Mục lục:
Bộ lọc muội than diesel
Người ta phân biệt những bộ lọc muội than sau đây:
- DPF dòng phụ
- DPF toàn phần
DPF dòng phụ
Chủ yếu được dùng như thiết bị bổ sung. Lõi lọc được phủ chất xúc tác (Hình dưới) có tác dụng giữ muội than lại và đồng thời đảm nhiệm chức năng của bộ xúc tác oxy hóa. Tùy theo vị trí của tiết diện điều tiết nằm ở giữa bộ lọc và điều kiện vận hành của động cơ, tỷ lệ tách muội than đạt từ 30 % đến tối đa 70 %. Việc phục hồi bầu DPF qua xúc tác xảy ra không cần sự can thiệp vào bộ điều khiển động cơ.
Bộ lọc hạt dòng phụ được gắn bổ sung này có thể dùng để thay thế cho bộ xúc tác oxy hóa (DOC) hiện có.
Chức năng: Thông qua những lỗ cắt dạng gàu xúc trên tấm kim loại mỏng dạng sóng, một phần của dòng khí thải được hướng vào một tấm thảm bằng kim loại thiêu kết. Trên vi kết cấu của lớp thảm bằng sợi kim loại này, hạt muội than bị giữ lại. Sự phục hồi xảy ra liên tục nhờ oxy hóa hạt carbon với nitơ dioxide (NO2). Để phục hồi khả năng lọc, cần đến một thành phần NO2 cao trong khí thải. Chất này được tạo ra từ nitơ oxide – NO có sẵn trong khí thải. Để đạt được điều này, nhiệt độ cần thiết trên bề mặt có chức năng xúc tác của bộ lọc phải ở khoảng 200 °C đến 280 °C. Nếu không đạt được nhiệt độ này, những túi lọc sẽ chứa đầy hạt và khí thải có thể chảy dọc theo những kênh bình thường của bộ lọc ra phía sau mà không được lọc.
DPF toàn phần
Được trang bị trên xe ngay từ khi sản xuất và thường gồm một thân lọc bằng gốm có cấu trúc tổ ong từ silic carbide (SiC). Bộ lọc này lọc toàn bộ dòng khí thải. Để phục hồi khả năng lọc cần phải can thiệp vào bộ điều khiển động cơ.
Chức năng: Những kênh của bộ lọc hạt muội than được luân phiên bít lại (Hình dưới) để buộc khí thải phải chảy xuyên qua những vách lọc xốp. Muội than bị giữ lại và dần dần làm kín những lỗ nhỏ của vách lọc. Đối áp khí thải tăng lên từ từ. Điều này làm tăng tiêu thụ nhiên liệu và giảm công suất động cơ. Do đó, bộ lọc phải được phục hồi chức năng (tái sinh).
Tái sinh bầu DPF (regeneration):
Với oxy có sẵn trong khí thải, thành phần carbon của hạt muội có thể bị oxy hóa thành CO2 ở nhiệt độ trên khoảng 600 °C (bị đốt cháy). Nhiệt độ này chỉ đạt được khi vận hành động cơ ở tải toàn phần. Khi vận hành tải một phần, nhiệt độ có thể giảm xuống dưới 200 °C. Do đó cần phải có những biện pháp làm giảm nhiệt độ bùng cháy muội than và/hoặc nâng cao nhiệt độ khí thải.
- Hạ nhiệt độ cháy: Việc này được thực hiện bằng cách thêm chất phụ gia (thí dụ ceri (Ce) hoặc những hợp chất sắt) vào nhiên liệu. Một thiết bị định lượng sẽ pha trộn phụ gia này vào nhiên liệu diesel trong thùng chứa. Nhờ vậy nhiệt độ chấp cháy muội than có thể được giảm xuống còn khoảng 450 °C đến 500 °C. Qua một lớp phủ chất xúc tác bằng kim loại quý cho bộ lọc, việc bùng cháy cũng có thể dễ dàng hơn. Tuy nhiên tác dụng của biện pháp này thấp hơn nhiều so với khi sử dụng chất phụ gia nói trên.
- Nâng cao nhiệt độ khí thải: Nhiệt độ khí thải được nâng lên nhờ việc phun bổ sung nhiên liệu một cách có chủ đích và nâng cao mô-men xoắn, thí dụ thông qua việc kích hoạt máy nén của bộ điều hòa không khí và máy phát điện trên xe.
Điều chỉnh quá trình phục hồi: Cảm biến chênh áp nhận ra sự khác biệt áp suất ở trước và sau bộ lọc. Nếu bầu DPF đã đầy, độ chênh áp tương ứng sẽ rất cao (Hình dưới). Bầu DPF cần được phục hồi và việc này được khởi động một cách chủ động. Nhiệt độ trong quá trình phục hồi được ghi nhận bởi cảm biến nhiệt độ và không được phép vượt quá 700 °C.
Sự hình thành tro
Chất cặn (tro) được hình thành và bị giữ trong bộ lọc sau quá trình đốt cháy nhiên liệu có pha phụ gia. Tương tự như tro từ chất cặn của dầu động cơ hoặc nhiên liệu, tro này sẽ dần làm nghẽn bộ lọc và làm tăng đối áp khí thải (Hình trên). Tùy theo hệ thống và cách vận hành, tình trạng này xảy ra giữa 120.000 km và 240.000 km. Nếu tới giới hạn cần bảo dưỡng hoặc thay thế bầu lọc DPF, đèn giám sát sẽ báo cho người lái xe biết.
Thiết bị gia nhiệt có tác dụng xúc tác (bộ phận đốt có tác dụng xúc tác):
Bộ phận đốt có tác dụng xúc tác được dùng để nâng cao nhiệt độ khí thải khi tái sinh bầu DPF. Với mục đích tăng nhiệt độ khí thải, nhiên liệu được phun bổ sung trực tiếp trong buồng đốt hoặc qua một vòi phun đặt ở cụm ống xả giúp nâng cao phát tán CO và HC. Nhiệt lượng thoát ra từ phản ứng oxy hóa CO và HC dùng để nâng cao nhiệt độ khí thải.
Xem thêm:
