Chất xúc tác là những chất thúc đẩy phản ứng hoá học nhưng bản thân chúng không thay đổi về hình dạng, thành phần cũng như về khối lượng. Khi HC, CO và NOX bị nung nóng với O2 đến 500oC, thực tế không có phản ứng hoá học xảy ra. Tuy nhiên, khi cho chúng đi qua chất xúc tác thì phản ứng hoá học sẽ xảy ra biến chúng thành các thành phần không độc cho môi trường như CO2, H2O và N2.
Có nhiều loại chất xúc tác khác nhau được dùng trong bộ lọc khí xả trên ô tô, thường dùng là: bạch kim, paladi, Esidi, Rodi,...Các chất xúc tác được phủ lên bề mặt của rất nhiều vật mang để tăng diện tích tiếp xúc với khí xả. Các chất xúc tác sẽ không hoạt động hiệu quả trong môi trường nhiệt độ dưới 400oC và nhiên liệu sử dụng cho động cơ có dùng bộ xúc tác phải xăng không chì.
Có ba loại hệ thống bộ lọc khí xả sau: - Hệ thống oxy hoá (CO).
- Hệ thống lọc ba thành phần (TWC). - Hệ thống ba thành phần & oxy hoá
(TWC – CO). Van Van PVC đóng Van PVC mở Khoan g chân không hẹp Khoan g chân không rộng Van PVC mở Khoang chân không mở hoàn toàn Van PVC mở a) b) c) d)
Hình 8.71. Các chế độ làm việc của van PVC.
CO HC NOX CO2 H2O N2 Xúc tác
Vỏ ngoài Lưới kim loại
Vật mang
Hệ thống xúc tác oxy hoá (CO)
Trong hệ thống xúc tác oxy hoá CO và HC phản ứng với oxy tạo thành các chất không ô nhiễm là CO2 và H2O, theo phương trình phản ứng sau:
CO + O2→ CO2 HC + O2→ CO2 + H2O Để các chất xúc tác oxy hoá làm việc hiệu quả cần phải có thừa oxy. Để làm được điều này, bộ lọc khí xả được kết hợp với hệ thống hút không khí (AS) hoặc hệ thống phun không khí (AI) để bổ sung thêm không khí cho bộ lọc khí xả. Tuy nhiên, loại này chỉ giảm một ít NOX nên khí xả cũng phải được tuần hoàn trở lại qua hệ thống EGR như đã trình bày ở phần trên. Sơ đồ khối hệ thống có dạng (hình 8.73).
Hệ thống xúc tác ba thành phần
Bộ lọc khí xả ba thành phần là bộ lọc khí xả lý tưởng nhất hiện nay, nó không chỉ biến đổi được CO và HC mà cả NOX thành các chất không ô nhiễm.
NO và O2 là những chất oxy hoá (những chất có thể tạo ra sự cháy), CO và HC là những chất khử (chất bị cháy) phản ứng theo phương trình chính sau để tạo ra những chất trung tính (không phản ứng) như: N2, H2O và CO2.
NOX + CO→ N2 + CO2 NOX + HC→ N2 + CO2 + H2O
O2 + CO→ CO2 O2 + HC→ H2O + CO2
Tuy nhiên, hạn chế của hệ thống này là để cho phản ứng xảy ra thì tỷ lệ không khí : xăng phải rất gần với tỷ lệ lý thuyết (hình 8.105). Nếu đảm bảo được điều đó thì sẽ đạt được tỷ lệ làm sạch rất cao cho cả ba chất gây ô nhiễm như đã trình bày ở trên.
Một hạn chế khác của bộ lọc này là: nếu hỗn hợp đậm thì quá trình cháy sẽ cho ra nồng độ CO và HC trong khí xả cao, sự khử hoá học của NOX sẽ xảy ra. Nhưng do thiếu oxy nên CO và HC vẫn còn lại sau phản ứng và bị xả ra ngoài.
(CO + HC) + NOX→ N2 + CO2 + H2O + CO + HC
Mặc khác khi đốt cháy hỗn hợp nhạt sẽ tạo ra nồng độ oxy trong khí xả cao. Sự oxy hoá của CO và HC sẽ hiệu quả. Tuy nhiên lúc đó CO và HC sẽ bị oxy hoá bởi oxy nhanh hơn với NOX. Vì vậy NOX vẫn còn lại sau phản ứng và bị xả ra ngoài.
O2 + (CO + HC + NOX)→ CO2 + H2O + NOX
EGR AS hay AI
Khí xả
Hình 8.73. Sơ đồ khối hệ thống xúc tác oxy hoá. Ống góp xả Động cơ Ống nạp Chế hoà khí Lọc gió Khí xả Chất xúc tác oxy hoá
Ngoài hai loại hệ thống lọc khí xả đã trình bày, trên một số xe còn sử dụng bộ lọc khí xả ba thành phần kết hợp với oxy hoá. Hệ thống này được sự dụng chung trong các loại hệ thống kiểm soát khí xả với bộ lọc khí xả oxy hoá kết hợp với bộ lọc khí xả ba thành phần để giúp giảm nhiều hơn nữa các chất thải gây ô nhiễm không khí.
--- NOX
HC CO
Dãy hoạt động của bộ lọc khí xả Tỷ lệ hỗn hợp
lý thuyết
Hình 8.74. Quan hệ giữa tỷ lệ làm sạch NOX, CO, và HC với tỷ lệ hỗn hợp. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tha áp ← Tỷ le ä làm s ạc h → Ca o