Các giải pháp giảm ô nhiễm khí thải từ ô tô có thể chia thành 4 nhóm chính.

Nhóm thứ nhất:

Tổ chức tốt quá trình cháy nhằm giảm ô nhiễm do các chất như NOx, CO, HC ngay tại nguồn (trong xy-lanh). Nhóm này bao gồm các biện pháp liên quan đến việc tối ưu hóa kết cấu của các chi tiết, cụm chi tiết và hệ thống có ảnh hướng đến quá trình cháy:

Thiết kế đỉnh pít-tông và nắp máy tạo hiệu ứng lốc xoáy, tăng khả năng hòa trộn nhiên liệu và không khí tốt hơn, quá trình cháy diễn ra nhanh hơn – thường áp dụng cho động cơ diesel và phun xăng trực tiếp; sử dụng hệ thống tăng áp, tăng đường kính xu-páp, giảm tổn thất trên đường nạp để tăng hiệu suất nạp; tính toán thiết kế thời điểm mở sớm xu-páp thải một cách tối ưu; sử dụng các hệ thống phun nhiên liệu điều khiển điện tử, tăng áp suất phun, lựa chọn kiểu phun đơn điểm hay đa điểm…

Mặc dù đây là các biện pháp rất hữu hiệu nhưng chỉ riêng bản thân chúng chưa thể giúp động cơ đáp ứng được các tiêu chuẩn ô nhiễm ngày càng nghiêm ngặt hơn.

Nhóm thứ hai:

Xử lý khí thải. Đây là các biện pháp nhằm đảm bảo hàm lượng các chất độc hại có trong khí thải trước khi thải vào môi trường phải nhỏ hơn giới hạn cho phép đã được quy định trong các điều luật. Có rất nhiều công nghệ khác nhau để xử lý khí thải: Bộ xử lý khí thải kiểu xúc tác 3 đường (trung hòa 3 thành phần cơ bản trong khí thải là CO, HC và NOx); Bộ lọc PM, Bộ xử lý khí thải kiểu ô-xy hóa dùng cho động cơ diesel, Bộ xử lý NOx kiểu tích lũy,…).

Nhóm thứ ba:

Sử dụng kết hợp các hệ thống phụ trợ. Để phát huy hiệu quả của hai nhóm giải pháp trên cũng như hạn chế sự phát thải quá mức của động cơ ở một số chế độ làm việc, cần phải sử dụng thêm các hệ thống phụ trợ như: Hệ thống kiểm soát vòng lặp kín (hồi lưu khí thải); hệ thống đảm bảo nhiệt độ khí nạp; hệ thống phun khí (ô-xy) nhằm hỗ trợ phản ứng trên đường thải; hệ thống tự chẩn đoán – OBD (OnBoard Diagnostics)…

Nhóm thứ tư:

Các giải pháp có liên quan đến nhiên liệu. Nhiên liệu có ảnh hưởng đáng kể đến đặc tính ô nhiễm khí thải của động cơ đốt trong. Có nhiều giải pháp giảm ô nhiễm khí thải có liên quan đến nhiên liệu như: Đảm bảo sự phù hợp giữa động cơ và nhiên liệu (động cơ có tỷ số nén càng cao thì sử dụng xăng có chỉ số octan càng lớn); nâng cao chất lượng nhiên liệu (ít tạp chất và các phụ gia độc hại); sử dụng nhiên liệu xanh, nhiên liệu thay thế; sử dụng phụ gia trong nhiên liệu,….

Thực tế hiện nay cho thấy, một trong những biện pháp hiệu quả giảm thiểu sự độc hại của khí thải động cơ là việc chế tạo và sử dụng hệ thống phin lọc. Ví dụ như hệ thống CRT (Continously Regenerating Trap) của hãng Volvo Trucks cho phép giảm 80-90% tỷ lệ CO, HC, NO và các phần tử cứng trong khí thải. Bộ phin này được thiết kế cho động cơ xe tải và đã trở thành cấu trúc không thể thiếu đối với hầu hết xe buýt chạy trong thành phố. Hãng PSA Peugeot – Citroen cũng gặt hái nhiều thành công trong lĩnh vực này.

Hệ thống phin lọc khí thải của xe Peugeot 607 với động cơ diesel HDI và cũng đã được nhận giải thưởng quốc tế. Tuy nhiên, thiết kế của PSA có nhược điểm là đắt tiền, làm tăng giá thành ôtô cho nên giải pháp này không được phổ biến rộng rãi.

Giải pháp xử lý khí thải động cơ xe ô tô hiệu quả nhất?

Trong khí thải động cơ diesel, có 2 chất độc hại chủ yếu cần loại bỏ là khí NOx và PM, do vậy xu hướng xử lý khí thải động cơ diesel ngoài việc sử dụng những công nghệ xử lý khí thải nêu trên còn có một giải pháp khác rất hiệu quả, tiện dụng và được nhiều người tin dùng, đó chính là:

Công nghệ xử lý khí thải xúc tác khử NOx chọn lọc SCR (Selective Catalytic Reduction).

Xử lý NOx theo công nghệ SCR: Là hệ thống xúc tác khử NOx chọn lọc, được tích hợp hệ thống phun dung dịch DEF (Diesel Exhaust Fluid). Dung dịch xử lý khí thải DEF/Adblue có thành phần chính là 32,5% Ure ((NH2)2CO) với độ tinh khiết cao, 67,1% là nước tinh khiết và 0,4% là các chất phụ gia khác được phun trực tiếp vào dòng khí thải nóng, nhờ nhiệt độ cao làm hơi nước bốc hơi khiến ure trong dung dịch phân hủy thành amoniac và axit isoxianic, qua phản ứng hóa học sinh ra N2 và H2O thoát ra môi trường.

Công nghệ SCR cho phép các phản ứng giảm NOx diễn ra trong quá trình đốt cháy nhiên liệu, được gọi là công nghệ “chọn lọc” vì nó làm giảm các mức NOx bằng cách sử dụng amoniac như một chất khử trong một hệ thống chất xúc tác. Phản ứng hóa học được gọi là “giảm”, trong đó dung dịch DEF là chất khử có phản ứng với NOx để chuyển các chất ô nhiễm thành khí N2, nước và một lượng nhỏ CO2. DEF có thể bị phá vỡ nhanh để tạo ra ammonia oxy hóa trong dòng thải. Công nghệ SCR có thể đạt được mức giảm NOx lên tới 90%, đồng thời giảm lượng phát thải HC và CO từ 50- 90% và phát thải PM từ 30-50%. Các hệ thống SCR được kết hợp với bộ lọc muội than DPF để giảm lượng phát thải cho PM.

Hệ thống SCR cần phải bổ sung chất dung dịch xử lý khí thải Adblue theo định kỳ dựa trên hoạt động của xe. Dung dịch DEF nạp theo chu kỳ thay dầu động cơ, hoặc phụ thuộc vào điều kiện hoạt động, số giờ sử dụng, quãng đường đi, tải trọng và các yếu tố khác. Bộ SCR có ưu điểm là tối ưu hóa quá trình cháy, nên khả năng tiết kiệm nhiên liệu/năng lượng tốt hơn, không ảnh hưởng đến độ bền động cơ; đặc biệt, ure không phải là loại hóa chất gây nguy hiểm cho sức khoẻ con người. Hệ thống SCR là một lựa chọn tốt cho vấn đề khí thải của xe ô tô.

Xem thêm: Có nên cắt khí thải xe tải Chenglong, Howo và Dongfeng?