Bộ chuyển đổi xúc tác là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động

Bộ chuyển đổi xúc tác giữ vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu khí thải độc hại từ xe ô tô, góp phần bảo vệ bầu không khí trong lành. Hãy cùng Phụ Tùng HQ tìm hiểu chi tiết về các loại bộ chuyển đổi xúc tác, cấu tạo cũng như nguyên lý hoạt động của bộ phận này nhé!

Bộ chuyển đổi xúc tác ô tô là gì?

Bộ chuyển đổi xúc tác là thiết bị giúp kiểm soát khí thải bằng cách biến đổi các khí độc hại và chất ô nhiễm trong khí xả thành những hợp chất ít độc hơn, thông qua phản ứng xúc tác oxy hóa – khử. Thiết bị này được sử dụng phổ biến trên các loại động cơ đốt trong chạy bằng xăng hoặc diesel.

Về cấu tạo, bộ chuyển đổi xúc tác có dạng hình trụ, thường được chế tạo từ thép không gỉ và được lắp đặt ở vị trí giữa động cơ và ống xả. Bên trong thiết bị là một cấu trúc dạng tổ ong bằng gốm hoặc kim loại, được phủ lớp kim loại quý như platinum, palladium và rhodium – những chất xúc tác chính giúp quá trình xử lý khí thải diễn ra hiệu quả.

Phân loại bộ chuyển đổi xúc tác

Hiện nay, có nhiều loại bộ chuyển đổi xúc tác khác nhau được sử dụng tùy theo loại động cơ và tiêu chuẩn khí thải, mỗi loại đều có đặc điểm riêng về cấu tạo, hiệu suất và phạm vi ứng dụng.

Bộ chuyển đổi xúc tác 2 chiều (DOC – Diesel Oxidation Catalyst)

Bộ chuyển đổi xúc tác hai chiều thường được sử dụng trong các động cơ diesel. Thiết bị này có khả năng oxy hóa carbon monoxide (CO) thành carbon dioxide (CO₂) và hydrocarbon (HC) thành nước (H₂O) và CO₂. Nhờ cấu tạo đơn giản và chi phí sản xuất thấp, loại xúc tác này mang lại hiệu quả nhất định trong việc làm giảm lượng khí CO và HC phát thải ra môi trường.

Bộ chuyển đổi xúc tác 3 chiều (TWC – Three-Way Catalytic Converter)

Bộ chuyển đổi xúc tác ba chiều là loại phổ biến nhất hiện nay, được áp dụng cho cả động cơ xăng và diesel. Thiết bị này có khả năng xử lý đồng thời ba loại khí thải độc hại gồm CO, HC và NOx. Nó hoạt động qua hai giai đoạn: đầu tiên là quá trình khử NOx trong môi trường thiếu oxy, sau đó oxy được bổ sung để oxy hóa CO và HC thành CO₂ và nước.

Bộ chuyển đổi xúc tác 3 chiều tiên tiến

Đây là phiên bản nâng cấp của bộ chuyển đổi xúc tác ba chiều thông thường, được cải tiến bằng cách sử dụng các vật liệu và công nghệ mới để nâng cao hiệu quả xử lý khí thải cũng như tăng độ bền của thiết bị.

Nhờ khả năng hoạt động ổn định ở nhiệt độ cao và hiệu quả cao hơn trong việc xử lý NOx, loại xúc tác này đặc biệt phù hợp với các dòng xe hiện đại.

Cấu tạo bộ chuyển đổi xúc tác

Bộ chuyển đổi xúc tác ô tô (Catalytic Converter) là một thiết bị quan trọng trong hệ thống xả khí thải, giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường bằng cách chuyển hóa các khí độc hại thành các chất ít độc hại hơn. Cấu tạo của bộ chuyển đổi xúc tác bao gồm các thành phần chính sau:

Vỏ bảo vệ

Thường được làm bằng thép không gỉ, có khả năng chịu nhiệt và chống ăn mòn tốt. Vỏ bọc bảo vệ có  chức năng bảo vệ các thành phần bên trong khỏi các tác động vật lý và hóa học từ môi trường bên ngoài, đồng thời giúp duy trì nhiệt độ hoạt động tối ưu cho các phản ứng xúc tác diễn ra bên trong.

Chất nền

Có thể là gốm hoặc kim loại. Chất nền gốm có cấu trúc dạng tổ ong với nhiều kênh nhỏ, giúp tăng diện tích bề mặt tiếp xúc của khí thải với lớp phủ xúc tác. Chất nền kim loại có dạng sợi kim loại đan xen, cũng có tác dụng tương tự.

Chất nền có chức năng cung cấp bề mặt lớn để lớp phủ xúc tác bám vào, tạo điều kiện cho khí thải tiếp xúc với lớp phủ xúc tác một cách hiệu quả giúp phân tán nhiệt đều, tránh hiện tượng quá nhiệt cục bộ.

Lớp phủ xúc tác

Bao gồm các kim loại quý như platinum (Pt), palladium (Pd) và rhodium (Rh). Chất phủ xúc tác hoạt động như chất xúc tác, thúc đẩy các phản ứng hóa học chuyển đổi khí thải độc hại thành các chất ít độc hại hơn.

Platinum và palladium chủ yếu tham gia vào quá trình oxy hóa (chuyển đổi CO và HC thành CO2 và H2O). Rhodium chủ yếu tham gia vào quá trình khử (chuyển đổi NOx thành N2 và O2).

Nguyên lý hoạt động của bộ chuyển đổi xúc tác

Bộ chuyển đổi xúc tác là thiết bị trong hệ thống xả, giúp giảm khí thải độc hại bằng cách biến chúng thành các chất ít gây hại hơn thông qua phản ứng oxy hóa – khử. Nó xử lý các khí như CO, HC, NO và NO₂, chuyển thành CO₂, H₂O và N₂.

Trên xe hiện đại, thiết bị này hoạt động qua ba giai đoạn. Giai đoạn đầu là khử NOx bằng rhodium và platinum, biến chúng thành khí nitơ và oxy. Giai đoạn hai là oxy hóa CO và hydrocarbon chưa cháy, biến chúng thành CO₂ và nước nhờ palladium và platinum.

Giai đoạn ba là điều chỉnh tỉ lệ nhiên liệu–không khí dựa trên cảm biến oxy, giúp duy trì điều kiện lý tưởng cho hai phản ứng trên diễn ra hiệu quả.

Trên đây là bài viết của Phụ Tùng HQ chia sẻ đến bạn những thông tin hữu ích về bộ chuyển đổi xúc tác. Đây là một bộ phận tuy nhỏ nhưng đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc bảo vệ môi trường cũng như đảm bảo hiệu suất hoạt động của ô tô. Bạn có thể tham khảo ngay tại cửa hàng Phụ Tùng HQ để có những sản phẩm bộ chuyển đổi chất lượng tốt nhất.