dẫn khí thải lớn hơn khoảng 10÷15 %, độ bền cao hơn, trở lực (mức độ cản trở chuyển động của dòng khí) đối với khí thải thấp. Nhưng công nghệ chế tạo lõi kim loại phức tạp hơn, khối lượng lớn hơn và giá thành đắt hơn 15%.
Lớp xúc tác thứ nhất (the Reduction Catalyst): được làm từ platinum và rhodium có tác dụng làm giảm khí NOx.
Lớp xúc tác oxy hóa (the Oxidation Catalyst): lớp xúc tác này giúp làm giảm lượng hydrocacbon và carbon monoxide bằng cách đốt cháy chúng nhờ sử dụng chất liệu platinum và palladium.
Lớp cuối cùng đó là hệ thống kiểm soát lượng khí thải, sau đó sử dụng thông tin này để điều chỉnh hệ thống phun nhiên liệu của ô tô một cách chính xác. Bộ cảm biến không khí được đặt giữa bộ trung hòa khí thải và động cơ; giúp thông báo lượng không khí còn sót lại trong khí thải ra.
Hoạt động của bộ xử lí khí thải DPF
Hai kim loại quý Pt và Pd là chất xúc tác để phản ứng ô-xy hoá xảy ra (CO + O2 = CO2, HC + O2 = H2O + CO2), còn rodi là chất xúc tác cho quá trình khử NOX thành N2.
Chất xúc tác khử: Giúp giảm ô nhiễm nitơ oxit bằng cách loại bỏ oxy. Ôxít nitơ bị phân hủy thành khí nitơ và ôxy, bản thân chúng là vô hại.
Chất xúc tác oxy hóa: Được sử dụng để thay đổi carbon monoxide thành carbon dioxide thông qua một quá trình ngược lại là thêm oxy.
Cũng nằm gần bộ chuyển đổi xúc tác là một cảm biến oxy (O2), có tác dụng báo cho bộ phận điều khiển điện tử (ECU) của ô tô biết lượng oxy được tìm thấy trong khí thải. Điều này giúp xe chạy với tỷ lệ không khí / nhiên liệu hiệu quả hơn, cho phép động cơ cung cấp đủ oxy cho bộ chuyển đổi để hoàn thành quá trình oxy hóa.
- Các loại bộ chuyển đổi xúc tác
Như đã đề cập trước đây, có hai chất xúc tác chính – khử và oxy hóa – có thể được sử dụng trong hệ thống xả để xử lý các khí cụ thể.
Tùy thuộc vào năm của chiếc xe và loại bộ chuyển đổi xúc tác mà nó có, có thể không có chất xúc tác khử phù hợp. Có hai loại bộ chuyển đổi xúc tác chính:
Hai chiều: Bộ chuyển đổi xúc tác hai chiều đã có mặt trên các phương tiện giao thông ở Hoa Kỳ cho đến năm 1981. Chúng chỉ có chất xúc tác oxy hóa, giúp thay đổi carbon monoxide thành carbon dioxide. Hydrocacbon (là nhiên liệu không cháy và đốt cháy một phần) được biến đổi thành cacbon đioxit và nước.
Ba chiều: Từ năm 1981, bộ chuyển đổi xúc tác ba chiều đã được sử dụng. Điều này thực hiện tương tự như bộ chuyển đổi hai chiều với việc bổ sung chất xúc tác khử. Như đã nêu trước đó, điều này được sử dụng để thay đổi các oxit nitơ thành khí nitơ và oxy.
Động cơ diesel sử dụng chất xúc tác hai chiều và bộ chuyển đổi cũng được thiết kế đặc biệt để hoạt động với khí thải diesel. Bộ chuyển đổi cho các loại động cơ này cố gắng và nhắm mục tiêu các hạt được gọi là các phân đoạn hữu cơ hòa tan. Chúng được tạo ra từ các hydrocacbon liên kết với bồ hóng
- Các triệu chứng của một bộ chuyển đổi xúc tác xấu
Các bộ chuyển đổi xúc tác hiện đại được gắn vào hệ thống chẩn đoán trên xe (OBD) với các cảm biến. Nếu bộ chuyển đổi xúc tác không hoạt động ở hiệu suất cao nhất, bộ cảm biến sẽ đưa ra một mã lỗi, mã này sẽ cảnh báo người lái xe bằng đèn thông báo hoặc cảnh báo. Mã phổ biến nhất, P0420, có nội dung “Dưới ngưỡng hiệu quả của hệ thống xúc tác”. Mặc dù tên cho thấy sự cố với bộ chuyển đổi, nhưng rất có thể đó là kết quả của sự cố ngược dòng khiến bộ chuyển đổi mất hiệu quả. Các triệu chứng khác bao gồm:
Vậy điều gì sẽ xảy ra khi một bộ chuyển đổi xúc tác gặp sự cố? Xem xét vai trò của bộ phận này trong hệ thống xả của xe, một loạt các triệu chứng có thể phát sinh khi nó bắt đầu bị hao mòn.
- Một số triệu chứng cần chú ý
Giảm hiệu quả sử dụng nhiên liệu: Nếu bộ chuyển đổi xúc tác bị tắc, nó có thể làm giảm lượng không khí lưu thông qua động cơ của bạn. Để bù lại, động cơ của bạn có thể bắt đầu đốt nhiều nhiên liệu hơn bình thường, dẫn đến hiệu suất nhiên liệu giảm đáng kể.
Đèn cảnh báo kiểm tra: Đèn báo kiểm tra động cơ có thể chỉ ra một loạt điều. Tuy nhiên, có một hệ thống chẩn đoán trên ô tô sản xuất sau năm 1996 sẽ kiểm tra bộ chuyển đổi xúc tác. Nếu bộ chuyển đổi của bạn bị trục trặc, các cảm biến tỷ lệ không khí trên nhiên liệu có thể kích hoạt đèn cảnh báo bật sáng.
Có mùi trứng thối: Bộ chuyển đổi xúc tác có thể bị hư hỏng bên trong khiến bộ chuyển đổi khí thải gặp khó khăn. Kết quả có thể là mùi “trứng thối” sulfuric.
Vấn đề khởi động động cơ: Khí thải trong xe của bạn phải thoát ra ngoài. Một bộ chuyển đổi xúc tác bị tắc có thể ngăn chặn điều này xảy ra một cách hiệu quả. Điều này có thể dẫn đến tăng áp suất khí thải và khiến xe của bạn bị giật hoặc chết máy khi bạn đang cố gắng chạy.
Tăng tốc kém: Một lần nữa, khí thải phải thoát ra ngoài bằng cách nào đó. Khí thải bị kẹt và áp suất tăng lên từ bộ chuyển đổi bị tắc có thể khiến bạn gặp khó khăn khi tăng tốc xe. Bạn có thể nhận thấy giật hoặc đơ khi cố gắng làm như vậy.
Kiểm tra khí thải không đạt: Nhiều tiểu bang yêu cầu kiểm tra khí thải thường xuyên trên các phương tiện và nếu bạn không vượt qua được thì thủ phạm rất có thể là bộ chuyển đổi xúc tác của bạn. Không thử nghiệm này có thể đi kèm với các triệu chứng khác được đề cập ở trên.
- Nguyên nhân có thể của bộ chuyển đổi xúc tác bị hỏng hoặc bị tắc
Bộ chuyển đổi xúc tác không tự hỏng, vì vậy điều quan trọng là phải khắc phục sự cố trước khi xác định bộ chuyển đổi cần thay thế. Nhiều thứ có thể gây ra sự cố với bộ chuyển đổi xúc tác, vì nó liên quan trực tiếp đến quá trình đốt cháy. Đây là những điều phổ biến nhất:
Khi hỗn hợp nhiên liệu – không khí không được điều chỉnh theo tỷ lệ thích hợp, kết quả có thể ảnh hưởng và / hoặc làm hỏng một số bộ phận liên quan của xe hơi. Khi bộ chuyển đổi xúc tác đi xuống từ buồng đốt, các điều kiện ít hoặc giàu có thể tạo ra dư thừa nhiên liệu hoặc tích tụ carbon. Nếu nhiên liệu đi vào bộ chuyển đổi xúc tác, nó có thể đốt cháy và làm chảy ruột thiết bị.
Cảm biến ôxy / Lambda xấu
Các cảm biến được đặt khắp động cơ và hệ thống xả được kết nối của nó. Các cảm biến này kiểm tra mức oxy để đảm bảo ô tô hoạt động ở điều kiện cao điểm bình thường. Nếu một trong những cảm biến này có kết nối không tốt, hệ thống dây điện không tốt hoặc bản thân nó đã bị hỏng, nó sẽ không thực hiện các phép đọc cần thiết để kiểm tra mọi thứ. Nếu không có cơ quan giám sát, các mức có thể bị tắt, có thể dẫn đến quá nhiệt làm hỏng bộ chuyển đổi
Thiệt hại vật chất
Bộ chuyển đổi có thể bị hư hỏng về mặt vật lý bởi những thứ như gờ giảm tốc, vượt địa hình, lái xe vượt nhánh, lốp xe trên đường cao tốc không tốt hoặc nhiều trở ngại khác. Hư hỏng đối với vỏ bên ngoài và / hoặc các thành phần bên trong có thể dẫn đến hoạt động không đủ hoặc rơi ra theo đúng nghĩa đen.
- Có cách nào làm sạch bộ chuyển đổi xúc tác không? (Tham khảo thêm tại đây)
Khi lái xe ở tốc độ cao, nhiệt độ trong ống xả đủ nóng để đốt cháy muội than có thể oxy hóa nhanh chóng. Đây được gọi là quá trình tái tạo thụ động, điều này xảy ra khi bạn đang điều khiển phương tiện của mình. Để kích hoạt quá trình này, bạn phải lái xe trong ít nhất 15 phút và ở tốc độ khoảng 60km/h. Khi bạn làm như vậy, ống xả sẽ nóng lên và bắt đầu đốt cháy muội than.
Ở nhiệt độ thấp (360 ° C, 400 ° C) tốc độ oxy hóa rất chậm và quá trình tái tạo không hoàn toàn.
Chỉ ở nhiệt độ khoảng 600 °C, muội than có thể bị oxy hóa nhanh chóng và hoàn toàn.
Tuy nhiên, nếu bạn không thành công trong việc kích hoạt tái tạo thụ động thì quá trình tái tạo chủ động sẽ diễn ra. Bộ lọc hạt không còn có thể tự tái tạo vì nó đã lấp đầy mụi than, Thì TUNAP có thể giúp bộ lọc hoạt động trở lại. Trong quá trình này, nhiệt độ của khí thải tăng lên và nhiên liệu được bơm vào nhiều hơn và các hạt diesel bị oxy hóa.
Tóm tắt
Bộ lọc hạt khí thải là một trong những yếu tố quan trọng nhất của hệ thống lắp đặt trên ống xả. Nó được thiết kế để giảm 80% lượng khí thải hạt vật chất (PM). Tuy nhiên, bộ phận này dễ bị hao mòn. Khả năng hạn chế của nó có nghĩa là nó phải làm sạch bồ hóng định kỳ theo chuyên gia khuyến nghị của hãng xe để hoạt động bình thường. Quá trình này được gọi là quá trình tái sinh và nó xảy ra khi mức độ hạt bồ hóng đạt đến giới hạn. Để tái sinh xảy ra, một số điều kiện phải được đáp ứng. Nếu không, quá trình sẽ bị trì hoãn, gây hư hỏng cho bộ lọc hạt.
Nguồn tham khảo:
(1) uti.edu
(2) Wikipedia
