更換三元催化轉(zhuǎn)化器對汽車尾氣排放的影響

深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院 高謀榮

隨著我國機(jī)動車保有量的不斷增加，近年來，汽車尾氣排放已成為大氣主要污染源之一，特別是在一些大中型城市，汽車排放污染已經(jīng)成為首要污染源。三元催化轉(zhuǎn)化器是有效控制排放污染的重要裝置，但三元催化轉(zhuǎn)化器在使用過程中性能會不斷下降，更換三元催化轉(zhuǎn)化器能在付出最小代價的情況下有效控制機(jī)動車排放污染。筆者通過對一輛機(jī)動車更換三元催化轉(zhuǎn)化器前后的排放比較，分析了三元催化轉(zhuǎn)化器對汽車尾氣排放的影響。

1 試驗車輛及試驗設(shè)計

試驗車輛采用一輛行駛里程約為72萬km的2013年產(chǎn)上海大眾桑塔納出租車（汽車型號為SVW7182QQD，2013年6月出廠，2013年8月登記注冊，發(fā)動機(jī)功率為74 kW）。由于該車輛為出租車，行駛里程較高，車輛在更換三元催化轉(zhuǎn)化器前的車況一般，且有輕微的抖動現(xiàn)象。

試驗采用ASM穩(wěn)態(tài)工況法。ASM穩(wěn)態(tài)工況法在底盤測功機(jī)上進(jìn)行，以滾筒表面代替汽車行駛路面，以飛輪模擬汽車平動質(zhì)量，以加載裝置反映汽車行駛阻力，通過控制功率吸收裝置單元（風(fēng)冷式電渦流吸功器）模擬車輛在道路上行駛的勻速和加速工況，實時分析車輛在規(guī)定工況下的排放污染。

2 試驗數(shù)據(jù)分析

2.1 數(shù)據(jù)篩選

采用ASM穩(wěn)態(tài)工況法，更換三元催化轉(zhuǎn)化器前后均對試驗車輛的尾氣排放進(jìn)行了測試。為保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，需要對HC、CO、NO等數(shù)據(jù)進(jìn)行異常數(shù)據(jù)排除。現(xiàn)以更換三元催化轉(zhuǎn)化器前后HC含量3次測試的數(shù)據(jù)為例，進(jìn)行比較分析，進(jìn)而篩選出更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。圖1和圖2分別是更換三元催化轉(zhuǎn)化器前后HC含量的測試曲線。從圖1和圖2可以看出，更換三元催化轉(zhuǎn)化器前后第一次HC測試數(shù)據(jù)相對后兩次都明顯偏高，超過允許誤差范圍；而第二次和第三次的測試數(shù)據(jù)很接近，且誤差相對較小。同樣，CO和NO含量的第一次測試數(shù)據(jù)也出現(xiàn)了相類似的情況，出現(xiàn)這種情況的原因可能是第一次測試時車輛未達(dá)到熱車狀態(tài)。因此，為了數(shù)據(jù)精準(zhǔn)，筆者在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時將第一次測試的數(shù)據(jù)排除掉，只采用第二次和第三次測試數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)果分析。

圖1 更換三元催化轉(zhuǎn)化器前的HC含量3次測試曲線（截屏）

圖2 更換三元催化轉(zhuǎn)化器后的HC含量3次測試曲線（截屏）

2.2 排放特性分析

2.2.1 HC排放特性分析

HC是發(fā)動機(jī)排氣中多種碳?xì)浠衔锏目偡Q，是部分燃料未完全燃燒的剩余物，因此它與燃燒情況有關(guān)。根據(jù)兩次測試數(shù)據(jù)做出更換三元催化轉(zhuǎn)化器前HC排放含量（圖3）和更換三元催化轉(zhuǎn)化器后HC排放含量（圖4）。從圖3可以看出：在ASM5025工況下，兩次測試數(shù)據(jù)誤差不大，由于三元催化轉(zhuǎn)化器存在故障，綜合兩次測試數(shù)據(jù)，HC含量最大值達(dá)到95×10-6，最小值為15×10-6。從圖4可以看出：由于三元催化轉(zhuǎn)化器更換后，其處于正常工作狀態(tài)，兩次測試數(shù)據(jù)中的HC含量均比三元催化轉(zhuǎn)化器更換前明顯減少，最大值為7×10-6，最小值為1×10-6。為了更直觀地看出HC含量的變化，筆者做了更換三元催化轉(zhuǎn)化器前后HC含量的平均值示意圖（圖5）。從圖5可以看到，在ASM5025工況下，三元催化轉(zhuǎn)化器出現(xiàn)故障時，燃燒過程不正常，尾氣成分中的HC未經(jīng)過凈化直接排出，更換三元催化轉(zhuǎn)化器后，HC排放顯著下降。

圖3 更換三元催化轉(zhuǎn)化器前HC排放含量（截屏）

圖4 更換三元催化轉(zhuǎn)化器后HC排放含量（截屏）

圖5 更換三元催化轉(zhuǎn)化器前后HC含量的平均值（截屏）

2.2.2 CO排放特性分析

CO是不完全燃燒的產(chǎn)物，與混合氣濃度有關(guān)，若排氣中CO含量過高，則可能是混合氣過濃。根據(jù)兩次測試數(shù)據(jù)做出更換三元催化轉(zhuǎn)化器前的CO排放含量（圖6）、更換三元催化轉(zhuǎn)化器后的CO排放含量（圖7）及更換前后CO含量平均值示意圖（圖8）。從圖6可以看出：在ASM5025工況下，兩次測試數(shù)據(jù)誤差不大，含量都穩(wěn)定下降至0.01%，但由于三元催化轉(zhuǎn)化器存在故障，CO含量的最大值達(dá)到0.33%。從圖7可以看出：由于三元催化轉(zhuǎn)化器更換后，其處于正常工作狀態(tài)，故CO含量兩次測試數(shù)據(jù)均比更換三元催化轉(zhuǎn)化器前明顯減少，由于車況問題，在0.01%上下波動，最大值為0.04%，最小值低至為0%。從圖8可以看到，在ASM5025工況下，三元催化轉(zhuǎn)化器更換后，尾氣排放中CO的含量下降了60%。

圖6 更換三元催化轉(zhuǎn)化器前CO排放含量（截屏）

圖7 更換三元催化轉(zhuǎn)化器后CO排放含量（截屏）

圖8 更換三元催化轉(zhuǎn)化器前后CO含量平均值（截屏）

2.2.3 NO排放特性分析

NO是空氣中的氧氣和氮?dú)庠诟邷亍⒏邏骸⒏谎醯那闆r下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成的。根據(jù)兩次測試數(shù)據(jù)，做出更換三元催化轉(zhuǎn)化器前NO排放含量（圖9）、更換三元催化轉(zhuǎn)化器后NO排放含量（圖10）與更換三元催化轉(zhuǎn)化器前后NO含量平均值（圖11）示意圖。從圖9可以看出：在ASM5025工況下，兩次測試數(shù)據(jù)誤差不大，NO含量都穩(wěn)定在2 000×10-6~2 500×10-6，但由于三元催化轉(zhuǎn)化器存在故障，NO含量最大值達(dá)到2 700×10-6。從圖10可以看出：由于三元催化轉(zhuǎn)化器更換后，三元催化轉(zhuǎn)化器處于正常工作狀態(tài)，NO含量的兩次數(shù)據(jù)均比更換前明顯減少，且一開始都接近于0，后面逐漸上升；但由于車輛溫度問題，存在小范圍的波動，其中整體數(shù)據(jù)在80×10-6與0之間波動。由圖11可以看到，在ASM5025工況時，負(fù)荷小，燃燒溫度低，故排出的NO含量較低；而更換三元催化轉(zhuǎn)化器前后相比較，更換三元催化轉(zhuǎn)化器前在ASM5025工況下，尾氣排放中NO的含量大幅度上升，高達(dá)2 304×10-6；更換三元催化轉(zhuǎn)化器后，排氣中的NO含量極少，比更換三元催化轉(zhuǎn)化器前減少了99%，由此可見，三元催化轉(zhuǎn)化器出現(xiàn)故障時，溫度高、燃燒情況差，且當(dāng)三元催化轉(zhuǎn)化器存在故障時，排氣中的NO不能還原成N2和O2，故NO含量很高。

圖9 更換三元催化轉(zhuǎn)化器前NO排放含量（截屏）

圖10 更換三元催化轉(zhuǎn)化器后NO排放含量（截屏）

圖11 更換三元催化轉(zhuǎn)化器前后NO含量平均值（截屏）

通過對試驗數(shù)據(jù)的分析可知：在兩次有效測試數(shù)據(jù)中，可得出尾氣排放狀況跟車況息息相關(guān)，當(dāng)三元催化轉(zhuǎn)化器存在故障時，尾氣中的HC、CO、NO含量均大量增加，而在更換三元催化轉(zhuǎn)化器后，尾氣排放中的有害成分均明顯減少，可見更換三元催化轉(zhuǎn)化器可以有效地減少尾氣中有害成分的排放。在三元催化轉(zhuǎn)化器更換前后尾氣成分平均值對比中，在更換三元催化轉(zhuǎn)化器前后，HC含量減少92%，CO含量減少75%，NO含量減少99%，可見更換三元催化轉(zhuǎn)化器對排放具有明顯的減少作用，且對NO影響最大。