更換三元催化轉化器對汽車尾氣排放的影響

深圳職業技術學院 高謀榮

隨著我國機動車保有量的不斷增加，近年來，汽車尾氣排放已成為大氣主要污染源之一，特別是在一些大中型城市，汽車排放污染已經成為首要污染源。三元催化轉化器是有效控制排放污染的重要裝置，但三元催化轉化器在使用過程中性能會不斷下降，更換三元催化轉化器能在付出最小代價的情況下有效控制機動車排放污染。筆者通過對一輛機動車更換三元催化轉化器前后的排放比較，分析了三元催化轉化器對汽車尾氣排放的影響。

1 試驗車輛及試驗設計

試驗車輛采用一輛行駛里程約為72萬km的2013年產上海大眾桑塔納出租車（汽車型號為SVW7182QQD，2013年6月出廠，2013年8月登記注冊，發動機功率為74 kW）。由于該車輛為出租車，行駛里程較高，車輛在更換三元催化轉化器前的車況一般，且有輕微的抖動現象。

試驗采用ASM穩態工況法。ASM穩態工況法在底盤測功機上進行，以滾筒表面代替汽車行駛路面，以飛輪模擬汽車平動質量，以加載裝置反映汽車行駛阻力，通過控制功率吸收裝置單元（風冷式電渦流吸功器）模擬車輛在道路上行駛的勻速和加速工況，實時分析車輛在規定工況下的排放污染。

2 試驗數據分析

2.1 數據篩選

采用ASM穩態工況法，更換三元催化轉化器前后均對試驗車輛的尾氣排放進行了測試。為保證數據的準確性，需要對HC、CO、NO等數據進行異常數據排除。現以更換三元催化轉化器前后HC含量3次測試的數據為例，進行比較分析，進而篩選出更準確的數據進行分析。圖1和圖2分別是更換三元催化轉化器前后HC含量的測試曲線。從圖1和圖2可以看出，更換三元催化轉化器前后第一次HC測試數據相對后兩次都明顯偏高，超過允許誤差范圍；而第二次和第三次的測試數據很接近，且誤差相對較小。同樣，CO和NO含量的第一次測試數據也出現了相類似的情況，出現這種情況的原因可能是第一次測試時車輛未達到熱車狀態。因此，為了數據精準，筆者在進行數據分析時將第一次測試的數據排除掉，只采用第二次和第三次測試數據進行結果分析。

圖1 更換三元催化轉化器前的HC含量3次測試曲線（截屏）

圖2 更換三元催化轉化器后的HC含量3次測試曲線（截屏）

2.2 排放特性分析

2.2.1 HC排放特性分析

HC是發動機排氣中多種碳氫化合物的總稱，是部分燃料未完全燃燒的剩余物，因此它與燃燒情況有關。根據兩次測試數據做出更換三元催化轉化器前HC排放含量（圖3）和更換三元催化轉化器后HC排放含量（圖4）。從圖3可以看出：在ASM5025工況下，兩次測試數據誤差不大，由于三元催化轉化器存在故障，綜合兩次測試數據，HC含量最大值達到95×10-6，最小值為15×10-6。從圖4可以看出：由于三元催化轉化器更換后，其處于正常工作狀態，兩次測試數據中的HC含量均比三元催化轉化器更換前明顯減少，最大值為7×10-6，最小值為1×10-6。為了更直觀地看出HC含量的變化，筆者做了更換三元催化轉化器前后HC含量的平均值示意圖（圖5）。從圖5可以看到，在ASM5025工況下，三元催化轉化器出現故障時，燃燒過程不正常，尾氣成分中的HC未經過凈化直接排出，更換三元催化轉化器后，HC排放顯著下降。

圖3 更換三元催化轉化器前HC排放含量（截屏）

圖4 更換三元催化轉化器后HC排放含量（截屏）

圖5 更換三元催化轉化器前后HC含量的平均值（截屏）

2.2.2 CO排放特性分析

CO是不完全燃燒的產物，與混合氣濃度有關，若排氣中CO含量過高，則可能是混合氣過濃。根據兩次測試數據做出更換三元催化轉化器前的CO排放含量（圖6）、更換三元催化轉化器后的CO排放含量（圖7）及更換前后CO含量平均值示意圖（圖8）。從圖6可以看出：在ASM5025工況下，兩次測試數據誤差不大，含量都穩定下降至0.01%，但由于三元催化轉化器存在故障，CO含量的最大值達到0.33%。從圖7可以看出：由于三元催化轉化器更換后，其處于正常工作狀態，故CO含量兩次測試數據均比更換三元催化轉化器前明顯減少，由于車況問題，在0.01%上下波動，最大值為0.04%，最小值低至為0%。從圖8可以看到，在ASM5025工況下，三元催化轉化器更換后，尾氣排放中CO的含量下降了60%。

圖6 更換三元催化轉化器前CO排放含量（截屏）

圖7 更換三元催化轉化器后CO排放含量（截屏）

圖8 更換三元催化轉化器前后CO含量平均值（截屏）

2.2.3 NO排放特性分析

NO是空氣中的氧氣和氮氣在高溫、高壓、富氧的情況下發生化學反應生成的。根據兩次測試數據，做出更換三元催化轉化器前NO排放含量（圖9）、更換三元催化轉化器后NO排放含量（圖10）與更換三元催化轉化器前后NO含量平均值（圖11）示意圖。從圖9可以看出：在ASM5025工況下，兩次測試數據誤差不大，NO含量都穩定在2 000×10-6~2 500×10-6，但由于三元催化轉化器存在故障，NO含量最大值達到2 700×10-6。從圖10可以看出：由于三元催化轉化器更換后，三元催化轉化器處于正常工作狀態，NO含量的兩次數據均比更換前明顯減少，且一開始都接近于0，后面逐漸上升；但由于車輛溫度問題，存在小范圍的波動，其中整體數據在80×10-6與0之間波動。由圖11可以看到，在ASM5025工況時，負荷小，燃燒溫度低，故排出的NO含量較低；而更換三元催化轉化器前后相比較，更換三元催化轉化器前在ASM5025工況下，尾氣排放中NO的含量大幅度上升，高達2 304×10-6；更換三元催化轉化器后，排氣中的NO含量極少，比更換三元催化轉化器前減少了99%，由此可見，三元催化轉化器出現故障時，溫度高、燃燒情況差，且當三元催化轉化器存在故障時，排氣中的NO不能還原成N2和O2，故NO含量很高。

圖9 更換三元催化轉化器前NO排放含量（截屏）

圖10 更換三元催化轉化器后NO排放含量（截屏）

圖11 更換三元催化轉化器前后NO含量平均值（截屏）

通過對試驗數據的分析可知：在兩次有效測試數據中，可得出尾氣排放狀況跟車況息息相關，當三元催化轉化器存在故障時，尾氣中的HC、CO、NO含量均大量增加，而在更換三元催化轉化器后，尾氣排放中的有害成分均明顯減少，可見更換三元催化轉化器可以有效地減少尾氣中有害成分的排放。在三元催化轉化器更換前后尾氣成分平均值對比中，在更換三元催化轉化器前后，HC含量減少92%，CO含量減少75%，NO含量減少99%，可見更換三元催化轉化器對排放具有明顯的減少作用，且對NO影響最大。