化學反應與汽車養護關系探析

◆文/貴州 李民和

一、化學反應在汽車上的應用及保養注意事項

1.化學燃燒

(1)燃燒原理

汽車行駛需要的動力來源于各種形式能量的轉化，目前汽車普遍采用的還是內燃機發動機，主要燃料有傳統的汽油、柴油，也有“綠色”燃料，如天然氣、沼氣或酒精。內燃機發動機就是依靠這些可燃物的化學能經過燃燒后產生熱能，再將熱能轉化為動能。

燃燒是一種發光發熱的劇烈化學反應，通常講的燃燒一般必須三個條件并存才能發生，即可燃物如燃料，助燃物如氧氣，著火點即溫度要達到燃點，三者缺一不可。

(2)燃燒不充分的后果

熱能轉化成動能的高低，很重要的一個因素就是燃燒質量的好壞。燃燒質量關系到汽車發動機動力性能的強弱以及燃油經濟性的好壞。理論上，汽油機的空燃比為14.7∶1，柴油機的空燃比為14.5∶1。

碳氫烴類化合物的燃料(如汽油、柴油等)完全燃燒的主要產物是CO2和H2O，不完全燃燒還會產生CO和HC化合物。燃燒不完全在汽車上還會引起“后燃”(俗稱“放炮”)，使排氣管升溫而加速三元催化轉化器的損壞。

(3)車輛保養與維護注意事項

根據燃燒原理分析，要想汽車動力性強、經濟性良好而且降低排放、減少污染，那么平常就要做好車輛的保養與維護工作。添加燃料時盡量選擇正規加油站，并加注高純度燃料；根據規定里程適時更換燃油濾清器，定期清洗噴油器；清除火花塞積炭，嚴格按照維修手冊規定的里程更換火花塞；經常清潔空氣濾清器，確保進氣清潔，提高空氣流速，加大進氣量；加強空氣流量計和進排氣相關傳感器的檢測和維護，確保它們正常工作等。

2.三元催化轉化器

隨著環境保護要求的越來越高，現在大多數汽車都安裝了廢氣催化轉化器以及氧傳感器裝置。

(1)三元催化轉化器的工作原理

三元催化轉化器是安裝在汽車排氣系統中最重要的機外凈化裝置，發動機通過排氣管排氣時，CO、NOX和HC化合物三種有害氣體通過三元催化轉化器中的催化劑增強了活性，進行氧化還原反應。其中CO在高溫下氧化成無色、無毒的CO2；HC化合物在高溫下氧化成H2O和CO2；NOX還原成N2和O2，即把發動機尾氣中的三種有害氣體轉化成無害的CO2、H2O和N2，使整車排氣得以凈化。

在三元催化轉化器中的催化劑大都含有鉑、鍺等貴金屬或稀土元素，在正常情況下，使用壽命為5萬公里以上。由于三元催化轉化器的工作要求比較嚴格，如果使用不當，那么則會造成催化轉化器早期失效層損壞。

(2)三元催化轉化器早期失效的原因

①溫度過高

常溫下三元催化轉化器不具備催化功能，其催化劑必須加熱到一定溫度才具有氧化或還原功能。通常三元催化轉化器的起燃溫度在250～350℃，正常工作溫度一般在350～700℃。當溫度超過850℃時，其內涂層的催化劑很可能會脫落，載體便會碎裂。

②慢性中毒

催化劑對硫、鉛、磷、鋅等元素非常敏感，硫和鉛來自汽油，磷和鋅來自潤滑油，這四種物質及它們在發動機中燃燒后形成的氧化物顆粒易被吸附在催化劑表面，使催化劑無法與廢氣接觸，從而失去了催化作用，即所謂的“中毒”現象。

③表面積炭

當汽車長期在低溫狀態工作時，三元催化轉化器無法正常工作，發動機排出的炭煙會附著在催化劑的表面，造成催化劑無法與CO和HC化合物接觸，長期下來，便使載體的孔隙堵塞，影響其轉化效能。

④排氣惡化

三元催化轉化器對污染物的轉化能力有一定的限度，因此必須通過機內凈化技術將原始排氣量降到最低。如果排放的廢氣污染物各成分的濃度總量過大，如混合汽偏濃等，就會影響三元催化器的催化轉化功能，降低其轉化效率。此外，由于廢氣中有大量的HC化合物和CO進入催化反應器，因此會在其中產生過度的氧化反應，氧化反應產生大量的熱量，溫度過高將使三元催化轉化器損壞。

⑤氧傳感器失效

為使廢氣催化率達到最佳狀態，必須在發動機排氣管中安裝氧傳感器并實現閉環控制，其工作原理是氧傳感器將測得廢氣中氧的濃度，轉換成電信號后發送給ECU，使發動機的空燃比控制在一個狹小而接近理想區域(14.7∶1)的范圍內。空燃比大時，雖然CO和HC化合物的轉化率略有提高，但NOx的轉化率急劇下降，因此必須保證最佳的空燃比。而實現最佳的空燃比，關鍵是要保證氧傳感器正常工作，如果燃油中含鉛、硅就會造成氧傳感器“中毒”。此外，使用不當還會造成氧傳感器積炭、陶瓷碎裂、加熱器電阻絲燒斷、內部線路斷脫等故障。氧傳感器的失效會導致空燃比失準，排氣狀況惡化，催化轉化器效率降低，長時間如此會使催化轉化器的使用壽命降低。

(3)保養與維護時應注意的問題

鑒于三元催化轉化器早期失效的原因，汽車使用與保養時應注意以下事項：①帶三元催化轉化器的汽車必須使用無鉛汽油。②勿長時間(超過10min)怠速運轉，怠速時間延長發動機會產生比正常行駛速度更多的熱量。③勿讓發動機轉速忽快忽慢。④點火時間勿太遲，并避免點火次序錯亂。⑤當發動機啟動困難時，連續啟動時間最多不要超過60s。⑥檢查發動機各缸工作情況時，最好用示波器而不用短路法或從運轉著的發動機上卸下火花塞導線的方法。⑦測量汽缸壓力時，要拔下燃油泵的中控接頭，停止噴油器向汽缸內噴油。⑧行駛中的車輛切勿切斷點火開關。⑨發現有汽缸工作不良時，應及時停車檢查、排除故障。⑩避免混合汽偏濃的諸多因素，如噴油器關閉不嚴、燃油壓力調節器失效(油壓過高)、氧傳感器失效、空氣流量傳感器失效等。

3.輪胎填充N2

現在的汽車對安全性要求很高，N2在輪胎上的應用已經有將近20年的歷史。近年來，歐盟范圍內已經強制汽車輪胎必須填充N2，我國也在逐步推廣應用。

由于一般輪胎充氣使用的都是壓縮空氣，其內含有水分、油分，結合空氣中的氧氣會對輪胎產生氧化作用，加速輪胎的老化和鋼圈的腐蝕，導致氣嘴漏氣和輪胎滲氣，造成胎壓不穩。N2為惰性氣體，化學性質不活潑，氣體分子比氧氣分子大，不易熱脹冷縮，變形幅度小，其滲透輪胎胎壁的速度比空氣慢30%～40%，能保持胎壓的穩定，同時還可以降低行駛噪音、減少爆胎、延長輪胎使用壽命、降低油耗。

基于以上優點，為了提高行車安全性和舒適性，提高燃油經濟性，降低噪音且延長輪胎的使用壽命，對汽車輪胎養護加氣時，最好選用N2。

4.汽車蓄電池

(1)蓄電池工作原理

汽車有兩個電源，一個是蓄電池，另一個是發電機。蓄電池是化學能轉化為電能的裝置，它的主要用途是發動機啟動時向啟動系統、點火系統、電子燃油噴射系統和汽車的其他電器設備供電。目前汽車通用的鉛酸蓄電池是用填滿海綿狀鉛的鉛極板作負極，填滿二氧化鉛的鉛極板作正極，并用稀硫酸作電解質。在充電時，電能轉化為化學能，放電時化學能又轉化為電能。電池在放電時金屬鉛是負極，發生氧化反應，被氧化為硫酸鉛；二氧化鉛是正極，發生還原反應，被還原為硫酸鉛。電池在用直流電充電時，兩極分別生成鉛和二氧化鉛。移去直流電源后，鉛又恢復到放電前的狀態，組成化學電池，單格電池的電壓是2V。汽車上用的鉛酸蓄電池通常把6個單格電池串聯成12V的電池組。鉛酸蓄電池在使用一段時間后要補充蒸餾水，使電解質密度保持在1.28±0.01g/ml。其化學反應方程式如下：

負極材料：Pb，正極材料：PbO2，電解質溶液：H2SO4。

①放電過程

負極：Pb-2e-+SO42-=PbSO4

正極：PbO2+2e-+SO42-+4H+=PbSO4+2H2O

總反應：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O

②充電過程

負極：PbSO4+2e-=Pb+SO42-

正極：PbSO4-2e-+2H2O=PbO2+4H++SO42-

總反應：2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4

汽車蓄電池工作原理總反應化學方程式：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O，此反應為可逆反應，前者向后者反應為放電反應，后者向前者反應為充電反應。

(2)汽車蓄電池的維護與保養

根據蓄電池的工作原理，日常養護時，每格電池電解液液面高度應始終保持在最大和最小之間，每月檢查一次，并視液面下降情況適當補充蒸餾水(純水)，切勿加酸，隨時保持密度在1.28±0.01g/ml。當電池的電壓不足且燈光暗淡、啟動無力時，應及時進行車外充電。要防止蓄電池充電過多或長期虧電，充電過多會使活性物質脫落，虧電會使極板硫化，要保證調節器電壓不能過高或過低。使用過程中，應經常檢查排氣孔是否暢通，以防電池變形或爆裂。防止蓄電池長時間大電流放電，每次使用啟動時間不能超過5s，兩次連續啟動時間間隔要超過15s。經常檢查蓄電池連接線是否牢固，電池極樁產生的氧化物、硫酸鹽必須刮凈，并涂抹凡士林，以防再受銹蝕。經常清除蓄電池蓋上的灰塵污物及溢出的電解液，保持蓄電池清潔干燥，防止自放電。

5.汽車安全氣囊

(1)安全氣囊爆炸的化學反應原理

汽車安全氣囊內有疊氮化鈉(NaN3)和硝酸銨(NH4NO3)等物質。當汽車在高速行駛中受到猛烈撞擊時，這些物質會迅速發生分解反應，產生大量氣體充滿氣囊，保護乘員的頭部，如圖1所示。其化學反應方程式為：

2NaN3=(撞擊)=2Na+3N2↑或NH4NO3=N2O+2H2O或發生2NH4NO3= 2N2↑+O2↑+4H2O。

(2)安全氣囊保養維護注意事項

車輛的儀表盤上裝有安全氣囊指示燈，在正常情況下，點火開關轉到ACC位置或者ON位置時，警告燈會亮大約四五秒進行自檢然后熄滅。若警告燈一直亮著，則表明安全氣囊系統有故障，應立即檢修，以免出現氣囊失靈或誤彈出的情況。無論何時都不應去敲打或撞擊安全氣囊所在的部位，更不應該用水直接沖洗氣囊位置，因為受潮的安全氣囊在關鍵時刻可能無法啟用。

二、化學反應對汽車造成的影響以及應對措施

雖然化學反應在改善汽車綜合性能方面發揮著獨特的作用，但是化學反應對車輛所帶來的負面影響也不容忽視，比如水垢、生銹等。

1.水垢

(1)水垢的形成

冷卻液是汽車發動機不可缺少的一部分。它在發動機冷卻系統中循環流動，將發動機工作中產生的多余熱量帶走，使發動機能以正常的工作溫度運轉。冷卻液由水、防凍劑、添加劑三部分組成，使用冷卻液雖然可以起到降低冰點、提高沸點、防腐、除垢等作用，但其組成中含有水，而且所占比例較大，另外有些車主由于各種原因，仍然還用礦泉水、湖水、泉水、自來水、井水等硬水代替發動機冷卻液，這就不可避免地產生了水垢。水垢產生后會堵塞循環管道，影響冷卻系的散熱功能。

發動機工作產生的熱量將水箱里的水燒開后，一部分水蒸發了，本來不好溶解的硫酸鈣(CaSO4)沉淀下來。原來溶解的碳酸氫鈣(Ca(HCO3)2)和碳酸氫鎂(Mg(HCO3)2)在沸騰的水里分解，放出CO2，變成難溶解的碳酸鈣(CaCO3)和氫氧化鎂(Mg(OH)2)就形成了水垢。

(2)保養與維護措施

①化學除垢

水垢的主要成分是CaCO3和Mg(OH)2，二者不溶于水，但它們可以和酸起化學反應，變成可溶的醋酸鈣(Ca(CH3COO)2)和醋酸鎂(Mg (CH3COO)2)。根據這個原理，在水箱里倒些食醋，啟動發動機使水溫升高，水垢便會粉碎。其化學反應方程式為：CaCO3+2CH3COOH=Ca(CH3COO)2+H2O+CO2↑，Mg(OH)2+2CH3COOH= Mg(CH3COO)2+2H2O。用稀鹽酸(HCl，一種強酸)也能除水垢，其化學反應方程式為：CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑， Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+2H2O

②要堅持常年使用冷卻液

要注意冷卻液使用的連續性，那種只想在冬季使用的觀點是錯誤的，不能只知道冷卻液的防凍功能，而忽視了冷卻液的防腐、防沸、防垢等作用。

③盡量添加軟水

平時要注意準備一定數量的軟水(蒸餾水或雨水)，以便遇到冷卻液異常消耗時應急添加，避免使用硬水而生成水垢。

2.生銹

(1)銹的形成

汽車使用多年或經常日曬雨淋便會生銹，主要是鐵在潮濕的空氣中易與O2反應生成紅色的Fe2O3(銹)，化學反應方式為：4Fe+3O2=2Fe2O3。

(2)防銹措施

①干燥存放

車輛在保養時，經常用干布擦掉水分，擦凈后，再用帶油的布擦拭即可形成一層保護膜，對汽車起保護作用，并放置在車庫中，保持車輛干燥。

②涂漆

車身外殼刷油漆，使鐵與氧氣及水隔離，破壞了鐵生銹的條件，防止金屬外殼生銹。

③封釉

用柔軟的羊毛或海綿通過震拋機的高速振動和摩擦，利用釉特有的滲透性和黏附性把釉分子強力滲透到汽車表面油漆的縫隙中，使油漆也具備釉的防酸、抗腐、耐高溫、耐磨、耐水洗、滲透力強、附著力強、高光澤度等特點。車輛最好每年封釉2次。

④打臘

汽車美容時，用水清洗干凈并擦干后，在汽車表面涂上一層臘保護膜，每年3～5次，可以隔絕空氣和水，保持鐵制品清潔干燥，防止銹蝕。