三元催化器的性能分析與故障檢修

劉雙源

(南陽農業職業學院，河南 南陽 473000)

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汽車機械

三元催化器的性能分析與故障檢修

劉雙源

(南陽農業職業學院，河南 南陽 473000)

為治理汽車尾氣帶來的大氣污染，各地的“藍天保衛戰”不斷升級。三元催化轉化技術是目前機外凈化技術應用最多最有效的方法。介紹了三元催化器的結構及工作機理，重點對其性能和故障檢修進行詳細闡述，提出常用的維修和保養方法。

三元催化器；結構原理；性能分析；故障檢修

1 三元催化器的性能分析

1.1 影響轉換效率的因素

(1)空燃比特性

三元催化器轉換效率最主要的影響因素是氧氣濃度，即進入氣缸的混合氣的空燃比。在理論空燃比附近，三元催化器對CO、HC和NOX的轉化效率同時達到最高。在實際的應用中，常采用氧傳感器結合電控燃油噴射系統對空燃比進行閉環控制。

(2)起燃溫度特性

催化劑的轉換效率與溫度有著必然聯系，催化器只有達到一定溫度時才開始工作的特性即起燃溫度特性，當轉換效率達到50%時的溫度就是起燃溫度。三元催化器在400～800 ℃時能達到最佳工作狀態,溫度低于400 ℃時，催化效果急劇降低；超過800 ℃時,三元催化器會因貴金屬與氧化鋁涂層熱損壞而失效。

(3)空速特性

每小時通過催化器的排氣體積流量和催化器容積之比即為空速特性。它表明氣體在催化器中的停留時間。

(4)燃油品質

車用燃料中含有重金屬添加劑，在發動機工作過程中重金屬添加劑無法燃燒而沉積在催化劑表面，會導致催化器中毒。

(5)發動機潤滑油品質

在發動機工作過程中，若潤滑油霧化并進入進氣系統燃燒，將導致潤滑油中的添加劑不能轉化為無害氣體而沉積在催化劑表面，使催化劑失效。

1.2 三元催化器的失效原因

三元催化器的失效形式有高溫失活、化學中毒、表面積碳堵塞、機械損壞等。引起三元催化器失效的原因主要有：

(1)發動機管理系統控制異常

由于電路連接不佳引起的點火控制故障會導致氣缸缺火，使混合氣在催化器內二次燃燒；因噴油器泄露、噴油精度失準等因素引起的燃油控制系統故障會引起混合氣不完全燃燒，發動機高速大負荷運轉時廢氣溫度過高，均會導致催化劑和襯墊燒傷，催化劑失活。

(2)高溫失活

發動機怠速時的排氣溫度一般為300～400 ℃，中低速工況時為400～600 ℃，高速全負荷行駛時為900 ℃，如果三元催化劑長期暴露在高溫條件下，鉑、鈀、銠等組分極易揮發，從而使催化劑的儲氧能力下降，降低其活性。

(3)化學中毒

化學中毒主要與燃油和潤滑油的品質有關，燃料中的鉛會造成重金屬沉積，阻礙HC的轉化，磷和硅會阻塞催化劑載體的蜂窩結構，硫以及潤滑油中的鋅燃燒后會形成氧化物，吸附在催化劑表面使其失活。

(4)表面積碳、堵塞

汽車于低溫狀態工作時，發動機排出的碳煙附著在催化劑表面，導致載體的孔隙堵塞。堵塞會使發動機動力不足甚至無法啟動，這是許多車輛加速無力的主要原因。

(5)氧傳感器失效

燃油中的鉛、硅等元素在高溫下會引起氧傳感器中毒，因使用不當還會導致氧傳感器積碳、加熱器電阻絲燒斷、內部線路斷脫、陶瓷破裂等故障，進而引起空燃比失準，排氣狀況惡化，催化轉化器效率降低，降低催化轉化器的使用壽命。

(6)機械損傷

在日常維修中，受到裝卸不規范、長期在崎嶇山路行駛、底盤刮碰和長期振動等因素的影響，加之汽車尾氣的高溫，三元催化轉換器在熱應力和機械應力的綜合作用下，極易疲勞裂紋甚至徹底斷裂。

2 三元催化器的故障檢修

2.1 故障案例

一輛寶馬X5，搭載六缸直列發動機，兩個獨立排氣管，行駛約10萬km，車主感覺加速不良，并且發動機故障燈點亮；一輛豐田2010款卡羅拉，5速手動變速器，行駛約6萬km之后，當車速低于10km/h時，加速熄火，并且熄火后不易啟動；一輛豐田RAV4，行駛約1.5萬km，加速無力，且無法提升至100km/h，若強行加速則自動降檔。

2.2 解決方案

這三個故障案例的共同特點是加速不良，啟動困難，當三元催化器出現故障時，車輛油耗增加，排放超標，所以應立即進行檢修。

(1)通過望聞問切進行外觀檢查是快速檢查機械故障的方法。首先觀察三元催化器表面是否有凹陷和刮痕，如果有說明載體可能受到損傷；檢查接頭及催化劑更換螺塞是否松動，若有則應及時加以處理；排氣歧管到三元催化器之間有明顯的燒紅現象，在冷車時三元催化器前部有無泛藍和鐵屑，說明三元催化器曾處于過熱狀態；如果聽到異響，排氣管有催化劑顆粒排出，應更換三元催化器。若三元催化器出現故障，在怠速和加速時可聞到刺鼻的氣味，進行尾氣分析會發現NOX嚴重超標。

(2)測量溫度和真空度。正常情況下，大多數三元催化器前部的溫度要比后部低20%～25%，若溫差低于此范圍，應更換三元催化器，若超此范圍，說明尾氣中含有較高濃度的CO和HC；將真空表接入進氣歧管，使發動機轉速從怠速逐漸提高至2 500r/min，真空度讀數不應有明顯下降，若下降有可能是阻塞造成的，但也可能是供油量減少引起的，所以排氣背壓更能反映三元催化器的狀況。

(3)檢測排氣背壓。檢測排氣背壓要在排氣管前的適當位置接入壓力表，在發動機怠速和2 500r/min時檢測的排氣背壓不應超過發動機限值，若超過，需將三元催化器后面的排氣系統拆下，再次檢驗背壓，若仍超過限值，說明催化器堵塞，若背壓下降，則說明破碎的催化器載體停留在下游的排氣系統中。

3 三元催化器的維護保養

3.1 正確選用汽油和潤滑油

配備三元催化器的車輛，不能使用含鉛汽油，因高溫使含鉛汽油還原出金屬鉛，導致催化器中毒。有研究表明，在汽油中加入10%的水或30%～40%的甲醇，可減少甚至消除CO、HC、NOX的排放，采用乙醇汽油可降低尾氣中大約1/3的CO排放量；在機油中加入適當的固體添加劑，可以提高氣缸密封性，降低油耗，改善尾氣排放。

3.2 避免未燃燒的混合氣進入催化器

當發動機燃油系統出現故障，點火延遲等因素的影響會導致混合氣不完全燃燒，廢氣中的HC和CO發生過度的氧化反應，產生的熱量超過催化器的正常工作溫度，就會導致催化劑失效。

3.3 避免碰撞和“托底”

在崎嶇山路行駛時，碰撞有可能導致載體破碎，陶瓷碎片會引起催化器和配氣系統堵塞，增大排氣阻力，當急減速時，一旦陶瓷粉末被吸入氣缸，將導致氣缸嚴重磨損甚至報廢。

3.4 熄火前應進入怠速狀態

發動機工作溫度很高，熄火前進入怠速狀態，可使溫度平滑下降，減少熱沖擊。此外，車輛處于怠速工況的時間不允許超過20min，因為怠速時廢氣中的氧含量不足，會因高溫而損壞三元催化器。

3.5 不要涉水行駛

雨天行車，切勿在積水路段行駛，因為三元催化器的工作溫度很高，涉水行駛時，陶瓷載體會因溫度驟然降低而損壞。

3.6 定期保養車輛

定期保養有利于及時發現故障，比如采用調整噴油量、減小噴油提前角等措施使燃料充分燃燒，可延長三元催化器的使用壽命。

4 結 語

隨著人們環保意識的不斷增強，對汽車尾氣排放的要求也越來越嚴格，國產轎車普遍都加裝了催化轉化器，借助催化劑的作用，使尾氣中的HC、CO、NOX發生氧化還原反應，不僅操作方便而且避免了二次環境污染,達到了降低污染的目的。在我們享受汽車為我們生活帶來便利的同時，只要掌握維修保養和故障檢修的方法，才能真正享受舒適的車生活。

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2016-03-07

劉雙源(1987-)，男，河南西峽人，研究生，研究方向：汽車檢測與維修。

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