三元催化转换器性能诊断与检修探讨

杨忠云

三元催化转换器（TWC）研制成功，使汽车排放控制技术有了突破性的进展，它可使汽车排放中的CO、HC和NOX同时降低90%以上。由于TWC受本身的工作环境十分恶劣以及其转化性能特点的影响，在使用过程中会有各种不同故障产生。

1.TWC检测前的准备工作

TWC的任务是降低排放中的CO、HC和NOX，但如果车辆的状况很差，例如排出的CO值高于1%，再有效的TWC也无能为力。所以在检查TWC性能之前，必须首先用尾气分析仪测量汽车尾气中的CO、HC和O2的含量，以判断混合气的浓度是否合适，如果合适才能进行TWC的性能检测。在测量尾气时候，先脱开TWC进气口，使发动机运转至正常温度，将测量管插入排气管中至少400mm，按照怠速法进行测量。若测量值不正常应该先检修发动机工作性能，直至数值在规定范围之内。待数值正常后，装复TWC进气口，在发动机温度正常时检测TWC的工作性能。

2.TWC性能的检测方法

（1）简单人工检查

通过人工检查可以从一开始判断TWC是否有损坏。用橡皮槌轻轻敲打TWC，听有无“咔啦”声，并伴随有散碎物体落下。如果有此异响，则说明TWC内部催化物质剥落或蜂窝陶瓷载体破碎，那么必须更换整个转换器了。如果没有上述异响，应该检查TWC是否堵塞。TWC芯子堵塞是比较常见的故障，可以用下面两种方法进行。

第一种方法是检测进气歧管真空度法。将废气再循环（EGR）阀上的真空管取下，将管口塞住，避免产生虚假真空泄漏现象。将真空管接到进气歧管上，让发动机缓慢加速到2500r/min。

第二种方法是检测排气背压法。从二次空气喷射管路上脱开空气泵止回阀的接头，再在二次空气喷射管路中接一个压力表。若观察TWC、消声器及排气管没有外伤，则可将TWC出口和消声器脱开后观察压力表读数是否有变化。

（2）怠速试验法检查

让发动机怠速运转，使用尾气分析仪测量此时的CO值。当发动机正常工作时候（空燃比为14.7:1），这时的CO典型值为0.5%～1%，当使用二次空气喷射和TWC技术可以使怠速时的CO值接近于0，最大不应超过0.3%，否则说明TWC损坏。通常在怠速时候的NOX数值应不高于100ppm，而在稳定的工况下，NOX数值应该不高于1000ppm，在发动机一切正常的情况下，而NOX过高就可以怀疑是三元催化转化器的故障了。

（3）快怠速试验法测量

让发动机处于快怠速运转状态，并用转速表测量快怠速是否符合规定值。用尾气分析仪测量发动机处于快怠速状态下尾气中的CO和HC含量。如果发动机性能良好，则CO值应该在1.0%以下，HC应该在10ppm以下。若两种数值都超标，则可临时拔下空气泵的出气软管，此时若CO和HC值不变，则可以判定TWC已损坏，若读数上升，而重新接上软管后又下降，则说明燃油喷射系统故障或是点火系统故障。

（4）稳定工况试验法

在完成基本怠速试验后进行该项试验。按照厂家规定接好汽车专用数字式转速表，使发动机缓慢加速，同时应观察尾气分析仪上的CO和HC值，当转速加到2500r/min并稳定后，CO和HC数值应有缓慢下降，并且稳定在低于或接近于怠速时的排放水平，否则怀疑是TWC损坏。这种方法不但能够对TWC是否有故障做出判断，还能有效地综合分析TWC在车辆行驶中的实际效能。这时因为TWC性能评价指标中有一项“空速特性检验”，它表示了受反应气体在催化剂中的停留时间。开环时候由于无法给予精确的空燃比，转换效率仅仅有60%左右，而闭环时平均转换效率可达95%，因此，在对TWC进行怀疑的时候，也应该对电控系统和氧传感器进行相应检测。

（5）红外温度计测量法

这是一种比较简单的测量方法。TWC在实际使用过程中，其出口管道温度比进口管道温度至少高出38℃，在怠速时，其温度也相差10%。但是若出口与入口处的温度没有差别或出口温度低于入口温度，则说明TWC没有氧化反应，此时应该检查二次空气喷射泵是否有故障，若没有故障，就说明TWC已经损坏。

（6）利用双氧传感器信号电压波形分析

目前，许多发动机燃油反馈控制系统中，都安装两个氧传感器。分别装载TWC的反应前、后两端。这种结构在装有OBD-Ⅱ代系统的汽车上，可以有效地检测TWC的性能。OBD-Ⅱ诊断系统改进了TWC的随车监视系统，安装在TWC后端的氧传感器电压波动要比安装在TWC前端的氧传感器电压波动少得多。

3.TWC常见故障及原因

TWC的常见故障有：TWC性能恶化；TWC芯子堵塞后排气不畅，产生过高的排气背压，使废气倒流到发动机内。包括如下现象：

①炭灰积聚、污染。含铅汽油燃烧后会使TWC很快受到损害；机油窜入汽缸燃烧后机油中的磷和锌等物质也会污染TWC。

②陶瓷芯子破损。热循环的长期作用、外部碰撞和挤压，都有可能使陶瓷芯子破损。

③陶瓷芯子熔化。TWC正常工作时，TWC内的温度一般可达500℃-800℃，出口处温度比进口处温度约高30℃-100℃。但是，混合气浓或燃烧不完全时会使排气中的CO、HC浓度过高，这将加重TWC的负担，使温度升高过多，时间长后，会使TWC的性能恶化，甚至熔化载体。

④TWC上一般还装有排气温度传感器，当温度不定期高时，电控单元会切断二次空气供给，中断催化转化反应。

4.TWC排除故障的实践及消息

2009年，因我公司加油站的油品出现质量问题，公司内部的办公用车（轿车）加油上路以后，出现大范围的排气管冒黑烟现象，同时造成了TWC堵塞。针对这一现象，我们在查阅相关资料以后，得出结论：用硫酸和盐酸清洗TWC，再用清水冲洗后，皆可再次使用，并通过了4S店的尾气排放检测，经过一段时间的观察，我们发现，这种做法实用性很好，车辆运行过程中没有出现其他异常状况和排污不达标情况。如果不采取这种方法而直接更换新的TWC，市场价值近万元。该做法申报《汽车三元催化的重复使用》技术改造项目后，当年被评为公司优秀技术成果二等奖。