Tìm hiểu hệ thống kiểm soát khí thải EPA10 BLUETEC

TÌM HIỂU HỆ THỐNG KIỂM SOÁT KHÍ THẢI EPA10
( BlueTec)

  ► HƯỚNG DẪN ĐIỀU CHỈNH KHE HỞ NHIỆT TRONG Ô TÔ
BlueTec là công nghệ kiểm soát khí thải hiện đại của hãng Detroit nhằm phù hợp với tiêu chuẩn khí thải EPA10 ( độ khói 0,01 gam/mã lực-giờ, NOx  0,2 gam /ml-h). Hơn nữa, BlueTec còn giúp nâng cao tính kinh tế của nhiên liệu, hoạt động đơn giản và là một hệ thống có kinh nghiệm với hàng chục nghìn thử nghiệm ở Bắc Mỹ.

 
Hình 1: Tiêu chuẩn EPA về khí thải.

Các bộ phận chính của hệ thống:
Hệ thống gồm 3 thành phần chính:

• Bộ phận chứa chất xúc tác (DEF tank).
• Cơ cấu xúc tác ( loại một hộp, hai hộp).
• Cơ cấu điều khiển chính: điều khiển hệ thống hoạt động phù hợp tiêu chuẩn EPA10.

 
Hình 2:Sơ đồ khối

Sơ đồ hệ thống.

 
Hình 3

 
Hình 4: Các bộ phận chính của hệ thống.
 

1. Thùng chứa chất xúc tác:

Thùng chứa chất xúc tác (DEF tank) có công dụng chứa chất xúc tác (Urea), bơm chất xúc tác đến bộ định lượng, lọc chất xúc tác, … Trên đó có các chi tiết như lọc, bơm, phao áp suất …(Hình bên dưới).

 
Hình 5: Thùng DEF

 
Hình 6:  Bơm DEF

Chất xúc tác (Urea) chứa trong bình có công dụng là sẽ bị “thủy phân” thành amoniac (NH3) trên ống hòa trộn sau đó sẽ kết hợp với NOx có trong khí thải để tạo thành nitơ và nước trước khi được thải ra môi trường.
Để đáp ứng nhu cầu đa dạng của người dùng, nhà sản xuất đã cho ra đời nhiều kích cỡ bình chứa phù hợp.
Bảng tiêu chuẩn thùng chứa DEF:

Hình 7

 
Hình 8 : Ba loại thùng chứa DEF.

Vị trí thùng chất xúc tác và hộp ắc-quy trên xe:

• Vị trí thùng chứa chất xúc tác chỉ là ở bên trái của phương tiện.
• Vị trí tiêu chuẩn của thùng chứa chất xúc tác là sau hộp chưa ắc-quy.
• Tuỳ chọn vị trí thùng chứa chất xúc tác phía trước hoặc sau thùng nhiên liệu.

  
Hình 9 : Thùng chứa chất xúc tác cạnh hộp chứa Ắc-quy.

  
 
Hình 10: Vị trí trên xe.

2.Cơ cấu điều khiển chính:

Cơ cấu điều khiển chính bao gồm: DCU (Dosing Control Unit) bộ điều khiển định lượng, hộp cảm biến, các cơ cấu chấp hành.
2.1 DCU:
Một số xe còn dùng ECU động cơ làm chức năng định lượng. DCU có chức năng thu thập thông tin về hệ thống (nhiệt độ, nồng độ NOx, áp suất trước sau bộ xúc tác…). Từ đó tính toán lượng chất xúc tác cần  cho hệ thống rồi điều khiển cơ cấu chấp hành (bộ định lượng) phun lượng chất xúc tác theo yêu cầu.
 
2.2 Hộp cảm biến: 
Hộp cảm biến bao gồm các cảm biến như: cảm biến NOx, cảm biến nhiệt độ khí thải, cảm biến áp suất,… Tất cả chúng có chức năng ghi nhận các thông tin, thông số về hệ thống sau đó gửi thông tin đó về DCU xử lí. 
 
Hình 11: Hộp cảm biến.

2.3 Cơ cấu chấp hành: 
Là bộ định lượng chất xúc tác. Nó có công dụng là nhận tín hiệu điều khiển của DCU để phun chất xúc tác vào buồng hòa trộn để “thủy phân” thành NH3.  Ngoài ra còn có vòi phun nhiên liệu vào ống xả trước bộ xúc tác DOC, DPF và một bơm nhiên liệu bơm nhiên liệu đến vòi phun.
 
3. Cơ cấu xúc tác:

Cơ cấu xúc tác gồm có 3 thành phần: DOC, DPF và SCR:

 
Hình 12: Cơ cấu xúc tác.

 
Hình 13: Khí thải sau khi qua bộ xúc tác DOC.

3.1 : DOC ( Diesel Oxidition Catalyst):  

DOC có công dụng khử CO, và HC có trong khí thải. DOC chỉ hoạt động tốt trong vùng nhiệt độ khoảng 650 độ C vì thế trước bộ DOC cần có một cảm biến nhiệt độ, một vòi phun nhiên liệu cháy trên ống thải để có thể nâng nhiệt độ bộ DOC lên đồng thời đốt cháy một phần CO, HC và một phần bồ hóng trong khí xả. Vỏ bộ DOC thường là gốm còn lõi là một cấu trúc phức tạp dạng tổ ong tạo bởi những kim loại quý như: platinum (Pt), Palladium, Rhodium, Cerium… Chính các kim loại quý này là chất xúc tác cho phản ứng khử CO và HC:
CO + ½ O2  CO2
[HC] + O2  CO2 + H2O

 
Hình 14: Lọc DPF

3.2 DPF ( Diesel Particulate Filter)
DPF có công dụng khử khói đen (bồ hóng) có trong khí thải. DPF cũng có cấu trúc dạng tổ ong bằng gốm có công dụng giữ lại và đốt cháy các hạt bụi khi đi qua nó từ đó khí thải sẽ sạch hơn. 
Phía trước và sau DPF đều có các cảm biến áp suất để nhận biết hệ số cản của DPF. Khi làm việc lâu ngày DPF có khả năng bị nghẹt. Vì thế thường xuyên kiểm tra tình trạng hoạt động của nó. Việc tháo DPF ra khỏi hệ thống khá dễ dàng mà không phảo tháo rã các chi tiết khác. Khi DPF bị nghẹt chỉ việc tháo rời, kiểm tra, làm sạch hoặc thay thế.

 
Hình 15: Bộ xúc tác DOC và bộ lọc DPF

 
Hình 16:  Cảm biến áp suất DPF.
 

3.3 SCR ( Selective Catalyst Reduction):  
SCR là bộ xúc tác nhằm chuyển hóa khí NOx độc hại có trong khí thải (bao gồm NO và NO2 ) thành khí nitơ (N2) và nước (H2O) nhờ một chất xúc tác đó là khí amoniac (NH3) khan, dung dịch nước amoniac, hoặc urea. Khi dùng Urea làm chất xúc tác thì sản phẩm là nitơ và CO2.

 
Hình 17: Sau khi qua bộ xúc tác SCR khí thải sạch hơn với nitơ, nước.
 

Một số lợi ích khi dùng bộ xúc tác SCR:

• Nâng cao tính kinh tế nhiên liệu: So với thế hệ 2007 thì tính kinh tế của nhiên liệu tốt hơn từ 3-5%. Còn nếu so với các động cơ chỉ sử dụng hệ thống luân hồi khí thải (EGR) thì con số đó từ 5-9%. Vì vậy có thể nói bộ xúc tác SCR là hệ thống xúc tác khí thải đầu tiên đem đến những lợi ích về tính kinh tế.
• Nâng cao chất lượng khí thải: Công nghệ SCR cho phép khí thải đạt tiêu chuẩn EPA10 ( 0.2g NOx/ ml.h) vì thế động cơ có thể phù hợp với nhiều tiêu chuẩn khí thải khắt khe nhất.
• Rất tiện lợi khi sử dụng: Việc có ít các hoạt động tái sinh trong hệ thống làm cho hệ thống hoạt động dễ dàng, linh hoạt hơn. Thực tế cho thấy việc cung cấp chất xúc tác bằng DEF là một việc đơn giản ít ảnh hưởng đến các hoạt động của phương tiện.
• SCR là hệ thống được minh chứng là hoạt động hiệu quả: Với hơn 600000 xe đang hoạt động của châu Âu và rất nhiều thử nghiệm tại Hoa Kỳ cho thấy một sự tin tưởng vào công nghệ BlueTec trên thế giới.

Trong hệ thống kiểm soát khí thải BlueTec mặc dù dùng Urea làm xúc tác nhưng thực sự chất xúc tác là NH3 vì trước khi đi vào bộ xúc tác SCR urea đã bị “thủy phân” tại buồng trộn thành amoniac. 
Phản ứng làm giảm NOx xảy ra khi hỗn hợp khí thải và chất xúc tác đi vào buồng bộ SCR. 
    Phương trình phản ứng xảy ra trong bộ xúc tác:
4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O
2NO2 + 4NH3 + O2 → 3N2 + 6H2O
NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O
Với một số phản ứng phụ: 
2 SO 2 + O 2 → 2 SO 3
2 NH 3 + SO 3 + H 2 O → (NH 4 ) 2 SO 4
NH 3 + SO 3 + H 2 O → NH 4 HSO 4
 
Khi sử dụng trực tiếp Urea làm chất xúc tác thì ta có phản ứng sau:
4NO + 2(NH2)2CO + O2 → 4N2 + 4H2O + 2CO2
Như vậy, sau khi khí thải đi qua các bộ lọc thì khí thải sẽ thân thiện với môi trường hơn, phù hợp với các tiêu chuẩn khí thải hiện có.
Sau bộ xúc tác SCR còn có một cảm biến NOx. Nó có công dụng xác định xem trong khí thải trước khi thải ra môi trường còn NOx hay không và gửi về DCU từ đó DCU điều khiển định lượng chất xúc tác cũng như các yếu tố khác như nhiệt độ cho phù hợp hơn.
 

Một số dạng hộp phổ biến của BlueTec:

Hãng Detroit Diesel đưa ra 3 kiểu tùy chọn cho khách hàng lựa chọn theo nhu cầu của từng người đó là: loại một hộp, loại 2 hộp đứng, loại hai hộp đứng/nằm.
Trên mỗi hộp đều tích hợp đầy đủ các bộ phận của hệ thống kiểm soát khí thải Blue Tec.

 
Hình 18:Một số dạng hộp phổ biến của BlueTec

Loại một hộp:
Một số ưu điểm:
Kết hợp DOC, DPF, bộ định lượng DEF, bộ xúc tác SCR trong một hộp đơn giản.
Tính kinh tế của nhiên liệu tốt hơn trong khi đòi hỏi về tiết kiệm nhiên liệu là một đòi hỏi cấp bách.

 
Hình 19: Loại một hộp.

 Kết cấu:
Sơ đồ sau đây minh họa đường lưu thông của khí thải thông qua DOC và DPF. Sau đó, nơi chất xúc tác đi  vào ống thủy phân và cuối cùng là phản ứng khử các chất độc có hại trong khí thải trong bộ xúc tác SCR. Có hai dòng khí song song (ATD & SCR chất xúc tác) trở lại làm giảm sức cản cho động cơ làm tăng hiệu suất nhiên liệu.  
 

Hình 20: Sơ đồ hệ thống loại một hộp.
 
Hình 21: Một số vị trí hệ thống kiểm soát khí thải loại 1 hộp trên xe.

 
Loại hai hộp.
Loại hai hộp thẳng đứng (2V):
 
Hình 22: Hệ thống loại hai hộp thẳng đứng.

Ưu điểm: 
Giải pháp này làm sàn xe thoáng hơn.
Dung tích thùng nhiên liệu lớn hơn.
 

Hình 23: Vị trí hệ thống 2V trên xe.

 Loại 2 hộp đứng/nằm (2VH):
Loại này cũng có ưu điểm là giúp cho dung tích thùng nhiên liệu lớn hơn
 

Hình 24: Vị trí hệ thống 2VH trên xe.
Đồng hồ báo chất xúc tác/ Đèn báo.
 
Hình 25

Đèn báo chất xúc tác (DEF) tích hợp trên đèn báo mức nhiên liệu của động cơ. Đèn báo chất xúc tác có công dụng báo cho người sử dụng biết tình trạng chất xúc tác có trong bình chứa. Sở dĩ điều này là cần thiết vì khi chất xúc tác cạn kiệt thì hệ thống gần như không còn tác dụng lọc khí NOx nữa vì vậy cần theo dõi lượng chất xúc tác có trong hệ thống và bổ sung kịp thời.
Lưu ý: Hệ thống này sử dụng cho những động cơ Diesel chỉ sử dụng nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp.
Đèn báo chất xúc tác có 4 mức cùng với một đèn vàng. 
 

Hoạt động:

Ngoài ra khi bình chứa chất xúc tác không còn Urea thì đèn cảnh báo cũng sẽ sáng lên báo hệ thống đang có lỗi. Sau khi báo tình trạng của hệ thống động cơ sẽ tự tắt máy khi bình chứa chất xúc tác cạn hoặc trong bình chứa chất xúc tác có chất lỏng không đúng quy cách. Vì vậy có một chú ý đối với các tài xế là không tự tiện đổ các chất lỏng không đúng quy cách vào thùng chứa chất xúc tác.
Sau khi cảnh báo hệ thống sẽ tự giới hạn tốc độ xe xuống còn 5 dặm/giờ cho đến khi:
Bổ sung đầy lượng chất xúc tác, nhiên liệu.
Xe dừng hơn một giờ.

Sau khi khởi động.
 
Hình 26: Đèn cảnh báo.

Các cảm biến.
Cảm biến Nox:
 
Hình 27: Cảm biến NOx

Các cảm biến thông minh NOx là một bộ cảm biến điện với một mạch tích hợp tùy chỉnh và điều khiển vi xử lý. Nó giao tiếp với ECU để cho phép điều chỉnh tối ưu các thông số động cơ quan trọng, chẳng hạn như: tuần hoàn khí xả, tỷ lệ không khí / nhiên liệu , và định lượng chất xúc tác để giảm thiểu Nox.
Cảm biến nhiệt độ:

 
Hình 28: Cảm biến nhiệt độ

Cảm biến nhiệt độ khí thải cho phép nó để phát hiện nhiệt độ trong một phạm vi rộng từ nhiệt độ thấp đến 900 ℃. Nó có khả năng chịu được nhiệt độ cao và cũng có hình dáng thiết kế linh hoạt, vì vậy nó có thể được cài đặt trên ống xả hoặc trường hợp các chất xúc tác. Ngoài ra để bảo vệ bộ turbo tăng áp, chất xúc tác, và như vậy, bằng cách giám sát nhiệt độ khí thải, cảm biến này cũng được sử dụng để kiểm soát DPF và các chất xúc tác NOx, và giúp giảm tiêu thụ nhiên liệu và làm sạch khí thải.
Cảm biến áp suất:

 
Hình 29: Cảm biến áp suất

Cảm biến áp suất đo sự chênh lệch áp suất giữa hai đầu bộ lọc DPF nhằm xác định áp suất dòng chảy qua hệ thống.

Một số thùng chứa và dụng cụ bơm chất xúc tác:           
  

  
Hình 30: Một số thùng chứa và dụng cụ bơm chất xúc tác

 ► XE BIỂN TRẮNG – ĐỎ - VÀNG – XANH CÓ NGHĨA GÌ ?

Kết nối với chúng tôi để theo dõi những tin tức mới nhất.

• Website: Công ty Cổ phần OBD Việt Nam
• Fanpage: Máy Chẩn Đoán Ô Tô Việt Nam
• Youtube: OBD Việt Nam - Máy Chẩn Đoán Ô Tô

Mọi chi tiết xin liên hệ :
Hotline: 0913 92 75 79

Tin liên quan

• Chia Sẻ Miễn Phí Tài Liệu Về Hệ Thống Common Rail Fuel Diesel
• Hướng Dẫn Cập Nhật Phần Mềm Máy Chẩn Đoán Autel Mx900 Và Autel Ds900
• HÁI LỘC NĂM MỚI - PHƠI PHỚI QUÀ XUÂN OBD HÀ NỘI
• Hái Lộc Năm Mới - Phơi Phới Quà Xuân
• Thư Chúc Tết Nguyên Đán Giáp Thìn 2024
• OBD Việt Nam Thông Báo Nghỉ Tết Nguyên Đán 2024
• Chia Sẻ Miễn Phí Tài Liệu Khoá Đào Tạo New Model Mazda3 (CKD) & Cx-5 (CBU)
• OBD Việt Nam Thông Báo Nghỉ Lễ Tết Dương Lịch 2024
• Cám Ơn Khách Hàng Đã Tham Gia Chương Trình Chẩn Đoán Chuyên Sâu 23/12/2023
• Đào Tạo Chuyên Sâu Chẩn Đoán Từ Lý Thuyết Đến Thực Hành