三元催化轉(zhuǎn)換器性能診斷與檢修探討

楊忠云

三元催化轉(zhuǎn)換器（TWC）研制成功，使汽車排放控制技術(shù)有了突破性的進(jìn)展，它可使汽車排放中的CO、HC和NOX同時降低90%以上。由于TWC受本身的工作環(huán)境十分惡劣以及其轉(zhuǎn)化性能特點(diǎn)的影響，在使用過程中會有各種不同故障產(chǎn)生。

1.TWC檢測前的準(zhǔn)備工作

TWC的任務(wù)是降低排放中的CO、HC和NOX，但如果車輛的狀況很差，例如排出的CO值高于1%，再有效的TWC也無能為力。所以在檢查TWC性能之前，必須首先用尾氣分析儀測量汽車尾氣中的CO、HC和O2的含量，以判斷混合氣的濃度是否合適，如果合適才能進(jìn)行TWC的性能檢測。在測量尾氣時候，先脫開TWC進(jìn)氣口，使發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)至正常溫度，將測量管插入排氣管中至少400mm，按照怠速法進(jìn)行測量。若測量值不正常應(yīng)該先檢修發(fā)動機(jī)工作性能，直至數(shù)值在規(guī)定范圍之內(nèi)。待數(shù)值正常后，裝復(fù)TWC進(jìn)氣口，在發(fā)動機(jī)溫度正常時檢測TWC的工作性能。

2.TWC性能的檢測方法

（1）簡單人工檢查

通過人工檢查可以從一開始判斷TWC是否有損壞。用橡皮槌輕輕敲打TWC，聽有無“咔啦”聲，并伴隨有散碎物體落下。如果有此異響，則說明TWC內(nèi)部催化物質(zhì)剝落或蜂窩陶瓷載體破碎，那么必須更換整個轉(zhuǎn)換器了。如果沒有上述異響，應(yīng)該檢查TWC是否堵塞。TWC芯子堵塞是比較常見的故障，可以用下面兩種方法進(jìn)行。

第一種方法是檢測進(jìn)氣歧管真空度法。將廢氣再循環(huán)（EGR）閥上的真空管取下，將管口塞住，避免產(chǎn)生虛假真空泄漏現(xiàn)象。將真空管接到進(jìn)氣歧管上，讓發(fā)動機(jī)緩慢加速到2500r/min。

第二種方法是檢測排氣背壓法。從二次空氣噴射管路上脫開空氣泵止回閥的接頭，再在二次空氣噴射管路中接一個壓力表。若觀察TWC、消聲器及排氣管沒有外傷，則可將TWC出口和消聲器脫開后觀察壓力表讀數(shù)是否有變化。

（2）怠速試驗(yàn)法檢查

讓發(fā)動機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，使用尾氣分析儀測量此時的CO值。當(dāng)發(fā)動機(jī)正常工作時候（空燃比為14.7:1），這時的CO典型值為0.5%～1%，當(dāng)使用二次空氣噴射和TWC技術(shù)可以使怠速時的CO值接近于0，最大不應(yīng)超過0.3%，否則說明TWC損壞。通常在怠速時候的NOX數(shù)值應(yīng)不高于100ppm，而在穩(wěn)定的工況下，NOX數(shù)值應(yīng)該不高于1000ppm，在發(fā)動機(jī)一切正常的情況下，而NOX過高就可以懷疑是三元催化轉(zhuǎn)化器的故障了。

（3）快怠速試驗(yàn)法測量

讓發(fā)動機(jī)處于快怠速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，并用轉(zhuǎn)速表測量快怠速是否符合規(guī)定值。用尾氣分析儀測量發(fā)動機(jī)處于快怠速狀態(tài)下尾氣中的CO和HC含量。如果發(fā)動機(jī)性能良好，則CO值應(yīng)該在1.0%以下，HC應(yīng)該在10ppm以下。若兩種數(shù)值都超標(biāo)，則可臨時拔下空氣泵的出氣軟管，此時若CO和HC值不變，則可以判定TWC已損壞，若讀數(shù)上升，而重新接上軟管后又下降，則說明燃油噴射系統(tǒng)故障或是點(diǎn)火系統(tǒng)故障。

（4）穩(wěn)定工況試驗(yàn)法

在完成基本怠速試驗(yàn)后進(jìn)行該項試驗(yàn)。按照廠家規(guī)定接好汽車專用數(shù)字式轉(zhuǎn)速表，使發(fā)動機(jī)緩慢加速，同時應(yīng)觀察尾氣分析儀上的CO和HC值，當(dāng)轉(zhuǎn)速加到2500r/min并穩(wěn)定后，CO和HC數(shù)值應(yīng)有緩慢下降，并且穩(wěn)定在低于或接近于怠速時的排放水平，否則懷疑是TWC損壞。這種方法不但能夠?qū)WC是否有故障做出判斷，還能有效地綜合分析TWC在車輛行駛中的實(shí)際效能。這時因?yàn)門WC性能評價指標(biāo)中有一項“空速特性檢驗(yàn)”，它表示了受反應(yīng)氣體在催化劑中的停留時間。開環(huán)時候由于無法給予精確的空燃比，轉(zhuǎn)換效率僅僅有60%左右，而閉環(huán)時平均轉(zhuǎn)換效率可達(dá)95%，因此，在對TWC進(jìn)行懷疑的時候，也應(yīng)該對電控系統(tǒng)和氧傳感器進(jìn)行相應(yīng)檢測。

（5）紅外溫度計測量法

這是一種比較簡單的測量方法。TWC在實(shí)際使用過程中，其出口管道溫度比進(jìn)口管道溫度至少高出38℃，在怠速時，其溫度也相差10%。但是若出口與入口處的溫度沒有差別或出口溫度低于入口溫度，則說明TWC沒有氧化反應(yīng)，此時應(yīng)該檢查二次空氣噴射泵是否有故障，若沒有故障，就說明TWC已經(jīng)損壞。

（6）利用雙氧傳感器信號電壓波形分析

目前，許多發(fā)動機(jī)燃油反饋控制系統(tǒng)中，都安裝兩個氧傳感器。分別裝載TWC的反應(yīng)前、后兩端。這種結(jié)構(gòu)在裝有OBD-Ⅱ代系統(tǒng)的汽車上，可以有效地檢測TWC的性能。OBD-Ⅱ診斷系統(tǒng)改進(jìn)了TWC的隨車監(jiān)視系統(tǒng)，安裝在TWC后端的氧傳感器電壓波動要比安裝在TWC前端的氧傳感器電壓波動少得多。

3.TWC常見故障及原因

TWC的常見故障有：TWC性能惡化；TWC芯子堵塞后排氣不暢，產(chǎn)生過高的排氣背壓，使廢氣倒流到發(fā)動機(jī)內(nèi)。包括如下現(xiàn)象：

①炭灰積聚、污染。含鉛汽油燃燒后會使TWC很快受到損害；機(jī)油竄入汽缸燃燒后機(jī)油中的磷和鋅等物質(zhì)也會污染TWC。

②陶瓷芯子破損。熱循環(huán)的長期作用、外部碰撞和擠壓，都有可能使陶瓷芯子破損。

③陶瓷芯子熔化。TWC正常工作時，TWC內(nèi)的溫度一般可達(dá)500℃-800℃，出口處溫度比進(jìn)口處溫度約高30℃-100℃。但是，混合氣濃或燃燒不完全時會使排氣中的CO、HC濃度過高，這將加重TWC的負(fù)擔(dān)，使溫度升高過多，時間長后，會使TWC的性能惡化，甚至熔化載體。

④TWC上一般還裝有排氣溫度傳感器，當(dāng)溫度不定期高時，電控單元會切斷二次空氣供給，中斷催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)。

4.TWC排除故障的實(shí)踐及消息

2009年，因我公司加油站的油品出現(xiàn)質(zhì)量問題，公司內(nèi)部的辦公用車（轎車）加油上路以后，出現(xiàn)大范圍的排氣管冒黑煙現(xiàn)象，同時造成了TWC堵塞。針對這一現(xiàn)象，我們在查閱相關(guān)資料以后，得出結(jié)論：用硫酸和鹽酸清洗TWC，再用清水沖洗后，皆可再次使用，并通過了4S店的尾氣排放檢測，經(jīng)過一段時間的觀察，我們發(fā)現(xiàn)，這種做法實(shí)用性很好，車輛運(yùn)行過程中沒有出現(xiàn)其他異常狀況和排污不達(dá)標(biāo)情況。如果不采取這種方法而直接更換新的TWC，市場價值近萬元。該做法申報《汽車三元催化的重復(fù)使用》技術(shù)改造項目后，當(dāng)年被評為公司優(yōu)秀技術(shù)成果二等獎。