【正文】 入口溫差法檢測三元催化轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化性能 。 試驗(yàn)是在一輛排量為 、 裝單點(diǎn)噴射型四缸發(fā)動(dòng)機(jī) 的 SUZUKI VITARA汽車上進(jìn)行的 ,使用整體式催化轉(zhuǎn)化器 ， 在測試過程中 ， 除了測量催化轉(zhuǎn)化器進(jìn)出口溫度外 ， 對(duì)車輛速度 、 尾氣排放的成分也進(jìn)行了監(jiān)控 。用帶有可伸縮不銹鋼保護(hù)套的特制的熱力學(xué)溫度計(jì)來測量溫度 。 溫度計(jì)的測量范圍為 ０～ 1000℃ ， 精度為 ： 0～ 400℃ 時(shí)， 177。 3℃ ； 400℃ ～ 1000℃ 時(shí)，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 35 177。 %。 用一個(gè)點(diǎn)火脈沖檢波器來測量發(fā) 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 。 為了探討催化轉(zhuǎn)化器進(jìn)出口溫度與外界溫度之間的關(guān)系 ， 在儀表板上安裝一個(gè)外界溫度檢測傳感器 。尾氣排放的測量采用 AVL Digas4000排放分析儀 。 運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集 ， 用數(shù)據(jù)記錄儀 CR10經(jīng)過模擬的 RS— 232C接口與一臺(tái) IBM486手提電腦連接 。 這種測量系統(tǒng)和軟件可完成一個(gè)檢測循環(huán) 。 催化轉(zhuǎn)化器進(jìn)出口溫度差值信號(hào)同時(shí)提供給微處理器控制的催化轉(zhuǎn)化器工作效率評(píng)估系統(tǒng) 。 表 新舊催化轉(zhuǎn)化器 6個(gè) ECE循環(huán)平均值 （ %） 外界溫度 新的進(jìn)出口溫差值 外界溫度 舊的進(jìn)出口溫差值 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在正常運(yùn)行條件下，不同轉(zhuǎn)化效 率的新舊催化轉(zhuǎn)化器進(jìn)出口溫度差值數(shù)據(jù)與相應(yīng)的尾氣分析儀測得的數(shù)據(jù)呈明顯的相關(guān)關(guān)系 。試驗(yàn)可以按國標(biāo) ASM臺(tái)試 ， 也可以在實(shí)際運(yùn)行工況下進(jìn)行 路試 。 本次試驗(yàn)是采用簡易 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 。 表 。 可以看出 新舊 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 36 化轉(zhuǎn)化器 （轉(zhuǎn)化效率有明顯差異） 進(jìn)出口溫度差值 ，在外界溫度相近的情況下 就有有明顯差異。正常情況下發(fā)動(dòng)機(jī)在 2500r/min時(shí) 排出的廢氣溫度為 600℃ ～ 700℃ 左右，到催化轉(zhuǎn)化器入口也有 600℃ 左右。采用上表中環(huán)境溫度相同時(shí)的兩個(gè)進(jìn)出口溫差值來計(jì)算，環(huán) 境溫度為 ℃ 時(shí)，新轉(zhuǎn)化器進(jìn)出口溫差值為 ℃ ，舊轉(zhuǎn)化器進(jìn)出口溫差值為 ℃ ；環(huán)境溫度為 ℃ 時(shí)，新轉(zhuǎn)化器溫差值為 ℃ ，舊轉(zhuǎn)化器溫差值為 ℃ ，來估 算催化轉(zhuǎn)化器進(jìn)出口溫差占進(jìn)口溫度的百分比。 表 新舊轉(zhuǎn)化器進(jìn)出口溫差百分比比較 催化轉(zhuǎn)化器 環(huán)境溫度（ ℃ ） 溫差值（ ℃ ） 進(jìn)口溫度（ ℃ ） 溫差百分比（ %） 新 600 新 600 舊 600 舊 600 上表的 溫差百分比 數(shù)值大致可以反映出催化轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化性能 。轉(zhuǎn)化效率高的催化轉(zhuǎn)化器（新轉(zhuǎn)化器）溫差百分比至少在 10%以上，轉(zhuǎn)化性能差的（舊轉(zhuǎn)化器）溫差百分比一般都低于 10%。所以我們?cè)诤唵诬囕v維修檢查過程中可用到上面的數(shù)據(jù)。 三元 催化轉(zhuǎn)化器在正常工作狀態(tài)下，由于氧化反應(yīng)產(chǎn)生了大量的反應(yīng)熱，因此 在車輛維修檢查時(shí) 可 利用出入口 溫差對(duì)比來判斷催化轉(zhuǎn)化器性能的好壞。 發(fā)動(dòng) 機(jī)完全 預(yù)熱至正常工作溫度 將車輛舉升 ， 使 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 保持在 2500r/min 左右，測量催化轉(zhuǎn)化器進(jìn)口和出口的溫度， 使用紅外測溫儀（ 需盡量靠近催 化轉(zhuǎn)化器 ，符合測溫儀的要求） 。催化轉(zhuǎn)化器出口的溫 差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 37 百分比 至少 要達(dá)到 10%， 許多轉(zhuǎn)化性能好的優(yōu)質(zhì) 催化轉(zhuǎn)化器，其催化轉(zhuǎn)化器出口的溫度高于進(jìn)口溫度 15%～ 25%。 且在此溫度范圍內(nèi)溫差越大，說明三效催化轉(zhuǎn)化器的轉(zhuǎn)化效率越高。 如果出口溫度不比入口問題高，甚至低于入口溫度，則說明三效催化轉(zhuǎn)化器可能失效。這是因?yàn)槿Т呋D(zhuǎn)化器在正常工作狀態(tài)下會(huì)產(chǎn)生大量的反應(yīng)熱，所以其出口溫度應(yīng)高于入口溫度。但 出口溫度若高于 850℃ 則不正常，說明進(jìn)入三效催化轉(zhuǎn)化器的廢氣中含有異常多的 CO 和 HC，只有大量的 CO 和 HC 發(fā)生氧化反應(yīng)才可能造 成溫度過高，這會(huì)使催化劑載體高溫?zé)Y(jié)破裂。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因在于發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過程或電控系統(tǒng)出了問題，如燃燒不完全、點(diǎn)火提前角或空燃比的控制失常等，此時(shí)需對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)其他因素作進(jìn)一步診斷。 一輛帕薩特 轎車，駕駛員反映該車尾氣一直特別難聞，而且油耗高。檢查燃油壓力和點(diǎn)火系統(tǒng)都正常，用故障檢測儀未能讀取故障代碼。查看數(shù)據(jù)流時(shí)發(fā)現(xiàn)氧傳感器電壓值偏小在 ～ 之間（正常應(yīng)在～ 之間），而且變化速度很慢。噴油脈寬為 ,比允許值高了。懷疑氧傳感器失效，它產(chǎn)生混合氣偏稀的錯(cuò)誤信號(hào) 傳送到發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元，控制單元就延長噴油時(shí)間加濃混合氣?；旌蠚獠荒芡耆紵晕矚怆y聞。更換氧傳感器后情況好轉(zhuǎn)，但考慮到三元催化轉(zhuǎn)化器一直在空然比遠(yuǎn)大于化學(xué)計(jì)量比值的情況下工作，受到污染而轉(zhuǎn)化效率降低或失效，于是架起車輛后測量三元催化轉(zhuǎn)化器進(jìn)出口溫度。發(fā)現(xiàn)出口溫度僅比進(jìn)口溫度高 出 47℃ ，只有高出 7%左右，所以確定三元催化轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化效率太低。更換三元催化轉(zhuǎn)化器后測量溫度，出口溫度比進(jìn)口高了 16%，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 38 說明轉(zhuǎn)化性能良好。分析，如不測試轉(zhuǎn)化器性能不更換三元催化轉(zhuǎn)化器，該車的排放將會(huì)一直很差，加大了大氣污染。而原來的 三元催化轉(zhuǎn)化器也會(huì)很快失效和堵塞，使發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障。 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。分別裝載三元催化轉(zhuǎn)化器的反應(yīng)前、后兩端。這種結(jié)構(gòu)在裝有 OBDII代系統(tǒng)的汽車上，可以有效地檢測三元催化轉(zhuǎn)化器的性能。 直接測量催化轉(zhuǎn)化器 HC的轉(zhuǎn)化能力很難進(jìn)行，因此必須把 OBD的故障判斷定義與轉(zhuǎn)化器的某個(gè)指標(biāo)直接 。 相關(guān) 研究證明轉(zhuǎn)化器的儲(chǔ)氧能力與其凈化效率直接相關(guān)。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)。雙氧傳感器法即基于此 ，通過前后氧傳感器來完成催化轉(zhuǎn)化器儲(chǔ)氧能力的檢測從而間接測量催化轉(zhuǎn)化器 HC轉(zhuǎn)化率。 催化劑的失效主要由于其儲(chǔ)氧能力下降造成。通過空燃比閉環(huán)電子控制足以保證空燃比在理論空燃比附近，但由于系統(tǒng)的響應(yīng)延遲實(shí)際的空燃比閉環(huán)電子控制總是以一定的頻率在理論值附近波動(dòng)，為此在三元催化 劑的配方中添加了具有富氧儲(chǔ)氧和貧氧釋放氧的稀土元素，從而保證了在空燃比波動(dòng)時(shí)催化劑的凈化效果。氧化鈰是保證催化轉(zhuǎn)化器具備儲(chǔ)氧能力的重要元素，也是用來衡量催化轉(zhuǎn)化性能的重要指標(biāo)之一，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)響應(yīng)氧傳感器的信號(hào)，使發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)從 稍稀到稍濃狀態(tài)時(shí) ，由于鈰元素的存在正常三元催化轉(zhuǎn)化器在稀混合氣循環(huán)時(shí)會(huì)儲(chǔ)存一些氧，這些氧在濃混合氣時(shí)用于氧化過多的 HC。而當(dāng)混合氣較濃時(shí)，鈰又能夠釋放出所吸收的氧氣參與廢氣在催化器中的氧化反應(yīng)。 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 39 圖 OBDⅡ 系統(tǒng)監(jiān)測三元催化轉(zhuǎn)化器性能示意圖 因此，正常高效催化轉(zhuǎn)化器排氣中的含氧量能保持恒定的百分比，即使催化轉(zhuǎn)化器的排氣中含氧量迅速升降有效的轉(zhuǎn)化器會(huì)使其輸出平穩(wěn)。但失效的催化轉(zhuǎn)化器由于失去儲(chǔ)氧能力，其下游氧信號(hào)升降情況與進(jìn)入催化轉(zhuǎn)化器的排氣含氧量變化相似，即對(duì)于正常狀態(tài)下含有足夠氧的催化劑，下游氧傳感器的輸出 循環(huán)與上游相比較長，當(dāng)催化劑惡化、氧存儲(chǔ)量降低時(shí)，下游轉(zhuǎn)化循環(huán)將變短?？傊?，對(duì)于正常狀態(tài)下具有足夠儲(chǔ)氧能力的催化劑，下游氧傳感器的輸出轉(zhuǎn)化循環(huán)與上游相比較長，而當(dāng)催化劑劣化、氧存儲(chǔ)能力降低時(shí)，下游轉(zhuǎn)化循環(huán)將變短 。 （ 1）前氧傳感器 （ 2）后氧傳感器 圖 性能良好的三元催化轉(zhuǎn)化器前后氧傳感器波形圖 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 40 基于 OBDII診斷系統(tǒng)對(duì)三元催化轉(zhuǎn)化器的隨車監(jiān)視原理 ， 我們知道 安裝在三元催化轉(zhuǎn)化器后端的氧傳感器電壓波動(dòng) ， 要比安裝在三元催化轉(zhuǎn)化器前端的氧傳感器電壓 波動(dòng)少得多，如上圖。 當(dāng)三元催化轉(zhuǎn)化器失效損壞時(shí)，其轉(zhuǎn)換效率基本喪失，使前、后 端的氧氣值接近，此時(shí)氧傳感器信號(hào)的電壓波形和波動(dòng)范圍均趨于一致，如下圖。 （ 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 檢測 前后氧傳感器 信號(hào)電壓波形圖來 判斷 三元催化轉(zhuǎn)化器 轉(zhuǎn)化性能 的好壞 。 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)無負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。即離合器處于接合位置、變速器處于空檔位置（對(duì)于自動(dòng)變速箱 的車應(yīng)處于“停車”或“ P”檔位）；采用化油器供油系統(tǒng)的車，阻風(fēng)門應(yīng)處于全開位置；油門踏板處于完全松開位置。高怠速工況指滿足上述（除最后一項(xiàng)）條件，用油門踏板將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定控制在 50%額定轉(zhuǎn)速或制造廠技術(shù)文件中規(guī)定的高怠速轉(zhuǎn)速時(shí)的工況 ,一般將高怠速轉(zhuǎn)速設(shè)定為 2500r/min。 尾氣分析儀采用 能夠測量汽車排氣污染物 CO、 CO HC（用正己烷當(dāng)量表示） 、 NOx 和 O2五 種成分的體積分?jǐn)?shù) 的儀器， 對(duì)指針式指示儀器， CO、CO O2 刻度范圍為 %v/v 或 %v/v， HC 為 10 或 20 10 v/v。 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 41 表 在用汽車排放限值 車型 類別 怠速 高怠速 CO% HCppm CO% HCppm 1995 年 7月 1日前生產(chǎn)的輕型車 1200 900 1995 年 7月 1日起生產(chǎn)的輕型車 900 900 2021 年 7月 1日起生產(chǎn)的一類輕型車 150 100 2021 年 10 月 1 日起生產(chǎn)的二類輕型車 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，是需要用來比較的數(shù)據(jù)。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)，使用尾氣分析儀測量此時(shí)的 CO 值。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工況良好正常工作時(shí)（空然比為 :1），參照上表這時(shí)的 CO 典型值為 %～ 1%，當(dāng)使用二次空氣噴射時(shí)可以使怠速的 CO 值接近 0，最大不應(yīng)超過 %，否則說明三元催化轉(zhuǎn)化器損壞。另外，據(jù)經(jīng)驗(yàn)分析，怠速時(shí)的 NOx 的排放量也能給我們一些幫助。通常在怠速時(shí)候的 NOx 數(shù)值應(yīng)不高于 100ppm，而在穩(wěn)定工況下， NOx 數(shù)值應(yīng)該不高于 1000ppm，在發(fā)動(dòng)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。高怠速法時(shí)讓發(fā)動(dòng)機(jī)處于高怠速 2500r/min 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(dòng)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(dòng)機(jī)性能良好，則 CO值應(yīng)該在 %以下， HC 應(yīng)該在 150ppm 以下。若兩種數(shù)值都超標(biāo)，則可臨時(shí)拔下二次空氣泵的出氣軟管，此時(shí)若 CO 和 HC 值不便，則可以判定三元催化轉(zhuǎn)化器已損壞。若讀數(shù)上升，而重新接上軟管后又下降，則說明是燃油噴射系統(tǒng)故障或是點(diǎn)火系統(tǒng)故障。 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 42 還可以把怠速法和高怠速法相結(jié)合。當(dāng)轉(zhuǎn)速從怠速加到 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(shí)的排放水平， 否則懷疑是三元催化轉(zhuǎn)化器損壞。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。性能差的三元催化轉(zhuǎn)化器盡管在低空速（如怠速）時(shí)表現(xiàn)出較高的轉(zhuǎn)化效率，但是在高空速（如實(shí)際行駛）時(shí)的轉(zhuǎn)化效率是很低的，因而不能僅憑借怠速工況評(píng)價(jià)催化劑的活性是否正常。此外，在具體檢測中，還需要注意三元催化轉(zhuǎn)化器的空燃比特性。三元催化轉(zhuǎn)化器在過量空氣系數(shù)為 1 的附近時(shí)，轉(zhuǎn)換效率最高，實(shí)際使用中就需要閉環(huán)電子控制燃油供給系統(tǒng)和氧 傳感器的配合。開環(huán)時(shí)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(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。 其它檢測法 （ HC）檢測法 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)沒有碳?xì)浠衔?。?dāng)排氣系統(tǒng)堵塞時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)排氣不暢，在進(jìn)氣管中會(huì)出現(xiàn)碳?xì)浠衔铮译S發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的升高而增加。因此用尾氣分析儀測量進(jìn)氣管中碳?xì)浠衔锏暮浚梢耘袛嗳呋D(zhuǎn)化器（排氣系統(tǒng)）是否堵塞。 將尾氣分析儀的探頭插入節(jié)氣門前進(jìn)氣管的真空管接口中，并妥善密封好。啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)到正常溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)，然后讀取在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速和轉(zhuǎn)速為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 43 3000r/min時(shí)尾氣分析儀碳?xì)浠衔锏捏w積分?jǐn)?shù)（ ppm） 的讀數(shù)，予以比較。若含有碳?xì)浠衔铮⑶易x數(shù)隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高而迅速上升，則說明三元催化轉(zhuǎn)化器（排氣系統(tǒng)）已堵