汽車三元催化器故障及處理措施分析

汪偉峰 楊文龍

摘要：為了提升汽車運行質量，要結合汽車應用要求維持運行狀態。尤其是在節能降耗環保理念不斷深入的時代背景下，汽車三元催化器的應用能有效減少尾氣排放污染比例，要整合具體操作和維護管理方案，減少故障造成的不良影響。本文分析了汽車三元催化器的工作原理，并對催化活性降低、催化器損壞、催化劑物理破損等故障問題和處理措施展開討論。

Abstract： In order to improve the quality of car operation， it is necessary to maintain the running state in accordance with the requirements of the car application. Especially in the context of the ever-deepening of the concept of energy saving， consumption reduction and environmental protection， the application of automotive three-way catalytic converters can effectively reduce the proportion of exhaust emissions. It is necessary to integrate specific operation and maintenance management plans to reduce the adverse effects caused by failures. This article analyzes the working principle of the automobile three-way catalytic converter， and discusses the malfunctions and treatment measures such as the reduction of catalytic activity， the damage of the catalytic converter， and the physical damage of the catalyst.

關鍵詞：汽車三元催化器;工作原理;故障問題;處理措施

Key words： automobile three-way catalytic converter;working principle;failure problem;treatment measures

中圖分類號：U472.43? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）23-0166-02

0? 引言

汽車三元催化器能有效處理汽車尾氣中的碳氫化合物、等物質，并且能降低PM排放，從而滿足節能降耗的基本需求，在閉環電控狀態下，能轉化90%以上的污染物，具有一定的推廣應用價值。

1? 汽車三元催化器工作原理

1.1 定義

汽車三元催化器本身屬于化工裝置，利用三種化學反應實現催化處理目標，并且，正是由于催化物質和反應較為復雜，因此，其反應速率較快，但是催化劑本身不參與反應。主要的化學反應包括：

1.2 原理

在三元催化器應用過程中，要借助對應的處理方式完成應用，且利用汽車尾氣濃度關系針對主要污染物予以處理。并且，一部分沒有完全燃燒的碳氫化合物將以小顆粒或者是氣溶膠的狀態留存下來。基于此，三元催化器就能更好地減少顆粒排放水平，維持PM數值的環保要求。

第一，三元催化器的核心部件是具備活性催化劑覆蓋的陶瓷載體，利用貴金屬組成和鋯等稀土族元素添加的材料。其中，貴金屬材料能更好地促進碳氫化合物以及一氧化碳發生氧化反應，這就能有效保護陶瓷的芯體，并且兼具減震、固定以及隔熱的功效。

第二，汽車三元催化器在投入使用后，匹配發動機控制技術和無鉛汽油技術，就能更好地提升催化劑的應用效果，三元催化劑的基礎性能和發動機尾氣空燃比相關聯。1）在燃燒狀態偏稀釋的環境中，氧氣較為充足，此時，氧化反應更易發生，催化劑對碳氫化合物以及一氧化碳的轉化率就會增高，對NOX的轉化率則會降低。2）在發動機燃燒較為濃烈的狀態下，反應平衡一般會向還原方向有所偏移，此時，NOX的轉化率也會隨之增高。因此，在理論空燃比接近1時，才能更好地發揮三種成分凈化效率的最優值[1]。

1.3 組成

主要包括殼體、減振層、載體、催化劑等部分，而催化劑指的是具有催化活性組分以及水洗涂層的部分，是整個催化器的核心內容，也決定了汽車三元催化器的基本性能。一般而言，汽車三元催化器的殼體是不銹鋼板，以避免氧化皮脫落產生的催化器堵塞問題。并且，多數催化器的殼體都采取的是雙層處理結構，以維持催化劑的反應溫度，能最大程度上減少催化器對汽車底板產生的高溫輻射問題，避免加油站因為催化器表面熾熱的溫度引發火災隱患，也能減少路面積水對于催化器產生的影響。減振層則主要分為膨脹墊片和鋼絲網墊，能有效減振和緩解熱應力。載體采用的是陶瓷載體。

2? 汽車三元催化器常見故障問題

2.1 常見故障

較為常見的三元催化器故障如下：①催化器失效造成發動機廢氣排放量增大;②催化器堵塞造成發動機啟動困難;③催化器運行不暢造成最高車速降低;④催化劑活性和物理破損。例如，某三元催化器表現為外殼和內部結構都沒有出現損壞的問題，但是，車輛的污染物排放卻超出了限定的標準，技術人員在進行檢查后發現，MIL燈處于閃爍狀態，沒有故障現象，因此，將問題鎖定在催化劑活性方面[2]。

2.2 故障原因

2.2.1 催化器失效

主要是因為操作人員在應用設備的過程中使用了含鉛汽油，這就會造成催化劑表面因為受到異物覆蓋產生失效問題，并且，載體孔洞的表面大量沉積鉛元素，就會造成催化器的失效。另外，因為排氣中碳氫化合物增多，也會造成三元催化轉化器內產生反應，燃燒過于激烈，必然會升高溫度，燒壞設備。

2.2.2 機械損傷

若是三元催化器受到碰撞、震動等問題，就會造成殼體和載體的變形問題，甚至會出現破裂等情況，這些機械損傷都會影響三元催化器的應用質量。

2.2.3 堵塞

在排氣中，鋅元素、磷元素、碳元素會大量富集在載體表面，必然會對催化反應造成影響，甚至會出現排氣發堵的問題。

2.2.4 老化

其一，高溫老化現象。結合相關數據標準可知，三元催化劑的工作范圍要低于900攝氏度，若是出現異常因素造成工作范圍內催化劑表面溫度升高，則活性會嚴重降低，瞬時溫度若是在1300攝氏度以上會使得催化劑直接失活[3]。其二，毒害老化問題，因為燃油以及機油中都會添加一些其他元素，這些元素必然會進入催化器，因為車輛長時間運行的過程中會物質就會沉積在催化劑的表面，造成活性之間喪失，使得后續操作失衡，無法有效完成對應催化工作。要結合老化的程度和原因進行針對性的分析，從而全面評估失活因素，并且結合失活狀態采取對應的控制措施，減少失活問題對三元催化器應用產生的影響。值得一提的是，熱老化問題一般很難恢復，而一些元素造成的老化問題借助特定的循環處理機制能實現性能的恢復處理。

2.2.5 催化器損壞

第一，因為使用的燃油品質不滿足應用要求。我國從2000年開始禁止使用含鉛汽油，但是，為了有效提升汽油的抗爆效果，部分燃油中依舊會添加有機錳等元素，這就使得車輛在使用過程中錳元素會隨著高溫尾氣排出，然后大量沉積在催化劑的入口端，此時就會造成催化器的堵塞問題。而在2014年，我國正式出臺了汽油應用標準后，燃油品質大幅度提升，這種故障問題的發生幾率也在縮小。第二，點火系統故障問題。故障會導致油氣進入到催化器內部，甚至會出現后燃問題，沒有燃燒充分的燃油氣進入到催化器后就會在載體內部燃燒，甚至會將瞬時高溫提升到1400攝氏度，必然會對催化劑造成滅活影響。盡管被破壞的催化劑表面完整，但是內部卻已經出現破碎的裂痕。盡管入口端無法查找問題，但是若是從出口端進行分析和檢測，就會發現催化器的載體已經內部空洞。第三，渦輪增壓器漏油。帶渦輪增壓器發動機若是出現漏油問題，就會造成機油進入催化器，加之渦輪增壓器維護工序不當，也會產生增壓器油封漏油的問題。催化劑的表面溫度超過700攝氏度，就會導致機油在催化劑表面形成高溫環境，未燃燒充分的油氣進入催化器，影響其應用活性。第四，異物進入催化器前端。因為催化轉化器內的氣流孔道尺寸有限，若是前端進入的異物較大，就會對尾氣流通產生影響，異物在尾氣作用下會和陶瓷載體相互碰撞摩擦，最終影響催化器的應用質量。較為常見的磨損故障包括焊渣、襯墊等，甚至一些脫落的螺絲也會對其應用效果造成影響。

3? 汽車三元催化器故障處理措施

3.1 三元催化器轉換器檢修

在汽車三元催化器管理工作中，若是啟動發動機后在緩慢加速的過程中真空度降低，則證明排氣系統出現了阻礙問題。究其原因，是因為三元催化器轉換器阻塞現象，此時，要對其進行集中檢查，觀察是否存在堵塞、熔化、開裂或者是其他損傷問題，若是無法修補就要及時更換。并且，要在更換元件的基礎上檢查發動機缺火問題以及燃燒不充分問題產生的原因，從而維持檢修工作的合理性和規范性。第一，為了保證催化器轉換器應用質量，要嚴格落實標準汽油使用工作，按照規定標號的無鉛汽油完成相應的工作處理，減少鉛元素、磷元素、鋅元素等雜質沉積造成的影響，提升其應用質量，維持綜合管理的規范性。第二，要依據實際情況和質量標準選取適宜的汽油添加劑、機油或者是機油添加劑，以保證能為三元催化器應用提供較為合理的環境，增加機油進入氣缸參與燃燒的幾率，從而確保表面附著物適當減少。并且，要結合氧傳感器等標準提升檢修實效性。第三，要盡量避免起動機帶動車輛滑行，會對三元催化器的應用效果產生影響，甚至會耗損元件。第四，要盡量避免在有易燃物的路面或者是場地行駛，從根本上規避因為高溫環境下三元催化器轉化器點燃易燃易爆物質造成火災的情況，提高安全性的同時，也能減少故障問題。第五，針對渦輪增壓器漏油問題的處理，要集中了解機油污染的情況和狀態，然后在分析機油進入三元催化轉化器的原因后更換設備，并且減少污染發生的幾率。第六，針對異物進入催化器前端的處理，一般是在安裝的過程中進行預處理，確保能從根本上杜絕異物在上游氣流通道內留存。

3.2 規范日常維護

除了要對三元催化轉化器故障予以處理外，也要規范日常維護工序，提升常態化管理水平。第一，若是燃油過低，就要盡快結合實際應用要求和狀態完成燃油的填充和補給，避免油箱燃油面較低造成空氣和油氣的混合，也能有效減少發動機空燃比的異常變動，最大程度上減少三元催化轉化器的運行負荷，維持設備運行質量。第二，在三元催化轉化器維修修護工作中，要避免使用斷火法測試各個工作缸的運行狀態和工作情況，主要是因為噴油器處于工作狀態下已經噴出的未燃燒汽油會在三元催化轉化器中燃燒，造成嚴重的安全隱患。基于此，要在起動機帶動發動機時，對缸內氣壓予以測定，并且及時拔除噴油器的插頭。第三，因為三元催化轉化器本身就是貴重易碎品，因此，要保證其固定位置的牢固性，減少因為路面不平顛簸造成的影響，一般而言，要緊固氧傳感器和三元催化轉化器端口，維持螺栓的穩定性，并且密封接頭面，配置對應的氣壓檢查排氣系統，就能及時了解泄漏問題，減少安全隱患。第四，要定期進行廢氣排放量的檢查和檢測，依據實際情況裝配蜂巢型轉換器，按照規定要求的顆粒轉化參數及時更換。

4? 結束語

總而言之，伴隨著汽車行業的高速發展，機動車尾氣污染問題逐漸加劇，因此，三元催化轉化器作為尾氣排放核心裝置受到了廣泛關注，為了避免其質量問題和應用故障問題對應用效果造成影響，要結合故障原因落實有效的處理工作，從根本上提高三元催化轉化器的應用效率，為城市交通健康可持續發展奠定堅實基礎。

參考文獻：

[1]黃忠.三元催化轉化器對汽車尾氣超標的影響研究[J].時代汽車，2021（10）：18-19.

[2]郭榮利.汽車三元催化器信息化回收系統設計與實現[D]. 重慶：重慶大學，2017.

[3]劉佳明.汽車三元催化器總成檢具的標準化設計[D].天津：天津科技大學，2017.