對環(huán)保發(fā)動機(jī)三元催化系統(tǒng)的研究

李瑞峰/本溪鋼鐵（集團(tuán)）建設(shè)有限責(zé)任公司

對環(huán)保發(fā)動機(jī)三元催化系統(tǒng)的研究

李瑞峰/本溪鋼鐵（集團(tuán)）建設(shè)有限責(zé)任公司

機(jī)動車尾氣排放污染造成環(huán)保問題顯現(xiàn)。本文對環(huán)保發(fā)動機(jī)三元催化系統(tǒng)進(jìn)行了研究和論述。

環(huán)保發(fā)動機(jī)；三元催化系統(tǒng)；汽車

一、引言

目前環(huán)保部門和汽車企業(yè)正在加速推進(jìn)歐Ⅲ、歐Ⅳ的達(dá)標(biāo)工作，為保護(hù)環(huán)境、減少污染，控制汽車尾氣污染的排放已是社會各界的一項(xiàng)刻不容緩的責(zé)任。國家“十二五”期間刺激經(jīng)濟(jì)增長的關(guān)鍵領(lǐng)域有新能源、低碳、節(jié)能環(huán)保?，F(xiàn)在《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012-2020年）》也已出臺?！兑?guī)劃》中有了明確定義-“要以純電驅(qū)動為汽車工業(yè)轉(zhuǎn)型的主要戰(zhàn)略取向，當(dāng)前重點(diǎn)是推進(jìn)純電動汽車和插電式混合動力汽車產(chǎn)業(yè)化，推廣普及非插電式混合動力汽車、節(jié)能內(nèi)燃機(jī)汽車”。據(jù)測定，汽車每消耗1萬升石油燃料，將排放22.3噸二氧化碳。因此，降低汽車二氧化碳的排放，首要的是減少汽車的排放。發(fā)動機(jī)是汽車的主要污染源。在汽車維修與保養(yǎng)的范疇中，發(fā)動機(jī)的保養(yǎng)尤為重要。

二、傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)與環(huán)保發(fā)動機(jī)技術(shù)比較

筆者認(rèn)為：一是化油器發(fā)動機(jī)和開環(huán)電噴發(fā)動機(jī)定期保養(yǎng)方法，即傳統(tǒng)的5000公里更換機(jī)油三濾定期保養(yǎng)方法和2萬公里清洗進(jìn)氣道、噴油嘴定期保養(yǎng)方法。由于傳統(tǒng)的5000公里更換機(jī)油三濾定期保養(yǎng)方法只限于對發(fā)動機(jī)潤滑系統(tǒng)保養(yǎng)；2萬公里清洗進(jìn)氣道、噴油嘴定期保養(yǎng)方法只限于發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)保養(yǎng)，均無法滿足環(huán)保發(fā)動機(jī)潤滑系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)全方位保養(yǎng)要求，特別是環(huán)保發(fā)動機(jī)排放控制系統(tǒng)保養(yǎng)要求，無法解決因發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、三元催化器堵塞、EGR閥沉積物卡滯等問題造成的油耗增加、動力下降、尾氣超標(biāo)，因此必然無法保證在中國現(xiàn)行燃油、潤滑和路況條件下環(huán)保發(fā)動機(jī)正常工作。二是現(xiàn)在汽車使用的都是閉環(huán)電噴發(fā)動機(jī)，最大特點(diǎn)是利用了以氧傳感器為中心的空燃比反饋控制三元催化凈化系統(tǒng)，該系統(tǒng)能否正常工作決定了發(fā)動機(jī)的排放工作狀態(tài)。進(jìn)行定期保養(yǎng)時(shí)，首先檢查發(fā)動機(jī)綜合工作狀況，然后更換機(jī)油三濾保養(yǎng)和三元清洗養(yǎng)護(hù)。新技術(shù)能同時(shí)對發(fā)動機(jī)潤滑系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)進(jìn)行全方位養(yǎng)護(hù)，可以保證環(huán)保發(fā)動機(jī)正常工作。其特點(diǎn)是：將汽車廢氣控制系統(tǒng)檢查維護(hù)項(xiàng)目和傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)定期保養(yǎng)方法有機(jī)結(jié)合起來，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)定期保養(yǎng)方法不能滿足環(huán)保發(fā)動機(jī)保養(yǎng)要求的缺陷，將被動的解決環(huán)保發(fā)動機(jī)出現(xiàn)排放控制系統(tǒng)工作不正常問題變?yōu)橹鲃拥念A(yù)防環(huán)保發(fā)動機(jī)出現(xiàn)排放控制系統(tǒng)工作不正常問題。

三、環(huán)保發(fā)動機(jī)三元催化系統(tǒng)技術(shù)研究

筆者在長期從路橋建設(shè)工程中，由于各型號汽車是路橋工程主要施工設(shè)備，經(jīng)地長期研究認(rèn)為：1.三元催化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)。三元催化反應(yīng)器外面用雙層不銹薄鋼板制成筒形，在雙層薄板夾層中裝有絕熱材料--石棉纖維氈，內(nèi)部在網(wǎng)狀隔板中間裝有凈化劑。凈化劑由載體和催化劑組成，載體一般由三氧化二鋁制成，其形狀有球形、多棱體形和網(wǎng)狀隔板等。凈化劑實(shí)際上是起催化作用的，也稱為催化劑，通常使用鉑、銠、鈀等金屬制成，將其中一種噴涂在載體上，就構(gòu)成了凈化劑。2.三元催化器的工作原理。三元催化凈化器，起包容催化劑、屏蔽噪音，導(dǎo)向氣流的作用。當(dāng)高溫的汽車尾氣通過凈化裝置時(shí)，裝置中的貴金屬催化劑使有害的一氧化碳（CO），碳?xì)浠衔铮℉C）產(chǎn)生氧化反應(yīng)，氮氧化合物（NOx）產(chǎn)生還原反應(yīng)，將其轉(zhuǎn)化成對大氣無害的二氧化碳、氮?dú)夂退龋瑥亩蛊囄矚獾靡詢艋?.三元催化器失效原因。一是溫度過高。常溫下三元催化轉(zhuǎn)化器不具備催化能力，其催化劑必須加熱到一定溫度才具有氧化或還原的能力，通常催化轉(zhuǎn)化器的起燃溫度在250-350℃，正常工作溫度一般在350-700℃。催化轉(zhuǎn)化器工作時(shí)，當(dāng)溫度超過850-1000℃，其內(nèi)涂層的催化劑很可能會脫落，載體碎裂。所以必須注意控制造成排氣溫度升高的各種因素，如點(diǎn)火時(shí)間過遲或點(diǎn)火次序錯(cuò)亂、斷火等，這都會使未燃燒的混合氣進(jìn)入催化反應(yīng)器，造成排氣溫度過高，影響催化轉(zhuǎn)化器的效能。二是慢性中毒。催化劑對硫、鉛、磷、鋅等元素非常敏感，硫和鉛來于汽油，磷和鋅來于潤滑油，這四種物質(zhì)及它們在發(fā)動機(jī)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，從而失去催化作用，即所謂的“中毒”現(xiàn)象。三是表面積碳。當(dāng)汽車長期工作于低溫狀態(tài)時(shí)，三元催化器無法啟動，發(fā)動機(jī)排出的炭煙會附著在催化劑的表面，造成無法與CO和HC接觸，長期下來，使載體的孔隙堵塞，影響其轉(zhuǎn)化。四是排氣惡化。催化轉(zhuǎn)化器對污染物的轉(zhuǎn)化能力有一定的限度，因此必須通過機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)將原始排氣降到最低。如果排放的廢氣污染物各成分的濃度、總量過大，比如混合氣偏濃等，就會影響催化器的催化轉(zhuǎn)化能力，降低其轉(zhuǎn)化效率。此外，由于廢氣中有大量的HC和CO進(jìn)入催化反應(yīng)器后，會在其中產(chǎn)生過度的氧化反應(yīng)，從而產(chǎn)生大量熱量將使催化反應(yīng)器溫度過高而損壞。五是與發(fā)動機(jī)不匹配。即使是同樣的發(fā)動機(jī)，同樣的三元催化轉(zhuǎn)化器，車型不同，發(fā)動機(jī)常用的工作區(qū)間就不同，排氣狀況就發(fā)生變化，安裝三元催化器的位置就不同，這都會影響三元催化轉(zhuǎn)化器的催化轉(zhuǎn)化效果。因此，不同的車輛，應(yīng)使用不同的三元催化轉(zhuǎn)化器。六是氧傳感器失效。為使廢氣催化率達(dá)到最佳（90%以上），必須在發(fā)動機(jī)排氣管中安裝氧傳感器并實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，其工作原理是氧傳感器將測得廢氣中氧的濃度，轉(zhuǎn)換成電信號后發(fā)送給ECU，使發(fā)動機(jī)的空燃比控制在一個(gè)狹小的、接近理想的區(qū)域內(nèi)（14.7:1），若空燃比大時(shí)，雖然CO和HC的轉(zhuǎn)化率略有提高，但NOx的轉(zhuǎn)化率急劇下降，因此必須保證最佳的空燃比。實(shí)現(xiàn)最佳的空燃比，關(guān)鍵是要保證氧傳感器工作正常。如果燃油中含鉛、硅就會造成氧傳感器中毒。此外使用不當(dāng)，還會造成氧傳感器積碳、陶瓷碎裂、加熱器電阻絲燒斷、內(nèi)部線路斷脫等故障。氧傳感器的失效會導(dǎo)致空燃比失準(zhǔn)，排氣狀況惡化，催化轉(zhuǎn)化器效率降低，長時(shí)間會降低催化轉(zhuǎn)化器的使用壽命。

四、三元催化系統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)方法

一是裝有三元催化器的汽車不能使用含鉛汽油，因?yàn)楹U油燃燒后，鉛顆粒隨廢氣排經(jīng)三元催化器時(shí)，會覆蓋在催化劑表面，使催化劑作用面積減少，從而大大降低催化器的轉(zhuǎn)換效率，導(dǎo)致三元催化器鉛中毒。二是避免未燃燒的混合氣進(jìn)入催化器。三元催化器開始起作用的溫度是250℃左右，超過1000℃后作為催化劑的貴金屬成分自身也將會產(chǎn)生化學(xué)變化，從而使催化器內(nèi)的有效催化劑成分降低，使催化作用減弱。行駛在不平整的道路時(shí)應(yīng)特別注意不要“托底”，因?yàn)槿呋鞔蠖鄶?shù)內(nèi)部都是蜂窩陶器形成的催化劑承載體，碰撞后容易破碎，使催化器失效和排氣管堵塞。三是出現(xiàn)不正常的工作狀況，如回火或重復(fù)性失速時(shí)，應(yīng)及時(shí)停車檢查，因?yàn)檫@些狀況可導(dǎo)致催化轉(zhuǎn)化器永久性損壞。四是行駛著的車輛切忌切斷點(diǎn)火開關(guān)。五是在車輛保養(yǎng)時(shí)做好對三元催化器的檢查。檢查內(nèi)容有：排氣管有無異響，這種異響通常由排氣管接頭松動、三元催化器損壞、催化劑更換塞松動等原因造成；排氣管有無開裂或外殼壓扁之類的外觀損壞；排氣尾管有無催化劑顆粒排出。如果三元催化器外殼損壞或排氣尾管排出顆粒，均需更換。