汽車三元催化器故障及處理措施分析

汪偉峰 楊文龍

摘要：為了提升汽車運(yùn)行質(zhì)量，要結(jié)合汽車應(yīng)用要求維持運(yùn)行狀態(tài)。尤其是在節(jié)能降耗環(huán)保理念不斷深入的時(shí)代背景下，汽車三元催化器的應(yīng)用能有效減少尾氣排放污染比例，要整合具體操作和維護(hù)管理方案，減少故障造成的不良影響。本文分析了汽車三元催化器的工作原理，并對(duì)催化活性降低、催化器損壞、催化劑物理破損等故障問題和處理措施展開討論。

Abstract： In order to improve the quality of car operation， it is necessary to maintain the running state in accordance with the requirements of the car application. Especially in the context of the ever-deepening of the concept of energy saving， consumption reduction and environmental protection， the application of automotive three-way catalytic converters can effectively reduce the proportion of exhaust emissions. It is necessary to integrate specific operation and maintenance management plans to reduce the adverse effects caused by failures. This article analyzes the working principle of the automobile three-way catalytic converter， and discusses the malfunctions and treatment measures such as the reduction of catalytic activity， the damage of the catalytic converter， and the physical damage of the catalyst.

關(guān)鍵詞：汽車三元催化器;工作原理;故障問題;處理措施

Key words： automobile three-way catalytic converter;working principle;failure problem;treatment measures

中圖分類號(hào)：U472.43? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）23-0166-02

0? 引言

汽車三元催化器能有效處理汽車尾氣中的碳?xì)浠衔?、等物質(zhì)，并且能降低PM排放，從而滿足節(jié)能降耗的基本需求，在閉環(huán)電控狀態(tài)下，能轉(zhuǎn)化90%以上的污染物，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

1? 汽車三元催化器工作原理

1.1 定義

汽車三元催化器本身屬于化工裝置，利用三種化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)催化處理目標(biāo)，并且，正是由于催化物質(zhì)和反應(yīng)較為復(fù)雜，因此，其反應(yīng)速率較快，但是催化劑本身不參與反應(yīng)。主要的化學(xué)反應(yīng)包括：

1.2 原理

在三元催化器應(yīng)用過程中，要借助對(duì)應(yīng)的處理方式完成應(yīng)用，且利用汽車尾氣濃度關(guān)系針對(duì)主要污染物予以處理。并且，一部分沒有完全燃燒的碳?xì)浠衔飳⒁孕☆w?；蛘呤菤馊苣z的狀態(tài)留存下來?；诖耍呋骶湍芨玫販p少顆粒排放水平，維持PM數(shù)值的環(huán)保要求。

第一，三元催化器的核心部件是具備活性催化劑覆蓋的陶瓷載體，利用貴金屬組成和鋯等稀土族元素添加的材料。其中，貴金屬材料能更好地促進(jìn)碳?xì)浠衔镆约耙谎趸及l(fā)生氧化反應(yīng)，這就能有效保護(hù)陶瓷的芯體，并且兼具減震、固定以及隔熱的功效。

第二，汽車三元催化器在投入使用后，匹配發(fā)動(dòng)機(jī)控制技術(shù)和無鉛汽油技術(shù)，就能更好地提升催化劑的應(yīng)用效果，三元催化劑的基礎(chǔ)性能和發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣空燃比相關(guān)聯(lián)。1）在燃燒狀態(tài)偏稀釋的環(huán)境中，氧氣較為充足，此時(shí)，氧化反應(yīng)更易發(fā)生，催化劑對(duì)碳?xì)浠衔镆约耙谎趸嫉霓D(zhuǎn)化率就會(huì)增高，對(duì)NOX的轉(zhuǎn)化率則會(huì)降低。2）在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒較為濃烈的狀態(tài)下，反應(yīng)平衡一般會(huì)向還原方向有所偏移，此時(shí)，NOX的轉(zhuǎn)化率也會(huì)隨之增高。因此，在理論空燃比接近1時(shí)，才能更好地發(fā)揮三種成分凈化效率的最優(yōu)值[1]。

1.3 組成

主要包括殼體、減振層、載體、催化劑等部分，而催化劑指的是具有催化活性組分以及水洗涂層的部分，是整個(gè)催化器的核心內(nèi)容，也決定了汽車三元催化器的基本性能。一般而言，汽車三元催化器的殼體是不銹鋼板，以避免氧化皮脫落產(chǎn)生的催化器堵塞問題。并且，多數(shù)催化器的殼體都采取的是雙層處理結(jié)構(gòu)，以維持催化劑的反應(yīng)溫度，能最大程度上減少催化器對(duì)汽車底板產(chǎn)生的高溫輻射問題，避免加油站因?yàn)榇呋鞅砻鏌霟岬臏囟纫l(fā)火災(zāi)隱患，也能減少路面積水對(duì)于催化器產(chǎn)生的影響。減振層則主要分為膨脹墊片和鋼絲網(wǎng)墊，能有效減振和緩解熱應(yīng)力。載體采用的是陶瓷載體。

2? 汽車三元催化器常見故障問題

2.1 常見故障

較為常見的三元催化器故障如下：①催化器失效造成發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣排放量增大;②催化器堵塞造成發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)困難;③催化器運(yùn)行不暢造成最高車速降低;④催化劑活性和物理破損。例如，某三元催化器表現(xiàn)為外殼和內(nèi)部結(jié)構(gòu)都沒有出現(xiàn)損壞的問題，但是，車輛的污染物排放卻超出了限定的標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)人員在進(jìn)行檢查后發(fā)現(xiàn)，MIL燈處于閃爍狀態(tài)，沒有故障現(xiàn)象，因此，將問題鎖定在催化劑活性方面[2]。

2.2 故障原因

2.2.1 催化器失效

主要是因?yàn)椴僮魅藛T在應(yīng)用設(shè)備的過程中使用了含鉛汽油，這就會(huì)造成催化劑表面因?yàn)槭艿疆愇锔采w產(chǎn)生失效問題，并且，載體孔洞的表面大量沉積鉛元素，就會(huì)造成催化器的失效。另外，因?yàn)榕艢庵刑細(xì)浠衔镌龆啵矔?huì)造成三元催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)產(chǎn)生反應(yīng)，燃燒過于激烈，必然會(huì)升高溫度，燒壞設(shè)備。

2.2.2 機(jī)械損傷

若是三元催化器受到碰撞、震動(dòng)等問題，就會(huì)造成殼體和載體的變形問題，甚至?xí)霈F(xiàn)破裂等情況，這些機(jī)械損傷都會(huì)影響三元催化器的應(yīng)用質(zhì)量。

2.2.3 堵塞

在排氣中，鋅元素、磷元素、碳元素會(huì)大量富集在載體表面，必然會(huì)對(duì)催化反應(yīng)造成影響，甚至?xí)霈F(xiàn)排氣發(fā)堵的問題。

2.2.4 老化

其一，高溫老化現(xiàn)象。結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)可知，三元催化劑的工作范圍要低于900攝氏度，若是出現(xiàn)異常因素造成工作范圍內(nèi)催化劑表面溫度升高，則活性會(huì)嚴(yán)重降低，瞬時(shí)溫度若是在1300攝氏度以上會(huì)使得催化劑直接失活[3]。其二，毒害老化問題，因?yàn)槿加鸵约皺C(jī)油中都會(huì)添加一些其他元素，這些元素必然會(huì)進(jìn)入催化器，因?yàn)檐囕v長時(shí)間運(yùn)行的過程中會(huì)物質(zhì)就會(huì)沉積在催化劑的表面，造成活性之間喪失，使得后續(xù)操作失衡，無法有效完成對(duì)應(yīng)催化工作。要結(jié)合老化的程度和原因進(jìn)行針對(duì)性的分析，從而全面評(píng)估失活因素，并且結(jié)合失活狀態(tài)采取對(duì)應(yīng)的控制措施，減少失活問題對(duì)三元催化器應(yīng)用產(chǎn)生的影響。值得一提的是，熱老化問題一般很難恢復(fù)，而一些元素造成的老化問題借助特定的循環(huán)處理機(jī)制能實(shí)現(xiàn)性能的恢復(fù)處理。

2.2.5 催化器損壞

第一，因?yàn)槭褂玫娜加推焚|(zhì)不滿足應(yīng)用要求。我國從2000年開始禁止使用含鉛汽油，但是，為了有效提升汽油的抗爆效果，部分燃油中依舊會(huì)添加有機(jī)錳等元素，這就使得車輛在使用過程中錳元素會(huì)隨著高溫尾氣排出，然后大量沉積在催化劑的入口端，此時(shí)就會(huì)造成催化器的堵塞問題。而在2014年，我國正式出臺(tái)了汽油應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)后，燃油品質(zhì)大幅度提升，這種故障問題的發(fā)生幾率也在縮小。第二，點(diǎn)火系統(tǒng)故障問題。故障會(huì)導(dǎo)致油氣進(jìn)入到催化器內(nèi)部，甚至?xí)霈F(xiàn)后燃問題，沒有燃燒充分的燃油氣進(jìn)入到催化器后就會(huì)在載體內(nèi)部燃燒，甚至?xí)⑺矔r(shí)高溫提升到1400攝氏度，必然會(huì)對(duì)催化劑造成滅活影響。盡管被破壞的催化劑表面完整，但是內(nèi)部卻已經(jīng)出現(xiàn)破碎的裂痕。盡管入口端無法查找問題，但是若是從出口端進(jìn)行分析和檢測(cè)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)催化器的載體已經(jīng)內(nèi)部空洞。第三，渦輪增壓器漏油。帶渦輪增壓器發(fā)動(dòng)機(jī)若是出現(xiàn)漏油問題，就會(huì)造成機(jī)油進(jìn)入催化器，加之渦輪增壓器維護(hù)工序不當(dāng)，也會(huì)產(chǎn)生增壓器油封漏油的問題。催化劑的表面溫度超過700攝氏度，就會(huì)導(dǎo)致機(jī)油在催化劑表面形成高溫環(huán)境，未燃燒充分的油氣進(jìn)入催化器，影響其應(yīng)用活性。第四，異物進(jìn)入催化器前端。因?yàn)榇呋D(zhuǎn)化器內(nèi)的氣流孔道尺寸有限，若是前端進(jìn)入的異物較大，就會(huì)對(duì)尾氣流通產(chǎn)生影響，異物在尾氣作用下會(huì)和陶瓷載體相互碰撞摩擦，最終影響催化器的應(yīng)用質(zhì)量。較為常見的磨損故障包括焊渣、襯墊等，甚至一些脫落的螺絲也會(huì)對(duì)其應(yīng)用效果造成影響。

3? 汽車三元催化器故障處理措施

3.1 三元催化器轉(zhuǎn)換器檢修

在汽車三元催化器管理工作中，若是啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)后在緩慢加速的過程中真空度降低，則證明排氣系統(tǒng)出現(xiàn)了阻礙問題。究其原因，是因?yàn)槿呋鬓D(zhuǎn)換器阻塞現(xiàn)象，此時(shí)，要對(duì)其進(jìn)行集中檢查，觀察是否存在堵塞、熔化、開裂或者是其他損傷問題，若是無法修補(bǔ)就要及時(shí)更換。并且，要在更換元件的基礎(chǔ)上檢查發(fā)動(dòng)機(jī)缺火問題以及燃燒不充分問題產(chǎn)生的原因，從而維持檢修工作的合理性和規(guī)范性。第一，為了保證催化器轉(zhuǎn)換器應(yīng)用質(zhì)量，要嚴(yán)格落實(shí)標(biāo)準(zhǔn)汽油使用工作，按照規(guī)定標(biāo)號(hào)的無鉛汽油完成相應(yīng)的工作處理，減少鉛元素、磷元素、鋅元素等雜質(zhì)沉積造成的影響，提升其應(yīng)用質(zhì)量，維持綜合管理的規(guī)范性。第二，要依據(jù)實(shí)際情況和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)選取適宜的汽油添加劑、機(jī)油或者是機(jī)油添加劑，以保證能為三元催化器應(yīng)用提供較為合理的環(huán)境，增加機(jī)油進(jìn)入氣缸參與燃燒的幾率，從而確保表面附著物適當(dāng)減少。并且，要結(jié)合氧傳感器等標(biāo)準(zhǔn)提升檢修實(shí)效性。第三，要盡量避免起動(dòng)機(jī)帶動(dòng)車輛滑行，會(huì)對(duì)三元催化器的應(yīng)用效果產(chǎn)生影響，甚至?xí)膿p元件。第四，要盡量避免在有易燃物的路面或者是場地行駛，從根本上規(guī)避因?yàn)楦邷丨h(huán)境下三元催化器轉(zhuǎn)化器點(diǎn)燃易燃易爆物質(zhì)造成火災(zāi)的情況，提高安全性的同時(shí)，也能減少故障問題。第五，針對(duì)渦輪增壓器漏油問題的處理，要集中了解機(jī)油污染的情況和狀態(tài)，然后在分析機(jī)油進(jìn)入三元催化轉(zhuǎn)化器的原因后更換設(shè)備，并且減少污染發(fā)生的幾率。第六，針對(duì)異物進(jìn)入催化器前端的處理，一般是在安裝的過程中進(jìn)行預(yù)處理，確保能從根本上杜絕異物在上游氣流通道內(nèi)留存。

3.2 規(guī)范日常維護(hù)

除了要對(duì)三元催化轉(zhuǎn)化器故障予以處理外，也要規(guī)范日常維護(hù)工序，提升常態(tài)化管理水平。第一，若是燃油過低，就要盡快結(jié)合實(shí)際應(yīng)用要求和狀態(tài)完成燃油的填充和補(bǔ)給，避免油箱燃油面較低造成空氣和油氣的混合，也能有效減少發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比的異常變動(dòng)，最大程度上減少三元催化轉(zhuǎn)化器的運(yùn)行負(fù)荷，維持設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量。第二，在三元催化轉(zhuǎn)化器維修修護(hù)工作中，要避免使用斷火法測(cè)試各個(gè)工作缸的運(yùn)行狀態(tài)和工作情況，主要是因?yàn)閲娪推魈幱诠ぷ鳡顟B(tài)下已經(jīng)噴出的未燃燒汽油會(huì)在三元催化轉(zhuǎn)化器中燃燒，造成嚴(yán)重的安全隱患?；诖?，要在起動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，對(duì)缸內(nèi)氣壓予以測(cè)定，并且及時(shí)拔除噴油器的插頭。第三，因?yàn)槿呋D(zhuǎn)化器本身就是貴重易碎品，因此，要保證其固定位置的牢固性，減少因?yàn)槁访娌黄筋嶔ぴ斐傻挠绊?，一般而言，要緊固氧傳感器和三元催化轉(zhuǎn)化器端口，維持螺栓的穩(wěn)定性，并且密封接頭面，配置對(duì)應(yīng)的氣壓檢查排氣系統(tǒng)，就能及時(shí)了解泄漏問題，減少安全隱患。第四，要定期進(jìn)行廢氣排放量的檢查和檢測(cè)，依據(jù)實(shí)際情況裝配蜂巢型轉(zhuǎn)換器，按照規(guī)定要求的顆粒轉(zhuǎn)化參數(shù)及時(shí)更換。

4? 結(jié)束語

總而言之，伴隨著汽車行業(yè)的高速發(fā)展，機(jī)動(dòng)車尾氣污染問題逐漸加劇，因此，三元催化轉(zhuǎn)化器作為尾氣排放核心裝置受到了廣泛關(guān)注，為了避免其質(zhì)量問題和應(yīng)用故障問題對(duì)應(yīng)用效果造成影響，要結(jié)合故障原因落實(shí)有效的處理工作，從根本上提高三元催化轉(zhuǎn)化器的應(yīng)用效率，為城市交通健康可持續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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