ระบบบำบัดไอเสียรถยนต์ดีเซล
ไอเสียดีเซล หมายถึง ก๊าซไอเสียที่ปล่อยออกมาจากเครื่องยนต์ดีเซลหลังจากการเผาไหม้น้ำมันดีเซล ซึ่งประกอบด้วยสารประกอบหลายร้อยชนิด การปล่อยก๊าซนี้ไม่เพียงแต่มีกลิ่นแปลก ๆ เท่านั้น แต่ยังทำให้ผู้คนเวียนศีรษะ คลื่นไส้ และส่งผลกระทบต่อสุขภาพ ผู้เชี่ยวชาญจากองค์การอนามัยโลกระบุว่า ไอเสียเครื่องยนต์ดีเซลเป็นสารก่อมะเร็งในระดับสูง และจัดอยู่ในกลุ่มสารก่อมะเร็งประเภท A สารมลพิษเหล่านี้ส่วนใหญ่ประกอบด้วยไนโตรเจนออกไซด์ (NOx) ไฮโดรคาร์บอน (HC) คาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) และฝุ่นละออง ฯลฯ ซึ่งส่วนใหญ่ถูกปล่อยออกมาใกล้พื้นดิน และสารมลพิษเหล่านี้เข้าสู่ทางเดินหายใจผ่านทางจมูกและปาก ก่อให้เกิดอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์
เครื่องยนต์ดีเซลปล่อยมลพิษหลัก ได้แก่ ฝุ่นละอองขนาดเล็ก (PM) และ NOx ขณะที่ CO และ HC ปล่อยมลพิษต่ำกว่า การควบคุมการปล่อยมลพิษไอเสียเครื่องยนต์ดีเซลส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการควบคุมการเกิดฝุ่นละอองขนาดเล็ก (PM) และ NOx และการลดการปล่อยมลพิษโดยตรงของ PM และ NOx ปัจจุบัน เพื่อแก้ปัญหาไอเสียรถยนต์ดีเซล โซลูชันทางเทคนิคส่วนใหญ่จึงใช้ระบบ EGR+DOC+DPF+SCR+ASC
อีจีอาร์
EGR ย่อมาจาก Exhaust Gas Recirculation การหมุนเวียนก๊าซไอเสียหมายถึงการนำก๊าซไอเสียบางส่วนที่ระบายออกจากเครื่องยนต์กลับคืนสู่ท่อร่วมไอดี และกลับเข้าสู่กระบอกสูบพร้อมกับส่วนผสมใหม่ เนื่องจากก๊าซไอเสียประกอบด้วยก๊าซหลายอะตอม เช่น CO2 จำนวนมาก และ CO2 และก๊าซอื่นๆ ไม่สามารถเผาไหม้ได้ แต่ดูดซับความร้อนจำนวนมากเนื่องจากมีความจุความร้อนจำเพาะสูง อุณหภูมิการเผาไหม้สูงสุดของส่วนผสมในกระบอกสูบจึงลดลง ซึ่งจะช่วยลดปริมาณ NOx ที่เกิดขึ้น
เอกสาร
DOC ชื่อเต็มคือตัวเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันดีเซล เป็นขั้นตอนแรกของกระบวนการหลังการบำบัดทั้งหมด โดยปกติแล้วจะเป็นขั้นตอนแรกของท่อไอเสียสามขั้นตอน โดยทั่วไปจะมีโลหะมีค่าหรือเซรามิกเป็นตัวพาตัวเร่งปฏิกิริยา
หน้าที่หลักของ DOC คือการออกซิไดซ์ CO และ HC ในก๊าซไอเสีย โดยเปลี่ยนเป็น CO2 และ H2O ที่ไม่เป็นพิษและไม่เป็นอันตราย ขณะเดียวกันก็สามารถดูดซับสารอินทรีย์ที่ละลายน้ำได้และอนุภาคคาร์บอนบางชนิด และลดการปล่อย PM บางส่วนได้ NO จะถูกออกซิไดซ์เป็น NO2 (NO2 ยังเป็นก๊าซต้นทางของปฏิกิริยาที่ต่ำกว่า) อย่างไรก็ตาม การเลือกตัวเร่งปฏิกิริยานั้นสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับอุณหภูมิไอเสียดีเซล เมื่ออุณหภูมิต่ำกว่า 150 องศาเซลเซียส ตัวเร่งปฏิกิริยาจะไม่ทำงาน เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ประสิทธิภาพการแปลงของส่วนประกอบหลักของอนุภาคไอเสียจะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ เมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 350 องศาเซลเซียส เนื่องจากการผลิตซัลเฟตในปริมาณมาก แต่การปล่อยอนุภาคเพิ่มขึ้น ซัลเฟตจะปกคลุมพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยา ส่งผลให้ประสิทธิภาพการแปลงของตัวเร่งปฏิกิริยาลดลง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้ เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ เพื่อตรวจสอบอุณหภูมิไอดี DOC เมื่ออุณหภูมิไอดี DOC สูงกว่า 250°C โดยปกติแล้วไฮโดรคาร์บอนจะติดไฟ นั่นคือ เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันเพียงพอ
ดีพีเอฟ
ชื่อเต็มของ DPF คือ Diesel Particle Filter ซึ่งเป็นส่วนที่สองของกระบวนการบำบัดหลังการเผาไหม้ และยังเป็นส่วนที่สองของท่อไอเสียสามขั้นตอนอีกด้วย หน้าที่หลักของ DPF คือดักจับอนุภาค PM และสามารถลด PM ได้ประมาณ 90%
ตัวกรองอนุภาคสามารถลดการปล่อยอนุภาคได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยดักจับอนุภาคในไอเสียก่อน เมื่อเวลาผ่านไป อนุภาคจะสะสมใน DPF มากขึ้นเรื่อยๆ และความแตกต่างของแรงดันของ DPF จะค่อยๆ เพิ่มขึ้นเซ็นเซอร์วัดความดันต่างสามารถตรวจสอบได้ เมื่อความแตกต่างของแรงดันเกินเกณฑ์ที่กำหนด กระบวนการฟื้นฟู DPF จะกำจัดฝุ่นละอองสะสม การฟื้นฟูตัวกรองหมายถึงการเพิ่มขึ้นของฝุ่นละอองในดักจับไอเสียอย่างค่อยเป็นค่อยไปในระหว่างการทำงานระยะยาว ซึ่งอาจทำให้แรงดันย้อนกลับของเครื่องยนต์เพิ่มขึ้นและส่งผลให้ประสิทธิภาพการทำงานของเครื่องยนต์ลดลง ดังนั้น จึงจำเป็นต้องกำจัดฝุ่นละอองที่สะสมอยู่เป็นประจำเพื่อฟื้นฟูประสิทธิภาพการกรองของดักจับไอเสีย
เมื่ออุณหภูมิในกับดักอนุภาคสูงถึง 550 องศาเซลเซียส และความเข้มข้นของออกซิเจนสูงกว่า 5% อนุภาคที่สะสมจะเกิดปฏิกิริยาออกซิไดซ์และเผาไหม้ หากอุณหภูมิต่ำกว่า 550 องศาเซลเซียส ตะกอนที่มากเกินไปจะปิดกั้นกับดักเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิตรวจสอบอุณหภูมิไอดีของ DPF เมื่ออุณหภูมิไม่เป็นไปตามข้อกำหนด สัญญาณจะถูกส่งกลับ ในเวลานี้ จำเป็นต้องใช้แหล่งพลังงานภายนอก (เช่น เครื่องทำความร้อนไฟฟ้า หัวเผา หรือการเปลี่ยนแปลงสภาวะการทำงานของเครื่องยนต์) เพื่อเพิ่มอุณหภูมิภายใน DPF และทำให้อนุภาคเกิดการออกซิไดซ์และเผาไหม้
ซีอาร์
SCR ย่อมาจาก Selective Catalytic Reduction หรือระบบลดปริมาณไอเสียแบบเลือกได้ (Selective Catalytic Reduction system) SCR เป็นส่วนสุดท้ายของท่อไอเสีย ใช้ยูเรียเป็นตัวรีดิวซ์ และใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาทำปฏิกิริยาทางเคมีกับ NOx เพื่อเปลี่ยน NOx ให้เป็น N2 และ H2O
ระบบ SCR ใช้ระบบฉีดที่มีระบบอัดอากาศช่วย ปั๊มจ่ายสารละลายยูเรียมีอุปกรณ์ควบคุมในตัวที่สามารถควบคุมปั๊มจ่ายสารละลายยูเรียภายในและโซลินอยด์วาล์วอากาศอัดให้ทำงานตามขั้นตอนที่กำหนด ตัวควบคุมการฉีด (DCU) จะสื่อสารกับ ECU ของเครื่องยนต์ผ่าน CAN bus เพื่อรับค่าพารามิเตอร์การทำงานของเครื่องยนต์ จากนั้นจึงส่งสัญญาณอุณหภูมิของตัวเร่งปฏิกิริยาตามเซ็นเซอร์อุณหภูมิสูงคำนวณปริมาณยูเรียที่ฉีดเข้าไป และควบคุมปั๊มจ่ายสารละลายยูเรียให้ฉีดยูเรียในปริมาณที่เหมาะสมผ่านบัส CAN ภายในท่อไอเสีย หน้าที่ของอากาศอัดคือการนำยูเรียที่วัดได้ไปยังหัวฉีด เพื่อให้ยูเรียถูกทำให้เป็นละอองอย่างสมบูรณ์หลังจากฉีดผ่านหัวฉีด
เอเอสซี
ตัวเร่งปฏิกิริยาแอมโมเนียสลิป ASC ย่อมาจาก ammonia slip catalyst เนื่องจากการรั่วไหลของยูเรียและประสิทธิภาพการทำปฏิกิริยาต่ำ แอมโมเนียที่เกิดจากการสลายตัวของยูเรียอาจถูกปล่อยออกสู่บรรยากาศโดยตรงโดยไม่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยา จึงต้องติดตั้งอุปกรณ์ ASC เพื่อป้องกันการรั่วซึมของแอมโมเนีย
โดยทั่วไป ASC จะถูกติดตั้งไว้ที่ด้านหลังของ SCR และใช้การเคลือบตัวเร่งปฏิกิริยา เช่น โลหะมีค่าบนผนังด้านในของตัวพา เพื่อเร่งปฏิกิริยา REDOX ซึ่งจะทำปฏิกิริยากับ NH3 ให้กลายเป็น N2 ที่ไม่เป็นอันตราย
เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ
ใช้เพื่อวัดอุณหภูมิไอเสีย ณ ตำแหน่งต่างๆ บนตัวเร่งปฏิกิริยา ได้แก่ อุณหภูมิไอดีของ DOC (โดยทั่วไปเรียกว่าอุณหภูมิ T4), DPF (โดยทั่วไปเรียกว่าอุณหภูมิ T5), SCR (โดยทั่วไปเรียกว่าอุณหภูมิ T6) และอุณหภูมิท่อไอเสียตัวเร่งปฏิกิริยา (โดยทั่วไปเรียกว่าอุณหภูมิ T7) ในเวลาเดียวกัน สัญญาณที่เกี่ยวข้องจะถูกส่งไปยัง ECU ซึ่งจะดำเนินการตามกลยุทธ์การฟื้นฟูและกลยุทธ์การฉีดยูเรียตามข้อมูลป้อนกลับจากเซ็นเซอร์ แรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟคือ 5V และช่วงการวัดอุณหภูมิอยู่ระหว่าง -40 ถึง 900 องศาเซลเซียส
เซ็นเซอร์วัดความดันต่าง
ใช้เพื่อตรวจจับแรงดันย้อนกลับของไอเสียระหว่างช่องรับอากาศเข้าและช่องจ่ายอากาศออกของ DPF ในตัวแปลงเร่งปฏิกิริยา และส่งสัญญาณที่เกี่ยวข้องไปยัง ECU เพื่อควบคุมการทำงานของ DPF และ OBD แรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟคือ 5V และอุณหภูมิในการทำงานอยู่ที่ -40~130℃
เซ็นเซอร์มีบทบาทสำคัญในระบบบำบัดไอเสียรถยนต์ดีเซล ช่วยตรวจสอบและควบคุมการปล่อยมลพิษให้เป็นไปตามข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมและปรับปรุงคุณภาพอากาศ เซ็นเซอร์ให้ข้อมูลเกี่ยวกับอุณหภูมิไอเสีย ความดัน ระดับออกซิเจน และไนโตรเจนออกไซด์ (NOx) ซึ่งหน่วยควบคุมเครื่องยนต์ (ECU) ใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการเผาไหม้ ปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิง และยืดอายุการใช้งานของส่วนประกอบบำบัดไอเสีย
เนื่องจากอุตสาหกรรมยานยนต์ยังคงมุ่งเน้นไปที่การลดการปล่อยมลพิษและปรับปรุงคุณภาพอากาศ การพัฒนาและบูรณาการเซ็นเซอร์ขั้นสูงจึงมีความสำคัญต่อการบรรลุเป้าหมายเหล่านี้