【正文】 量的鉛，它以氧化鉛、 氯化鉛或硫化鉛等形式存在 。當(dāng)排氣溫度超過(guò)850℃ 時(shí) ，催化劑長(zhǎng)期暴露在這種高溫環(huán)境中，催化劑的活性組分鉑、鈀和銠 等貴金 屬易揮發(fā)，其涂層易剝落，其晶粒及助劑氧化鈰 的晶粒明顯增大 。 %）時(shí)， 也就是圖中的窗口區(qū)， 廢氣才能以最高的轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)換為無(wú)害的氣體，過(guò)濃或過(guò)稀都 會(huì) 影響轉(zhuǎn)化效果 。 （ EGR）系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)要特別注意。所以我們?cè)谲?chē)輛使用和維護(hù)過(guò)程中應(yīng)注意一些問(wèn)題， 保 持轉(zhuǎn)化器良 好的工作性能， 避 免催化轉(zhuǎn)化器早期失效損壞，盡量延長(zhǎng)其使用壽命。保證各缸火花塞工作良好，并避免點(diǎn)火順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) 23 序錯(cuò)亂、斷火等，以免造成排氣溫度過(guò)高。因?yàn)槿呋D(zhuǎn)化器中的陶瓷載體耐機(jī)械沖擊和熱沖擊的能力較差，如果安裝不牢固造成振動(dòng)，陶瓷載體易破碎，不僅不能發(fā)揮轉(zhuǎn)化的作用，而且會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)性能變壞。 （ 1）“喀喀”、“嘩啦”聲。更換三元催化轉(zhuǎn)化器后故障排除。 （ 6）用故障診斷儀檢測(cè)電控系統(tǒng)， 一般 沒(méi)有故障代碼。發(fā)達(dá)國(guó)家的 無(wú)鉛 汽油不僅辛烷值高、抗爆性好，而 且含硫和含磷量極低，還有 行車(chē)途中很少出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間堵車(chē)，對(duì) 氧傳感器和三元催化轉(zhuǎn)化器造成的污染較低。顯然，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣不暢。 啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)， 并使發(fā)動(dòng)機(jī)溫度達(dá)到 85℃以上 ， 在 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為 2500r/min時(shí) 讀取壓力表讀數(shù)，此讀數(shù)即為 排氣 管的 背壓 ，其值應(yīng)小于 。 三元催化轉(zhuǎn)化器出入口溫差法 通過(guò) 測(cè)量經(jīng)過(guò)崔 化轉(zhuǎn)化器后廢氣溫度的升高值 ， 可以判斷三元催化轉(zhuǎn)化器的轉(zhuǎn)化性能， 因?yàn)閺U氣溫度的升高是由于 CO和 HC的氧化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量而引起的 。 本次試驗(yàn)是采用簡(jiǎn)易 ECE15試驗(yàn)循環(huán) ， 在不同的外界溫度下連續(xù)進(jìn)行了 6個(gè) ECE循環(huán)系列相同模擬試驗(yàn) ， 得到新催化轉(zhuǎn)化器 （ 轉(zhuǎn)化 率 90%） 和凈化率低于 30%的舊催化轉(zhuǎn)化器進(jìn)出口溫度差值與外界溫度的關(guān)系 。 一輛帕薩特 轎車(chē)，駕駛員反映該車(chē)尾氣一直特別難聞，而且油耗高。所以在轉(zhuǎn)化器診斷邏輯的設(shè)計(jì)上，把儲(chǔ)氧能力作為判斷催化劑是否失效的技術(shù)指標(biāo)。 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) 41 表 在用汽車(chē)排放限值 車(chē)型 類(lèi)別 怠速 高怠速 CO% HCppm CO% HCppm 1995 年 7月 1日前生產(chǎn)的輕型車(chē) 1200 900 1995 年 7月 1日起生產(chǎn)的輕型車(chē) 900 900 2021 年 7月 1日起生產(chǎn)的一類(lèi)輕型車(chē) 150 100 2021 年 10 月 1 日起生產(chǎn)的二類(lèi)輕型車(chē) 200 150 表 中下面兩項(xiàng)一般是指帶有三元催化轉(zhuǎn)化器的車(chē)，是需要用來(lái)比較的數(shù)據(jù)。開(kāi)環(huán)時(shí)候由于無(wú)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(shí)平均轉(zhuǎn)換效率可達(dá) 90%以上，因此，在對(duì)三元催化轉(zhuǎn)化器進(jìn)行懷疑的時(shí)候，也應(yīng)該對(duì)電控系統(tǒng)和氧傳感器進(jìn)行相應(yīng)檢測(cè)。這種方法不但能夠?qū)θ呋D(zhuǎn)化器是否有故障做出判斷，還能有效地綜合分析三元催化轉(zhuǎn)化器性能評(píng)價(jià)指標(biāo)中的一項(xiàng)“空速特性檢驗(yàn)”，它表示受反應(yīng)氣體在催化劑中的停留時(shí)間。 怠速試驗(yàn)法和高怠速試驗(yàn)法 怠速工況指發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。分別裝載三元催化轉(zhuǎn)化器的反應(yīng)前、后兩端。 如果出口溫度不比入口問(wèn)題高，甚至低于入口溫度，則說(shuō)明三效催化轉(zhuǎn)化器可能失效。 這種測(cè)量系統(tǒng)和軟件可完成一個(gè)檢測(cè)循環(huán) 。 將汽車(chē)舉起，檢查三元催化轉(zhuǎn)化器，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部的蜂窩狀催化物質(zhì)大面 積破損，阻礙了廢氣的排出，因而影響吸氣效果，造成發(fā)動(dòng)機(jī)加速無(wú)力。有二次空氣泵的可以從二次空氣噴射管路上脫開(kāi)空氣泵止回閥的接頭，再在二次空氣噴射管路的排氣管端接上壓力表。讀取數(shù)據(jù)流，燃油壓力及點(diǎn)火系統(tǒng)的狀況均正常。如果廢氣在排氣管內(nèi)積聚，排氣背壓升高，汽缸內(nèi)外的廢氣壓力差減小，氣流速度就會(huì)降低，渦輪增壓能力必然下降。 （ 2）加速不良，沒(méi)有高速。檢測(cè)燃油系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、氣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) 27 缸壓力、點(diǎn)火正時(shí)及電控系統(tǒng)的傳感器和執(zhí)行器均正常。如其表面有刮擦、凹痕或裂紋等，則說(shuō)明三效催化轉(zhuǎn)化器受到過(guò)損傷，還有各部位連接是否牢固，各類(lèi)導(dǎo)管是否有泄露等。并且此時(shí)混合氣燃燒也不充分，增加了催化轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化的負(fù)擔(dān)。導(dǎo)致上述故障的原因基本相同，最主要的就是三元催化轉(zhuǎn)化器臟堵。三元催化轉(zhuǎn)化器 內(nèi)的空氣注入 噴嘴一眼看過(guò)去是看不到的，它必須被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) 21 專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)以減少空氣重新進(jìn)入 催化轉(zhuǎn)化器 的 前部。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) 20 發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣體太濃 ，雖 對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和功率有好處 ， 但尾氣中的氧濃度偏低 ， 使催化劑氧化反應(yīng)不足 ， 轉(zhuǎn)化 CO、 HC效果不好 。 發(fā)動(dòng)機(jī)排出的氮氧化物除少量 NOx外大量是 NO， 其生成條件是高溫富氧 ， 當(dāng)混合氣空燃比為 NO濃度最高 ， 空燃比增大或減小 ， NO濃度會(huì)逐漸降低 。 二氧化硫還能抑制三元催化劑活性的發(fā)揮，在 Pt、 Pd和 Rh等貴金屬催化劑中， Rh能更好地抵抗二氧化硫?qū)?NO還原的影響，而 Pt受二氧化硫影響最大。因?yàn)榱椎闹卸具^(guò)程為孔口中毒，所以當(dāng)其毒物前驅(qū)物如 P2O H3PO4等通過(guò)孔擴(kuò)散及其與催化劑活 性位、載體等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后，形成沉積物易黏 附在催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) 14 化劑微孔入口處，引起活性位的覆蓋和堵塞，從而導(dǎo)致催化劑的起燃時(shí)間延長(zhǎng)，污染物排放量大大增加。 一般的催化劑起燃溫度為300℃左右 。這個(gè)溫度可以叫做轉(zhuǎn)化器起燃溫度，催化轉(zhuǎn)化器正常工作溫度為 300℃ ～900℃ 。 催化轉(zhuǎn)化器的類(lèi)型 （ 1）氧化型轉(zhuǎn)化器。根據(jù)催化劑化學(xué)成分和稀土用量的不同，三效催化劑主要有以下幾種： （ 1）稀土 賤金屬?gòu)?fù)合氧化物催化劑 以鑭、鈰氧化物和 CuO、 NiO、 Cr2O3等復(fù)合制成的催化劑成本較低，但使用結(jié)果表明，它的催化活性不夠理想，起燃溫度在 450℃以上，熱穩(wěn)定性較差，易中毒，壽命不長(zhǎng)。 現(xiàn)在更廣泛采用的是整裝式蜂窩載體。 表 2021年 七 個(gè)城市中汽車(chē)污染物的分擔(dān)率 ， 說(shuō)明汽車(chē)尾氣污染已經(jīng)成為我國(guó)城市空氣污染的主要來(lái)源。 1943年美國(guó)洛杉磯出現(xiàn)光化學(xué)煙霧主要由汽車(chē)排放的 NOx和 HC形成二次污染 ， 一天之內(nèi)致死 400 人 。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(chē)尾氣污染得到有效控制。 美國(guó)汽車(chē)排放問(wèn)題方面的措施使其它汽車(chē)生產(chǎn)國(guó)也對(duì)排放加以重視起來(lái) 。 圖 汽車(chē)排放污染物分類(lèi) 汽車(chē)尾氣 凈化技術(shù) 降低汽車(chē)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)。 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。 （ 3）貴金屬 少量稀土催化劑 貴金屬 催化劑催化活性高，使用壽命長(zhǎng)，綜合性能較好，基本上能夠滿(mǎn)足當(dāng)前的排放標(biāo)準(zhǔn)，是目前汽車(chē)尾氣凈化催化劑的主流。 （ 2）三效轉(zhuǎn)化器。如果空燃比 保持在化學(xué)計(jì)量比值的 177。 （ 4） 上限溫度 上限溫度是指催化劑能夠正常工作所承受的最高溫度 ,一般能夠達(dá)到 950℃以上 。 圖 鉛對(duì) Pt/AL2O3催化劑活性的影響 鉛在催化劑中的滯留量可高達(dá) 13%～ 30%，含 化劑 HC轉(zhuǎn)化活性的影響 如 上圖所示 。 另外，當(dāng)毒物吸附在貴金屬催化劑表面時(shí)，由于化學(xué)吸附時(shí)的熱效應(yīng)，也會(huì)促進(jìn)貴金屬晶粒長(zhǎng)大，引起貴金屬催化劑的燒結(jié) 。 圖 三元催化轉(zhuǎn)化器的空然比特性曲線 點(diǎn)火正時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)化效率的影響 對(duì)于現(xiàn)代汽車(chē)而言 ， 最佳點(diǎn)火提前角不僅要保證發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和燃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) 19 油經(jīng)濟(jì)性都達(dá)到最佳 ， 還必須保持廢氣排放污染最小 。廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的作用是在發(fā)動(dòng)機(jī)某些工況時(shí)，使一部分尾氣再進(jìn)入氣缸中燃燒，以降低氣缸燃燒溫度，從而減少氮氧化物的產(chǎn)生。 正確使用潤(rùn) 滑油 首先，必須按規(guī)定選用合適的機(jī)油，一般使用手冊(cè)都有廠家規(guī)定的應(yīng)使用機(jī)油的級(jí)別，高于規(guī)定級(jí)別的機(jī)油都可以用，低于規(guī)定級(jí)別的機(jī)油千萬(wàn)不能使用，并且不同的機(jī)油不能混加。如果發(fā)動(dòng)機(jī)存在混合氣燃燒不完全、爆燃及失火等現(xiàn)象，會(huì)造成大量未燃混合氣和碳?xì)浠衔镞M(jìn)入三元催化轉(zhuǎn)化器中燃燒，在持續(xù)高溫（超過(guò) 1000℃ ）下，催化劑的涂層組織會(huì)發(fā)生由 δ、 γ 或 θ 相 AL2O3向 α 相 AL2O3的轉(zhuǎn)變，造成轉(zhuǎn)化效率明顯降低直至失效。其次，應(yīng)確保三元催化轉(zhuǎn)化器與排氣管之間的密封。這種類(lèi)型的噪聲產(chǎn)生的原因有：三元催化轉(zhuǎn)化器附件（如隔熱罩）的松動(dòng)，三元催化轉(zhuǎn)化器與車(chē)身部件的接觸，三元催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)部元件（如載體）損壞并在其內(nèi)部移動(dòng)。 另 一輛寶來(lái) 轎車(chē)，駕駛員反映車(chē)輛加速時(shí)發(fā)出非常明顯的異常響聲，而怠速和高速時(shí)聲音正常。若讀取數(shù)流，往往有多項(xiàng)數(shù)據(jù)不正常。因此在發(fā)達(dá)國(guó)家很少聽(tīng)說(shuō)汽車(chē)三元催化轉(zhuǎn)化器堵塞的。對(duì)三元催化轉(zhuǎn)化器的拆檢表明，催化劑載體中的尾氣通道已被其碎屑堵塞。 如果排氣背壓不超過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)所規(guī)定的限值，則表明催化劑載體沒(méi)有被阻塞。 隨著催化轉(zhuǎn)化器的老化 轉(zhuǎn)化性能變差 CO和 HC氧化的比例逐漸減少 ， 這樣氧化反應(yīng)中放出的熱量也就會(huì)逐 漸減少 。 表 。檢查燃油壓力和點(diǎn)火系統(tǒng)都正常，用故障檢測(cè)儀未能讀取故障代碼。雙氧傳感器法即基于此 ，通過(guò)前后氧傳感器來(lái)完成催化轉(zhuǎn)化器儲(chǔ)氧能力的檢測(cè)從而間接測(cè)量催化轉(zhuǎn)化器 HC轉(zhuǎn)化率。怠速法時(shí)讓發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)至正常溫度怠速 運(yùn)轉(zhuǎn)，使用尾氣分析儀測(cè)量此時(shí)的 CO 值。 其它檢測(cè)法 （ HC）檢測(cè)法 當(dāng)三元催化轉(zhuǎn)化器正常（排氣系統(tǒng)正常）時(shí)，在進(jìn)氣管中應(yīng)沒(méi)有碳?xì)浠衔?。?dāng)轉(zhuǎn)速?gòu)牡∷偌拥?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(shí)的排放水平， 否則懷疑是三元催化轉(zhuǎn)化器損壞。 （ 1）前氧傳感器 （ 2）后氧傳感 器 圖 失效的三元催化轉(zhuǎn)化器前后氧傳感器波形圖 因此如上兩圖所示 ， 我們可以通過(guò) 檢測(cè) 前后氧傳感器 信號(hào)電壓波形圖來(lái) 判斷 三元催化轉(zhuǎn)化器 轉(zhuǎn)化性能 的好壞 。 雙氧傳感器信號(hào)電壓波形分析 法 目前，許多發(fā)動(dòng)機(jī)燃油反饋控制系統(tǒng)中，都安裝兩個(gè)氧傳感器。 且在此溫度范圍內(nèi)溫差越大，說(shuō)明三效催化轉(zhuǎn)化器的轉(zhuǎn)化效率越高。 運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集 ， 用數(shù)據(jù)記錄儀 CR10經(jīng)過(guò)模擬的 RS— 232C接口與一臺(tái) IBM486手提電腦連接 。脫開(kāi)后面排氣管后再試數(shù)值沒(méi)變化。 在催化轉(zhuǎn)化器前端排氣管 上 接出一個(gè)壓力表， 有幾種方法。用解碼器讀取故障代碼時(shí)未讀得故障代碼。廢氣的流速越快，其驅(qū)動(dòng)能力就越強(qiáng)。 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) 28 三元催化轉(zhuǎn)化器堵塞測(cè)試 三元催化轉(zhuǎn)化器堵塞 三元催化轉(zhuǎn)化器堵塞引起發(fā)動(dòng)機(jī)的一些故障現(xiàn)象 （ 1）發(fā)動(dòng)機(jī)有油、有火，但是無(wú)法啟動(dòng)。用解碼器讀取故障代碼時(shí)未讀得故障代碼。 觀察三效催化轉(zhuǎn)化器表面有無(wú)損傷。而此時(shí)總的噴油量多于發(fā)動(dòng)機(jī)此轉(zhuǎn)速下理論上所需要的油量，所以發(fā)動(dòng)機(jī)一直在 偏濃的狀態(tài)下工作。車(chē)輛使用乙醇汽油一段時(shí)間后容易出現(xiàn)汽車(chē)油耗增加、怠速不良、發(fā)動(dòng)機(jī)加速無(wú)力提速困難、動(dòng)力下降，甚至起動(dòng)困難的故障。 如果 被注入的空氣重新向上進(jìn)入 三元催化轉(zhuǎn)化器的前部 ,這將會(huì)大大地降低 NOx 的還 原效率。 而長(zhǎng)時(shí)間在上限或接近上限溫度下工作 ， 不但會(huì)使凈化效果下降 ， 而且大大影響凈化器的壽命。 HC排放主要取決與燃燒過(guò)程中未燃混合氣的多少 ， HC排放在空燃比為 17時(shí)具有最佳值 ， 空燃比偏離 17時(shí) HC排放加大 。在富氧條件下，二氧化硫變成硫化物，吸附在催化劑表面，阻礙 HC、 CO和 NOx的吸附和反應(yīng)，導(dǎo)致催化劑起燃溫度升高，以及在穩(wěn)定工況下性能變差。據(jù)估算 汽車(chē)運(yùn)行 80000km后 ,在催化劑上可沉積大約 13g磷，其中的 93%來(lái)源于潤(rùn)滑油，其余來(lái)源于燃油。 但隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng) ， 將發(fā)生老化現(xiàn)象 ， 使起燃溫度逐漸升高 。 三元 催化轉(zhuǎn)化器的工作原理 催化轉(zhuǎn)化器 溫度必須達(dá)到 300℃ 左右，轉(zhuǎn)化器內(nèi)化學(xué)反應(yīng)才開(kāi)始加速。 Zr和 Ba還是良好的穩(wěn)定劑。 活性催化劑 三效催化劑對(duì)廢氣中 3 種主要污染物（ CO、 NOx 和 HC）都有很好的凈化效果，而且可簡(jiǎn)化凈化裝置，減少催化劑用量。由于這些致命的缺陷，顆粒狀載體目前已趨于淘汰。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(chē) 尾氣污染物集中在城市，造成城市中汽車(chē)污染源的污染分擔(dān)率明顯增加。 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(lái)自汽車(chē) ， 因此解決汽車(chē)排放對(duì)環(huán)境污染的公害問(wèn)題成為迫切需要 。 許多車(chē)輛在實(shí)際使用過(guò)程中，由于使用不當(dāng)造成三元