三元催化轉(zhuǎn)化器應(yīng)用與檢測(cè)

1、摘 要 社會(huì)發(fā)展，汽車保有量迅速增加，隨之而來汽車尾氣造成的環(huán)境污染問題也日趨嚴(yán)重。三元催化轉(zhuǎn)化技術(shù)是目前應(yīng)用最廣泛，效果也最顯著的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣機(jī)外凈化技術(shù)。三元催化轉(zhuǎn)化器可以使發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中的有害排放物如CO、HC、NOx同時(shí)降低90%以上，使汽車尾氣污染得到有效控制。許多車輛在實(shí)際使用過程中，由于使用不當(dāng)造成三元催化轉(zhuǎn)化器早期失效、損壞，致使它失去了減排的作用并造成發(fā)動(dòng)機(jī)故障。本文分析三元催化轉(zhuǎn)化器的結(jié)構(gòu)、性能的特點(diǎn)，研究車輛使用特性對(duì)三元催化轉(zhuǎn)化器性能的影響。研究表明,要使三元催化轉(zhuǎn)化器正常使用,應(yīng)使用規(guī)定級(jí)別或以上的潤滑油、高品質(zhì)的無鉛汽油，保持發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械方面良好的工作狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)

2、也必須正常，還有車輛不宜長時(shí)間怠速等。在使用特性研究的基礎(chǔ)上,分析了三元催化轉(zhuǎn)化器的故障形式,研究了不同故障的檢測(cè)方法。三元催化轉(zhuǎn)化器的故障可分為三類，機(jī)械損傷、堵塞和轉(zhuǎn)化性能變差或失效。機(jī)械損傷可以通過簡(jiǎn)單的人工觀察來檢查。三元催化轉(zhuǎn)化器堵塞的測(cè)試方法有真空測(cè)量法、排氣背壓檢測(cè)法和進(jìn)氣管碳?xì)浠衔餄舛葴y(cè)量法等。對(duì)于三元催化轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化性能變差或失效的檢測(cè)則有轉(zhuǎn)化器出入口溫差法、雙氧傳感器信號(hào)電壓波形分析法和怠速試驗(yàn)法與快怠速試驗(yàn)法相結(jié)合等手段。關(guān)鍵詞：三元催化轉(zhuǎn)化器，結(jié)構(gòu)性能，使用，檢測(cè)Three-Way Catalytic Converter Application and TestingA

3、BSTRACTLiving standards development makes life better and better. More and more people tend to have their own vehicles to meet transportation needs in daily life, which also brings up a deteriorating environmental pollution problem. 3-way catalytic converter is the most popular and efficient engine

4、emission clean-up technology.3-way catalytic converter can reduce harmful CO, HC and NOx emissions by more than 90%, thus effectively curb the pollution brought up by emissions.Many 3-way catalytic converters in vehicles may suffer an early failure and get broken due to improper use, and thus lose t

5、he function of emission reduction and cause engine damage. We must be careful about the following items in the daily use of the vehicle, primarily using qualified or high-graded lubricants and lead-free gasoline in engine, keeping engine working in a sound status both mechanically and electronically

6、, and avoid long-time idling speed. Failure to understand and attach enough importance on 3-way catalytic converter in service work often leads to judgment error and getting half the result with twice the effort. So we must not ignore the 3-way catalytic converter during troubleshooting the engine.

7、The malfunction can be categorized into 3 kinds, mechanical damage, obstruction and weakening or disabled converting ability. Mechanical damage can be inspected by simple observation. Obstruction issue can be inspected by Snap Throttle Test, Cranking Test and Invasive testing etc. Weakening or disab

8、led converting ability can be identified by Misfire Test, on-board diagnostic systems (OBDII) monitoring and Light-off Test.Key words: 3-way catalytic converter, components and performance, use, test 三元催化轉(zhuǎn)化器應(yīng)用與檢測(cè)0 引言汽車排放有害成分主要是CO、HC和NOx，汽車尾氣是城市大氣污染的主要污染源，對(duì)人類健康和社會(huì)發(fā)展構(gòu)成巨大威脅。據(jù)研究大氣中21.7%的HC、38.5%的CO、87.6

9、%的NOx、11.7%的CO2和6.2%的SO2以及32%的微粒來自汽車，因此解決汽車排放對(duì)環(huán)境污染的公害問題成為迫切需要。1943年美國洛杉磯出現(xiàn)光化學(xué)煙霧主要由汽車排放的NOx和HC形成二次污染，一天之內(nèi)致死400人。1955年洛杉磯事件，由于汽車排氣造成大氣中臭氧嚴(yán)重超標(biāo)，造成大批森林枯黃死亡，成千上萬人得紅眼病， 呼吸系統(tǒng)疾病迅速上升，65歲以上老人幾天之內(nèi)死亡4000多人。1971年東京光化學(xué)煙霧中毒4800多人，這一類型的污染后來相繼出現(xiàn)在世界上許多其它大型城。60年代美國加州領(lǐng)先而聯(lián)邦政府隨后對(duì)汽車的CO及HC排放加以限制，而且要求逐步加嚴(yán)。1970年聯(lián)邦政府通過環(huán)境保護(hù)法案加嚴(yán)

10、對(duì)CO及HC的限制并且增加對(duì)NOx的限制。美國汽車排放問題方面的措施使其它汽車生產(chǎn)國也對(duì)排放加以重視起來。我國汽車工業(yè)起步較晚，但近幾年飛速發(fā)展。由于技術(shù)相對(duì)落后，缺乏保護(hù)大氣環(huán)境的意識(shí)各種法規(guī)不能嚴(yán)格執(zhí)行，汽車對(duì)環(huán)境造成的污染日益嚴(yán)重。必須重視起來，不能重蹈覆轍在車輛使用和維護(hù)過程中，加強(qiáng)對(duì)控制尾氣排放技術(shù)如三元催化轉(zhuǎn)化技術(shù)的認(rèn)識(shí)，充分發(fā)揮它最大的效用。在車輛使用中從車況、發(fā)動(dòng)機(jī)工況、具體操作、實(shí)際使用過程等多方面多角度，保證三元催化轉(zhuǎn)化器的使用壽命，避免早期損壞，并且在三元催化轉(zhuǎn)化器應(yīng)有使用周期內(nèi)保持較高的轉(zhuǎn)化率，減少汽車有害氣體的排放。在發(fā)動(dòng)機(jī)故障檢測(cè)中注意三元催化轉(zhuǎn)化器的因素，可以因地

11、制宜采用多種不同的檢測(cè)手段，快速準(zhǔn)確判斷三元催化轉(zhuǎn)化器的故障。1 催化轉(zhuǎn)化器的結(jié)構(gòu)和原理1.1 汽車尾氣污染及危害汽車作為現(xiàn)代社會(huì)的交通工具，給人們的工作和生活都帶來了極大的便利，但同時(shí)也對(duì)大氣環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。近年來，我國汽車保有量迅速增加，平均年增長率在13%以上，2007年全國汽車保有量為5000萬輛，主要集中在大城市，如北京288萬輛（2006年底），上海213萬輛（2006年底），廣州180萬輛（12006年底），天津116萬輛（2006年9月），濟(jì)南83萬輛（2006年1月）。由于汽車保有量的急劇增加，且我國的汽車檢查和維修系統(tǒng)不完善，在用車車況質(zhì)量差，單車排污量大。表 1.1

12、七個(gè)城市汽車污染物分擔(dān)率（%）城市上海北京沈陽濟(jì)南杭州天津廣州CO86885347727189HC48493846NOx56515379目前汽車尾氣污染控制水平低等原因，致使汽車尾氣污染日益嚴(yán)重。大量汽車尾氣污染物集中在城市，造成城市中汽車污染源的污染分擔(dān)率明顯增加。表1.1列出了2006年七個(gè)城市中汽車污染物的分擔(dān)率，說明汽車尾氣污染已經(jīng)成為我國城市空氣污染的主要來源。汽車排出的污染物主要有碳?xì)浠衔铮℉C）、一氧化碳（CO）、氮氧化合物（NOx），此外還有鉛（Pb）、二氧化硫（SO2）等有害物質(zhì)。這些污染物危害人類健康，影響動(dòng)植物的生長。另外氮氧化合物與碳?xì)浠衔镌趶?qiáng)陽光的作用下，遇到不利

13、于擴(kuò)散的氣候和地理環(huán)境時(shí)可形成光化學(xué)煙霧，造成嚴(yán)重的二次污染和生態(tài)環(huán)境的破壞。因此，限制和治理汽車排氣污染已迫在眉睫。圖1.1 汽車排放污染物分類1.2 汽車尾氣凈化技術(shù)降低汽車尾氣中有害氣體的排放量在技術(shù)上主要是采用凈化方式，即在發(fā)動(dòng)機(jī)以及進(jìn)排氣系統(tǒng)上增加凈化裝置，有磁化式、補(bǔ)氣式、三效催化式和前置燃燒催化式等技術(shù)。目前主要應(yīng)用兩種技術(shù)：前置式燃燒催化凈化技術(shù)與尾氣催化凈化技術(shù)。三效催化凈化技術(shù)與前置式燃燒催化凈化技術(shù)不同，尾氣催化凈化技術(shù)是在發(fā)動(dòng)機(jī)之后尾氣排氣系統(tǒng)上安置凈化裝置，減少有害氣體的排氣量。它的基本凈化原理是：將貴金屬三效催化劑或稀土催化劑制成凈化裝置后裝入汽車內(nèi)，使催化劑與尾氣

14、中的CO、HC和 NOx起氧化還原作用而生成無害物質(zhì)排出。1.3 三效催化劑的結(jié)構(gòu)1.3.1 載體載體用于催化劑的制備上，最初的目的是節(jié)約貴金屬材料（如鉑、鈀等），同時(shí)提高催化劑的機(jī)械強(qiáng)度。后來，由于使用不同載體而使催化劑活性產(chǎn)生差異，才對(duì)載體其他方面的作用進(jìn)行了研究。載體具有下述幾方面的作用：（1）增大有效表面積和提供合適的孔結(jié)構(gòu)；（2）提高催化劑的機(jī)械強(qiáng)度；（3）提高催化劑的熱穩(wěn)定性；（4）提供催化反應(yīng)的活性中心；（5）和活性組分作用形成新的化合物；（6）增加催化劑的抗毒性能，降低對(duì)毒物的敏感性；（7）節(jié)省活性組分用量，降低成本。從催化轉(zhuǎn)化器技術(shù)發(fā)展過程看，載體主要分為顆粒狀載體及整裝式載

15、體：顆粒狀載體在催化轉(zhuǎn)化器早期被大量使用，對(duì)控制早期汽車尾氣排放起過重要作用，采用的是在工業(yè)上應(yīng)用很廣泛的氧化鋁顆粒（球狀、片狀或柱狀），其主要成分是活性氧化鋁（-AL2O3），通常制成2040 目的小球。由于顆粒狀載體的熱容量大，且是堆積式裝填，氣阻大，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣造成很大的影響，在高溫腐蝕性氣流的沖刷下磨損很快，以它為載體的催化劑使用壽命很短。而且，在高溫情況下-AL2O3 載體會(huì)和Rh發(fā)生反應(yīng)，使Rh慢慢向載體中滲入，最終導(dǎo)致活性下降，而Rh是還原NOx最主要的催化劑。由于這些致命的缺陷，顆粒狀載體目前已趨于淘汰?，F(xiàn)在更廣泛采用的是整裝式蜂窩載體。根據(jù)載體材料的不同，整裝式載體有陶瓷蜂窩

16、載體、金屬蜂窩載體、金屬網(wǎng)、片狀載體和玻璃纖維載體。這種陶瓷載體具有一組薄壁的平行通道，它減少了壓力降，強(qiáng)度高，幾何表面積大，適于在高溫條件下使用。金屬載體是Fe-5Al-20Cr合金組成，具有：（1）薄的孔壁，如：50m，提供更大的幾何表面積和更開放的集合結(jié)構(gòu)；（2）由于熱溶低而具有更好的導(dǎo)熱性；（3）更高的抗熱沖擊的機(jī)械強(qiáng)度。與蜂窩陶瓷載體相比，金屬載體除了價(jià)格高以外，具有預(yù)熱性能好和壓降更低等優(yōu)點(diǎn)。1.3.2 涂層通常選用活性-AL2O3作為三效催化劑的第二載體，涂層提供了貴金屬活性組分及助劑所需的穩(wěn)定的高比表面積。整個(gè)催化劑的穩(wěn)定性在很大程度上依賴于涂層表面積大小和涂層在載體上的附著力

17、。涂層通常包括涂層穩(wěn)定劑和-AL2O3，-AL2O3通常超過90%，所以-AL2O3的穩(wěn)定是關(guān)鍵。汽車工作狀態(tài)下排氣溫度高，要求AL2O3涂層有較高的耐熱性。800以下AL2O3以-AL2O3形式存在，溫度升高發(fā)生相變，1100時(shí)晶相轉(zhuǎn)變?yōu)?AL2O3，使比表面積降低。為了提高AL2O3的穩(wěn)定性，可通過添加其他氧化物來改善，如堿土金屬作為穩(wěn)定劑可明顯推遲-AL2O3的相變溫度和減少變面積損失。常用的助劑有Ce，少量的 La、Y、Nd、Sm 以及堿土金屬Ba、Sr、Ca、Mg。目前，國外涂層已將可忍耐的溫度的上限提高到 8001050，而國內(nèi)還低于800900。提高抗高溫能力通常是通過添加一些稀

18、土氧化物、過渡族金屬氧化物或堿土金屬氧化物來實(shí)現(xiàn)的，盡管如此，在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒時(shí)，如有點(diǎn)火失誤，就會(huì)引起燃油直接進(jìn)入催化轉(zhuǎn)化器中，從而在隨后的催化放熱中導(dǎo)致可能超過10001400的高溫，而對(duì)快速起燃性的要求需要涂層能抵抗更加急劇的冷熱交變的服役條件。因此，提高涂層的高溫穩(wěn)定性，弄清涂層的穩(wěn)定機(jī)理，獲得規(guī)律性認(rèn)識(shí)以及了解涂層與載體之間的界面關(guān)系仍是當(dāng)今的一個(gè)研究熱點(diǎn)。1.3.3 活性催化劑三效催化劑對(duì)廢氣中3 種主要污染物（CO、NOx 和HC）都有很好的凈化效果，而且可簡(jiǎn)化凈化裝置，減少催化劑用量。根據(jù)催化劑化學(xué)成分和稀土用量的不同，三效催化劑主要有以下幾種：（1）稀土-賤金屬復(fù)合氧化物催化

19、劑以鑭、鈰氧化物和CuO、NiO、Cr2O3等復(fù)合制成的催化劑成本較低，但使用結(jié)果表明，它的催化活性不夠理想，起燃溫度在450以上，熱穩(wěn)定性較差，易中毒，壽命不長。（2）稀土-賤金屬-微量貴金屬催化劑70 年代，國外學(xué)者首先提出了鈷酸鹽鈦礦型催化劑和錳酸鹽鈣鈦礦型催化劑，這兩種催化劑也是研究較多的稀土復(fù)合氧化物催化劑。它們除具有三效催化能力外，還具有較好的抗硫、鉛中毒能力，而且資源豐富，價(jià)格低廉。這兩種催化劑對(duì)HC、CO的轉(zhuǎn)化率可達(dá)80%和90%，但對(duì)NOx的轉(zhuǎn)化率只有25%左右，起燃溫度較高。為了進(jìn)一步提高其熔點(diǎn)、壽命和催化活性（尤其是對(duì)NOx的轉(zhuǎn)化率），在此材料的基礎(chǔ)上加入微量的貴金屬元素

20、所制得的催化劑，具有很好的綜合性能，是目前生產(chǎn)開發(fā)的重點(diǎn)。（3）貴金屬-少量稀土催化劑貴金屬催化劑催化活性高，使用壽命長，綜合性能較好，基本上能夠滿足當(dāng)前的排放標(biāo)準(zhǔn)，是目前汽車尾氣凈化催化劑的主流。在催化劑或載體中可添加CeO2、La2O3、NiO等化合物，以提高催化劑的三效性能和熱穩(wěn)定性。但貴金屬成本高，在800以上會(huì)發(fā)生晶粒長大和燒結(jié)現(xiàn)象，使催化活性大大降低或完全喪失；在進(jìn)氣溫度高于850，發(fā)動(dòng)機(jī)貧油運(yùn)轉(zhuǎn)，以及燃料中存在磷、硫、鉛等都會(huì)導(dǎo)致催化活性下降，可用鑭、鈰等作催化助劑加以改善。因此，一般使用貴金屬催化劑時(shí)要求汽車用無鉛汽油。另外，貴金屬催化劑對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比范圍要求較為嚴(yán)格（發(fā)動(dòng)機(jī)

21、燃油供給系統(tǒng)一般為帶有氧傳感器的閉環(huán)多點(diǎn)噴射結(jié)構(gòu)）。1.3.4 催化劑助劑鈰（Ce）的引入大大改善了貴金屬催化劑的性能，Ce的作用表現(xiàn)在：（1）貯氧作用，Ce能在貧燃條件下儲(chǔ)存NOx分解出的氧氣，因此可加強(qiáng)NOx 還原為N2；在接下來的富燃條件下釋放儲(chǔ)存的氧，以供CO 和HC 氧化反應(yīng)。（2）提高了載體的熱穩(wěn)定性，促進(jìn)貴金屬的穩(wěn)定分散。（3）通過與貴金屬的相互作用，改善催化劑的性能。La主要作用是通過提高相變溫度而改善載體-AL2O3的熱穩(wěn)定性，起類似作用的還有Ba。La加入可增加Ce儲(chǔ)氧能力，當(dāng)La在Ce中的相對(duì)含量為25%時(shí)，Ce儲(chǔ)氧能力最大。Zr和Ba還是良好的穩(wěn)定劑。1.4 催化轉(zhuǎn)化器

22、的類型 （1）氧化型轉(zhuǎn)化器。氧化型轉(zhuǎn)化器中的貴金屬是鉑和鈀，它將CO和HC氧化成CO2和H2O。在僅有氧化型轉(zhuǎn)化器的汽車上，為了降低NOx排放，需要用EGR閥。為使氧化型轉(zhuǎn)化器很好工作，需要16:1左右的稀空燃比。在某些汽車中，二次空氣泵將空氣泵入氧化型轉(zhuǎn)化器，以使其很好工作。（2）三效轉(zhuǎn)化器。三效轉(zhuǎn)化器中的貴金屬是鉑和銠。鈀也用于某些三效轉(zhuǎn)化器中。為使三效轉(zhuǎn)化器很好工作，空燃比必須保持在化學(xué)計(jì)量比窗口中。三效轉(zhuǎn)化器氧化HC和CO并且還原NOx.（3）雙床式轉(zhuǎn)化器。在雙床式轉(zhuǎn)化器中第一床含有還原型催化劑，它可以將NOx還原成N2，CO和N2化合成氨（NH3）。氧化床位于轉(zhuǎn)化器的后面。二次空氣泵

23、將空氣泵入轉(zhuǎn)化器兩床之間。在氧化床中，CO和HC被氧化，同時(shí)NH3被燒掉。雙床式轉(zhuǎn)化器需要稍濃的空燃比，一般比化學(xué)計(jì)量比值大0.1。1.5 三元催化轉(zhuǎn)化器的工作原理催化轉(zhuǎn)化器溫度必須達(dá)到300左右，轉(zhuǎn)化器內(nèi)化學(xué)反應(yīng)才開始加速。這個(gè)溫度可以叫做轉(zhuǎn)化器起燃溫度，催化轉(zhuǎn)化器正常工作溫度為300900。如CO和HC通過氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)化成CO2和H2O，NOx通過還原反應(yīng)轉(zhuǎn)化成N2，從而達(dá)到消除有害氣體的目的。它們的化學(xué)反應(yīng)式如下：氧化反應(yīng)（氧化催化劑）：2CO+O2=2CO24HC+5O2=4CO2+2H2O還原反應(yīng)(還原催化劑)：2CO+2NO=2CO2+N24HC+10NO=4CO2+2H2O+5N2

24、裝有催化轉(zhuǎn)化器的汽車必須保證其空燃比很接近化學(xué)計(jì)量比值（14.7:1）。當(dāng)空燃比濃時(shí)，HC和CO排放量過高，轉(zhuǎn)化器效率降低。如果空燃比比化學(xué)計(jì)量比值稀，NOx排放增加，轉(zhuǎn)化效率也降低。如果空燃比保持在化學(xué)計(jì)量比值的0.3%以內(nèi)，催化轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化效率大約為90%。但當(dāng)空燃比在這個(gè)范圍之外時(shí)，轉(zhuǎn)化器效率將大幅度下降。 催化轉(zhuǎn)化器中的還原型催化劑將NOx還原成N2和O2。在氧化轉(zhuǎn)化器床中，氫和氧化合成H2O，一個(gè)碳原子與二個(gè)氧原子化合成CO2。 分布在氧化鋁中的非貴金屬，當(dāng)空燃比在化學(xué)計(jì)量比窗口的較稀一側(cè)時(shí)，很容易吸附O2。而當(dāng)空燃比變到化學(xué)計(jì)量比窗口的較濃一側(cè)時(shí)，非貴金屬又釋放所吸附的O2。非貴金屬

25、有助于提高熱穩(wěn)定性、防止收縮，維持貴金屬和氧化鋁的多微孔性。催化劑主要有如下5個(gè)參數(shù)：（1）主要成分即是貴金屬還是過渡金屬氧化物，另加微量稀土金屬氧化物。（2） 起燃溫度起燃溫度是指能夠使催化劑產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)的最低溫度，一般來說起燃溫度低對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工況有利。但隨著使用時(shí)間的延長，將發(fā)生老化現(xiàn)象，使起燃溫度逐漸升高。一般的催化劑起燃溫度為300左右。（3）凈化(轉(zhuǎn)化)率凈化率是指催化劑將CO、HC和NOx氣體轉(zhuǎn)化為CO2、H2O和N2氣體的比例, 一般CO、HC 轉(zhuǎn)化的比例高一些，能達(dá)到70%90%以上，NOx則為40%90% 左右。凈化率是催化劑的重要指標(biāo)，除了本身因素外，與發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火形式

26、有關(guān)。對(duì)于電噴閉環(huán)控制的發(fā)動(dòng)機(jī)，采用無鉛汽油，則轉(zhuǎn)化率較高，而采用化油器開環(huán)控制的發(fā)動(dòng)機(jī)，則轉(zhuǎn)化率較低，特別是NOx只能在40% 左右。同樣凈化率也存在老化問題,隨著使用時(shí)間的延長凈化率下降。（4）上限溫度上限溫度是指催化劑能夠正常工作所承受的最高溫度,一般能夠達(dá)到950以上。起燃溫度和上限溫度確定了催化劑正常工作溫度范圍。溫度范圍越大，催化劑性能越好。（5）空速特性空速特性是衡量催化劑轉(zhuǎn)化氣體量的能力，是催化劑的又一重要指標(biāo)。其定義是：在單位小時(shí)、單位立方米的催化劑轉(zhuǎn)化多少立方米氣體，一般在47萬立方米。2 三元催化轉(zhuǎn)化器的應(yīng)用2.1 影響三元催化轉(zhuǎn)化器的使用壽命和轉(zhuǎn)化效能的主要因素2.1.

27、1 燃油和潤滑油質(zhì)量的影響三元催化轉(zhuǎn)化器在使用過程中，某些有毒物質(zhì)吸附在催化劑表面或與活性組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起催化劑活性下降的現(xiàn)象稱為化學(xué)中毒。三元催化劑的化學(xué)中毒是三元催化轉(zhuǎn)化器的重要失效方式，引起催化劑中毒的外來物質(zhì)主要來自于燃油、潤滑油及其添加劑。中毒類型主要包括磷中毒、鉛中毒和硫中毒等。1.磷中毒磷中毒是催化劑化學(xué)中毒的主要形式。通常磷在潤滑油中的含量約為1.2g/L，是汽車尾氣中磷的主要來源。據(jù)估算汽車運(yùn)行80000km后,在催化劑上可沉積大約13g磷，其中的93%來源于潤滑油，其余來源于燃油。因?yàn)榱椎闹卸具^程為孔口中毒，所以當(dāng)其毒物前驅(qū)物如P2O5、H3PO4等通過孔擴(kuò)散及其與催化

28、劑活性位、載體等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后，形成沉積物易黏附在催化劑微孔入口處，引起活性位的覆蓋和堵塞，從而導(dǎo)致催化劑的起燃時(shí)間延長，污染物排放量大大增加。潤滑油中的磷會(huì)在活性氧化鋁涂層上形成一種非晶體狀或玻璃狀的磷鋅類物質(zhì)，覆蓋在包含催化劑活性組分的涂層微孔上，阻礙廢氣中反應(yīng)物分子的擴(kuò)散，當(dāng)催化劑中含0.4%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的磷時(shí)，催化劑活性就會(huì)大大下降。2.鉛中毒為增強(qiáng)汽油的抗爆性，在汽油中加入了四乙基鉛，鉛可形成致密的鉛化物，附著在催化劑表面，阻止氣體進(jìn)入催化劑微孔進(jìn)行催化反應(yīng)，導(dǎo)致催化劑無法發(fā)揮其應(yīng)有的性能，汽車排放量增加。無鉛汽油的使用使鉛中毒的危害有所降低。但在標(biāo)準(zhǔn)無鉛汽油中其實(shí)仍含有微量的鉛，它

29、以氧化鉛、氯化鉛或硫化鉛等形式存在。圖2.1 鉛對(duì)Pt/AL2O3催化劑活性的影響鉛在催化劑中的滯留量可高達(dá)13%30%，含0.4g/L的鉛對(duì)Pt/Al2O3催化劑HC轉(zhuǎn)化活性的影響如上圖所示。從圖中可知，鉛引起催化劑的HC轉(zhuǎn)化效率下降與溫度和作用時(shí)間有關(guān)。在750，50小時(shí)后HC的轉(zhuǎn)化率已降到65%。550，在100小時(shí)內(nèi)基本上保持在90%左右，250小時(shí)后才降到65%。在450，在150小時(shí)內(nèi)HC轉(zhuǎn)化率在95%左右。鉛在最初的50小時(shí)內(nèi)在催化劑上的積累速度較快為2.2g/h，而在150h內(nèi)積累速度有所下降為0.6g/h。據(jù)研究汽車尾氣三元催化轉(zhuǎn)化器的鉛中毒均為均勻中毒。鉛中毒嚴(yán)重影響了催化

30、劑的性能。3.硫中毒汽油餾分中的硫化物包括硫醇、硫醚等，燃油中的硫一般是難以避免的。硫化物燃燒后變成二氧化硫，二氧化硫與金屬氧化物(例如CeO2)反應(yīng)變成硫酸鹽，使CeO2喪失儲(chǔ)存氧、釋放氧的功能，空燃比大幅度偏離理論空燃比，轉(zhuǎn)化效率降低。在富氧條件下，二氧化硫變成硫化物，吸附在催化劑表面，阻礙HC、CO和NOx的吸附和反應(yīng)，導(dǎo)致催化劑起燃溫度升高，以及在穩(wěn)定工況下性能變差。二氧化硫還能抑制三元催化劑活性的發(fā)揮，在Pt、Pd和Rh等貴金屬催化劑中，Rh能更好地抵抗二氧化硫?qū)O還原的影響，而Pt受二氧化硫影響最大。表2.1 燃油含硫量對(duì)新三元催化轉(zhuǎn)化器（8000km）轉(zhuǎn)化效率的影響燃油含硫質(zhì)量

31、分?jǐn)?shù)（%）HC轉(zhuǎn)化效率（%）CO轉(zhuǎn)化效率（%）NOx轉(zhuǎn)化效率（%）0.010.0383.383.964.561.872.471.40.0981.456.267.6表2.2 燃油含硫量對(duì)舊三元催化轉(zhuǎn)化器（80000km）轉(zhuǎn)化效率的影響燃油含硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）HC轉(zhuǎn)化效率（%）CO轉(zhuǎn)化效率（%）NOx轉(zhuǎn)化效率（%）0.0180.351.066.60.0379.744.064.60.0976.944.062.8由表2.1和2.2可知，三元催化轉(zhuǎn)化器對(duì)HC、CO和NOx的平均轉(zhuǎn)化效率隨著燃料中的含硫量的增加而下降，所以燃油含硫量對(duì)車用三元催化轉(zhuǎn)化器的性能有著很大的影響，2.1.2 工作溫度的影響工作溫度

32、是影響三元催化轉(zhuǎn)化器使用壽命的主要因素之一，轉(zhuǎn)化器的最佳工作溫度在350700。三元催化轉(zhuǎn)化器長期在過高溫度環(huán)境下工作，導(dǎo)致三元催化劑或載體發(fā)生高溫老化，轉(zhuǎn)化效率降低。高溫條件下催化劑表面活性組分晶粒聚集長大、表面積減少而導(dǎo)致催化劑活性下降的現(xiàn)象，催化劑熱燒結(jié)是催化劑內(nèi)部晶粒物理的熱運(yùn)動(dòng)過程。當(dāng)排氣溫度超過850時(shí)，催化劑長期暴露在這種高溫環(huán)境中，催化劑的活性組分鉑、鈀和銠等貴金屬易揮發(fā)，其涂層易剝落，其晶粒及助劑氧化鈰的晶粒明顯增大。另外，當(dāng)毒物吸附在貴金屬催化劑表面時(shí)，由于化學(xué)吸附時(shí)的熱效應(yīng)，也會(huì)促進(jìn)貴金屬晶粒長大，引起貴金屬催化劑的燒結(jié)。載體氧化鋁長期處在高溫環(huán)境下也會(huì)發(fā)生相變，從表面積

33、較大的-Al2O3轉(zhuǎn)變?yōu)楸砻娣e較小的-Al2O3，從而加劇了貴金屬活性組分和助劑氧化飾晶粒的長大、燒結(jié)和聚集，使催化劑的比表面積急劇下降，催化劑喪失催化活性。高溫還會(huì)引起助劑氧化飾儲(chǔ)氧能力的降低。圖2.2描述了催化劑02吸附量隨溫度的變化情況，從圖中可以看出，隨著溫度的升高，儲(chǔ)氧量不斷下降，對(duì)有害污染物的凈化反應(yīng)造成不利影響。轉(zhuǎn)化器溫度圖2.2 催化劑O2吸附量隨溫度變化情況發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度過高和尾氣成分濃度過濃，是造成三元催化轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化溫度過高的主要原因。而環(huán)境溫度太低又會(huì)影響催化反應(yīng)效率。2.1.3 空然比對(duì)轉(zhuǎn)化效率的影響圖2.3所示為排放中有害氣體濃度隨空燃比變化的關(guān)系。有害氣體濃度 與燃燒

34、時(shí)空燃比有密切關(guān)系。圖中可以看出排氣中CO的濃度大致上取決于空燃比，當(dāng)混合氣較稀空燃比在16以上時(shí)，空燃比的變化對(duì)CO的影響不大。而當(dāng)空燃比小于16時(shí)，隨著空燃比的減小CO的濃度便急劇增加。HC排放主要取決與燃燒過程中未燃混合氣的多少，HC排放在空燃比為17時(shí)具有最佳值，空燃比偏離17時(shí)HC排放加大。發(fā)動(dòng)機(jī)排出的氮氧化物除少量NOx外大量是NO，其生成條件是高溫富氧，當(dāng)混合氣空燃比為15.5時(shí)NO濃度最高，空燃比增大或減小，NO濃度會(huì)逐漸降低。圖2.3 空然比與有害氣體濃度的關(guān)系 由以上分析可以看出CO、HC和NOx的排放隨空然比變化的規(guī)律也是不一致的有時(shí)是截然相反的。理想空然比的選擇還要考慮

35、轉(zhuǎn)化器的轉(zhuǎn)化特性。由圖2.4可知，根據(jù)三元催化轉(zhuǎn)化器特性，只有在空燃比達(dá)到14.7（=10.03%）時(shí)，也就是圖中的窗口區(qū)，廢氣才能以最高的轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)換為無害的氣體，過濃或過稀都會(huì)影響轉(zhuǎn)化效果。圖2.4 三元催化轉(zhuǎn)化器的空然比特性曲線2.1.4 點(diǎn)火正時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)化效率的影響對(duì)于現(xiàn)代汽車而言，最佳點(diǎn)火提前角不僅要保證發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性都達(dá)到最佳，還必須保持廢氣排放污染最小。最佳點(diǎn)火提前角時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性都達(dá)到最佳，而且尾氣排放濃度也符合催化轉(zhuǎn)換器工作要求。圖2.5 點(diǎn)火正時(shí)對(duì)尾氣排放影響的關(guān)系 推遲點(diǎn)火時(shí)刻HC的排放將減少，但需要指出的是，采用推遲點(diǎn)火的結(jié)果，雖然使排放污染物HC有

36、所下降，但這是靠犧牲燃油經(jīng)濟(jì)性換來的。點(diǎn)火提前角對(duì)CO的排放濃度影響不大，但點(diǎn)火過遲將引起CO排放量的增加。無論在任何轉(zhuǎn)速和負(fù)荷下。加大點(diǎn)火提前角，燃燒溫度升高 NOx的排放濃度隨之增加。點(diǎn)火正提前角誤差越大對(duì)尾氣排放影響越大，也就對(duì)三元催化轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化效率造成的影響越大。2.2 三元催化轉(zhuǎn)化器的選擇催化轉(zhuǎn)化器須與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配，就是將催化轉(zhuǎn)化器與發(fā)動(dòng)機(jī)的工況和性能進(jìn)行合理的搭配。根據(jù)催化劑工作的原理，要想得到理想的凈化效果，必須要有合適的溫度和適當(dāng)濃度的氧氣。溫度過低，達(dá)不到起燃溫度,催化劑不能進(jìn)行正常的氧化還原反應(yīng)，凈化效果不好。而長時(shí)間在上限或接近上限溫度下工作，不但會(huì)使凈化效果下降，而且大大

37、影響凈化器的壽命。發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣體太濃，雖對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和功率有好處，但尾氣中的氧濃度偏低，使催化劑氧化反應(yīng)不足，轉(zhuǎn)化CO、HC效果不好?；旌蠚怏w太稀，雖尾氣中的氧量增加，有利于凈化，但要影響發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。1.發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和排量不同，所選擇的三元催化轉(zhuǎn)化器由差別。渦輪增壓和發(fā)動(dòng)機(jī)排量都對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)最大尾氣排氣氣流有很大影響，基于催化轉(zhuǎn)化器的空速特性帶渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)和排量大的發(fā)動(dòng)機(jī)，應(yīng)該使用空速特性符合要求的催化轉(zhuǎn)化器。2.對(duì)于沒有安裝廢氣再循環(huán)（EGR）系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)要特別注意。廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的作用是在發(fā)動(dòng)機(jī)某些工況時(shí)，使一部分尾氣再進(jìn)入氣缸中燃燒，以降低氣缸燃燒溫度，從而減少氮氧化物的產(chǎn)生。所以沒有廢

38、氣再循環(huán)系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)就需要三元催化轉(zhuǎn)化器對(duì)氮氧化物有更高的還原效率。3.車載診斷系統(tǒng)（OBDII）可以監(jiān)測(cè)催化轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化性能。OBDII 系統(tǒng)沒有能力來測(cè)量一氧化碳，碳?xì)浠衔锖偷趸?。系統(tǒng)使用氧傳感器來測(cè)量催化轉(zhuǎn)化之前和之后的氧氣含量。一個(gè)正常工作的催化轉(zhuǎn)化器在氧化CO和HC的同時(shí)將消耗大量氧氣。OBDII系統(tǒng)監(jiān)測(cè)前后氧傳感器測(cè)出氧含量差異值來檢測(cè)催化轉(zhuǎn)化器是否正常工作。鈰可以吸收并釋放氧氣，鈰的氧儲(chǔ)藏對(duì)通過OBDII 對(duì)催化轉(zhuǎn)化器性能監(jiān)測(cè)是非常重要的。所以裝在有OBDII系統(tǒng)的車輛必須安裝專門為這種車輛設(shè)計(jì)的并含有鈰的三元催化轉(zhuǎn)化器是非常重要的。 4. 帶有二次空氣注入技術(shù)的車輛更需要特

39、別注意。如果被注入的空氣重新向上進(jìn)入三元催化轉(zhuǎn)化器的前部,這將會(huì)大大地降低NOx的還原效率。三元催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)的空氣注入噴嘴一眼看過去是看不到的，它必須被專門設(shè)計(jì)以減少空氣重新進(jìn)入催化轉(zhuǎn)化器的前部。三元催化轉(zhuǎn)化器的結(jié)構(gòu)也必須保證尾氣的流量來避免這個(gè)影響。2.3 三元催化轉(zhuǎn)化器的正確使用 在現(xiàn)代汽車上三元催化轉(zhuǎn)化器屬于比較重要的部件，而且價(jià)格也不便宜。如果使用得當(dāng)，三元催化轉(zhuǎn)化器有十多萬公里的使用壽命，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化器不能正常使用或早期損壞，與駕駛員的操作、日常維護(hù)保養(yǎng)有很大關(guān)系。所以我們?cè)谲囕v使用和維護(hù)過程中應(yīng)注意一些問題，保持轉(zhuǎn)化器良好的工作性能，避免催化轉(zhuǎn)化器早期失效損壞，盡量延長其使用壽命。2.

40、3.1 正確使用潤滑油 首先，必須按規(guī)定選用合適的機(jī)油，一般使用手冊(cè)都有廠家規(guī)定的應(yīng)使用機(jī)油的級(jí)別，高于規(guī)定級(jí)別的機(jī)油都可以用，低于規(guī)定級(jí)別的機(jī)油千萬不能使用，并且不同的機(jī)油不能混加。對(duì)各種添加劑的使用一定要慎重，因?yàn)橛行C(jī)油和添加劑中的硫、鋅、磷等元素，易與催化劑活性材料產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)使其發(fā)生質(zhì)變，或覆蓋在催化劑表面，造成催化劑轉(zhuǎn)化效率下降甚至完全失效，即所謂三元催化轉(zhuǎn)化器中毒。其次，要經(jīng)常注意機(jī)油的消耗量，防止氣缸竄機(jī)油。因?yàn)闄C(jī)油上竄燃燒將導(dǎo)致催化劑表面被結(jié)焦覆蓋，甚至通孔被堵塞，使三元催化轉(zhuǎn)化器喪失工作能力，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性明顯降低。2.3.2 使用高品質(zhì)的無鉛汽油裝有催化轉(zhuǎn)化器

41、的汽油車對(duì)汽油品質(zhì)要求比較高，必須使用高標(biāo)號(hào)無鉛汽油。因?yàn)閺U氣中鉛、硫化物會(huì)沉積在催化劑表面上，造成催化劑中毒失效，同時(shí)鉛還會(huì)導(dǎo)致氧傳感器的中毒和損壞。試驗(yàn)表明：當(dāng)每升汽油中的含鉛量超過5mg時(shí)就會(huì)導(dǎo)致催化劑的“鉛中毒”，而且這種中毒是不可逆的。經(jīng)驗(yàn)表明，只要一箱含鉛汽油就會(huì)使一個(gè)新的三元催化轉(zhuǎn)化器完全失效。表2.3 國3排放法規(guī)對(duì)汽油品質(zhì)的要求參數(shù)國2國3主要影響蒸氣壓（夏季）kPa70 max60 max蒸發(fā)排放硫含量mg/kg500 max150 max排放控制系統(tǒng)失效苯含量% v/v5.0 max1.0 max空氣質(zhì)量，公眾健康芳烴含量% v/vn/a42燃燒室沉積物，苯排烯烴含量%

42、v/vn/a18沉積物的生成MMTmg/kg無無排放控制系統(tǒng)失效 雖然幾年前我國已開始全面使用無鉛汽油，并禁止銷售含鉛汽油，但邊遠(yuǎn)地區(qū)難免有死角，因此車輛遠(yuǎn)離城市加油時(shí)尤其要注意。使用乙醇汽油的地區(qū)的車輛比使用普通汽油的車輛更容易發(fā)生三元催化轉(zhuǎn)化器中毒失效、堵塞的問題。車輛使用乙醇汽油一段時(shí)間后容易出現(xiàn)汽車油耗增加、怠速不良、發(fā)動(dòng)機(jī)加速無力提速困難、動(dòng)力下降，甚至起動(dòng)困難的故障。導(dǎo)致上述故障的原因基本相同，最主要的就是三元催化轉(zhuǎn)化器臟堵。通常經(jīng)過清洗或疏通三元催化器即可排除故障，恢復(fù)正常的油耗、動(dòng)力。2.3.3 保持發(fā)動(dòng)機(jī)良好的工作狀態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)必須保持良好，特別是供油系統(tǒng)和點(diǎn)火系統(tǒng)必須正

43、常工作。要定期檢查、清洗噴油嘴消除結(jié)碳，以防噴油嘴滴油、霧化不良、噴油不均、混合氣過濃；點(diǎn)火正時(shí)必須精確不宜過早或過遲，如點(diǎn)火時(shí)間過遲易造成燃燒不良和高溫等。保證各缸火花塞工作良好，并避免點(diǎn)火順序錯(cuò)亂、斷火等，以免造成排氣溫度過高。如果發(fā)動(dòng)機(jī)存在混合氣燃燒不完全、爆燃及失火等現(xiàn)象，會(huì)造成大量未燃混合氣和碳?xì)浠衔镞M(jìn)入三元催化轉(zhuǎn)化器中燃燒，在持續(xù)高溫（超過1000）下，催化劑的涂層組織會(huì)發(fā)生由、或相AL2O3向相AL2O3的轉(zhuǎn)變，造成轉(zhuǎn)化效率明顯降低直至失效。2.3.4 發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)必須正常對(duì)于電噴發(fā)動(dòng)機(jī)，只有確保電控系統(tǒng)各部分元件正常工作，才能實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元實(shí)施精確控制。以氧傳感器為例，

44、它用于監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中的含氧量，產(chǎn)生一個(gè)與其相關(guān)聯(lián)的電信號(hào)送到控制單元，控制單元?jiǎng)t根據(jù)該信號(hào)實(shí)施閉環(huán)控制，確定噴油量，將空然比盡可能控制在化學(xué)計(jì)量比值（14.7:1）附近，此時(shí)三元催化轉(zhuǎn)化器的轉(zhuǎn)化效率從能最高。所以在實(shí)際工作中，應(yīng)經(jīng)常檢查電控系統(tǒng)各部分元件的性能，一旦發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)修復(fù)或更換。2.3.5 保持發(fā)動(dòng)機(jī)最佳工作溫度三元催化轉(zhuǎn)化器降低CO、HC和NOx這三種有害氣體，是通過催化使其氧化和還原實(shí)現(xiàn)的。三元催化器開始起作用的溫度大約在300左右，最佳工作溫度為400800，而超過1000后作為催化劑中貴重金屬自身也會(huì)產(chǎn)生化學(xué)變化，從而使催化器內(nèi)的有效催化劑成分降低，使催化作用減弱。發(fā)動(dòng)機(jī)

45、溫度過高或過低都不利于催化器發(fā)揮最有效的作用，保持發(fā)動(dòng)機(jī)最佳工作溫度是保證催化器最佳工作溫度的有效措施。影響發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度的因素很多，除本身工況外還有冷卻液水位、節(jié)溫器、空調(diào)、電子風(fēng)扇、冷卻水箱以及自動(dòng)變速器等。所以在車輛使用中要經(jīng)常觀察發(fā)動(dòng)機(jī)的水溫表，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)應(yīng)及時(shí)查找原因。2.3.6 怠速時(shí)間不宜過長汽車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)，為了在一個(gè)相對(duì)較低的轉(zhuǎn)速下平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，會(huì)增加噴油量。而此時(shí)總的噴油量多于發(fā)動(dòng)機(jī)此轉(zhuǎn)速下理論上所需要的油量，所以發(fā)動(dòng)機(jī)一直在偏濃的狀態(tài)下工作。并且此時(shí)混合氣燃燒也不充分，增加了催化轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化的負(fù)擔(dān)。2.3.7 車輛行駛中防止底盤碰擦 由于三元催化轉(zhuǎn)化器大多數(shù)內(nèi)部都是蜂窩狀陶器形

46、成的催化劑載體，碰撞后容易破碎，使催化轉(zhuǎn)化器失效和排氣系統(tǒng)堵塞。在不平路面時(shí)先要觀察可否通過，即使能通過也應(yīng)緩慢行駛。2.3.8 三元催化轉(zhuǎn)化器的安裝應(yīng)良好首先，要經(jīng)常檢查三元催化轉(zhuǎn)化器的安裝是否牢靠。因?yàn)槿呋D(zhuǎn)化器中的陶瓷載體耐機(jī)械沖擊和熱沖擊的能力較差，如果安裝不牢固造成振動(dòng)，陶瓷載體易破碎，不僅不能發(fā)揮轉(zhuǎn)化的作用，而且會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)性能變壞。其次，應(yīng)確保三元催化轉(zhuǎn)化器與排氣管之間的密封。對(duì)于三元催化轉(zhuǎn)化器而言，如果殼體漏氣，使轉(zhuǎn)化效率明顯降低。同時(shí)由于部分廢氣未經(jīng)三元催化轉(zhuǎn)化器凈化而直接泄露，對(duì)大氣環(huán)境造成嚴(yán)重污染。3 三元催化轉(zhuǎn)化器的檢測(cè)三元催化轉(zhuǎn)化器的故障主要有轉(zhuǎn)換效率降低、失效及阻

47、塞等，有的故障現(xiàn)象和發(fā)動(dòng)機(jī)其他故障相比并不太明顯，但造成的后果卻非常嚴(yán)重，尤其是對(duì)大氣環(huán)境的破壞，所以在實(shí)際使用操作中必須經(jīng)常或定期進(jìn)行檢查。對(duì)于不同的故障可以采用不同的檢測(cè)方法。表3.1 三元催化轉(zhuǎn)化器檢測(cè)方法三元催化轉(zhuǎn)化器故障檢測(cè)方法儀器機(jī)械故障簡(jiǎn)單人工觀察檢查轉(zhuǎn)化器堵塞真空測(cè)量真空測(cè)量?jī)x排氣背壓檢測(cè)氣壓表轉(zhuǎn)化效率轉(zhuǎn)化器出入口溫差檢測(cè)紅外測(cè)溫計(jì)前后氧傳感器信號(hào)波形分析車用示波器怠速試驗(yàn)法和高怠速試驗(yàn)法尾氣分析儀上表列出了一些簡(jiǎn)單而又可靠的三元催化轉(zhuǎn)化器檢測(cè)方法，非常適合在汽車故障維修檢測(cè)時(shí)使用。它們所有的儀器比較簡(jiǎn)單也比較常見，而且操作比較簡(jiǎn)單容易，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性也比較高，是非常實(shí)用的一些

48、方法。另外還有一些檢測(cè)方法，如進(jìn)氣管碳?xì)浠衔锖糠治鰴z測(cè)法，可以用來檢測(cè)催化轉(zhuǎn)化器的堵塞，三元催化轉(zhuǎn)化器前后廢氣成分含量比較法等可以用來判斷催化轉(zhuǎn)化器的轉(zhuǎn)化性能。下面對(duì)幾種檢測(cè)方法作簡(jiǎn)要闡述，并通過描述幾例汽車維修工作中的實(shí)例加以說明。3.1 三元催化轉(zhuǎn)化器機(jī)械損傷檢查通過簡(jiǎn)單人工觀察檢查外部可以判斷三效催化轉(zhuǎn)化器是否受到過機(jī)械損傷和發(fā)生過過熱狀態(tài)。觀察三效催化轉(zhuǎn)化器表面有無損傷。如其表面有刮擦、凹痕或裂紋等，則說明三效催化轉(zhuǎn)化器受到過損傷，還有各部位連接是否牢固，各類導(dǎo)管是否有泄露等。當(dāng)排氣系統(tǒng)的吊架損壞或吊掛不正確，三效催化轉(zhuǎn)化器受到高強(qiáng)度的垂直振動(dòng)時(shí)，其殼體或連接處會(huì)因過度的振動(dòng)而破裂

49、。如三效催化轉(zhuǎn)化器外殼上有嚴(yán)重的褪色斑點(diǎn)或有青色與紫色的斑痕，或在其防護(hù)罩的中央有明顯的暗灰色斑點(diǎn)，則說明三效催化轉(zhuǎn)化器曾因某種原因而發(fā)生過過熱狀態(tài)，需對(duì)它作進(jìn)一步檢查。另外，三效催化轉(zhuǎn)化器殼體還存在由外到內(nèi)的腐蝕對(duì)于使用時(shí)間較長的三效催化轉(zhuǎn)化器，可采用聽其發(fā)出噪聲的方法進(jìn)行故障診斷。（1）“喀喀”、“嘩啦”聲。這種類型的噪聲產(chǎn)生的原因有：三元催化轉(zhuǎn)化器附件（如隔熱罩）的松動(dòng)，三元催化轉(zhuǎn)化器與車身部件的接觸，三元催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)部元件（如載體）損壞并在其內(nèi)部移動(dòng)。這類噪聲通常隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速而變化。用橡皮錘輕輕敲擊三元催化轉(zhuǎn)化器外殼，若聽到“嘩啦”、“嘩啦”掉東西的聲響，說明其內(nèi)部催化器物質(zhì)剝落或陶瓷

50、蜂窩狀載體破碎。（2）“嘯叫”聲。外殼和隔熱罩的嘯叫聲可由結(jié)構(gòu)上的共振激勵(lì)引起，不帶孔的下隔熱罩通常比帶孔的更易發(fā)生噪聲。（3）“乒乓”聲。在冷卻過程中，由于排氣系統(tǒng)零部件的熱脹冷縮，導(dǎo)致配合零部件間的相互運(yùn)動(dòng)。采用柔性的接口和在相互滑動(dòng)表面間使用網(wǎng)格型襯墊，可減少因熱脹冷縮而產(chǎn)生的噪聲。一輛桑塔那時(shí)代超人轎車，在不平路面上行駛時(shí)其底盤突然受到碰擦，不久發(fā)動(dòng)機(jī)便加速不良，且在緩慢熄火后，再也無法啟動(dòng)。檢查表明，發(fā)動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)有明顯的著火征兆（有“突突”聲），但就是不能起動(dòng)。用解碼器讀取故障代碼時(shí)未讀得故障代碼。檢測(cè)燃油系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、氣缸壓力、點(diǎn)火正時(shí)及電控系統(tǒng)的傳感器和執(zhí)行器均正常?？紤]到底

51、盤曾受到過碰擦，懷疑三元催化轉(zhuǎn)化器受損，所以用舉升機(jī)舉升起轎車進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)三元催化轉(zhuǎn)化器表面有嚴(yán)重的刮擦凹痕；晃動(dòng)三元催化轉(zhuǎn)化器時(shí)能聽到其內(nèi)部有物體移動(dòng)的聲音，顯然催化劑載體已破碎。對(duì)三效催化轉(zhuǎn)化器的拆檢證實(shí)了這一點(diǎn)。催化劑載體的碎屑堵塞了其氣道，以致發(fā)動(dòng)機(jī)排氣不暢且發(fā)動(dòng)機(jī)在緩慢熄火后無法起動(dòng)。更換三元催化轉(zhuǎn)化器后故障排除。另一輛寶來1.8轎車，駕駛員反映車輛加速時(shí)發(fā)出非常明顯的異常響聲，而怠速和高速時(shí)聲音正常。經(jīng)試車發(fā)現(xiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在1300r/min2500r/min左右時(shí)發(fā)出“轟轟”的噪音，其它轉(zhuǎn)速時(shí)沒有，但是發(fā)動(dòng)機(jī)非常有力。仔細(xì)辨認(rèn)，感覺像是底盤某個(gè)地方松動(dòng)，在發(fā)動(dòng)機(jī)加速時(shí)產(chǎn)生共振而

52、發(fā)出的異響。用舉升機(jī)架起車輛仔細(xì)檢查，沒有發(fā)現(xiàn)異常松動(dòng)。偶然晃動(dòng)了一下排氣管，聽到了很悶的“當(dāng)當(dāng)”聲，再認(rèn)真辨認(rèn)，上下推動(dòng)排氣管，確認(rèn)是三元催化轉(zhuǎn)化器里面發(fā)出的聲音。拆下割開轉(zhuǎn)化器后發(fā)現(xiàn)，催化劑蜂窩狀載體很完整沒有堵塞，但和殼體之間已經(jīng)完全松脫，里面固定用的襯墊材料全部沒有了。分析，由于一直處在高溫和振動(dòng)的情況下，里面的襯墊材料破碎后慢慢排到了消聲器或大氣中。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在1300r/min2500r/min左右時(shí)，排氣壓力推動(dòng)催化劑載體撞擊轉(zhuǎn)化器出口，由于排氣壓力脈沖波動(dòng)，于是就推動(dòng)催化劑載體來回撞擊轉(zhuǎn)化器出口而發(fā)出聲音。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于1300r/min時(shí)，排氣壓力推不動(dòng)催化劑載體，轉(zhuǎn)速高于2

53、500r/min時(shí)，排氣壓力又把催化劑載體頂在了轉(zhuǎn)化器出口，回不過來，都不發(fā)生撞擊所以就沒有聲音了。裝上新的三元催化轉(zhuǎn)化器后試車聲音消失。3.2 三元催化轉(zhuǎn)化器堵塞測(cè)試3.2.1 三元催化轉(zhuǎn)化器堵塞3.2.1.1 三元催化轉(zhuǎn)化器堵塞引起發(fā)動(dòng)機(jī)的一些故障現(xiàn)象（1）發(fā)動(dòng)機(jī)有油、有火，但是無法啟動(dòng)。（2）加速不良，沒有高速。（3）加速時(shí)進(jìn)氣管“回火”，急加速熄火。（4）進(jìn)氣管向外冒白煙。（5）沒有超速擋（排氣背壓過高會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)加速不良，好像沒有超速擋，所以有時(shí)會(huì)誤認(rèn)為是自動(dòng)變速器的故障）。（6）用故障診斷儀檢測(cè)電控系統(tǒng)，一般沒有故障代碼。若讀取數(shù)流，往往有多項(xiàng)數(shù)據(jù)不正常。有的汽車低速行駛時(shí)聳車，減

54、速后再加速聳車更加明顯，更換點(diǎn)火線圈高壓線、火花塞、電控單元都不見好轉(zhuǎn)，這就要考慮排氣背壓是否過高了。這種情況與加速不暢、車速提不起來、急加速時(shí)回火甚至熄火相比較，只是三元催化轉(zhuǎn)化器堵塞的程度不同而已?？傊?，若三元催化轉(zhuǎn)化器堵塞后排氣背壓過高，會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)困難、怠速不良、加速無力、轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定、點(diǎn)火調(diào)節(jié)失控等故障現(xiàn)象。3.2.1.2 三元催化轉(zhuǎn)化器堵塞造成發(fā)動(dòng)機(jī)諸多故障的機(jī)理 （1）由于發(fā)動(dòng)機(jī)排氣背壓過高，汽缸內(nèi)混合氣燃燒后生成的廢氣難以排出，廢氣只能返流，導(dǎo)致真空管路堵塞，使熱線熱膜式空氣流量傳感器、進(jìn)氣壓力傳感器、怠速空氣閥以及節(jié)氣門等被污染和運(yùn)動(dòng)件卡滯，并使怠速時(shí)節(jié)氣門的開啟角度過大，

55、引起混合氣過稀。（2）由于廢氣排放不充分，廢氣回流到進(jìn)氣歧管使進(jìn)氣管真空度降低，因而導(dǎo)致進(jìn)氣管“回火”。這還會(huì)使燃油壓力調(diào)節(jié)器里的真空度不正常，造成燃油壓力過高。（3）進(jìn)氣管真空度降低造成新鮮混合氣不能被順利吸入，影響汽缸的充氣量。同時(shí)由于廢氣的稀釋作用使混合氣相對(duì)稀薄，造成發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降。（4）對(duì)于廢氣渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，其工作原理是基于汽缸內(nèi)的廢氣在排出前具有相當(dāng)大的壓力能，從排氣門排出后再進(jìn)入渦輪增壓器，壓力能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，驅(qū)動(dòng)渦輪增壓器高速旋轉(zhuǎn)。廢氣的流速越快，其驅(qū)動(dòng)能力就越強(qiáng)。如果廢氣在排氣管內(nèi)積聚，排氣背壓升高，汽缸內(nèi)外的廢氣壓力差減小，氣流速度就會(huì)降低，渦輪增壓能力必然下降。（5）三元

56、催化轉(zhuǎn)化器堵塞基本上屬于機(jī)械性故障，所以電控系統(tǒng)不記錄故障代碼。3.2.1.3 三元催化轉(zhuǎn)化堵塞原因一般行駛了12萬km以上的汽車，其三元催化轉(zhuǎn)化器都會(huì)有不同程度的堵塞。引起三元催化轉(zhuǎn)化器堵塞的原因是多方面的，其中一個(gè)重要原因是燃油和潤滑油的質(zhì)量不高。發(fā)達(dá)國家的無鉛汽油不僅辛烷值高、抗爆性好，而且含硫和含磷量極低，還有行車途中很少出現(xiàn)長時(shí)間堵車，對(duì)氧傳感器和三元催化轉(zhuǎn)化器造成的污染較低。因此在發(fā)達(dá)國家很少聽說汽車三元催化轉(zhuǎn)化器堵塞的。催化劑載體的破碎剝落和油污的堆積都也會(huì)阻塞三效催化轉(zhuǎn)化器中的氣道，使排氣阻力增大，造成較大的壓力損失。表3.2 三元催化轉(zhuǎn)化器堵塞原因分析堵塞原因后果處理辦法燃油

57、和潤滑油品質(zhì)差不可逆轉(zhuǎn)更換乙醇汽油可逆轉(zhuǎn)清洗高溫?zé)Y(jié)不可逆轉(zhuǎn)更換催化劑載體破碎剝落不可逆轉(zhuǎn)更換油污積碳可逆轉(zhuǎn)清洗3.2.2 真空測(cè)量法利用真空表測(cè)量進(jìn)氣歧管的真空壓力檢測(cè)進(jìn)氣歧管的真空度：在正常情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，若拔下進(jìn)氣管上一根真空管，應(yīng)該感覺吸力很大，若吸力很小，則排氣系統(tǒng)可能有堵塞。這是因?yàn)?，若排氣管時(shí)通時(shí)堵，則排氣時(shí)的反壓力增大，會(huì)使進(jìn)氣管的真空度降低。為了準(zhǔn)確測(cè)量，可以用真空表軟管連接到進(jìn)氣歧管真空管接口上，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后使發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)觀察真空表讀數(shù)的變化情況。表3.3 發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣岐管真空度分析運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)真空表讀數(shù)(kPa)故障原因怠速5470正常怠速4045進(jìn)氣岐管或真空管漏氣怠速比正常低323氣門密封不良或正時(shí)錯(cuò)位怠速0左右擺動(dòng)排氣系統(tǒng)堵塞2000r/min時(shí)迅速關(guān)閉節(jié)氣門下降517活塞環(huán)漏氣、缸內(nèi)壓力低2000