TWC故障檢測與維護

朱會田,劉青掌,杜愎剛

（蚌埠汽車士官學校裝備保障系,安徽 蚌埠 233011）

TWC故障檢測與維護

朱會田,劉青掌,杜愎剛

（蚌埠汽車士官學校裝備保障系,安徽 蚌埠 233011）

本文首先簡要介紹了三元催化轉化器（TWC）的組成、原理主要評價指標及要求，之后分析TWC應用中出現常見故障的診斷與排除方法，最后概述了TWC的維護和發展。

三元催化；故障；維護；發展

1 三元催化轉化器的組成與基本原理

汽車多采用以蜂窩陶瓷為載體的三元催化轉化器（Three-Way Catalyst Converter，英文簡稱TWC），其結構主要由殼體、多孔陶瓷載體堇青石（每平方英寸有400～1200個孔，內表面涂有非常松的γ-Al2O3涂層，提高催化反應面積）和催化劑組成。催化轉化器安裝在排氣管或排氣消聲器的內部，用于在排放前對尾氣進行催化凈化。其基本原理是通過催化劑的作用，把CO、HC、NOX分別氧化、還原為CO2、N2和H2O，對三種有害尾氣進行分別凈化，故稱為三元催化轉換器。

2 三元催化轉化器的主要評價指標與要求

（1）凈化率：在一定條件下，催化劑對某種污染物的轉化效率。凈化率的計算公式為：

R=（1-B/A）×100

式中：R為凈化率；A為安裝凈化裝置前（CO、HC、NOX）污染物的濃度；B為安裝凈化裝置后（CO、HC、NOX）的濃度。在標準混合氣條件下，要求催化器凈化率在90%以上。

（2）起燃溫度T50：指催化劑在一定條件下對某一污染物的凈化效率達到50%時的入口氣體溫度。起燃溫度越低，催化劑活性越好，工作時機越早。

（3）空燃比特性：是指在各種空燃比條件下的凈化率。在標準混合氣濃度（空燃比為14.7）附近CO、HC凈化率與空燃比的關系如圖1所示。從圖1來看，氧傳感器是一個氧濃稀的開關，可以將檢測的氧的濃度信號變為電信號作為空燃比的反饋信號傳遞到ECU中，以控制氣缸內混合氣的濃度，為TWC凈化尾氣建立一個良好的外部環境。

圖1 TWC凈化率與空燃比的關系

3 TWC常見故障診斷與分析

在正確使用及維護下可以保證8～10年或行駛10～20萬公里能保持高效的凈化率。但是，如果TWC與發動機匹配不良、安裝及使用不當，TWC的凈化率和使用壽命都會很快降低，甚至完全失去凈化尾氣的作用，造成TWC的早期失效。

3.1 引起TWC失效的故障分析

3.1.1 車用催化劑中毒

車用催化劑中毒的外在表現時：發動機怠速不穩，排氣不暢，動力不足，噪音增大，油耗升高，排放明顯超標。車用催化劑中毒是指TWC內涂的催化劑被化學材料，如燃料和機油中的鉛、磷、硫，這些化學元素燃燒后的氧化物覆蓋在催化劑表面，使尾氣中的有害成分無法與催化劑接觸，無法進行氧化、還原反應。

3.1.2 積炭堵塞

燃燒產生的積炭或機油經排氣導管內氧化生成的積炭堵塞TWC陶瓷載體，造成排氣不暢、惡化燃燒，導致發動機動力不足、怠速抖動、起動困難等故障，同時也使得TWC溫度升高過多，造成高溫燒結而失去活性。

3.1.3 高溫燒結

TWC正常工作溫度為500℃～800℃，出口處溫度比進口處溫度高30℃～100℃。但是當工作溫度超過800℃以上時，TWC涂層中γ-Al2O3易燒結，表面積大大減少，甚至導致TWC失效。

3.2 TWC故障檢測

檢測TWC之前必須確認點火系統正常、發動機無漏氣、燃料供給系統正常、曲軸箱通風裝置和廢氣再循環裝置齊全有效、排氣管無漏氣。

3.2.1 外觀檢測

檢視TWC外殼無大面積凹陷，否則予以更換；檢視TWC與車身之間應固定牢固、與排氣管連接應完好無漏氣、連接螺栓應緊固無松動，否則予以修理；用橡膠槌敲擊TWC，其內部不得有異響，否則予以更換。

3.2.2 聲音檢查

若TWC陶瓷體破裂后，能聽到從底盤下面發出的異響：

踩油門加速時，會聽到底盤下發出如鐵鍋炒豆子的“嘩啦嘩啦”的噪音，破裂脫落的陶瓷塊連續在高溫高壓氣流下撞擊震動排氣管壁的聲音；

停車怠速時，可聽到輕微的“嘀嘀鐺鐺”的碎石滾動彈擊噪音。

3.2.3 溫度檢測

（1）接觸法：將溫度探頭接觸在TWC前后的排氣管上，后端溫度比前端溫度應至少高出30℃左右，否則說明TWC失效，應予以更換。

（2）非接觸法：啟動發動機，預熱至正常工作溫度，將發動機轉速維持在2500r/min左右，用數字式溫度計非接觸式紅外線激光溫度計測量催化轉化器進口和出口的溫度，需盡量靠近催化轉化器（50mm內）。催化轉化器出口的溫度應至少高于進口溫度10%～15%。如果車輛在主催化轉化器之前還安裝了副催化轉化器，主催化轉化器出口溫度應高于進口溫度15%～20%，如果出口溫度值低于以上的范圍，則催化轉化器工作不正常，需更換。

4 TWC的維護與發展

為提高TWC的凈化性能和使用壽命，在使用和維護時應注意以下問題：

4.1 不能使用含鉛汽油，尤其到小加油站加油時一定要注意

含鉛油燃燒后，鉛顆粒隨廢氣排經TWC時，會覆蓋在催化劑表面，使催化劑作用面積大大減少，大大降低催化器的轉換效率，也會造成TWC的失效。

4.2 避免發動機長時間怠速運轉

怠速工況運轉，尾氣中CO、HC排放大，易造成TWC過載、過熱。要求發動機怠速運不能超過20分鐘。

4.3 盡量減少跳火試驗

跳火試驗會使未點燃的汽油直接進入TWC，造成TWC過載降低使用壽命。

4.4 避免汽車在關閉點火系統時滑行

一方面會造成轉向失去助力，另一方面，造成TWC早期失效。