三元催化轉化器對汽車尾氣超標的影響研究

黃忠

摘 要：三元催化轉化器是有效處理汽車尾氣的主要設備，由于其自身設計的限制，對汽車尾氣超標處理中仍然存在技術上的問題。立足于三元催化轉化器對汽車尾氣超標的相關影響進行分析，從技術角度和設備角度共同推進轉化效果，使其在具體應用過程中不斷提升三元催化轉化器的效用。

關鍵詞：三元催化轉化器 汽車尾氣 影響

汽車是現代工業發展的重要成果，代表著科技發展的整體水平。汽車給人們的交通帶來了便利，但是給環境帶來了一定的污染。汽車尾氣排放產生的污染在大氣層中停留的時間長，對環境污染嚴重，不利于人們的生產生活，因此生態環境不斷惡化，影響著人們的生存和發展。在汽車尾氣排放上嚴格控制排放標準和有效提高科學技術是汽車工業發展的方向，也是環境保護與工業發展相融合的重點問題。

1 汽車尾氣排放超標的影響

30%的大氣污染來自于汽車排氣，這些污染對人體的間接危害和直接危害都比較大，給人類和生物造成的一定的環境破壞。汽車尾氣排放的污染物包括一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化合物、二氧化硫和懸浮顆粒物。產生一氧化碳的原因是內燃機不完全燃燒而產生的，一氧化碳與人體血紅蛋白結合會造成嚴重的后果，在一氧化碳進入人體以后，人會出現頭痛眩暈，嚴重的會導致死亡。在發動機中碳氫化合物沒有充分燃燒，供油系統的燃料沒有進行單獨的處理，碳氫化合物在含量較高的情況下對人體產生影響。氮氧化合物有明顯的刺激氣味，毒性雖然不大，但是被氧化以后毒性就變得較大，氮氧化合物與人體的細胞結合以后產生刺激作用，氮氧化合物發生的化學反應產生的物質，對人身體有明顯的刺激作用，這些物質停留在體內，對人體的傷害是極大的，產生的化學物質有害物質。會產生長久的不良作用，不利于人們的健康。例如光化學煙霧煙霧對人體有明顯的刺激作用，眼結膜引發流淚，對鼻咽喉等器官危害也比較大。二氧化硫和懸浮顆粒物會增加呼吸道疾病的發病率，損害肺功能。二氧化硫過高會隨雨水變成“酸雨”。所以說汽車尾氣就好比一顆毒瘤。

2 三元催化轉化器的原理

三元催化轉化器中的“三元”主要是指汽車尾氣中的CO、HC和NOx等。對這些物質進行有效處理是三元催化轉化器的主要作用，三元催化轉化器利用廢棄的自身特點，采用一定的設備進行處理，將有害物體排除。在有害氣體中，HC和CO的還原性較強，而NOx的氧化性較強，在催化劑的作用下三者發生氧化還原反應：即HC和CO氧化為HO2和CO2，NOx還原為N2和O2。例如氧化反應主要是指含有NO和HC的廢氣在轉化器時觸發氧化過程轉化中的氧結合成水蒸氣和二氧化碳，對氧化過程排放沒有影響。再如還原反應是為了減少NOx的含量，在進行還原反應時，去掉物質中的氧原子，三元轉化器將NO2進行分解，氮和氧溫度超過250℃時，便實現了有效的轉化。可見三元催化轉化器是利用排放物質與催化轉化之間的技術融合將有害物質分解成符合標準的氣體[2]。見公式（1）-（5）。

3 三元催化轉化器在汽車尾氣治理中的應用方式

三元催化轉化器能夠有效治理汽車尾氣，有利于現代汽車排氣系統實現新的技術提升，三元催化轉化器是重要的外接凈化裝置，三元催化轉化器的組成由催化劑載體、催化劑和外殼組成，見圖1。

三元催化轉化器主要利用催化劑載體進行工作，基本機構為蜂窩狀陶瓷結構，催化劑是浸漬鉑和鈀的混合物，鉑和鈀是氧化劑，當HC和CO與布滿鉑和鈀的熱表面接觸時，HC和CO就會分別與氧氣化合成H2O和CO2。三元催化轉化器的效果主要是采用氧氣傳感器來檢測濃度，為裝置提供信號，在很多汽車上采用的是雙氧傳感器，通過雙氧傳感器來檢測三元催化劑轉化器的實施效率，在檢測過程中實施的是閉環管理，將內儲藏氧量進行監控，輸出的電壓波形如果是平直的，就可以明確傳感器是處于正常工作狀態。而用波線來表示就會明確傳感器是否與電壓器相同的電壓信號波形。正常與失效的三元轉化器見圖2和圖3。

4 三元催化轉化器對汽車尾氣超標的影響

4.1 三元催化轉化器失效造成汽車尾氣超標

催化劑加熱有氧化和還原能力需要加到一定溫度。三元催化轉化器在溫度過高時不產生催化能力，只有符合一定溫度才能夠起到催化作用，在催化工作時產生一定的熱量。三元催化轉化器起燃溫度在250-350℃之間，正常溫度在400-800℃之間，溫度超過1000℃時，內涂層催化劑會燒結壞死，車輛就會產生自燃事故，在轉化器工作控制過程中要確保廢氣排出。溫度升高有多種因素，例如點火時間過遲，點火錯亂，這些故障容易使未燃燒的混合氣進入催化器與催化劑反應，工作時溫度過高，催化轉化器的效能受到直接影響。

三元催化轉化器比較敏感，汽油中的物質容易對硫、磷、鉛、鋅產生反應，硫、磷、鉛、鋅主要來自于潤滑油，在發動機燃燒后形成氧化顆粒，吸附在催化劑表面，催化劑就會失去作用。催化劑容易產生中毒現象，如果汽車在長期低溫狀態下，三元催化器無法啟動，發動機內的碳會附著在表面。例如機油竄入汽缸以后，鉛和鋅會附在催化劑表面，造成孔隙堵塞影響轉化的效率。催化器堵塞一般可以分為三個階段，輕度階段是化合物在催化劑表面，凈化功能降低，尾氣排放超標。第二個階段是中度堵塞階段，催化劑表面積累到一定程度以后，油耗下降。第三個階段為嚴重堵塞階段，催化劑溫度升高，前端形成高溫燒結堵塞高溫，燒結堵塞造成了金屬燒結堵塞和低碳燒結堵塞燃油中是否使用含鉛含錳抗爆劑決定動力能否嚴重下降[4]。

催化劑轉化對污染物的轉換能力有一定限度，必須要通過內凈化技術排除污染氣體，如果排出的廢氣濃度總量過大，混合氣偏濃，點燃劑量缺乏都會影響催化劑的催化轉化效果。催化劑轉換能力有限，如果是混合濃度偏濃，點火量過小，催化劑的轉化能力降低。大量的不良物質進入到催化劑以后，產生了氧化反應，影響了催化效果，溫度過高是失效的主要原因，廢氣轉化率達不到最佳效果，在發動機內需要安裝傳感器實現閉環控制才能夠符合要求。氧化傳感器測的是廢氣中氧的濃度，發動機的空燃比控制在一個狹小的范圍之內，如果空燃比比較大，轉化率就會提高，但是此時需要保證最佳的空燃比，以保證傳感器能夠符合標準化要求。如果燃氣中含鉛硅會造成傳感器中毒，引發陶瓷心碎裂，加熱器阻斷內部線路脫斷，這種情況造成了催化劑效率低，不利于催化劑的長期使用。大量的HC和CO進入催化劑產生過度的氧化反應，影響催化效果。如果空燃比大時，CO和HC的轉化率略有提高，但是NOx的轉化率下降。

4.2 三元催化轉化器的修復

4.2.1 三元催化轉化器的檢查

三元催化轉化器在修復過程中有利于降低汽車尾氣排放標準，三元催化轉化器的陶瓷心沒有燒結，可以采用清洗的辦法解決，一般是采用錘擊法，可以運用橡膠皮錘敲三元轉化器，證明內部蜂窩陶瓷破碎，這就要更換轉化器。采用紅外溫度測量法，通過溫度對比來實施監控，如果溫度過低，三元轉化器沒有發生氧化反應，要檢查空氣噴射泵是否有故障，利用雙氧轉傳感器發動機燃油反饋控制系統來進行控制，觀察前后反應，一旦出現問題就可以檢測出轉化劑的性能是否符合要求，在適當的時候改進三元轉化器的監視系統。在三元轉化器的具體應用過程中，實時動態監控以確定三元轉化器是否能夠正常工作，也可以采用簡易法看看發動機是否正常運轉，把手伸到排氣管處，是否能夠感覺到氣流避免監控不到位造成過濾器堵塞。例如在原地踩油門，看空濾處是否冒煙，如果是，說明堵塞。汽車達不到最高車速，加速不良，自然轉化器有堵塞的可能。

4.2.2 三元催化轉化器的修復

三元轉化器清洗是通過發動機內部注入添加劑或者清洗劑，清洗劑通過進氣真空管，進入燃燒室后達到三元轉化器，在轉化時周圍建立高溫氧化環境，通過氧化將附著在三元催化劑表面的硫磷化學物變成SO2和CO2，從而達到清洗的作用。另一類是直接清洗，將轉化器從汽車上拆下，在前后氧化器將清洗劑直接倒入三元轉化器中，浸泡一段時間進行清洗。這兩種修復方法在市面上都可以應用，一定要選擇適當的產品，不然容易造成陶瓷芯破損。在現代汽車應用中，進行技術上的提升至關重要。三元催化轉化器在應用中要注重解決溫度因素的制約，要解決發動機運行工況的制約，以更好的與發動機匹配來完成對汽車尾氣超標問題的處理[5]。

5 結論

總之，科學技術是第一生產力，從技術角度推動工業向前發展具有重要的現實意義。世界各國對汽車排放都在進行根本性的改革，各種發動機凈化技術紛紛誕生，三元催化轉化器對汽車排放控制技術實現了新的突破，促進了汽車排放中CO、HC和NO2同時降低90%以上。三元催化轉化器技術在汽車上的廣泛應用滿足了排放法規的要求，但是，由于三元轉化器本身受工作環境的限制，在使用過程中會發生不同的故障，這些故障容易造成發動機動力下降，熄火啟動困難，尾氣超標，因此，在進行技術改革的過程中，應該強化三元轉化器對尾氣治理的技術，有效解決汽車尾氣排放超標的問題。

參考文獻：

[1]劉敬凱.三元催化轉化器襯墊設計研究[J].南方農機，2019，（1）：34.

[2]戴曉鋒.三元催化轉化器與汽車尾氣排放 治理策略研究[J].汽車與安全，2018，（10）：102-106.

[3]陳春生.三元催化轉化器的失效模式研究[J].機電技術，2014，（2）：125-127.

[4]陳明津.蒙迪歐轎車因三元催化轉化器堵塞引起發動機加速不良故障的診斷與排除[J].科技成果管理與研究，2018，（10）：40-41.

[5]蔣延蓮.淺談汽車三元催化轉化器的常見故障診斷與排除[J].科技展望，2016，26（2）：68.