【正文】 XX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 三元催化轉(zhuǎn)化器應(yīng)用與檢測(cè) 1 摘 要 社會(huì)發(fā)展，汽車保有量迅速增加，隨之而來汽車尾氣造成的環(huán)境污染問題也日趨嚴(yán)重。三元催化轉(zhuǎn)化技術(shù)是目前應(yīng)用最廣泛，效果也最顯著的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣機(jī)外凈化技術(shù)。三元催化轉(zhuǎn)化器可以使發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中的 有害排放物如 CO、 HC、 NOx 同時(shí)降低 90%以上，使汽車尾氣污染得到有效控制。 許多車輛在實(shí)際使用過程中，由于使用不當(dāng)造成三元催化轉(zhuǎn) 化器早期失效、損壞，致使它失去了減排的作用并造成發(fā)動(dòng)機(jī)故障。本文分析三元催化轉(zhuǎn)化器的結(jié)構(gòu)、性能的特點(diǎn)，研究 車輛使用 特性對(duì)三元催化轉(zhuǎn)化器性能的影響。研究表明 ,要使三元催化轉(zhuǎn)化 器正常使用 ,應(yīng) 使用規(guī)定級(jí)別或以上的潤(rùn)滑油、高品質(zhì)的無鉛汽油， 保持發(fā)動(dòng)機(jī) 機(jī)械方面 良好的工作狀態(tài) ，發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng) 也 必須正常 ，還有車輛不宜長(zhǎng)時(shí)間怠速等。 在使用特性研究的基礎(chǔ)上 ,分析了三元催化轉(zhuǎn)化器的故障形式 ,研究了不同故障的檢測(cè)方法。三元催化轉(zhuǎn)化器的 故障可分為三類，機(jī)械損傷、堵塞和轉(zhuǎn)化性能變差或失效。機(jī)械損傷可以通過簡(jiǎn)單的人工觀察來檢查。三元催化轉(zhuǎn)化器堵塞的測(cè)試方法有真空測(cè)量法、排氣背壓檢測(cè)法和進(jìn)氣管碳?xì)浠衔餄舛葴y(cè)量法等。對(duì)于三元催化轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化性能變差或失效的檢測(cè)則有轉(zhuǎn)化器出入口溫差法、 雙氧傳感器信號(hào)電壓波形 分析 法和怠速試驗(yàn)法與快怠速試驗(yàn)法相結(jié)合等手段。 關(guān)鍵詞： 三元催化轉(zhuǎn)化器 ，結(jié)構(gòu)性能，使用， 檢測(cè) XX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 三元催化轉(zhuǎn)化器應(yīng)用與檢測(cè) 2 ThreeWay Catalytic Converter Application and Testing ABSTRACT Living standards development makes life better and better. More and more people tend to have their own vehicles to meet transportation needs in daily life, which also brings up a deteriorating environmental pollution problem. 3way catalytic converter is the most popular and efficient engine emission cleanup catalytic converter can reduce harmful CO, HC and NOx emissions by more than 90%, thus effectively curb the pollution brought up by emissions. Many 3way catalytic converters in vehicles may suffer an early failure and get broken due to improper use, and thus lose the function of emission reduction and cause engine damage. We must be careful about the following items in the daily use of the vehicle, primarily using qualified or highgraded lubricants and leadfree gasoline in engine, keeping engine working in a sound status both mechanically and electronically, and avoid longtime idling speed. Failure to understand and attach enough importance on 3way catalytic converter in service work often leads to judgment error and getting half the result with twice the effort. So we must not ignore the 3way catalytic converter during troubleshooting the engine. The malfunction can be XX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 三元催化轉(zhuǎn)化器應(yīng)用與檢測(cè) 3 categorized into 3 kinds, mechanical damage, obstruction and weakening or disabled converting ability. Mechanical damage can be inspected by simple observation. Obstruction issue can be inspected by Snap Throttle Test, Cranking Test and Invasive testing etc. Weakening or disabled converting ability can be identified by Misfire Test, onboard diagnostic systems (OBDII) monitoring and Lightoff Test. Key words: 3way catalytic converter, ponents and performance, use, test XX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 三元催化轉(zhuǎn)化器應(yīng)用與檢測(cè) 4 三元催化轉(zhuǎn)化器應(yīng)用與檢測(cè) 0 引言 汽車排放有害成分主要是 CO、 HC 和 NOx， 汽車尾氣是城市大氣污染的主要污染源 ， 對(duì)人類健康和社會(huì)發(fā)展構(gòu)成巨大威脅 。 據(jù)研究大氣中%的 HC、 %的 CO、 %的 NOx、 %的 CO2和 %的 SO2以及32%的微粒來自汽車 ， 因此解決汽車排放對(duì)環(huán)境污染的公害問題成為迫切需要 。 1943年美國(guó)洛杉磯出現(xiàn)光化學(xué)煙霧主要由汽車排放的 NOx和 HC形成二次污染 ， 一天之內(nèi)致死 400 人 。 1955 年洛杉磯事件 ， 由于汽車排氣造成大氣中臭氧嚴(yán)重超標(biāo) ， 造成大批森林枯黃死亡 ， 成千上萬人得紅眼病 ， 呼吸系統(tǒng)疾病迅速上升 ， 65 歲以上老人幾天之內(nèi)死亡 4000 多人 。 1971年東京光化學(xué)煙霧中毒 4800 多人 ， 這一類型的污 染后來相繼出現(xiàn)在世界上許多其它大型城。 60 年代美國(guó)加州領(lǐng)先而聯(lián)邦政府隨后對(duì)汽車的 CO 及HC 排放加以限制 ， 而且要求逐步加嚴(yán) 。 1970 年聯(lián)邦政府通過環(huán)境保護(hù)法案加嚴(yán)對(duì) CO 及 HC 的限制并且增加對(duì) NOx 的限制 。 美國(guó)汽車排放問題方面的措施使其它汽車生產(chǎn)國(guó)也對(duì)排放加以重視起來 。 我國(guó)汽車工業(yè)起步較晚 ，但近幾年飛速發(fā)展。 由于技術(shù)相對(duì)落后，缺乏保護(hù)大氣環(huán)境的意識(shí)各種法規(guī)不能嚴(yán)格執(zhí)行， 汽車對(duì)環(huán)境造成的污染日益嚴(yán)重 。 必須重視起來，不能重蹈覆轍 在車輛使用和維護(hù)過程中，加強(qiáng)對(duì)XX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 三元催化轉(zhuǎn)化器應(yīng)用與檢測(cè) 5 控制尾氣排放技術(shù)如三元催化轉(zhuǎn)化技術(shù)的認(rèn)識(shí)，充分發(fā)揮它最大的效用。在車輛使用中從車況、發(fā)動(dòng)機(jī)工況、具體操作、 實(shí)際使用過程等多方面多角度，保證三元催化轉(zhuǎn)化器的使用壽命，避免早期損壞，并且在三元催化轉(zhuǎn)化器應(yīng)有使用周期內(nèi)保持較高的轉(zhuǎn)化率 ，減少汽車有害氣體的排放。在發(fā)動(dòng)機(jī)故障檢測(cè)中 注意 三元催化轉(zhuǎn)化器 的因素，可以因地制宜采用多種不同的檢測(cè)手段，快速準(zhǔn)確判 斷三元催化轉(zhuǎn)化器的故障。 1 催化轉(zhuǎn)化器的結(jié)構(gòu)和原理 汽車尾氣 污染及危害 汽車作為現(xiàn)代社會(huì)的交通工具，給人們的工作和生活都帶來了極大的便利，但 同時(shí)也對(duì)大氣環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。近年來，我國(guó)汽車保有量迅速增加， 平均年增長(zhǎng)率在 13%以上， 2021年全國(guó)汽車保有量為 5000萬輛，主要集中在大城市，如北京 288萬輛（ 2021年 底 ）， 上海 213萬輛（ 2021年 底 ），廣州 180萬輛（ 12021年 底 ），天津 116萬輛（ 2021年 9月 ） ，濟(jì)南83萬輛（ 2021年 1月） 。由于汽車保有量的急劇增加，且我國(guó)的汽車檢查和維 修系統(tǒng)不完善，在用車車況質(zhì)量差，單車排污量大。 表 七個(gè)城市汽車污染物分擔(dān)率 （ %） 城市 上海 北京 沈陽 濟(jì)南 杭州 天津 廣州 CO 86 88 53 47 72 71 89 HC 48 49 38 46 NOx 56 51 53 79 目前汽車尾氣污染控制水平低等原因，致使汽車尾氣污染日益嚴(yán)重。XX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 三元催化轉(zhuǎn)化器應(yīng)用與檢測(cè) 6 大量汽車 尾氣污染物集中在城市，造成城市中汽車污染源的污染分擔(dān)率明顯增加。 表 2021年 七 個(gè)城市中汽車污染物的分擔(dān)率 ， 說明汽車尾氣污染已經(jīng)成為我國(guó)城市空氣污染的主要來源。 汽車排出的污染物主要有碳?xì)浠衔铮?HC）、一氧化碳（ CO）、 氮氧化合物（ NOx），此外還有鉛（ Pb）、二氧化硫（ SO2）等有害物質(zhì)。這些污 染物危害人類健康，影響動(dòng)植物的生長(zhǎng)。 另外氮氧化合物與碳?xì)浠衔镌趶?qiáng)陽光的作用下，遇到不利于擴(kuò)散的氣候和地理環(huán)境時(shí)可形成光化學(xué)煙霧，造成嚴(yán)重的二次污染和生態(tài)環(huán)境的破壞。因此，限制和治理汽車排氣污染已迫在眉睫。 圖 汽車排放污染物分類 汽車尾氣 凈化技術(shù) 降低汽車尾氣中有害氣體的排放量在技術(shù)上主要是采用凈化方式，即在發(fā)動(dòng)機(jī)以及進(jìn)排氣系統(tǒng)上增加凈化裝置，有 磁化式、補(bǔ)氣式、三效催化式和前置燃燒催化式等技術(shù)。目前主要應(yīng)用兩種技術(shù)：前置式燃燒催化凈化技術(shù)與尾氣催化凈化技術(shù)。 三效催化凈化技術(shù) 與前置式燃燒催化凈化技術(shù)不同，尾氣催化凈化技術(shù)是在發(fā)動(dòng)機(jī)之后尾氣排氣系統(tǒng)上安置凈化裝XX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 三元催化轉(zhuǎn)化器應(yīng)用與檢測(cè) 7 置，減少有害氣體的排氣量。它的 基本 凈化原理是：將貴金屬三效催化劑或稀土催化劑制成凈化裝置后裝入汽車內(nèi)，使催化劑與尾氣中的 CO、 HC和 NOx起 氧化還原作用而生成無害物質(zhì)排出 。 三效催化劑的結(jié)構(gòu) 載體 載體用于催化劑的制備上，最初的目的是節(jié)約貴金屬材料（如鉑、鈀等），同時(shí)提高催化 劑的機(jī)械強(qiáng)度。后來，由于使用不同載體而使催化劑活性產(chǎn)生差異，才對(duì)載體其他方面的作用進(jìn)行了研究。載體具有下述幾方面的作用 ：（ 1）增大有效表面積和提供合適的孔結(jié)構(gòu)；（ 2）提高催化劑的機(jī)械強(qiáng)度；（ 3）提高催化劑的熱穩(wěn)定性；（ 4）提供催化反應(yīng)的活性中心；（ 5）和活性組分作用形成新的化合物；（ 6）增加催化劑的抗毒性能，降低對(duì)毒物的敏感性；（ 7）節(jié)省活性組分用量，降低成本 。 從催化轉(zhuǎn)化器技術(shù)發(fā)展過程看，載體主要分為顆粒狀載體及整裝式載體：顆粒狀載體在催化轉(zhuǎn)化器早期被大量使用，對(duì)控制早期汽車尾氣排放起過重要作用，采用的是在 工業(yè)上應(yīng)用很廣泛的氧化鋁顆粒（球狀、片狀或柱狀），其主要成分是活性氧化鋁（γ AL2O3），通常制成 20～ 40 目的小球。由于顆粒狀載體的熱容量大，且是堆積式裝填，氣阻大，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣造成很大的影響，在高溫腐蝕性氣流的沖刷下磨損很快，以它為載體的催化劑使用壽命很短。而且，在高溫情況下γ AL2O3 載體會(huì)和 Rh發(fā)生反應(yīng)，使 Rh慢慢向載體中滲入，最終導(dǎo)致活性下降，而 Rh是還原 NOx最主要的催化劑。由于這些致命的缺陷，顆粒狀載體目前已趨于淘汰。 現(xiàn)在更廣泛采用的是整裝式蜂窩載體。根據(jù)載體材料的不同，整裝式XX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 三元催化轉(zhuǎn)化器應(yīng)用與檢測(cè) 8 載體有 陶瓷蜂窩載體、金屬蜂窩載體、金屬網(wǎng)、片狀載體和玻璃纖維載體。這種陶瓷載體具有一組薄壁的平行通道，它減少了壓力降，強(qiáng)度高，幾何表面積大，適于在高溫條件下使用。金屬載體是 Fe5Al20Cr合金組成，具有：（ 1）薄的孔壁，如： 50μ m，提供更大的幾何表面積和更開放的集合結(jié)構(gòu)；（ 2）由于熱溶低而具有更好的導(dǎo)熱性；（ 3）更高的抗熱沖擊的機(jī)械強(qiáng)度。與蜂窩陶瓷載體相比，金屬載體除了價(jià)格高以外，具有預(yù)熱性能好和壓降更低等優(yōu)點(diǎn)。 涂層 通常選用活性γ AL2O3作為三效催化劑的第 二 載體，涂層提供了貴金屬活性組 分及助劑所需的穩(wěn)定的高比表面積。整個(gè)催化劑的穩(wěn)定性在很大程度上依賴于涂層表面積大小和涂層在載體上的附著力。涂層通常包括涂層穩(wěn)定劑和γ AL2O3，γ AL2O3通常超過 90%，所以γ AL2O3的穩(wěn)定是關(guān)鍵。汽車工作狀態(tài)下排氣溫度高，要求 AL2O3涂層有較高的耐熱性。 800℃以下AL2O3以γ AL2O3形式存在，溫度升高發(fā)生相變， 1100℃時(shí)晶相轉(zhuǎn)變?yōu)棣罙L2O3，使比表面積降低。為了提高 AL2O3的穩(wěn)定性，可通過添加其他氧化物來改善，如堿土金屬作為穩(wěn)定劑可明顯推遲γ AL2O3的相變溫度和減少變面積損 失。常用的助劑有 Ce，少量的 La、 Y、 Nd、 Sm