Catalytic converter – Bộ lọc khí thải trên xe ô tô: Nguyên lý và cấu tạo

Bạn đã biết về bầu Catalytic converter – bộ lọc khí thải trên ô tô chưa? Nó có công dụng gì, cấu tạo ra sao và bầu lọc khí thải Catalytic converter được hoạt động như thế nào? Hãy cùng trung tâm VATC tìm hiểu ngay dưới đây:

Ngày nay, xe ô tô đang dần trở thành phương tiện đi lại chính của con người trên toàn thế giới bởi tính tiện lợi mà nó mang lại. Tuy nhiên, đi kèm với sự tiện lợi đó thì mỗi chiếc xe sẽ thải ra một lượng đáng kể các khí độc hại cho môi trường, dẫn tới sự ô nhiễm môi trường.

Để hạn chế điều này, các nhà sản xuất xe đã nghiên cứu và chế tạo ra Catalytic converter (bộ lọc khí thải) để hạn chế tối đa tình trạng này.

Catalytic converter là gì?

Catalytic converter hay còn gọi là bộ lọc khí thải là bộ phận đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc giảm lượng khí thải độc hại ra môi trường, và đây là hệ thống được trang bị thêm cho hầu hết cho các dòng xe ô tô hiện đại ngày nay.

1. Cấu tạo của bầu Catalytic

Bộ lọc khí thải có cấu trúc gồm 3 lớp cơ bản, đó là: Lớp xúc tác đầu tiên (the Reduction Catalyst), Lớp xúc tác oxy hóa (the Oxidization Catalyst), và hệ thống kiểm soát dòng khí thải.

#Lớp xúc tác đầu tiên (the Reduction Catalyst):

Đây chính là lớp lọc đầu tiên của bộ trung hòa khí thải. Đặc biệt, nó sử dụng platinum và rhodium để giảm lượng khí Nox. Nếu như phân tử NO hay NO2 tiếp xúc với lớp xúc tác, lúc này các nguyên tử nitrogen sẽ bị tách ra khỏi phân tử và bám lại trên bề mặt của lớp xúc tác. Khi đó, các nguyên tử nitrogen sẽ kết hợp với nhau để tạo ra N2 (2NO => N2 + O2 hoặc 2NO2 => N2 + 2O2).

#Lớp xúc tác oxy hóa (the Oxidization Catalyst):

Đây là lớp lọc thứ 2. Nó giúp giảm lượng hydrocarbon và carbon monoxide bằng cách đốt cháy (oxy hóa) chúng nhờ vào platinum và palladium. Lớp thứ 2 này có khả năng làm CO và hydrocarbon phản ứng với lượng oxy còn lại trong khí thải (2CO + O2 => 2CO2). Đồng thời, lớp này còn đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc biến đổi các khí độc hại thành oxy. Hơn nữa, lượng oxy này còn được điều chỉnh bởi máy tính.

#Hệ thống kiểm soát dòng khí thải:

Hệ thống sử dụng các thông tin này để có thể điều chỉnh được hệ thống phun nhiên liệu. Đặc điểm, có một cảm biến không khí được gắn giữa bộ trung hóa khí cùng động cơ (gần động cơ hơn). Cảm biến này sẽ thông báo cho hệ thống về lượng không khí còn sót lại trong khí thải.

Hơn nữa, máy tính có thể điều chỉnh tăng hoặc giảm lượng oxy trong khí thải bằng cách điều chỉnh tỷ lệ hỗn hợp khí cùng với nhiên liệu. Với sơ đồ kiểm soát cho phép máy tính có thể đảm bảo được tỷ lệ hỗn hợp nhiên liệu – khí trong của động cơ gần đạt mức tối ưu nhất. Ngoài ra, nó còn đảm bảo lượng oxy trong khí thải đủ đề cho phép sự xúc tác oxy hóa và đốt cháy lượng hydrocarbon và CO còn thừa sau một kỳ nổ của động cơ.

#Hạn chế của bộ trung hòa khí?

Bộ Trung hòa khí có tác dụng vô cùng lớn để giảm thiểu sự ô nhiễm môi trường, và xét thực tế thì hiệu quả của nó còn có thể cao hơn nữa. Tuy nhiên, hệ thống này có một sự thiếu sót lớn đó chính là nó chỉ làm việc tại một mức nhiệt độ nhất định. Nếu như khởi động xe sau một đêm lạnh thì bộ trung hòa khí gần như sẽ không hoạt động.

Giải pháp đơn giản trong trường hợp này là lắp đặt nó ở gần động cơ. Nghĩa là, sẽ đưa khí thải tới bộ trung hòa khí được nhanh hơn. Tuy nhiên, điều này sẽ làm tuổi thọ của bộ Catalytic converter giảm đi. Đối với hiệu ứng sốc nhiệt (cũng như khi ta đổ nước nóng vào cốc thủy tinh) sẽ gây ảnh hưởng tới chất liệu của ceramic.

Chất liệu này còn gây khó khăn ở chỗ không thể làm mỏng được lớp bề mặt tiếp xúc với khí thải và đặc biệt là vừa gây cản trở đối với luồng khí thoát ra. Vậy nên, để thay thế lớp ceramic thì các nhà sản xuất ngày nay đã chế tạo ra bộ lọc sử dụng kim loại, cho khả năng chịu nhiệt tốt hơn.

#Giải pháp để làm nóng sớm bộ trung hòa khí

Một giải pháp rất hữu hiệu khác để giúp giảm thiểu được những khí độc hại đó chính là làm nóng bộ trung hòa khí thải trước khi khởi động động cơ xe. Cách làm đơn giản nhất chính là sử dụng điện để làm nóng.

Tuy nhiên, với hệ thống điện 12V trên đa số các dòng xe ngày nay thì lại không cung cấp đủ năng lượng để có thể làm nóng được Catalytic converter ở thời gian cần thiết. Và cũng rất ít có ai có thể chờ được tới lúc bộ trung hòa khí kịp nóng trước khi khởi động xe.

Với những chiếc xe hybrid hiện nay, thì việc gắn một động cơ xăng thông thường và một động cơ điện sẽ giải quyết được những vấn đề này một cách dễ dàng.

2. Nguyên lý hoạt động của Catalytic converter

Sau quá trình đốt cháy nhiên liệu trong động cơ, cho dù động cơ có tốt đến đâu thì vẫn tạo ra những hợp chất vô cùng độc hại như: Nox, CO, HC… Vậy nên, để loại bỏ được những chất độc hại này, bộ chuyển đổi xúc tác cần phải được trang bị một chiếc lõi lọc có dạng tổ ong.

Trên bề mặt được phủ một lớp kim loại quý để làm xúc tác cho những phản ứng khử cũng như oxy hóa được diễn ra một cách thuận tiện nhất trên bề mặt lõi lọc. Do đó, bề mặt lõi lọc phải có diện tích lớn để các quá trình phản ứng được diễn ra dễ dàng, cũng như ít tiêu hao lớp kim loại quý hơn.

Bởi vậy mà, bộ chuyển đổi xúc tác có thể chuyển đổi được khoảng 90% các hợp chất có hại tới môi trường bên ngoài thành các hợp chất ít độc hại hơn.

Xem thêm: Hệ thống chống trộm Immobilizer