Mục lục:

• Bộ xúc tác trữ và khử NOx
• Bộ xúc tác khử chọn lọc SCR
• Bộ lọc khử muội than và NO_x: DPNR (Diesel Particulate and NO_x Reduction)

Bộ xúc tác trữ và khử NOx

Bộ xúc tác này có cấu tạo và chức năng tương tự như ở động cơ xăng. Xem thêm: Hệ thống ống xả máy xăng (Phần 4: Xử lý NOx).

Bộ xúc tác trữ và khử NOx lưu trữ NO_x trên bề mặt của chất xúc tác. Khi bộ xúc tác trữ đầy NO_x, nó phải được phục hồi bằng cách tăng độ đậm của khí thải. Qua đó nitơ oxide (NO_x) được khử thành nitơ (N₂) và nước (H₂O)

Cấu tạo. Giá mang bằng gốm được phủ một lớp trung gian. Lớp này lại được phủ thêm chẳng hạn với bari oxide (BaO) dùng làm chất trữ NO_x và với platin, rhodi và paladi như lớp chủ động xúc tác. Bộ xúc tác trữ và khử NO_x phân hủy NO_x qua 2 bước (Hình dưới).

Tách lưu huỳnh để phục hồi khả năng trữ NO_x: Vì bari oxide tạo liên kết rất mạnh với lưu huỳnh để trở thành sulfate (SO₂), nên lưu huỳnh dễ bị tách ra khỏi khí thải hơn là NO_x. Vì thế, để bảo đảm khả năng lưu trữ NO_x, việc phục hồi chức năng hoạt động bằng cách tách lưu huỳnh ra khỏi bộ trữ phải được tiến hành đều đặn. Nếu dùng nhiên liệu chứa ít lưu huỳnh (≤ 10 ppm), việc này là cần thiết sau khoảng 5.000 km vận hành. Để đạt mục đích này, bộ xúc tác được nung nóng lên trên 650 °C với khí thải đậm ( λ < 1) trong khoảng thời gian trên 5 phút. Điều này làm tăng mức tiêu thụ nhiên liệu. Những biện pháp tương tự, như khi sử dụng để phục hồi khả năng lọc của bộ lọc muội than DPF, cần được áp dụng để nâng cao nhiệt độ khí thải (thí dụ như sự phun bổ sung nhiên liệu).

Bộ xúc tác khử chọn lọc SCR

Với phương pháp khử xúc tác chọn lọc SCR (Selective Catalytic Reduction) hoạt động liên tục, việc dùng amoniac làm chất khử, có thể khử đến 80% nitơ oxide trong khí thải thành nitơ và nước

Cấu tạo: Hệ thống SCR (Hình dưới) gồm có một bộ xúc tác SCR với một thiết bị định lượng (kim phun) gắn phía trước, cũng như một bộ xúc tác oxy hóa và bộ lọc DPF. Kim phun phun chất khử được hóa sương mịn vào trước bộ xúc tác SCR, phụ thuộc vào tải và tốc độ quay của động cơ.

Chất khử: Amoniac cần thiết cho phản ứng SCR không được dùng ở dạng tinh khiết mà ở dạng dung dịch urê-nước, có tên thống nhất trong công nghiệp là AdBlue hoặc DEF (Diesel Exhaust Fluid). Thành phần của chúng được quy định theo tiêu chuẩn của Đức (DIN 70070). Amoniac (NH₃) và CO₂ sinh ra từ dung dịch urê-nước. Ở bộ xúc tác SCR có tráng lớp phủ titan, amoniac có thể phản ứng với NO_x thành nitơ (N₂) và nước (H₂O) ở nhiệt độ bắt đầu từ khoảng 170 °C. Mức tiêu thụ AdBlue vào khoảng 0,1 lít cho 100 km hoặc từ 1 % đến 3 % lượng diesel tiêu thụ. Vì thế phải cần trang bị bình chứa có thể tích thích hợp. Bình này được nạp đầy khi bảo dưỡng định kỳ.

Bộ lọc khử muội than và NO_x: DPNR (Diesel Particulate and NO_x Reduction)

Hệ thống DPNR (hệ thống lọc khử muội than và NO_x) làm giảm hạt muội than và nitơ oxide cùng lúc, mà không cần dùng chất khử. Ngoài ra nó không cần bảo dưỡng.

Cấu tạo: Hệ thống lọc khí thải DPNR bao gồm một bộ xúc tác trữ, khử NO_x và muội than cũng như một bộ xúc tác oxy hóa gắn liền sau đó. Thêm vào đó là một vòi phun nhiên liệu, được gắn ở cụm ống xả, dùng để phục hồi khả năng lọc. Để tạo điều kiện cho nhiệt độ cháy thấp, hệ thống hồi lưu khí thải được làm nguội bằng nước. Nhờ vậy đạt được tỷ lệ NO_x thấp trong khí thải.

Chức năng: Nitơ monoxide trong khí thải được oxy hóa ở bề mặt của bộ xúc tác thành NO, và sau đó được trữ tạm thời trong vật liệu trữ dưới dạng bari nitrat Ba(NO₃)₂. Từ phản ứng này oxy hoạt tính được hình thành và được dùng để đốt một phần hạt muội than trong khí thải. Những hạt muội còn lại trước hết được giữ lại trong bộ lọc. Những cảm biến nhận ra tình trạng đầy của bầu chứa và tự khởi động quá trình tái sinh khi bộ lọc đầy.

Tái sinh bầu lọc: Quá trình này xảy ra bằng cách phun nhiên liệu bổ sung vào cổ xả thông qua một kim phun nhiên liệu EPI (Exhaust Port Injection = phun vào ống dẫn khí thải). Qua đó, nhiệt độ khí thải được nâng lên khoảng 600 °C trong bộ lọc để khởi động sự đốt cháy hạt hoàn toàn.

Xem thêm:

• Hệ thống ống xả máy Diesel (Phần 1: Thành phần khí thải)
• Hệ thống ống xả máy Diesel (Phần 2: Hồi lưu khí thải EGR)
• Hệ thống ống xả máy dầu Diesel (Phần 3: Bầu xúc tác)
• Hệ thống ống xả máy dầu Diesel (Phần 4: Bầu lọc DPF)
• Hệ thống ống xả máy dầu Diesel (Phần 5: NOx và bầu SCR)