Khói xe và những tác động đến môi trường
Khói xe là một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trường tệ hại nhất trên hành
tinh. Những hóa chất trong đó gây nên những chứng bệnh khó điều trị, phá hủy
tầng ozone bảo vệ bầu khí quyển và góp phần tạo nên những thiên tai bất thường.
Đặc tính của khói xe tùy thuộc chủ yếu vào chất lượng đốt cháy hỗn hợp xăng và
không khí bên trong buồng đốt (combustion chamber) của động cơ.
Động cơ mới và được điều chỉnh đúng cho phản ứng cháy hoàn chỉnh
(complete combustion) hay phản ứng cháy thừa oxy:
Xăng + Không khí → Carbon Dioxide + Nước + Nitrogen
Các phó sản (by-product) chủ yếu của phản ứng này là nước (H2O) và carbon
dioxide (CO2), do đó ống thoát khí cháy (tail pipe) của một động cơ tốt thường có
nước nhễu ra, dễ nhận thấy khi động cơ đang trong quá trình làm nóng máy (warm
up).
Động cơ cũ hoặc không được điều chỉnh đúng cho phản ứng cháy không
hoàn chỉnh (incomplete combustion) hay thiếu oxy:
Xăng + Không khí → Hydrocarbons + Nitrogen Oxides + Carbon Dioxide
+ Carbon Monoxide + Nước
Phản ứng này tạo thêm những phó sản như carbon monoxide (CO) và nitrogen
oxides (NOx) rất có hại cho sức khỏe. Những phó sản khác như sulfur monoxide
(SO) và sulfur dioxide (SO2) với hàm lượng lớn trong môi trường còn góp phần
tạo nên hiện tượng mưa acid (acid rain ). Lượng xăng thừa hay hydrocarbons do
nhiên liệu không cháy hết tác dụng với không khí nóng của buồng đốt và của
đường ống thoát khí tạo ra muội than (soot) bám trên các chi tiết máy và thải ra
bên ngoài dưới dạng khói đen. Dưới tác dụng của ánh sáng, hydrocarbons còn tạo
nên khí ozone (O3) ở tầng thấp (ground-level ozone) có thể gây ngứa mắt, đau
họng, chảy nước mũi, các chứng bệnh về phổi và còn có thể là tác nhân ung thư.
Để giảm thiểu hiện tượng cháy không hoàn chỉnh:
Động cơ cần được thường xuyên bảo trì.
Lọc gió (air filter) cần đươc thay mỗi 25000km.
Hệ thống cung cấp nhiên liệu (fuel system) sạch và không rò rỉ.
Bộ lọc khí thải (catalytic converter) và bộ cảm biến oxy (oxygen sensor)
luôn ở tình trạng làm việc tốt.
Lọc gió
Từ chữ catalytic converter, bộ lọc khí thải còn được gọi tắt là “cat” hay “catcon”,
được bố trí ngay trên đường ống thoát khí cháy của động cơ.
Bộ lọc khí thải
Thành phần chính của bộ lọc khí thải là một cấu trúc hình tổ ong (honeycomb) làm
bằng sứ hay thép không rỉ mạ chất xúc tác như platinum, rhodium hay palladium,
nằm trong hộp chứa bằng thép mỏng. Khi khí thải từ động cơ tiếp xúc với chất xúc
tác trên một diện tích bề mặt khá lớn, các hydrocarbons, CO và NOx trở thành
những khí trơ (inert) ít có hại như CO2, N và O.
Khi bộ lọc khí thải bị nghẹt nhiệt độ làm việc của động cơ cao hơn mức
bình thường khiến cho nước làm mát máy (coolant) có thể bị sôi.
Sau khoảng 250000 Km, phần lớn chất xúc tác của bộ lọc khí thải có thể bị
phân hủy, xe nổi đèn “Check Engine” do hàm lượng các độc chất thải đi
vào không khí tăng cao.
Trước năm 1981, bộ lọc khí thải hai chiều (two-way hay oxidation catalytic
converter) được sử dụng rất phổ biến để thực hiện hai công việc sau.
1. Oxy hóa (oxidation) CO thành CO2:
2CO + O2 → 2CO2
2. Oxy hóa hydrocarbons của nhiên liệu không được đốt cháy hay chỉ cháy
một phần thành CO2 và H2O:
CxH2x+2 + [(3x+1)/2] O2 → xCO2 + (x+1) H2O
Nếu nhiên liệu sử dụng là xăng C8H18, thì mẫu tự x trong phản ứng nói
trên sẽ là x = 8
Do không có khả năng biến đổi hàm lượng NOx lẫn trong khí thải, sau năm 1981
bộ lọc khí thải ba chiều được sử dụng để thay thế cho loại hai chiều nói trên.
Ngoài những nhiệm vụ tương tự như bộ lọc loại cũ, bộ lọc loại này phải thực hiện
thêm việc biến đổi NOx thành O và N: