Trong bối cảnh sự bùng nổ về số lượng các phương tiện giao thông vận tải tăng một cách nhanh chóng, đóng góp rất lớn vào sự phát triển kinh tế xã hội. Tuy nhiên, mức độ ô nhiễm môi trường cũng đang gia tăng, ảnh hưởng không nhỏ đến đời sống xã hội và con người, mà một trong các tác nhân quan trọng là khí xả từ các phương tiện giao thông sử dụng động cơ đốt trong.
Khí xả phương tiện chạy Diesel Sự bùng nổ phương tiện vận tải
Sản phẩm cháy được thải ra từ động cơ đốt trong gồm ôxit nitơ (NOx), mônôxit cácbon (CO), hyđro cacbon (HC), chất thải hạt (PM) và anđehit; là nguyên nhân chính gây ra ô nhiễm không khí. Động cơ đốt trong là nguồn đóng góp xấp xỉ một nửa lượng chất ô nhiễm NOx, CO, và HC trong không khí. Các chất ô nhiễm này gây nhiều tác hại khác nhau cho sức khỏe và môi trường.
Lộ trình áp dụng và về nồng độ các chất trong khí xả động cơ Diesel:
Với xu hướng ngày càng thân thiện môi trường, giảm thiểu tác động đến môi trường sống. Các quy định tiêu chuẩn ngày càng được nâng cao, đòi hỏi các nhà sản xuất ô tô cũng phải thay đổi công nghệ liên tục để đạt các tiêu chuẩn đề ra. Bài báo giới thiệu sơ lược tiêu chuẩn khí xả động cơ của các nước tiên tiến, có thể dùng so sánh với tiêu chuẩn Euro4 chúng ta đang áp dụng.
Nồng độ NOx và PM theo tiêu chuẩn Euro 1÷6 và năm áp dụng tại Đức
Nồng độ phát thải cho phép NOx và PM theo tiêu chuẩn Euro 1÷6
và năm áp dụng tại Hàn Quốc
Nồng độ NO và PM theo tiêu chuẩn US, EU và Nhật Bản đến năm 2020
Tiêu chuẩn khí thải Euro4, Việt Nam đang áp dụng
Đến thời điểm 2017, đã có hơn 5 nước trên thế giới cấm sử dụng phương tiện chạy Diesel. Tuy nhiên, nhiều hãng đã đưa ra các công nghệ lọc để loại bỏ các chất độc có trong khí xả xe chạy Diesel.
DPF là gì? DPF (Diesel Particulate Filter) là công nghệ tiên tiến giúp loại bỏ cặn sót lại trong quá trình thải:
Một trong những quy định đáng chú ý nhất của EURO-6 là quy định về phát thải số hạt (Particle Number). Đối với PM hạt nano, nhưng chưa có một tác động đáng kể làm tăng khối lượng của toàn bộ PM thời gian gần đây được chứng minh là nguy hiểm trên cơ thể con người và môi trường được quy định từ EURO-6.
DPF là gì?, khác gì với EGR
Cấu trúc bên trong tổ ong DBF
Để cải tiến những khiếm khuyết trên động cơ EURO-5 người ta đưa ra 2 quan điểm chính: vì rất khó để đồng thời giảm hai thành phần độc hại trong buồng đốt bằng các đặc tính cố hữu của PM-NOx tạo ra trong quá trình đốt, một trong số đó tập trung trong quá trình đốt cháy, và một số khác được áp dụng thông qua sau xử lý khí xả. Nói cách khác, phát thải NOx được ngăn chặn thông qua việc áp dụng EGR trong buồng đốt, và sự gia tăng của PM được ngăn chặn bằng cách thúc đẩy oxy hóa nhiệt độ cao của buồng đốt, trái ngược với qua niệm sử dụng DPF. Tuy nhiên, vì chiến lược bên trong buồng đốt để đối phó với quy định của PN rất hạn chế đối với động cơ diesel thương mại nên người ta thừa nhận rằng việc áp dụng DPF là điều cần thiết để đáp ứng quy định phát thải EURO-6.
DPF chỉ lọc trong giới hạn áp suất của cảm biến áp suất mặc định
Khi đạt đến một nhiệt độ không đổi, nhiệt độ bên trong bộ lọc DPF
sẽ tăng lên một cách an toàn để đốt cháy PM tích lũy.
Công nghệ Diesel Oxidation Catalyst (DOC)? Việc sử dụng bộ DPF mới chỉ xử lý được thành phần PM tuy nhiên cũng chưa đạt hiệu quả cao nhất, chính vì vậy trong hệ thống cần thiết phải phối hợp thêm bộ xử lý DOC để thực hiệnviệc giảm phát thải HC và CO, ngoài ra bộ DOC có nhiệm vụ chuyển thành phần khí thải NO thành NO2 và dùng NO2 để đốt thành phần phát thải PM bám trên bộ lọc DPF.
Mô hình hóa bộ DOC
EURO-6 vượt quy định của EURO-5 về động cơ diesel thương mại, giá trị khối lượng trên một đơn vị sản lượng của hạt PM được tăng lên 0,01g / kWh trong 0,02g / kWh (chế độ ESC / ETC). Nói chung, phần hữu cơ hòa tan (SOF) bao gồm dầu bôi trơn (Lube oil) pha hạt (Particule Phase) của động cơ diesel chiếm tỷ lệ cao trong các thành phần của PM, và hầu hết được loại bỏ thông qua DOC. Đặc biệt, trong EURO-6, khi hiệu quả đốt cháy tăng lên, việc tạo ra khô bồ hóng trong buồng đốt tiếp tục giảm, và tỷ lệ SOF trong toàn bộ PM đang gia tăng. Tóm lại, vai trò của DOC trong việc giảm tổng khối lượng PM đối với việc tuân thủ EURO-6 đang trở nên quan trọng hơn.
Ngoài ra, do hiệu quả của SCR là một yếu tố rất quan trọng trong quy định NOx của tiêu chuẩn EURO-6, tầm quan trọng của DOC rất quan trọng để duy trì hiệu quả lọc NOx cao của SCR ngay cả trong môi trường nhiệt độ thấp bằng cách kiểm soát một cách hợp lý tỷ lệ NO và NO2.
Chất xúc tác kim loại quý được áp dụng cho DOC cho động cơ diesel thương mại chủ yếu bao gồm Platinum (Pt) và Palladium (Pd). Các kỹ thuật tối ưu hóa chức năng của DOC đang được tích cực áp dụng dưới các đặc tính đốt và hoạt động của động cơ diesel gắn kết. Công nghệ này tối ưu hóa tỷ lệ nội dung Pt / Pd, tách các vùng Pt và Pd hỗ trợ của tàu sân bay (Zonal Coating) để tối đa hóa đặc tính của mỗi chất xúc tác và cải thiện độ bền nhiệt ban đầu bằng cách sử dụng một tàu sân bay kim loại (Substrate) tăng tiêu thụ nhiên liệu bằng cách ngăn chặn sự gia tăng áp lực xả, và tương tự đã được nghiên cứu và phát triển.
Bộ xử lý xúc tác khử NOx - SCR (Selective Catalyst Reduction):
Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống SCR được thể hiện trên hình bên dưới baogồm hai phần chính đó là: Vòi phun Urê và bộ xúc tác chính SCR.Vanadium là chất xúc tác kim loại, thông thường kích thước của chúng tương đối lớn, hiệu suất chuyển đổi thấp bởi hàm lượng của chúng trong bộ xúc tác rất nhỏ. Hạn chế của vật liệu này là không thể hoạt động bởi nhiệt độ cao.Zeolite là hợp kim xúc tác được bảo vệ bởi một lớp là nền ceramic, hiệu suất chuyển đổi tương đối cao cho một đơn vị thể tích. Thành phần của Zeolite gồm các hợp kim của các kim loại: Cu và Fe chịu được nhiệt độ cao. Hợp kim Fe chiếm thành phần lớn trong Zeolite vì chúng làm việc được ở nhiệt độ cao gần 6000C và cho hiệu suất tương đối cao.
Công nghệ động cơ Diesel Euro6 với đầy đủ công nghệ xử lý khí xả
Hiệu quả các bộ lọc trên đường xả động cơ Diesel Euro6
Các hệ thống xử lý trên đường xả động cơ Diesel hiện đại
SCR (Selective Catalytic Reduction)
Bài báo sẽ tiếp tục đi sâu vào phân tích kết cấu, yêu cầu lắp đặt và sử dụng của công nghệ DPF trên phương tiện chạy Diesel theo hướng nâng cao tiêu chuẩn môi trường đạt chất lượng Euro5, Euro6 nhằm phù hợp với lộ trình áp dụng vào năm 2022 của Việt Nam.
Tài liệu tham khảo:
[1.] http://dlib.hust.edu.vn/bitstream/HUST_123/2391/2/000000255191.pdf
[2.] Modeling of the Regeneration Processes in Diesel Paarticulate Filters Leonid Tartakovsky * , Boris Aronov, Yoram Zvirin, 2012
[3.] Lộ trình áp dụng tiêu chuẩn khí xả của chính phủ, https://dncustoms.gov.vn/van-ban/v-v-quy-dinh-lo-trinh-ap-dung-tieu-chuan-khi-thai-doi-voi-xe-o-to-xe-mo-to-hai-banh-san-xuat-lap-rap-va-nhap-khau-moi-35207.html
[4.] Nhà sản xuất các hệ thống lọc DPF,SCR…http://www.dpfcleaning.co.kr/
[5.] Nhà sản xuất các hệ thống lọc DPF,SCR, DOC xe Hyundai http://eng.tesk.co.kr/
[6.] Video tham khảo https://www.youtube.com/watch?v=BtQSaJeabzo
[7.] Video vận hành xe tải Hyundai Euro6 với hệ thống xử lý khi xả tiên tiến, https://www.youtube.com/watch?v=BjOgkSDVNbg
[8.] Video giới thiệu công nghệ động cơ Scania Euro6 https://www.youtube.com/watch?time_continue=1&v=YJwlcZnfVDM
Bùi Văn Tấn (BVT)