三元催化轉(zhuǎn)化器

1、三元催化轉(zhuǎn)化器 三元催化轉(zhuǎn)化器指能同時(shí)凈化汽車尾氣中的碳?xì)浠衔?、一氧化碳及氮氧化合物三種污染物的催化轉(zhuǎn)化器。三元催化轉(zhuǎn)化器截面圖催化轉(zhuǎn)換器(CatalyticConverter)，又叫催化凈化器。該裝置安在汽車的排氣系統(tǒng)內(nèi)，其作用是減少發(fā)動(dòng)機(jī)排出的大部分廢氣污染物。三元催化轉(zhuǎn)換器由一個(gè)金屬外殼，一個(gè)網(wǎng)底架和一個(gè)催化層(含有鉑、銠等貴重金屬)組成，可除去HC(碳?xì)浠衔?、CO(一氧化碳)和NOx(氮氧化合物)三種主要污染物質(zhì)的90%(所謂三元是指除去這三種化合物時(shí)所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng))。當(dāng)廢氣經(jīng)過(guò)凈化器時(shí)，鉑催化劑就會(huì)促使HC與CO氧化生成水蒸汽和二氧化碳；銠催化劑會(huì)促使NOx還原為氮?dú)夂脱鯕狻?/p>

2、這些氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)只有在溫度達(dá)到250時(shí)才開始進(jìn)行。如果汽油或潤(rùn)滑油添加劑選用不當(dāng)，使用了含鉛的燃油添加劑或硫、磷、鋅含量超標(biāo)的機(jī)油添加劑，就會(huì)使磷、鉛等物質(zhì)覆蓋于三元催化轉(zhuǎn)換器的催化層表面，阻止廢氣中的有害成分與之接觸而失去催化作用，這就是人們常說(shuō)的三元催化器三元催化器.是安裝在汽車排氣系統(tǒng)中最重要的機(jī)外凈化裝置，它可將汽車尾氣排出的CO、HC和NOx等有害氣體通過(guò)氧化和還原作用轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)害的二氧化碳、水和氮?dú)狻в醒鮽鞲衅鞯娜呋D(zhuǎn)換器是汽車排放控制方面最重要的發(fā)明之一，它是在環(huán)保技術(shù)專家斯蒂芬·沃爾曼（StephenWallman）的領(lǐng)導(dǎo)下，由沃爾沃汽車公司在二十世紀(jì)70年

3、代初開發(fā)出的。1976年，當(dāng)首批裝有帶有氧傳感器的三元催化轉(zhuǎn)換器的沃爾沃汽車抵達(dá)加利福尼亞時(shí)，當(dāng)?shù)毓賳T親自開到位于華盛頓國(guó)會(huì)山的美國(guó)國(guó)會(huì)，問(wèn)了這樣一個(gè)問(wèn)題：“為什么像沃爾沃這樣的小公司能夠研制出這樣的設(shè)備而美國(guó)汽車廠家卻沒有？”三元催化轉(zhuǎn)換器的發(fā)明者斯蒂芬·沃爾曼以其在沃爾沃汽車公司開創(chuàng)性的環(huán)保技術(shù)成就，被瑞典皇家汽車俱樂部授予Clarence von Rosen金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)?。概?1.作用：用三元催化轉(zhuǎn)換器可降低所排廢氣中的三種主要污染物(碳?xì)浠衔颒C、一氧化碳CO和氮氧化物NOx)約90%。但只有當(dāng)空/燃混合比在14.7的狹窄范圍內(nèi)時(shí)，才能進(jìn)行完全催化反應(yīng)，這就要求氧傳感器的工作必

4、須正常。2.工作原理：當(dāng)含有CO和HC的廢氣通過(guò)三元催化轉(zhuǎn)換器時(shí)，催化劑便觸發(fā)氧化(燃燒)過(guò)程，HC和CO與轉(zhuǎn)換器中的氧結(jié)合生成水蒸氣和二氧化碳，氧化過(guò)程對(duì)NOx排放沒有影響。為了減少NOx的含量，需要進(jìn)行“還原”反應(yīng)。還原反應(yīng)是去掉物質(zhì)中的氧原子。在三元催化轉(zhuǎn)換器中，銠被用作催化劑，將NOx分解為氮和氧，當(dāng)溫度為250左右時(shí)，污染物便會(huì)發(fā)生有效的轉(zhuǎn)化。3.結(jié)構(gòu)：三元催化轉(zhuǎn)換器由金屬外殼、陶瓷格柵基底和大約2g(克)左右的銠、鉑涂層(作為催化劑)組成。檢查 如果排放控制系統(tǒng)回壓壓力過(guò)高和/或廢氣排放超標(biāo)，則從車上拆下三元催化轉(zhuǎn)換器，目視檢查它有無(wú)堵塞、熔化或陶瓷格柵內(nèi)部有無(wú)裂紋，如果發(fā)現(xiàn)有損壞

5、，應(yīng)更換三元催化轉(zhuǎn)換器。拆裝 1.三元催化轉(zhuǎn)換器(整體式)的拆裝：(1)安全地頂起汽車。(2)在三元催化轉(zhuǎn)換器冷卻后，擰下連接排氣管與三元催化轉(zhuǎn)換器的4個(gè)螺栓和螺母。(3)拆下三元催化轉(zhuǎn)換器和密封墊片。(4)換上2片新密封墊片，放在前后排氣管上。(5)安裝三元催化轉(zhuǎn)換器，擰緊螺栓和螺母，其擰緊扭矩為43N.m。2.預(yù)熱式三元催化轉(zhuǎn)換器(整體式)的拆裝：(1)拆開電瓶負(fù)極電纜。注意，拆裝必須在點(diǎn)火開關(guān)轉(zhuǎn)至K口位且電瓶負(fù)極電纜拆開90s后進(jìn)行。(2)拆下前排氣管松開2個(gè)螺栓，并拆開支架。拆下前排氣管與中間排氣管的2個(gè)緊固螺栓和2個(gè)緊固螺母。使用14mm的套筒扳手，拆下前排氣管與預(yù)熱式三元催化轉(zhuǎn)換器

6、的3個(gè)緊固螺母。拆下前排氣管和密封墊片。(3)拆下預(yù)熱式三元催化轉(zhuǎn)換器：檢查預(yù)熱式三元催化轉(zhuǎn)換器是否冷卻。拆開副氧傳感器接頭。拆下螺栓，螺母和No.1排氣歧管支架。拆下螺栓、螺母和排氣歧管支架。拆下3個(gè)螺栓、2個(gè)螺母、預(yù)熱式三元催化轉(zhuǎn)換器、密封墊片、護(hù)圈和襯墊。從預(yù)熱式三元催化轉(zhuǎn)換器上拆下5個(gè)螺栓和2個(gè)隔熱罩。(4)重新安裝預(yù)熱式三元催化轉(zhuǎn)換器：使用8個(gè)螺栓將2個(gè)隔熱罩安裝在新的預(yù)熱式三元催化轉(zhuǎn)換器上。將新的襯墊、護(hù)圈和密封墊片裝在預(yù)熱式三元催化轉(zhuǎn)換器上。使用3個(gè)螺栓和2個(gè)新螺母安裝預(yù)熱式三元催化轉(zhuǎn)換器，擰緊扭矩為29N.m。使用螺栓和螺母安裝排氣歧管支架，擰緊扭矩為42N.m。使用螺栓和螺母

7、安裝No.1排氣歧管支架，擰緊扭矩為42N.m。連接副氧傳感器接頭。(5)重新安裝前排氣管。在前排氣管左右端換上2片新密封墊片。臨時(shí)安上前排氣管與中間排氣管的2個(gè)緊固螺栓和2個(gè)新的緊固螺母。使用14m長(zhǎng)的套筒扳手，擰緊前排氣管與預(yù)熱式三元催化轉(zhuǎn)換器的1個(gè)新的緊固螺母，擰緊扭矩為62N.m。擰緊前排氣管與中間排氣管的2個(gè)緊固螺栓和2個(gè)緊固螺母，擰緊扭矩為56N.m。使用2個(gè)螺栓安裝支架。(6)連接電瓶負(fù)極電纜。影響催化轉(zhuǎn)換效率的因素 催化轉(zhuǎn)換效率受很多因素的影響，最主要的因素是排氣中的氧氣濃度（也即進(jìn)入缸內(nèi)的混合氣的空燃比）和催化轉(zhuǎn)換器溫度。另外，鉛和硫等元素對(duì)催化轉(zhuǎn)換器會(huì)造成非常負(fù)面的影響，因

8、為鉛和硫等會(huì)與催化活性物質(zhì)作用形成新的結(jié)晶體結(jié)構(gòu)或沉積在催化物質(zhì)上面，從而破壞催化物質(zhì)的表面活性，這就是所謂的催化器中毒，是影響催化器壽命的最為嚴(yán)重的物理現(xiàn)象。因此，使用催化轉(zhuǎn)換器的前提是汽油的無(wú)鉛化。硫主要對(duì)稀土類催化器的壽命有較大影響性能診斷與檢修 伴隨世界各國(guó)對(duì)排放法規(guī)實(shí)施日益嚴(yán)格，各種機(jī)外凈化技術(shù)也紛紛產(chǎn)生。其中，三元催化轉(zhuǎn)換器（簡(jiǎn)稱TWC：threewaycatalystconverter）的研制成功對(duì)于與汽車排放控制技術(shù)有了突破性的進(jìn)展，它可使汽車排放中的CO、HC和NOX同時(shí)降低90%以上。目前三元催化轉(zhuǎn)換器技術(shù)已經(jīng)在汽油車上廣泛使用。不過(guò)，由于三元催化轉(zhuǎn)換器受本身的工作環(huán)境十分

9、惡劣以及其轉(zhuǎn)化性能特點(diǎn)的影響，在使用過(guò)程中也會(huì)有各種不同故障產(chǎn)生。例如，由于三元催化轉(zhuǎn)換器堵塞造成的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力下降、熄火或啟動(dòng)困難及尾氣超標(biāo)等現(xiàn)象，很可能干擾我們的故障判斷。除此之外，還會(huì)造成嚴(yán)重的后果，例如三元催化轉(zhuǎn)換器中顆粒催化物的熔化，催化轉(zhuǎn)換裝裝置內(nèi)部的蜂窩陶瓷狀基底因過(guò)熱而破裂等帶來(lái)的損失。檢測(cè)前的準(zhǔn)備工作 三元催化轉(zhuǎn)換器(TWC)的任務(wù)是降低排放中的CO、HC和NOX，但如果車輛的狀況很差，例如排出的CO值高于1%，再有效的TWC也無(wú)能為力。所以在檢查TWC性能之前，必須首先用尾氣分析儀測(cè)量汽車尾氣中的CO、HC和O2的含量，以判斷混合氣的濃度是否合適，如果合適才能進(jìn)行TWC的性能

10、檢測(cè)。在測(cè)量尾氣時(shí)候，先脫開TWC進(jìn)氣口，使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)至正常溫度，將測(cè)量管插入排氣管中至少400mm，按照怠速法進(jìn)行測(cè)量。（注意：該項(xiàng)測(cè)試應(yīng)該在3min內(nèi)完成）。若測(cè)量值不正常應(yīng)該先檢修發(fā)動(dòng)機(jī)工作性能，直至數(shù)值在規(guī)定范圍之內(nèi)。待數(shù)值正常后，裝復(fù)TWC進(jìn)氣口，在發(fā)動(dòng)機(jī)溫度正常時(shí)檢測(cè)TWC的工作性能。性能的檢測(cè)方法 （1）簡(jiǎn)單人工檢查 通過(guò)人工檢查可以從一開始判斷TWC是否有損壞。用橡皮槌輕輕敲打TWC，聽有無(wú)“咔啦”聲，并伴隨有散碎物體落下。如果有此異響，則說(shuō)明TWC內(nèi)部催化物質(zhì)剝落或蜂窩陶瓷載體破碎，那么必須更換整個(gè)轉(zhuǎn)換器了。如果沒有上述異響，應(yīng)該檢查TWC是否堵塞。TWC芯子堵塞是比較常見的

11、故障，可以用下面兩種方法進(jìn)行。 第一種方法是檢測(cè)進(jìn)氣歧管真空度法。將廢氣再循環(huán)（EGR）閥上的真空管取下，將管口塞住，避免產(chǎn)生虛假真空泄漏現(xiàn)象。將真空管接到進(jìn)氣歧管上，讓發(fā)動(dòng)機(jī)緩慢加速到2500r/min。若真空表讀數(shù)瞬間又回到原有水平（47.574.5kPa）并能維持15s，則說(shuō)明TWC沒有堵塞。否則應(yīng)該懷疑是TWC或排氣管堵塞。第二種方法是檢測(cè)排氣背壓法。從二次空氣噴射管路上脫開空氣泵止回閥的接頭，再在二次空氣噴射管路中接一個(gè)壓力表。在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2500r/min時(shí)觀察壓力表的讀數(shù)，此時(shí)讀數(shù)應(yīng)該小于17.24kPa，如果排氣背壓大于或等于20.70kPa，則表明排氣系統(tǒng)堵塞。若觀察TWC

12、、消聲器及排氣管沒有外傷，則可將TWC出口和消聲器脫開后觀察壓力表讀數(shù)是否有變化。若壓力表顯示排氣背壓仍然較高，則為TWC損壞：若壓力表顯示排氣背壓陡然下降，則說(shuō)明堵塞發(fā)生在TWC出氣口后面的部件。（2）怠速試驗(yàn)法檢查 讓發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，使用尾氣分析儀測(cè)量此時(shí)的CO值。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)候（空燃比為14.7:1），這時(shí)的CO典型值為0.51%，當(dāng)使用二次空氣噴射和TWC技術(shù)可以使怠速時(shí)的CO值接近于0，最大不應(yīng)超過(guò)0.3%，否則說(shuō)明TWC損壞。另外，據(jù)經(jīng)驗(yàn)分析，怠速時(shí)候的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)定的工況下，NOX數(shù)值應(yīng)該不高于10

13、00ppm，在發(fā)動(dòng)機(jī)一切正常的情況下，而NOX過(guò)高就可以懷疑是TWC故障了。 （3）快怠速試驗(yàn)法測(cè)量讓發(fā)動(dòng)機(jī)處于快怠速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，并用轉(zhuǎn)速表測(cè)量快怠速是否符合規(guī)定值。用尾氣分析儀測(cè)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1.0%以下，HC應(yīng)該在10ppm以下。若兩種數(shù)值都超標(biāo)，則可臨時(shí)拔下空氣泵的出氣軟管，此時(shí)若CO和HC值不變，則可以判定TWC已損壞，若讀數(shù)上升，而重新接上軟管后又下降，則說(shuō)明燃油噴射系統(tǒng)故障或是點(diǎn)火系統(tǒng)故障。 （4）穩(wěn)定工況試驗(yàn)法 在完成基本怠速試驗(yàn)后進(jìn)行該項(xiàng)試驗(yàn)。按照廠家規(guī)定接好汽車專用數(shù)字式轉(zhuǎn)速表，使發(fā)動(dòng)機(jī)緩慢加速，同時(shí)應(yīng)觀察尾氣

14、分析儀上的CO和HC值，當(dāng)轉(zhuǎn)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TWC損壞。這種方法不但能夠?qū)WC是否有故障做出判斷，還能有效地綜合分析TWC在車輛行駛中的實(shí)際效能。這時(shí)因?yàn)門WC性能評(píng)價(jià)指標(biāo)中有一項(xiàng)“空速特性檢驗(yàn)”，它表示了受反應(yīng)氣體在催化劑中的停留時(shí)間。性能差TWC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(cè)中，還需要注意TWC的空燃比特性。TWC在過(guò)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

15、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(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)95%，因此，在對(duì)TWC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)。 （5）紅外溫度計(jì)測(cè)量法 這是一種比較簡(jiǎn)單的測(cè)量方法。TWC在實(shí)際使用過(guò)程中，其出口管道溫度比進(jìn)口管道溫度至少高出38，在怠速時(shí)，其溫度也相差10%。但是若出口與入口處的溫度沒有差別或出口溫度低于入口溫度，則說(shuō)明TWC沒有氧化反應(yīng)，此時(shí)應(yīng)該檢查二次空氣噴射泵是否有故障，若沒有故障，就說(shuō)明TWC已經(jīng)損壞。 （6）利用雙氧傳感器信號(hào)電壓波形分析 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)

16、氧傳感器。分別裝載TWC的反應(yīng)前、后兩端。這種結(jié)構(gòu)在裝有OBD-代系統(tǒng)的汽車上，可以有效地檢測(cè)TWC的性能。OBD-診斷系統(tǒng)改進(jìn)了TWC的隨車監(jiān)視系統(tǒng)，安裝在TWC后端的氧傳感器電壓波動(dòng)要比安裝在TWC前端的氧傳感器電壓波動(dòng)少得多。這是因?yàn)檫\(yùn)行正常的TWC轉(zhuǎn)化CO和HC時(shí)消耗氧氣。當(dāng)TWC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，因此，需要更換TWC。 TWC常見故障及原因 三元催化轉(zhuǎn)化器的常見故障有：三元催化轉(zhuǎn)化器性能惡化；三元催化轉(zhuǎn)化器芯子堵塞后排氣不暢，產(chǎn)生過(guò)高的排氣背壓，使廢氣倒流到發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)。包括如下現(xiàn)象：炭灰積聚、污染。含鉛汽

17、油燃燒后會(huì)使三元催化轉(zhuǎn)化器很快受到損害；機(jī)油竄入汽缸燃燒后機(jī)油中的磷和鋅等物質(zhì)也會(huì)污染三元催化轉(zhuǎn)化器。陶瓷芯子破損。熱循環(huán)的長(zhǎng)期作用、外部碰撞和擠壓，都有可能使陶瓷芯子破損。陶瓷芯子熔化。三元催化轉(zhuǎn)化器正常工作時(shí)，三元催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)的溫度一般可達(dá)500800，出口處溫度比進(jìn)口處溫度約高30100。但是，混合氣濃或燃燒不完全時(shí)會(huì)使排氣中的CO、HC濃度過(guò)高，這將加重三元催化轉(zhuǎn)化器的負(fù)擔(dān)，使溫度升高過(guò)多，時(shí)間長(zhǎng)后，會(huì)使三元催化轉(zhuǎn)化器的性能惡化，甚至熔化載體。三元催化轉(zhuǎn)化器上一般還裝有排氣溫度傳感器，當(dāng)溫度不定期高時(shí)，電控單元會(huì)切斷二次空氣供給，中斷催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)。三元催化反應(yīng)器的工作原理車輛上采用電噴

18、射系統(tǒng)的目的保證燃料混合濃度接近于理想空燃比。理想空燃比對(duì)于催化轉(zhuǎn)換器正常工作是很重要的，安裝催化轉(zhuǎn)換器的目的是降低有害氣體排放。采用連續(xù)分析排氣中氧氣含量的傳感器，可以獲得理想的混合氣濃度。如果空燃比不是理想值，通過(guò)累進(jìn)地計(jì)量燃油噴入量，ECU可連續(xù)調(diào)整混合氣濃度。根據(jù)傳感器信號(hào)，ECU自動(dòng)校正CO%的正確值（閉環(huán)運(yùn)行）。而當(dāng)傳感器失效時(shí)，ECU可以在開環(huán)中工作。在吸熱發(fā)動(dòng)機(jī)中，燃燒是由氫氣和氧氣之間的反應(yīng)產(chǎn)生的，緊接著發(fā)出熱量.燃油是由碳?xì)浠旌衔锝M成，它本身包含以不同方式結(jié)合在一起的碳原子和氫原子（石蠟、烯族烴、芳香烴）?？諝夂腿加突旌先紵闹饕晌锸嵌趸迹–O2）水蒸氣（H2O）、

19、一氧化碳（CO）和小百分比的未燃燒的碳?xì)?HC)和氧化氮(NOx)。后兩種按ppm計(jì)量。對(duì)于污染問(wèn)題，只有一氧化碳以體積形式大量存在。氮氧化物由氧化的混合氣組成，主要如下：氧化二氮、一氧化氮（NO）、二氧化氮NOx是表示這些氧化物的傳統(tǒng)的符號(hào)，其中NO占總數(shù)的95%以上。為了把污染減少到最小程度（CO、HC和NOX），“傳感器”被裝到系統(tǒng)中，用于檢測(cè)排氣中氧的含量。從傳感器輸出的信號(hào)送到ECU，用來(lái)調(diào)整空燃混合比，從而保證催化轉(zhuǎn)換器處于最佳工作狀態(tài)。TRI-D三元催化轉(zhuǎn)換器工作原理通過(guò)貴金屬(鉑、銠、鈀)催化劑的作用,使汽車尾氣中有害物質(zhì),包括碳?xì)浠衔?HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx),經(jīng)化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為無(wú)害的二氧化碳(CO2)、水(H2O)及氮?dú)?N2).授權(quán)由美國(guó)東方(Eastern)制造有限公司,及萊維塞公司(LeviathanCorporation)授權(quán)天笛公司為TRI-D三元催化轉(zhuǎn)換器中國(guó)總代理.產(chǎn)品概況TRI-D牌三元催化轉(zhuǎn)換器于1986年通過(guò)美國(guó)EPA和CARB的檢測(cè)認(rèn)證,并