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        三元催化器的性能分析與故障檢修

        2016-03-11 09:01:21劉雙源
        黑龍江交通科技 2016年8期
        關(guān)鍵詞:三元催化催化器背壓

        劉雙源

        (南陽(yáng)農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院,河南 南陽(yáng) 473000)

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        汽車機(jī)械

        三元催化器的性能分析與故障檢修

        劉雙源

        (南陽(yáng)農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院,河南 南陽(yáng) 473000)

        為治理汽車尾氣帶來的大氣污染,各地的“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”不斷升級(jí)。三元催化轉(zhuǎn)化技術(shù)是目前機(jī)外凈化技術(shù)應(yīng)用最多最有效的方法。介紹了三元催化器的結(jié)構(gòu)及工作機(jī)理,重點(diǎn)對(duì)其性能和故障檢修進(jìn)行詳細(xì)闡述,提出常用的維修和保養(yǎng)方法。

        三元催化器;結(jié)構(gòu)原理;性能分析;故障檢修

        1 三元催化器的性能分析

        1.1 影響轉(zhuǎn)換效率的因素

        (1)空燃比特性

        三元催化器轉(zhuǎn)換效率最主要的影響因素是氧氣濃度,即進(jìn)入氣缸的混合氣的空燃比。在理論空燃比附近,三元催化器對(duì)CO、HC和NOX的轉(zhuǎn)化效率同時(shí)達(dá)到最高。在實(shí)際的應(yīng)用中,常采用氧傳感器結(jié)合電控燃油噴射系統(tǒng)對(duì)空燃比進(jìn)行閉環(huán)控制。

        (2)起燃溫度特性

        催化劑的轉(zhuǎn)換效率與溫度有著必然聯(lián)系,催化器只有達(dá)到一定溫度時(shí)才開始工作的特性即起燃溫度特性,當(dāng)轉(zhuǎn)換效率達(dá)到50%時(shí)的溫度就是起燃溫度。三元催化器在400~800 ℃時(shí)能達(dá)到最佳工作狀態(tài),溫度低于400 ℃時(shí),催化效果急劇降低;超過800 ℃時(shí),三元催化器會(huì)因貴金屬與氧化鋁涂層熱損壞而失效。

        (3)空速特性

        每小時(shí)通過催化器的排氣體積流量和催化器容積之比即為空速特性。它表明氣體在催化器中的停留時(shí)間。

        (4)燃油品質(zhì)

        車用燃料中含有重金屬添加劑,在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中重金屬添加劑無法燃燒而沉積在催化劑表面,會(huì)導(dǎo)致催化器中毒。

        (5)發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油品質(zhì)

        在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中,若潤(rùn)滑油霧化并進(jìn)入進(jìn)氣系統(tǒng)燃燒,將導(dǎo)致潤(rùn)滑油中的添加劑不能轉(zhuǎn)化為無害氣體而沉積在催化劑表面,使催化劑失效。

        1.2 三元催化器的失效原因

        三元催化器的失效形式有高溫失活、化學(xué)中毒、表面積碳堵塞、機(jī)械損壞等。引起三元催化器失效的原因主要有:

        (1)發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)控制異常

        由于電路連接不佳引起的點(diǎn)火控制故障會(huì)導(dǎo)致氣缸缺火,使混合氣在催化器內(nèi)二次燃燒;因噴油器泄露、噴油精度失準(zhǔn)等因素引起的燃油控制系統(tǒng)故障會(huì)引起混合氣不完全燃燒,發(fā)動(dòng)機(jī)高速大負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)廢氣溫度過高,均會(huì)導(dǎo)致催化劑和襯墊燒傷,催化劑失活。

        (2)高溫失活

        發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)的排氣溫度一般為300~400 ℃,中低速工況時(shí)為400~600 ℃,高速全負(fù)荷行駛時(shí)為900 ℃,如果三元催化劑長(zhǎng)期暴露在高溫條件下,鉑、鈀、銠等組分極易揮發(fā),從而使催化劑的儲(chǔ)氧能力下降,降低其活性。

        (3)化學(xué)中毒

        化學(xué)中毒主要與燃油和潤(rùn)滑油的品質(zhì)有關(guān),燃料中的鉛會(huì)造成重金屬沉積,阻礙HC的轉(zhuǎn)化,磷和硅會(huì)阻塞催化劑載體的蜂窩結(jié)構(gòu),硫以及潤(rùn)滑油中的鋅燃燒后會(huì)形成氧化物,吸附在催化劑表面使其失活。

        (4)表面積碳、堵塞

        汽車于低溫狀態(tài)工作時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)排出的碳煙附著在催化劑表面,導(dǎo)致載體的孔隙堵塞。堵塞會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力不足甚至無法啟動(dòng),這是許多車輛加速無力的主要原因。

        (5)氧傳感器失效

        燃油中的鉛、硅等元素在高溫下會(huì)引起氧傳感器中毒,因使用不當(dāng)還會(huì)導(dǎo)致氧傳感器積碳、加熱器電阻絲燒斷、內(nèi)部線路斷脫、陶瓷破裂等故障,進(jìn)而引起空燃比失準(zhǔn),排氣狀況惡化,催化轉(zhuǎn)化器效率降低,降低催化轉(zhuǎn)化器的使用壽命。

        (6)機(jī)械損傷

        在日常維修中,受到裝卸不規(guī)范、長(zhǎng)期在崎嶇山路行駛、底盤刮碰和長(zhǎng)期振動(dòng)等因素的影響,加之汽車尾氣的高溫,三元催化轉(zhuǎn)換器在熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力的綜合作用下,極易疲勞裂紋甚至徹底斷裂。

        2 三元催化器的故障檢修

        2.1 故障案例

        一輛寶馬X5,搭載六缸直列發(fā)動(dòng)機(jī),兩個(gè)獨(dú)立排氣管,行駛約10萬(wàn)km,車主感覺加速不良,并且發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈點(diǎn)亮;一輛豐田2010款卡羅拉,5速手動(dòng)變速器,行駛約6萬(wàn)km之后,當(dāng)車速低于10km/h時(shí),加速熄火,并且熄火后不易啟動(dòng);一輛豐田RAV4,行駛約1.5萬(wàn)km,加速無力,且無法提升至100km/h,若強(qiáng)行加速則自動(dòng)降檔。

        2.2 解決方案

        這三個(gè)故障案例的共同特點(diǎn)是加速不良,啟動(dòng)困難,當(dāng)三元催化器出現(xiàn)故障時(shí),車輛油耗增加,排放超標(biāo),所以應(yīng)立即進(jìn)行檢修。

        (1)通過望聞問切進(jìn)行外觀檢查是快速檢查機(jī)械故障的方法。首先觀察三元催化器表面是否有凹陷和刮痕,如果有說明載體可能受到損傷;檢查接頭及催化劑更換螺塞是否松動(dòng),若有則應(yīng)及時(shí)加以處理;排氣歧管到三元催化器之間有明顯的燒紅現(xiàn)象,在冷車時(shí)三元催化器前部有無泛藍(lán)和鐵屑,說明三元催化器曾處于過熱狀態(tài);如果聽到異響,排氣管有催化劑顆粒排出,應(yīng)更換三元催化器。若三元催化器出現(xiàn)故障,在怠速和加速時(shí)可聞到刺鼻的氣味,進(jìn)行尾氣分析會(huì)發(fā)現(xiàn)NOX嚴(yán)重超標(biāo)。

        (2)測(cè)量溫度和真空度。正常情況下,大多數(shù)三元催化器前部的溫度要比后部低20%~25%,若溫差低于此范圍,應(yīng)更換三元催化器,若超此范圍,說明尾氣中含有較高濃度的CO和HC;將真空表接入進(jìn)氣歧管,使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)牡∷僦饾u提高至2 500r/min,真空度讀數(shù)不應(yīng)有明顯下降,若下降有可能是阻塞造成的,但也可能是供油量減少引起的,所以排氣背壓更能反映三元催化器的狀況。

        (3)檢測(cè)排氣背壓。檢測(cè)排氣背壓要在排氣管前的適當(dāng)位置接入壓力表,在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速和2 500r/min時(shí)檢測(cè)的排氣背壓不應(yīng)超過發(fā)動(dòng)機(jī)限值,若超過,需將三元催化器后面的排氣系統(tǒng)拆下,再次檢驗(yàn)背壓,若仍超過限值,說明催化器堵塞,若背壓下降,則說明破碎的催化器載體停留在下游的排氣系統(tǒng)中。

        3 三元催化器的維護(hù)保養(yǎng)

        3.1 正確選用汽油和潤(rùn)滑油

        配備三元催化器的車輛,不能使用含鉛汽油,因高溫使含鉛汽油還原出金屬鉛,導(dǎo)致催化器中毒。有研究表明,在汽油中加入10%的水或30%~40%的甲醇,可減少甚至消除CO、HC、NOX的排放,采用乙醇汽油可降低尾氣中大約1/3的CO排放量;在機(jī)油中加入適當(dāng)?shù)墓腆w添加劑,可以提高氣缸密封性,降低油耗,改善尾氣排放。

        3.2 避免未燃燒的混合氣進(jìn)入催化器

        當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)出現(xiàn)故障,點(diǎn)火延遲等因素的影響會(huì)導(dǎo)致混合氣不完全燃燒,廢氣中的HC和CO發(fā)生過度的氧化反應(yīng),產(chǎn)生的熱量超過催化器的正常工作溫度,就會(huì)導(dǎo)致催化劑失效。

        3.3 避免碰撞和“托底”

        在崎嶇山路行駛時(shí),碰撞有可能導(dǎo)致載體破碎,陶瓷碎片會(huì)引起催化器和配氣系統(tǒng)堵塞,增大排氣阻力,當(dāng)急減速時(shí),一旦陶瓷粉末被吸入氣缸,將導(dǎo)致氣缸嚴(yán)重磨損甚至報(bào)廢。

        3.4 熄火前應(yīng)進(jìn)入怠速狀態(tài)

        發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度很高,熄火前進(jìn)入怠速狀態(tài),可使溫度平滑下降,減少熱沖擊。此外,車輛處于怠速工況的時(shí)間不允許超過20min,因?yàn)榈∷贂r(shí)廢氣中的氧含量不足,會(huì)因高溫而損壞三元催化器。

        3.5 不要涉水行駛

        雨天行車,切勿在積水路段行駛,因?yàn)槿呋鞯墓ぷ鳒囟群芨?,涉水行駛時(shí),陶瓷載體會(huì)因溫度驟然降低而損壞。

        3.6 定期保養(yǎng)車輛

        定期保養(yǎng)有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障,比如采用調(diào)整噴油量、減小噴油提前角等措施使燃料充分燃燒,可延長(zhǎng)三元催化器的使用壽命。

        4 結(jié) 語(yǔ)

        隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng),對(duì)汽車尾氣排放的要求也越來越嚴(yán)格,國(guó)產(chǎn)轎車普遍都加裝了催化轉(zhuǎn)化器,借助催化劑的作用,使尾氣中的HC、CO、NOX發(fā)生氧化還原反應(yīng),不僅操作方便而且避免了二次環(huán)境污染,達(dá)到了降低污染的目的。在我們享受汽車為我們生活帶來便利的同時(shí),只要掌握維修保養(yǎng)和故障檢修的方法,才能真正享受舒適的車生活。

        [1] 賈同國(guó),王銀山,張玉龍.車用三元催化轉(zhuǎn)換器的研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)[J].長(zhǎng)春工程學(xué)院學(xué)報(bào),2011,12(3):136-140.

        [2] 仇雅莉.三元催化轉(zhuǎn)換理論在汽車尾氣治理中的應(yīng)用[J].交通工程,2013,(10):122-124.

        [3] 張弛.怠速工況下汽車三元催化器溫度與排放的關(guān)系[J].公路與汽運(yùn),2014,(4):5-7.

        [4] 程正茂.淺談三元催化器的結(jié)構(gòu)原理及故障診斷與排除[J].汽車維修,2012,(6):6-7.

        [5] 陳翀.三元催化器結(jié)構(gòu)原理與性能評(píng)價(jià)[J].四川工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2001,20(4):1-3.

        2016-03-07

        劉雙源(1987-),男,河南西峽人,研究生,研究方向:汽車檢測(cè)與維修。

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