Có hàng triệu chiếc ô tô lưu thông trên đường ở Hoa Kỳ, và mỗi chiếc là một nguồn gây ô nhiễm không khí. Đặc biệt là ở các thành phố lớn, lượng ô nhiễm mà tất cả các xe ô tô cùng sản xuất có thể tạo ra những vấn đề lớn.
Để giải quyết những vấn đề đó, các thành phố, tiểu bang và chính phủ liên bang tạo ra luật không khí sạch để hạn chế mức độ ô nhiễm mà ô tô có thể tạo ra. Trong những năm qua, các nhà sản xuất ô tô đã có nhiều cải tiến đối với động cơ ô tô và hệ thống nhiên liệu để theo kịp các luật này. Một trong những thay đổi này xuất hiện vào năm 1975 với một thiết bị thú vị được gọi là bộ chuyển đổi xúc tác . Công việc của bộ chuyển đổi xúc tác là chuyển đổi các chất ô nhiễm có hại thành ít khí thải độc hại hơn trước khi chúng rời khỏi hệ thống xả của ô tô.
Bộ chuyển đổi xúc tác là thiết bị đơn giản đến kinh ngạc, vì vậy thật khó tin khi thấy chúng có tác động lớn như thế nào. Trong bài viết này, bạn sẽ tìm hiểu những chất ô nhiễm nào được tạo ra bởi động cơ và cách một bộ chuyển đổi xúc tác xử lý từng chất ô nhiễm này để giúp giảm lượng khí thải xe cộ.
Nội dungĐể giảm lượng khí thải, các động cơ ô tô hiện đại kiểm soát cẩn thận lượng nhiên liệu mà chúng đốt cháy. Họ cố gắng giữ cho tỷ lệ không khí trên nhiên liệu rất gần với phương pháp đo phân đoạn điểm, đó là tỷ lệ lý tưởng giữa không khí và nhiên liệu. Về mặt lý thuyết, với tỷ lệ này, tất cả nhiên liệu sẽ được đốt cháy bằng cách sử dụng tất cả oxy trong không khí. Đối với xăng, tỷ lệ cân bằng là khoảng 14,7:1, nghĩa là đối với mỗi pound xăng, 14,7 pound không khí sẽ được đốt cháy. Hỗn hợp nhiên liệu thực sự thay đổi so với tỷ lệ lý tưởng khá nhiều trong quá trình lái xe. Đôi khi hỗn hợp có thể là nạc (tỷ lệ không khí trên nhiên liệu cao hơn 14,7), và những lúc khác, hỗn hợp có thể rất giàu (tỷ lệ không khí trên nhiên liệu thấp hơn 14,7).
Khí thải chính của động cơ ô tô là:
Những khí thải này chủ yếu là lành tính, mặc dù lượng khí thải carbon dioxide được cho là góp phần vào sự nóng lên toàn cầu. Bởi vì quá trình đốt cháy không bao giờ hoàn hảo, một số lượng nhỏ khí thải độc hại hơn cũng được tạo ra trong động cơ xe hơi. Bộ chuyển đổi xúc tác được thiết kế để giảm cả ba:
Trong phần tiếp theo, chúng ta sẽ xem xét chính xác những gì diễn ra bên trong bộ chuyển đổi xúc tác.
Tiếp theo là máy cắt cỏ?Gallon cho gallon, động cơ máy cắt cỏ mới đóng góp lượng khí thải tạo khói nhiều hơn 93 lần so với ô tô mới. Không có gì ngạc nhiên khi EPA và các cơ quan quản lý của bang California đang rất cố gắng để biến các bộ chuyển đổi xúc tác có kích thước bằng quả bóng gôn thành máy cắt cỏ và các động cơ nhỏ khác. Tuy nhiên, cũng giống như những năm 1970, các nhà lập pháp đang phải đối mặt với một hành lang quyền lực. Briggs &Stratton, nhà sản xuất động cơ nhỏ hàng đầu, nói rằng những quy định này sẽ tạo ra một sản phẩm không an toàn phát ra quá nhiều nhiệt. Bốn nhà sản xuất động cơ máy cắt cỏ nhỏ hơn đã bác bỏ khoản phí này. Briggs &Stratton cũng cho rằng quá nhiệt có thể gây cháy chổi than nếu để máy cắt cỏ chạy và ngồi yên. Các nhà dân chủ của California và EPA cho rằng điều đó có liên quan nhiều hơn đến điểm mấu chốt. Các quy định đang chờ xử lý được đề xuất ở California có thể giảm lượng khí thải tương đương 800.000 xe ô tô mỗi ngày [nguồn:Barringer].
Trong hóa học, một chất xúc tác là một chất gây ra hoặc tăng tốc một phản ứng hóa học mà bản thân nó không bị ảnh hưởng. Chất xúc tác tham gia vào các phản ứng, nhưng không phải là chất phản ứng cũng không phải là sản phẩm của phản ứng mà chúng là chất xúc tác. Trong cơ thể con người, các enzym là chất xúc tác tự nhiên chịu trách nhiệm cho nhiều phản ứng sinh hóa thiết yếu [nguồn:Chemicool].
Trong bộ chuyển đổi chất xúc tác, có hai loại chất xúc tác khác nhau khi làm việc, một chất xúc tác khử và một chất xúc tác oxy hóa . Cả hai loại đều có cấu trúc gốm được phủ một lớp xúc tác kim loại, thường là bạch kim, rhodi và / hoặc palladium. Ý tưởng là tạo ra một cấu trúc để lộ diện tích bề mặt tối đa của chất xúc tác đối với dòng khí thải, đồng thời giảm thiểu lượng chất xúc tác cần thiết, vì vật liệu này cực kỳ đắt tiền. Một số bộ chuyển đổi mới nhất thậm chí đã bắt đầu sử dụng vàng trộn với các chất xúc tác truyền thống hơn. Vàng rẻ hơn các vật liệu khác và có thể làm tăng quá trình oxy hóa, phản ứng hóa học làm giảm chất ô nhiễm lên tới 40% [nguồn:Kanellos].
Hầu hết các ô tô hiện đại đều được trang bị bộ chuyển đổi xúc tác ba chiều . Điều này đề cập đến ba lượng khí thải được quy định mà nó giúp giảm.
Chất xúc tác khử là giai đoạn đầu tiên của bộ chuyển đổi xúc tác. Nó sử dụng bạch kim và rhodium để giúp giảm lượng khí thải NOx. Khi một phân tử NO hoặc NO2 tiếp xúc với chất xúc tác, chất xúc tác tách nguyên tử nitơ ra khỏi phân tử và giữ nó, giải phóng oxy dưới dạng O2. Các nguyên tử nitơ liên kết với các nguyên tử nitơ khác cũng bị dính vào chất xúc tác, tạo thành N2. Ví dụ:
2NO => N 2 + O 2 hoặc 2NO 2 => N 2 + 2O 2
Chất xúc tác oxy hóa là giai đoạn thứ hai của bộ chuyển đổi xúc tác. Nó làm giảm các hydrocacbon và carbon monoxide chưa cháy bằng cách đốt cháy (oxy hóa) chúng trên chất xúc tác platin và paladi. Chất xúc tác này hỗ trợ phản ứng của CO và hydrocacbon với oxy còn lại trong khí thải. Ví dụ:
2CO + O 2 => 2CO 2
Có hai loại cấu trúc chính được sử dụng trong bộ chuyển đổi xúc tác - tổ ong và hạt gốm . Hầu hết ô tô ngày nay sử dụng cấu trúc tổ ong.
Trong phần tiếp theo, chúng ta sẽ xem xét giai đoạn thứ ba của quá trình chuyển đổi và cách bạn có thể tận dụng tối đa bộ chuyển đổi xúc tác của mình.
Giai đoạn chuyển đổi thứ ba là hệ thống kiểm soát giám sát dòng khí thải và sử dụng thông tin này để điều khiển hệ thống phun nhiên liệu. Có một cảm biến oxy được gắn phía trên của bộ chuyển đổi xúc tác, có nghĩa là nó gần động cơ hơn bộ chuyển đổi. Cảm biến này cho máy tính động cơ biết lượng oxy trong khí thải. Máy tính của động cơ có thể tăng hoặc giảm lượng oxy trong khí thải bằng cách điều chỉnh tỷ lệ không khí trên nhiên liệu. Sơ đồ điều khiển này cho phép máy tính của động cơ đảm bảo rằng động cơ đang chạy ở gần điểm cân bằng, và cũng để đảm bảo rằng có đủ oxy trong khí thải để cho phép chất xúc tác oxy hóa đốt cháy hydrocacbon và CO chưa cháy.
Bộ chuyển đổi xúc tác thực hiện một công việc tuyệt vời trong việc giảm ô nhiễm, nhưng về cơ bản nó vẫn có thể được cải thiện. Một trong những khuyết điểm lớn nhất của nó là nó chỉ hoạt động ở nhiệt độ khá cao. Khi bạn khởi động ô tô ở trạng thái nguội, bộ chuyển đổi xúc tác hầu như không làm gì để giảm ô nhiễm trong khí thải của bạn.
Một giải pháp đơn giản cho vấn đề này là di chuyển bộ chuyển đổi xúc tác đến gần động cơ hơn. Điều này có nghĩa là khí thải nóng hơn sẽ đến bộ chuyển đổi và nó nóng lên nhanh hơn, nhưng điều này cũng có thể làm giảm tuổi thọ của bộ chuyển đổi do tiếp xúc với nhiệt độ cực cao. Hầu hết các nhà sản xuất ô tô đều đặt bộ chuyển đổi điện dưới ghế hành khách phía trước, đủ xa so với động cơ để giữ nhiệt độ ở mức không gây hại cho động cơ.
Làm nóng trước bộ chuyển đổi xúc tác là một cách tốt để giảm lượng khí thải. Cách đơn giản nhất để làm nóng trước bộ chuyển đổi là sử dụng lò sưởi điện trở. Thật không may, hệ thống điện 12 volt trên hầu hết các ô tô không cung cấp đủ năng lượng hoặc công suất để làm nóng bộ chuyển đổi xúc tác đủ nhanh. Hầu hết mọi người sẽ không đợi vài phút để bộ chuyển đổi chất xúc tác nóng lên trước khi khởi động xe của họ. Xe hybrid có bộ pin lớn, điện áp cao có thể cung cấp đủ năng lượng để làm nóng bộ chuyển đổi xúc tác rất nhanh.
Bộ chuyển đổi xúc tác trong động cơ diesel không hoạt động tốt trong việc khử NOx. Một lý do là động cơ diesel chạy mát hơn động cơ tiêu chuẩn và các bộ chuyển đổi hoạt động tốt hơn khi chúng nóng lên. Một số chuyên gia ô tô hàng đầu về môi trường đã đưa ra một hệ thống mới giúp chống lại điều này. Họ tiêm một urê dung dịch trong ống xả, trước khi đến bộ chuyển đổi, bay hơi và trộn với khí thải và tạo ra phản ứng hóa học làm giảm NOx. Urê, còn được gọi là cacbamit , là một hợp chất hữu cơ được tạo thành từ cacbon, nitơ, oxy và hydro. Nó được tìm thấy trong nước tiểu của động vật có vú và lưỡng cư. Urê phản ứng với NOx để tạo ra nitơ và hơi nước, loại bỏ hơn 90% nitơ oxit trong khí thải [nguồn:Báo cáo sáng tạo].
Trộm cắp bộ chuyển đổi xúc tácTrên khắp đất nước, xe SUV và xe tải đang trở thành mục tiêu của những kẻ cơ hội tìm cách kiếm tiền bằng các kim loại quý có giá trị được sử dụng bên trong bộ chuyển đổi xúc tác. Một bộ chuyển đổi xúc tác tiêu chuẩn chứa bạch kim, palladium và rhodium trị giá vài trăm đô la. Khoảng sáng gầm xe tải và xe SUV giúp dễ dàng tiếp cận các bộ chuyển đổi, vì vậy tất cả những gì kẻ trộm cần là một chiếc cưa qua lại và khoảng 60 giây. Xu hướng này đã khiến cảnh sát phải theo dõi ở nhiều nơi trên đất nước, nơi loại trộm cắp này đang là một vấn nạn. Cảnh sát cảnh báo người lái xe SUV và xe tải đậu ở những khu vực đông đúc, đủ ánh sáng.
Xuất bản lần đầu:Ngày 8 tháng 11 năm 2000
Các loại hư hỏng thân xe và cách chúng được sửa chữa
Bảo dưỡng ô tô - Mẹo để có một mùa hè rảnh rỗi
Nội thất xăng Hyundai Verna 2020 1.0l SX (O)
Làm cách nào để ngừng quá nhiệt?