B GIẢM PHÁT THẢI PM CHO PHƯƠNG TIỆN SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ DIESEL pot

CHƯƠNG 1
CÁC GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ GIẢM PHÁT THẢI PM CHO PHƯƠNG TIỆN
SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ DIESEL
Đối với những động cơ Diesel trang bị cho các phương tiện đang lưu hành ở Việt
Nam, để đảm bảo cho việc giảm phát thải PM ngoài việc thực hiện bảo dưỡng, sửa chữa
đúng thời hạn thì còn có một số biện pháp rất phù hợp với điều kiện sử dụng ở nước ta đó là
trang bị trên xe bộ xúc tác, lọc khí thải ( Catalyst filter). Việc chế tạo bộ xúc tác xử lý khí
thải này đã được nhiều nước nghiên cứu và chế tạo thành công với nhiều phương pháp xử lý
khác nhau. Ở chương IV này sẽ giới thiệu về một số hệ thống xử lý khí thải thông dụng nhất
hiện nay như DOC, DPF, CRT, SCRT
1. Bộ xúc tác oxy hóa ( Diesel Oxydation Converter (DOC))
DOC còn được gọi là bộ xúc tác 2 đường cho động cơ Diesel được thiết kế để nhằm
giảm phát thải carbon monoxyde (giảm 90% CO), hydrocarbons (giảm 80% HC) và diesel
particulate matter (giảm 20% PM). DOC được trang bị cho các phương tiện đường bộ như xe
buýt, phương tiện vận tải hay các máy móc sử dụng động cơ Diesel như trong các máy xây
dựng, các máy phát điện … Mức giảm phát thải của DOC được thể hiện trên hình 1.1 :
Hình 1.1: Mức giảm thải của DOC
DOC có hiệu suất cao, vỏ được chế tạo bằng thép không gỉ. Bộ xúc tác DOC có thể
được thiết kế một các riêng biệt hoặc kết hợp với bộ giảm thanh (Muffler). Ở rất nhiều động
cơ Diesel DOC là bộ phận được trang bị thêm và có thể được thay thế riêng biệt hoặc thay
thế kèm với bộ giảm thanh.
1.1.Kết cấu
Bộ xúc tác DOC bao gồm phần vỏ được chế tạo bằng thép không gỉ. Chứa bên trong
nó là bộ xúc tác được chế tạo bằng vật liệu quý gồm Pladium và Platinium
Hình 1.2: Kết cấu DOC Catalyst
1.2. Nguyên lý làm việc
Sơ đồ nguyên lý (hình 1.3)
Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý DOC
Khí thải từ động cơ Diesel bao gồm HC, CO các hợp chất thơm, hợp chất hữu cơ
(SOF) được dẫn qua bộ xúc tác DOC. Dưới tác dụng của xúc tác Platin và Pladin xảy ra các
phản ứng sau:

2 2
m n 2 2
m n 2 2 2
m n 2 2 2
CO +1/2O CO
C H +(m+n/4)O mCO+n/2H O
C H +(m+n/4)O mCO +n/2H O
C H O+(m+n/4-0.5)O mCO +n/2H O
→
→
→
→
DOC có tác dụng giảm mạnh CO và HC tuy nhiên không có khả năng lọc PM (sở dĩ
DOC có thể giảm được PM là do giảm lượng HC có trong khí thải), vì vậy để tăng hiệu quả
giảm phát thải của DOC người ta thường kết hợp nó với bộ lọc PM để tạo thành hệ thống
CRT ( sẽ được trình bày ở phần 1.3)
1.3.Đánh giá DOC
Hình 1.4: Tác dụng giảm phát thải của DOC
Bằng cách kết hợp với bộ giảm thanh thông thường, DOC có khả năng giảm 20% chất
thải dạng hạt, 60 % hydro cacbon và trên 85% monoxyt cacbon có trong thành phần khí thải
của động cơ Diesel.
Đây là giải pháp đặc biệt hiệu quả về chi phí chế tạo, làm việc linh hoạt và đáng tin
cậy. Bởi vì DOC có kết cấu và nguyên lý làm việc tương đối đơn giản. Việc sử dụng DOC
cũng không có yêu cầu về bảo trì vì với kết cấu sử dụng kim loại không gỉ sẽ làm tăng tuổi
thọ của sản phẩm. DOC được trang bị cho nhiều loại động cơ và không đòi hỏi về giới hạn
hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu.
DOC là bộ xúc tác cơ bản. Từ nguyên lý và kết cấu của DOC người ta đã phát triển
thành các công nghệ hiện đại hơn có hiệu quả cao hơn trong việc giảm phát thải của động cơ
Diesel như hệ thống CRT, SCR, DPF…
Tuy nhiên, DOC cũng có những hạn chế nhất định đó là:

- Khả năng giảm phát thải PM chưa cao và không có tác dụng giảm thải NO
x
.
- Sử dụng kim loại quý Pt, Pd… làm vật liệu xúc tác
Do những ưu điểm của DOC mà việc phát triển các bộ xúc tác dựa trên kết cấu của
DOC là hết sức khả quan, nó không chỉ ứng dụng riêng cho động cơ Diesel mà còn cho các
phương tiện sử dụng động cơ xăng như xe máy, ô tô du lịch…
Hiện nay, có một số công ty ở Việt Nam đã cho ra sản phẩm loại này như: bộ xúc tác
Catalyst của công ty The Sun đạt tiêu chuẩn Euro II. Tuy nhiên, thay vì sử dụng Pt và Pd làm
vật liệu xúc tác người ta sử dụng hỗn hợp xúc tác gồm: CuO/CeO
2
. Đây cũng là một bước
phát triển trong việc ứng dụng công nghệ này ở Việt Nam
2. Bộ lọc hạt (Diesel Particulate Filter (DPF))
DPFs là sản phẩm thương mại được sử dụng rất nhiều trong lĩnh vực vận chuyển hành
khách ở châu Âu và trong dịch vụ xe buýt, off road ở Mỹ cũng như ở một số nước khác. Nó
được sử dụng như một bộ phận trang bị thêm cho xe, DPFs được tìm thấy nhiều trên các
phương tiện đường bộ và các trang thiết bị. DPFs đã chứng tỏ được khả năng giảm bớt PM
đến 90% hoặc nhiều hơn và khi tận dụng thêm bộ phận xúc tác thì công nghệ này có thể làm
giảm HC và Co tới 90%. Hơn thế nữa, DPFs còn có khả năng khử khói và các hợp chất thơm
từ động cơ Diesel. Tuy nhiên, DPFs lại không có tác dụng với NO
x
và hầu hết những mẫu
thiết kế DPFs không ảnh hưởng đến lượng nhiên liệu tiêu thụ của động cơ. Nhìn chung, hiệu
quả hoạt động đo được trong quá trình hoạt động thực tế của DPFs là khá tốt.
Công nghệ DPF được ứng dụng rất cụ thể. Điều này có nghĩa là trước khí công nghệ
này được áp dụng cho một chiếc xe hoặc một máy móc thiết bị nào đó thì cần đáp ứng một
số điều kiện về lựa chọn và sử dụng tiêu chuẩn. DPF cũng đòi hỏi nhiều hơn để duy trì và
giám sát hiệu quả hơn các công nghệ khác chẳng hạn như DOC.
Thực tế khi sử dụng DPF thường được áp dụng cho các loại xe lưu hành trên đường

và có giới hạn khi áp dụng cho các phương tiện Off road. Khi trang bị trên xe DPF thường
được kết hợp với các công nghệ kiểm soát NO
x
như SCR hay EGR. Điều này giúp hạn chế
rất nhiều các loại khí độc hại do động cơ thải ra môi trường.
DPF được chia là hai loại “Bị động” hay “Chủ động” tùy thuộc vào phương pháp sử
dụng để tái tạo bộ lọc. Một DPF bị động là một bộ lọc phục hồi trên chiếc xe bình
thường./thiết bị này hoạt động mà không có bất kỳ sự trợ giúp nào thêm.Ví dụ: như 1 bộ lọc
được bọc kín, bên trong là bộ phận xúc tác. DPF chủ động hoạt động đảm bảo sao cho có thể
khôi phục lại tình trạng ban đầu của bộ lọc. Ví dụ: như DPF được trang bị những công nghệ
đi kèm như bổ sung hóa chất, đốt cháy bên trong bằng nhiên liệu hoặc bằng điện.
Ví dụ nghiên cứu đã thông báo về hiệu quả hoạt động của DPFs thụ động:
1) Trên các xe tải hoạt động có hiệu quả đến 350000 dặm hoặc nhiều hơn
2) Trên các loại xe Off road DPF hoạt động hiệu quả 15000 giờ hoặc nhiều hơn khi
hoạt động trên địa hình quanh co.
3)Và trên đầu máy xe lửa đảm bảo tới 400000km mà không thấy có vấn đề gì xảy ra
Trong những trường hợp đã ứng dụng DPFs thụ động thành công trong việc kiểm soát
hiệu quả hoạt động, hệ thống vận hành bền bỉ, bảo trì tối thiểu, một số yếu tố đã được phổ
biến hiện tại, bao gồm:
- Mới hơn, đảm bảo hoạt động tốt trong trường hợp dầu động cơ bị cháy
- Đảm bảo suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ
- Nhiệt độ khí thải cũng được nhà sản xuất cung cấp trước dựa vào tỷ lệ: thời gian tối
thiểu / nhiệt độ
Trước đây có rất nhiều những vấn đề phát sinh đối với việc ứng dụng DPF như:
- Nhiệt độ khí xả không đủ để hỗ trợ tái tạo bộ lọc
- Việc kích cỡ lọc cho từng phần tử cụ thể
- Các thành phần của động cơ bị hao mòn hoặc hỏng hóc
- Nhiên liệu Diesel có hàm lượng Sulfur quá cao
- Làm sạch bộ lọc không đầy đủ
- Làm việc với động cơ tăng áp, hoặc động cơ trang bị luân hồi khí thải.

- Vấn đề sử dụng các cảm biến cũng ảnh hưởng không nhỏ đến hiệu quả làm việc của
hệ thống DPF. Đã có rất nhiều chiếc xe bị gián đoạn hoạt động do hỏng hóc các cảm biến.
Tuy nhiên cùng với sự phát triển của công nghệ đã đạt được nhiều cải thiện cho việc
áp dụng công nghệ DPF. Điều này bao gồm những thông tin chi tiết liên quan đến độ thích
hợp của xe và các thiết bị có trang bị DPF, bao gồm cả khả năng chuẩn đoán mẫu, các kích
thước thích hợp cho bộ lọc, tận dụng nhiệt trên đường ống thải của động cơ
Ngoài ra, còn có các công nghệ cải tiến được thiết kế cho hệ thống DPF để giải quyết
các vấn đề như sau:
- Cải thiện hệ thống xúc tác bằng việc dựa vào kết cấu bộ xúc tác, phương pháp tái tạo
bộ lọc để chúng có thể bắt đầu hoạt động ngày cả khi nhiệt độ động cơ còn thấp.
- Cải thiện tính chất của bộ xúc tác để hệ thống DPF ít nhạy cảm hơn với thành phần
sulfur có trong khí thải.
- Cải thiện thiết kế bộ lọc để tăng khả năng lọc và giảm tắc nghẽn đường xả.
- Cải thiện hệ thống giám sát, chẩn đoán.
- Cải thiện phương pháp làm sạch bộ lọc.
Công nghệ DPF chỉ tập trung áp dụng vào lọc PM vì vậy để hoàn thiện hệ thống xử lý
các khí độc hai như HC, CO, NO
x
cần phải kết hợp các biện pháp khác như xử dụng bộ xúc
tác ( Catalyst)
2.1.Bộ lọc PM trang bị sợi đốt (Sintered Metal Filter (SMF) - hãng HJS)
2.1.1. Kết cấu
Ứng dụng công nghệ DPF, đã có rất nhiều sản phẩm, hệ thống khác nhau. Sintered
Metal Filter (SMF) là một ví dụ. SMF là một bộ lọc hạt của hãng HJS chủ động làm sạch bộ
phận lọc bằng thiết bị đốt cháy sử dụng điện. Hình 1.4
Hình 1.4: Sintered Metal Filter
Bộ lọc SMF bao gồm vỏ được chế tạo bằng thép không gỉ giúp tăng độ bền của bộ
lọc. Bên trong gồm một bộ lọc và một bộ phận đốt nóng để làm sạch những hạt PM bám vào
thiết bị lọc, tránh được hiện tượng tắc nghẽn đường thải làm giảm công suất động cơ.
2.1.2. Nguyên lý làm việc của SMF

- Nguyên lý lọc PM:
Hình 1.5: Nguyên lý lọc của SMF
Khí thải có chứa PM được dẫn vào bộ phận lọc. Với kết cấu gồm nhiều tấm lọc xếp
chồng lên nhau như hình 1.5, khí thải được dẫn qua các bề mặt lọc. Tại đây, các hạt PM
được bộ lọc giữ lại, phần còn lại của khí thải tiếp tục được dẫn ra ngoài.
- Nguyên lý làm việc của hệ thống SMF:
Khí thải
Nút chặn Thành gốm dạng tổ ong
Hệ thống được bố trí thêm các cảm biến nhiệt độ khí thải 1, cảm biến áp suất khí thải
trước bộ lọc 2, bộ lọc 3, bộ phận đốt nóng 4 và cảm biến áp suất khí thải sau lọc 5.
Nguyên lý làm việc: khí thải từ động cơ Diesel được dẫn thẳng đến SMF. Trước khi
đưa vào lọc người ta đo nhiệt độ và áp suất của khí thải. Tín hiệu này sẽ được gửi về ECU.
Sau khi lọc xong cảm biến 5 sẽ đo áp suất của khí trên đường xả. Khi độ chênh lệch áp suất
trước và sau lọc vượt quá giới hạn ECU sẽ đóng điện cho bộ phận đốt nóng để đốt cháy
những hạt PM bám trên tấm lọc giúp làm giảm cản cho đường thải. Như vậy, bộ phận lọc
cũng được làm sạch hoàn toàn.
2.1.3.Đánh giá SMF
- Thí nghiệm kiểm tra thông số làm việc của hãng HJS:
Mật độ hạt trong khí thải đo được khi sử dụng bộ lọc SMF (hình 1.7)
Hình 1.6: Hệ thống SMF
Hình 1.7: Khả năng lọc PM của SMF
Động cơ thử nghiệm chạy ở chế độ 1400 vòng/ph và 50% tải. Khi chưa sử dụng SMF
người ta đo được 100.000 hạt/ cm
3
, sau khi được lắp thêm bộ lọc SMF mật độ này chỉ còn là
1000 hạt/cm
3
. Như vậy, khả năng lọc các chất thải dạng hạt trong khí thải của động cơ Diesel
của SMF đạt tới 99%. Đây là con số tối ưu cho tất cả các bộ lọc PM.
Việc lắp đặt một bộ lọc trên đường ống xả gây ra áp suất cản trên đường xả hạn chế

khả năng thải sạch của động cơ. Chính vì vậy, áp suất cản trở sinh ra trong quá trình động cơ
hoạt động là một thông số cần quan tâm khi sử dụng một bộ lọc
Hình 1.8: Áp suất cản của SMF
- Ưu điểm:
+SMF có kết cấu và nguyên lý làm viêc tương đối đơn giản.
+SMF đã được trang bị hệ thống điện tử điều khiển giúp tăng hiệu suất làm việc của
bộ lọc.
+Bộ lọc có thể lọc tới 99% các hạt có trong khí thải của động cơ Diesel.
+Mặt khác do kết cấu vỏ bằng thép không gỉ giúp tăng độ bền và có thể tự làm sạch
bộ lọc bằng đốt cháy nên trong quá trình sử dụng bộ lọc SMF ít khi cần đến quá trình bảo trì,
sửa chữa.
- Nhược điểm: SMF chỉ có tác dụng với PM vì vậy khi được vào khai thác sử dụng
cần kết hợp với các hệ thống giảm thải khác.
Trên thực tế khi trang bị hệ thống SMF, người ta thường bố trí trước bộ lọc SMF một
bộ xúc tác (Hình 1.9). Hệ thống này còn được gọi là hệ thống SMF- CRT. Làm như vậy, sẽ
có thể kết hợp được ưu điểm của cả 2 hệ thống xử lý khí thải SMF và CRT giúp làm giảm
phát thải CO, HC, PM.
Hình 1.9: SMF- CRT
1.Động cơ Diesel; 2.Bộ xúc tác; 3.Cảm biến nhiệt độ; 4.SMF; 5.Ống trích áp suất;
6.Cảm biến áp suất; 7. ECU; 8. Bình bổ sung ; 9.Bình nhiên liệu
- Nguyên lý làm việc của SMF- CRT
Hình 1. 10: Nguyên lý làm việc của SMF- CRT
Khí thải từ động cơ Diesel bao gồm C, NO, CO, HC, O
2
được dẫn qua bộ xúc tác.Tại
đây xảy ra các phương trình phản ứng chuyển hóa:
2 2
2
2 2
2 2 2

2CO + O 2CO
[HC] +O CO +H O
2NO +O NO
→
¬ 
→
¬ 
→
¬ 
Sau khi ra khỏi bộ xúc tác, khí thải được dẫn vào bộ lọc SMF.Tại đây trên bề mặt các
tấm lọc xảy ra phản ứng giữa những hạt cacbon bị tấm lọc giữ lại với NO
2
:
2 2
2NO +C 2NO+CO
→
¬ 
Như vậy, sau khi ra khỏi hệ thống khí thải lúc này được loại bỏ gần như hoàn toàn
thành phần PM và chỉ còn các khí NO, CO
2
, H
2
O, O
2
. Bộ phận đốt nóng trên SMF sẽ được
kích hoạt khi có quá nhiều PM bám trên bộ lọc.
Theo đánh giá của công ty sản xuất HJS, SMF hoàn toàn có thể đáp ứng được tiêu
chuẩn Euro V về khí thải. SMF được sử dụng nhiều cho các hãng xe như FIAT, IVECO,
Mercedes- Benz, Peugeot và VW …Với mỗi loại phương tiện sử dụng khác nhau mà hãng
HJS đưa ra các bộ lọc SMF với kich thước khác nhau

Bảng 1.1: Kích thước bộ lọc SMF
SMF Bộ lọc hạt
Tiết diện Chiều dài Đường kính Kích cỡ Ứng dụng
1.8
2.5
3.3
5.4
7.0
8.1
250
250
300
250
335
385
160
190
190
296
296
296
7.5x6 inch
705x8 inch
_
10.5x10 inch
10.5x12 inch
11.25x14 inch
Xe vận tải hành khách/Máy XD
Thiết bị vận chuyển
Máy xây dựng

Máy xây dựng
Xe buýt, máy xây dựng
Máy xây dựng
2.2. Hệ thống DPF của hãng Mitsubishi
2.2.1. Kết cấu
Hình 1.11: Hệ thống DPF trên động cơ của Mitsubishi
Trên sơ đồ hình 1.11 là nguyên lý của hệ thống DPF và hệ thống luân hồi khí xả EGR
của hãng Mitsubishi. Ở đây, DPF được thiết kế hoàn chỉnh trong 1 hệ thống, ngoài bộ lọc
PM nó còn được trang bị thêm 2 bộ xúc tác trước và sau lọc.
2.2.2.Nguyên lý làm việc
Khí thải từ động cơ Diesel được dẫn qua tua bin tăng áp sau đó mới được đưa vào hệ
thống DPF xử lý khí thải. Khi đi qua Pre Catalyst, NO
x
sẽ được xử lý tạo thành NO
2
theo
phương trình phản ứng:
2 2
2 2NO O NO
→
+
¬ 
Khí thải tiếp tục được dẫn qua bộ lọc được làm từ nguyên liệu SiC. Tại đây, các hạt
PM được giữ lại tại bề mặt các tấm lọc (Hình 4.12):
Hình 1.12: Xúc tác trước lọc và Bộ lọc
Và cuối cùng, Post Catalyst sẽ có tác dụng xử lý HC và CO có trong thành phần khí
xả (hình 1.13)
2 2
2 2 2
2CO + O 2CO

[HC] +O CO +H O
→
¬ 
→
¬ 
Hình 1.13: Bộ xúc tác sau lọc
2.2.2. Đánh giá
DPF được kết hợp với hệ thống luân hồi khí xả EGR giúp làm giảm tối đa các thành
phần độc hại có trong khí thải như NO
x
, HC, CO, PM … Ở hệ thống này, Mitsubishi đã sử
dụng các cảm biến áp suất và nhiệt độ, điều này sẽ làm tăng cường khả năng hoạt động của
DPF, bộ lọc được làm sạch chủ động bằng cách đốt cháy các PM bám trên nó nếu chênh lệch
áp suất trước và sau lọc quá lớn. Mặt khác, tín hiệu nhiệt độ khí thải trước và sau lọc sẽ được
ECU xử lý và đưa ra biện pháp phù hợp để tăng khả năng xử lý khí thải khi nhiệt độ quá thấp
hoặc quá cao. Đây là hệ thống xử lý khí thải hoàn thiện cho một động cơ Diesel.
2.3.Bộ lọc DPF của hãng Notox
2.3.1. Kết cấu và chế tạo
Silicon carbide là vật liệu chính để chế tạo bộ lọc trong công nghệ DPF vì nó có
những tính năng nổi bật sau:
- Độ bền cao.
- Biến dạng nhiệt thấp.
- Bền với hóa chất.
- Kết cấu vững chắc.
- Tính dẫn nhiệt cao.
- Tính xốp cao.
- Đặc tính lọc hiệu quả.
- Nâng cao hiệu quả hoạt động nhiệt.
- Cải thiện tính năng tải bồ hóng.
- Tối thiểu áp suất cản trên đường ống.

- Có tính kinh tế cao.
Điều quan trọng nhất để thành công khi sử dụng SiC là phải hiểu thật kỹ những vấn
đề nhiệt phức tạp của nó, VD: dưới tác dụng của nhiệt độ cao SiC có sự giãn nở ( 4x 10- 6
mm/
o
K). Hãng sản xuất NOTOX đã nắm vững được vấn đề này và tạo ra 3 loại sản phẩm
hiện đang có mặt trên thị trường là XD90, MD200, MD200HP với thông số kỹ thuật như
sau:
Bảng 1.2: Bộ lọc của hãng NOTOX [26]
Loại MD90 MD200 MD200HP
Mật độ lỗ /Inch
2
90 200 200
Bề dày thành (mill) 32 16 16
Bề dày thành (mm) 0.8 0.4 0.4
Kích thước lỗ trung bình (
m
µ
) 28 12 23
Độ hở của lỗ chiếm (%) ~42 ~42 ~48
Dẫn xuất nhiệt- 25
0
C (W/mK) >40 >40 >40
Dẫn xuất nhiệt- 630
0
C (W/mK) >15 >15 >15
Nhiệt dung riêng - 25
0
C- J/Kg*K 750 750 750
Nhiệt dung riêng - 800

0
C- J/Kg*K 1250 1250 1250
Độ giãn nở x10- 6/
0
C- 25
0
C 4.20 4.20 4.20
Độ giãn nở x10- 6/
0
C- 650
0
C 3.90 3.90 3.90
Nhiệt độ phân hủy (
0
C) >1800 >1800 >1800
Độ bền uốn (Mor/ Mpa) 25 40 40
Khối lượng riêng (g/cm
3
) 1.8 1.8 1.67
Khối lượng riêng phần lọc (g/cm
3
) 1.0 0.81 0.73
Các nguyên liệu dùng để chế tạo các bộ lọc này gồm: Lớp Silicon Carbide cùng với
các chất liên kết và phụ gia. Các bước để chế tạo bộ lọc của NOTOX bao gồm các quy trình
được kiểm soát chặt chẽ:
Bước 1: Pha trộn các nguyên vật để tạo thành một hỗn hợp nhựa. Từ hỗn hợp này
người ta phun thành nhiều lớp để tạo thành các miếng nhựa.
Bước 2: Các miếng này được ép, sấy khô và sau đó được cắt thành chiều dài mong
muốn. Các miếng ép được sản xuất tại bước này giống với chất dùng cho sản xuất các bộ xúc
tác xử lý khí thải.

Bước 3: Để tạo ra 1 bộ lọc có dạng tổ ong, mỗi miếng ép này được cố định 2 đầu và
người ta tạo các rãnh dọc trên thân các miếng ép. Cứ một rãnh mở ở một đầu xen kẽ một
rãnh đóng đóng ở đầu đó.
Bước 4: Các bộ lọc phân đoạn được đốt với nhiệt độ cao bằng khí Argon, có thể tới
2800
0
C.
Bước 5: Sau khi nung nóng, bộ lọc được để nguội tự nhiên ngoài không khí nhằm loại
bỏ các bon thừa trong cấu trúc. Cuối cùng các bộ lọc được phân thành từng đoạn và lắp ráp
vào chi tiết sử dụng.
2.3.2. Kết quả thử nghiệm bộ lọc XD 90
Một sản phẩm bất kỳ, trước khi bán ra thị trường đều phải trải qua quá trình kiểm tra
nghiêm ngặt về chất lượng và khả năng hoạt động trong những điều kiện khác nhau. Sau đây,
quá trình kiểm tra bộ lọc XD 90 của hãng NOTOX:
- Động cơ thử nghiệm:
+Hãng sản xuất : Liebherr Machines Bulle SA
+Loại động cơ : D924TI- E A2
+Công suất định mức : 132 kW
+Dung tích xi lanh : 6.64 l
+Tốc độ định mức : 2000 min
- 1
+Mômen xoắn cực đại : 760 đến 1200…1400 min
- 1
+Kiểu động cơ : 4 xi lanh, 1 hàng
+Quá trình cháy : 4 kỳ, phun trực tiếp
+Bơm nhiên liệu : Bosch loại MW
+Sự tăng áp : Tua bin – máy nén và làm mát trung gian
+Lưu lượng khí đốt P
rated
: 15, 6 kg/min

- Nhiên liệu thử nghiệm:
+Nhiên liệu chuẩn : theo tiêu chuẩn của SN EN 590
+Khối lượng riêng : 820- 845 kg/m
3
ở 15
0
C
+Độ nhớt ở 40
0
C : 2.0- 4.5 mm
2
/s
+Điểm cháy : >55
0
C
+Độ tro : < 0.01% (m/m)
+Nước : tối đa 200mg/kg
+Hàm lượng lưu huỳnh : < 10ppm S
+ Số Xê tan : nhỏ nhất là 46
+ Phụ gia : Không có
- Bộ lọc thử nghiệm ở 3 tình trạng khác nhau: mới, đã sử dụng một thời gian và tái sử dụng.
Tùy vào, chế độ làm việc của động cơ người ta đo được kết quả xử lý PM của XD 90 như
sau (Hình 1.14)
Hình 4.14: Kết quả thử nghiệm XD 90 với PM
Qua kết quả thử nghiệm trên ta có thể thấy bộ lọc XD 90 của hãng NOTOX có khả
năng lọc trung bình tới 89, 4% PM. Đặc biệt là hiệu quả lọc khi tái sử dụng của bộ lọc rất
cao, vì vậy, bộ lọc này có hiệu quả về mặt kinh tế, thuận lợi cho việc áp dụng rộng rãi.
2.4. Đánh giá chung công nghệ DPF
DPF là công nghệ xử lý PM hàng đầu hiện nay, các sản phẩm ứng dụng DPF có khả
năng xử lý gần như toàn bộ PM có trong khí xả của động cơ Diesel. Hơn thế nữa, công nghệ

DPF còn dễ dàng kết hợp với các công nghệ khác để hoàn thiện hệ thống giảm phát thải cho
động cơ như biện pháp luân hồi khí thải, sử dụng bộ xúc tác hóa học, kết hợp hệ thống điều
khiển điện tử…
Việc nghiên cứu chế tạo các sản phẩm ứng dụng công nghệ DPF được rất nhiều công
ty trên thế giới phát triển.Điều này thuận lợi cho khả năng ứng dụng công nghệ ở Việt Nam
do sự cạnh tranh giữa các hãng. Tuy nhiên, muốn DPF ứng dụng thực tế ở nước ta thì cần
phát triển các ngành công nghệ vật liệu, công nghệ chế tạo và đẩy nhanh quá trình trao đổi
công nghệ cũng như nghiên cứu khoa học về DPF.
3. Bộ lọc phục hồi liên tục (Continuously Regenerating Traps (CRT))
3.1. Giới thiệu chung
Là hệ thống đi đầu trong công nghệ giảm phát thải, bộ lọc hạt CRT loại bỏ hầu như
toàn bộ PM trong hệ sản phẩm thải của động cơ Diesel. CRT được thiết kế bởi Johnson
Matthey và được kiểm định bởi hệ thống EPA của Mỹ. Thông quá sự hóa hợp của Platin
trong bộ xúc tác và dựa vào bộ lọc, CRT có tác dụng giảm tới 90% PM, CO và HC.
CRT có khả năng làm việc với hầu hết các loại động cơ Diesel có trang bị Tua bin
tăng áp.Khí thải ra sau khi được xử lý bằng CRT có thể đạt tiêu chuẩn Euro I, II, III.
Đây là bộ lọc, xúc tác được sử dụng rộng rãi nhất. Khoảng 50.000 sản phẩm đã được
trang bị cho các xe tải, xe buýt trên khắp thế giới. Tại một số thành phố lớn ở châu Âu như
Berlin việc sử dụng CRT kết hợp với một số công nghệ xử lý khí thải là bắt buộc cho các xe
buýt lưu hành trên đường.
3.2. Cấu tạo hệ thống xử khí thải CRT
Về kết cấu CRT gồm 2 bộ phận chính:( hình 1.15 )
Hình 1.15: Cấu tạo hệ thống CRT
- Bộ phận xúc tác: chủ yếu được chế tạo bằng vật liệu quý hiếm Platinum, Pladium.
Đây cũng nguyên nhân chủ yếu đẩy cao giá thành của bộ xúc tác khi bán ra thị trường. Ống
xúc tác thường có tiết diện hình trong gồm rất nhiều rãnh thẳng để dẫn khí thải đi qua.

Hình 1.16:Kết cấu bộ phận xúc tác
- Bộ phận lọc PM: bao gồm các tấm lọc được xếp với nhau thành dạng tổ ong (hình
1.17)

Hình 1.17: Kết cấu bộ phận lọc PM
Bộ lọc PM của CRT có kết cấu giống với bộ lọc PM ứng dụng trong công nghệ DPF.
Thường được chế tạo bằng SiC có cấu tạo dạng xốp giúp tăng khả năng lọc bụi và không gây
bí cho đường xả
- Vỏ: Được chế tạo bằng thép không gỉ để tăng độ bền cho sản phẩm trong quá trình
sử dụng. Trong thực tế để đáp ứng các yêu cầu về kích thước, khối lượng và điều kiện lắp đặt
mà CRT có hình dạng khác nhau.
3.3. Nguyên lý hoạt động
- Sơ đồ nguyên lý CRT được trình bày trên hình1.18
Hình 1.18: Sơ đồ nguyên lý hệ thống CRT
- Nguyên lý hoạt động:
Khí thải từ động cơ bao gồm các khí có thành phần là: C, CO, HC, NO, O
2
được dẫn
qua bộ xúc tác (Catalyst).Tại đây, dưới tác động của nhân tố xúc tác Platinum, xảy ra các
phản ứng sau:
2 2
2
2 2
2 2 2
2CO + O 2CO
[HC] +O CO +H O
2NO +O NO
→
¬ 
→
¬ 
→
¬ 
Khí ra khỏi bộ xúc tác bao gồm: NO

2
, CO
2
, H
2
O, O
2
, C tiếp tục được dẫn qua bộ lọc
(Filter).Tại đây, C bám vào các bề mặt của tấm lọc sẽ tác dụng với NO
2
.Phản ứng này có tác
dụng làm sạch bộ lọc. Đây cũng chính là điểm đặc biệt tạo nên tác dụng của hệ thống CRT.
2 2
2NO +C 2NO+CO
→
¬ 
Có 1 vấn đề đặt ra khi đưa hệ thống vào hoạt động đó là CRT chỉ làm việc tin cậy khi
nhiệt độ khí thải đạt từ 230
0
C trở lên.Nếu nhiệt độ khí thải quá thấp bộ xúc tác không thể tạo
ra lượng NO
2
đủ để hoàn thành quá trình xử lý. Mặt khác các hạt PM chuyển động chậm khi
nhiệt độ thấp có khuynh hướng gây cản trở cho các phần tử lọc. Trong trường hợp này, phần
tử lọc cần được làm sạch, có thể đốt hết PM bám trên đó bằng nhiệt bên ngoài hoặc sử dụng
tác nhân hóa học để làm công việc này. Vì vậy, khi nhiệt độ khí thải còn thấp người ta đưa
thêm vào khí thải một chất là Glycol trước khi dẫn khí vào bộ xử lý ( hình 1.19). Glycol sẽ
có tác dụng làm nóng bộ xúc tác và khí thải tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phản ứng
xảy ra ở bộ lọc. Như vậy sẽ tăng cường khả năng tự làm sạch của bộ lọc giảm hiện tượng cản
ở đường thải.

Hình 1.19: Đưa thêm Glycol vào khí thải trước khi cho qua bộ xúc tác
3.4. Đánh Giá
Hiệu quả làm sạch cao của CRT được chứng minh qua các thử nghiệm của HJS, một
trong những hãng sản xuất bộ CRT lớn nhất hiện nay:
Biểu đồ hình 1.20 cho thấy trên 90% các khí độc hại như CO, HC và PM đã được
CRT xử lý. Đặc biệt là HC được xử lý gần như hoàn toàn.
Hình 1.20: Hiệu quả làm sạch của CRT
Đối với chất thải dạng hạt bao gồm:
+ Muội than
+ Các Hydro các bon
+ Gốc axit sunphua được tạo ra từ lưu huỳnh có trong nhiên liệu Diesel
+ Các sản phẩm do dầu động cơ bị cháy.
Hiệu quả lọc sạch các hạt này với các kích thước khác nhau (hình 1.21): Việc giảm
phát thải đối với những hạt bụi có kích thước nhỏ ( từ 10nm đế 300nm) của CRT là đặc biệt
hiệu quả ( trên 95%).Điều này có ý nghĩa lớn đối với việc bảo vệ sức khỏe con người vì đây
là những hạt có khả năng xâm nhập vào cơ thể con người qua da, đường hô hấp gây ra bệnh
ung thư.
Có CRT
Không có CRT
Hình 1.21: Tác dụng của CRT đối với các hạt có kích thước nhỏ
Một số điểm cần chú ý khi sử dụng hệ thống CRT là:
- Thành phần lưu huỳnh có trong nhiên liệu không được vượt quá 50 ppm S (0,
005%).
- Bộ lọc hoạt động hiệu quả nhất trong giới hạn nhiệt độ từ 250- 450°C.
- Động cơ hoạt động tuân thủ theo giới hạn hoạt động của nhà sản xuất.
Với tính năng lọc ưu việt như vậy, CRT là công nghệ phù hợp với hiện trạng ô nhiễm
khí thải của Việt Nam. Việc đưa CRT sử dụng cho các phương tiện đang lưu hành ở Việt
Nam là hoàn toàn khả thi vì hệ thống này có kết cấu đơn giản nhưng làm việc hiệu quả. Khí
thải sau khi xử lý bằng CRT có thể đạt tiêu chuẩn Euro III, phù hợp với quy định của nhà
nước về tiêu chuẩn khí thải của phương tiện.

Vấn đề gặp phải chính là CRT sử dụng kim hoại quý là Platinum, Paladium để làm
vật liệu xúc tác cho quá trình phản ứng, vì vậy, khiến giá thành của sản phẩm rất cao, điều
này ảnh hưởng không nhỏ tới việc ứng dụng rộng rãi của công nghệ CRT.Việc nghiên cứu
những vật liệu xúc tác thay thế cũng là một hướng cần phát triển nhằm giảm giá thành cho
bộ xúc tác.
Không có CRT
Có CRT