正確識別油品對于三元催化器的影響

◆文/江蘇 周 敏

正確識別油品對于三元催化器的影響

◆文/江蘇 周 敏

維修人員需要根據(jù)現(xiàn)象判斷三元催化器的損壞原因，是燃油質(zhì)量差？還是發(fā)動機(jī)故障？本文與大家共同探討催化劑損壞的真實(shí)原因，避免“誤診”。因?yàn)橛推穼C(jī)動車排放的影響不容忽視，但催化轉(zhuǎn)化器受發(fā)動機(jī)故障的“拖累”也并不罕見。

隨著全社會對空氣污染的日益重視，國家對機(jī)動車制訂了嚴(yán)格的污染物排放技術(shù)規(guī)范和耐久要求。國Ⅳ階段，車輛需滿足10萬千米耐久污染物排放限值；國Ⅴ排放法規(guī)要求車輛滿足16萬千米耐久污染物排放限值。

國家也同時加大了對在用車污染的控制力度，從2005年起對汽油在用車采用簡易工況法或雙怠速法進(jìn)行車輛排放年檢。該方法簡單易行，由于新車排放法規(guī)持續(xù)升級而在用車檢查標(biāo)準(zhǔn)并未提升，熱車狀態(tài)下車輛一般都能通過。因此，因車輛年檢不合格而更換催化器的案例極少。催化器的主要故障集中在車輛行駛時異響，或者M(jìn)IL故障燈報(bào)警。

一、與催化器和排放相關(guān)的問題

盡管市面上燃油品質(zhì)良莠不齊，但與催化器和排放相關(guān)的最主要問題是雜質(zhì)和蒸發(fā)壓力。

1.汽油中的硫

汽油硫含量是指存在于油品中的硫及其衍生物的含量，是保證發(fā)動機(jī)不受腐蝕和操作人員不致?lián)p害健康以及防止環(huán)境污染的指標(biāo)。燃料中硫含量高，活性硫可以腐蝕儲運(yùn)設(shè)備和機(jī)械的供油系統(tǒng)；非活性硫燃燒后形成SO2和SO3，遇水形成亞硫酸和硫酸而腐蝕機(jī)械，而SO2和SO3排入大氣會造成污染。汽油中硫含量會直接影響汽車的排放表現(xiàn)。硫化物會影響氧傳感器的靈敏度，使發(fā)動機(jī)的閉環(huán)控制窗口發(fā)生偏移，此時催化器可能無法工作在轉(zhuǎn)化效率最高的窗口，排放進(jìn)一步惡劣。根據(jù)美國環(huán)境保護(hù)署的試驗(yàn)，當(dāng)汽油中硫含量從10ppm增加到30ppm時，NOx排放會從22g/mi增加到43g/mi(1mi=1.609344km)。

為降低車輛排放，我國已經(jīng)對汽油標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)升級。從2014年1月1日起，全國范圍內(nèi)汽油都需要滿足國Ⅳ及以上標(biāo)準(zhǔn)，硫含量小于50ppm；北京和長三角地區(qū)提供國Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)油，硫含量小于10ppm。只要是正規(guī)渠道的汽油，硫含量都不至于太高，且硫?qū)Υ呋D(zhuǎn)化器的毒害是長期漸進(jìn)的過程，引起車輛排放變差不是直觀可見的。

2.汽油蒸發(fā)壓力

蒸發(fā)壓力是衡量汽油質(zhì)量的一個關(guān)鍵指標(biāo)，它與汽油的蒸發(fā)排放和發(fā)動機(jī)的啟動性能有密切聯(lián)系。蒸發(fā)壓力太高，增加蒸發(fā)排放，導(dǎo)致空氣中揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)的增加。蒸發(fā)壓力太低，則汽油不容易與空氣形成混合氣，車輛不容易啟動，會形成大量的冷機(jī)排放。因此，要求汽油具有合適的蒸汽壓，發(fā)動機(jī)的標(biāo)定，也必須與市售汽油的蒸發(fā)壓力適應(yīng)。終端零售汽油的蒸發(fā)壓力會隨季節(jié)變化波動，影響排放，但不會造成催化劑的損壞。

3.汽油中的其他雜質(zhì)

汽油中的金屬基添加劑也會給催化器帶來損害。例如，2000年之前普遍在燃油中添加四乙基鉛來提高汽油抗爆性，鉛會造成催化劑不可逆的中毒。汽油無鉛化進(jìn)程中，燃油中開始添加含錳的添加劑甲基環(huán)戊二烯三羰基錳(MMT)作為抗爆劑，在不同時期內(nèi)在不同的國家開始使用。我國自2000年開始使用，國內(nèi)已經(jīng)有50多家大中型煉廠在使用含錳抗爆劑，年消耗量約為2000多噸。

MMT的主要危害在于其燃燒產(chǎn)物會沉積在催化器陶瓷蜂窩載體表面，以及燃燒室、進(jìn)氣閥和火花塞的表面，縮短進(jìn)氣閥的壽命，影響發(fā)動機(jī)的正常工作。國內(nèi)汽車行業(yè)極力反對在汽油中使用含錳添加劑。滿足國Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)的汽油，錳含量為0.002g/L。錳造成的催化劑失效，可以明顯地看到催化劑的表面的紅褐色沉積物(圖1、2)，但這種失效多發(fā)生在行駛幾萬千米之后。無沉積物的催化劑表面如圖3所示。

由于燃油價格在過去幾年增長較快，因此不法商販也可能在燃油中添加化學(xué)原料來牟取差價。這些調(diào)制油原料不純，可能包含各種雜質(zhì)。最常見的如硅、鐵等元素都會隨車輛使用沉積在催化劑表面，覆蓋催化劑的活性相，進(jìn)而影響車輛排放。但通常這些元素含量極低，沉積下來的量有限，不會很快就造成催化劑的失活。這類故障可以從催化劑、氧傳感器等表面明顯的白色沉積物判定故障原因。

二、案例

故障現(xiàn)象：一輛行駛里程為753km的汽車，客戶進(jìn)店描述，車輛運(yùn)行中發(fā)動機(jī)故障燈常亮，組合儀表多功能顯示屏顯示“發(fā)動機(jī)異常”。

故障診斷：檢測故障碼存在，使用故障檢測儀診斷故障為催化劑失效。將發(fā)動機(jī)排氣管拆下后，目視檢查三元催化器，未發(fā)現(xiàn)明顯異常。將三元催化器拆下后從入口察看，發(fā)現(xiàn)催化劑氣流入口端面有不規(guī)則花紋，晃動時，內(nèi)部有“嘩啦嘩啦”的響聲。將火花塞拆下后與試駕車互換，未發(fā)現(xiàn)異常。將車內(nèi)的汽油放出，加入試駕車中試乘，未發(fā)現(xiàn)異常。維修站認(rèn)為是燃油品質(zhì)差造成三元催化器故障，拒絕索賠保修。但用戶認(rèn)為新車?yán)锍讨挥袔装偾祝际窃谡?guī)加油站加油，不可能是油品問題，投訴了維修站要求保修。由于無法和客戶達(dá)成一致，維修站要求廠家提供技術(shù)支持，幫助分析故障原因。

故障件如圖4所示。催化器氣流出口處有很多碎屑，初步分析這些碎屑是三元催化器內(nèi)陶瓷載體的碎片；搖晃催化器，可以聽見催化器內(nèi)大量的碎屑碰撞摩擦的明顯響聲；剖開催化器后，可以看到催化器的陶瓷芯體從中部裂開，陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)曾經(jīng)發(fā)生熔化，整個芯體內(nèi)部燒結(jié)成幾大塊。

綜合以上分析，找不到該故障與油品相關(guān)的證據(jù)。催化器內(nèi)部燒蝕是典型的“后燃”現(xiàn)象，指未完全燃燒的混和氣進(jìn)入了排氣系統(tǒng)，由于陶瓷載體表面涂覆了促進(jìn)氧化反應(yīng)的活性物質(zhì)，混合氣會在催化器內(nèi)繼續(xù)燃燒，使溫度急劇升高，當(dāng)溫度超過催化器的承受能力時，陶瓷芯體熔化，催化器失效。堇青石陶瓷載體能承受的最高溫度是1350℃，只有高于該溫度，陶瓷才會融化，發(fā)生結(jié)構(gòu)損壞。后燃可能是由于發(fā)動機(jī)的失火，或者是機(jī)油進(jìn)入尾氣。

事實(shí)上目前市面上的汽油車，絕大多數(shù)都采用堇青石陶瓷載體三元催化器，為保證催化劑活性，短時能承受的溫度為1000℃，長時間工作的溫度都控制在950℃以內(nèi)。出現(xiàn)造成催化劑熔化的高溫已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了正常工作區(qū)間。

小結(jié)：盡管汽油油品會對車輛的排放性能，對催化器的耐久性能產(chǎn)生危害，但是一般不會引起催化器很短時間就發(fā)生物理損壞。只要使用符合國標(biāo)的汽油，催化劑劣化需要一個很長時間才能顯現(xiàn)。油品與催化器的燒熔損壞更沒有直接的關(guān)系。針對本文所舉的案例，維修站認(rèn)定催化劑損壞是用戶使用的燃油品質(zhì)問題，這是不合適的。更科學(xué)的做法應(yīng)該是在更換催化器后，把排除故障的重點(diǎn)放在解決潛在的發(fā)動機(jī)失火。否則，可能再次發(fā)生故障。