三元催化器的作用和故障表现

文：鲁传平

三元催化器安装在汽车排气系统中，作用是净化汽车排放的尾气。它可将汽车尾气排出的CO、HC 和NOx等有害气体，通过氧化和还原反应转变为无害的CO2、H2O 和N2。为了适应环保要求，越来越多的汽车安装了三元催化器以及氧传感器装置。如图1所示为三元催化器的外部结构图，如图2所示为三元催化器的内部结构图。

三元催化器的工作原理为，当高温的汽车尾气通过净化装置时，三元催化器中的催化剂将增强CO、HC 和NOx三种气体的活性，促使其进行一定的氧化还原反应。其中CO 在高温下氧化成为无色、无毒的CO2气体；HC 化合物在高温下氧化生成H2O 和CO2气体；NOx还原成N2和O2。所以，三元催化器的作用就是让这些有害气体变成无害气体，使汽车尾气得以净化，最终减少汽车尾气对大气的污染。

图1 三元催化器外部结构图

图2 三元催化器内部结构图

三元催化器在轿车上是个非常好的环保设备，合理保养能充分发挥它的作用。但使用不当的话，会使它形同虚设，并使发动机发生故障，甚至会使汽车出现事故。

日常维修当中，常见的三元催化器故障主要有损坏、堵塞及失效等。这些故障表现出的现象为：车辆加速能力下降，动力不足；发动机油耗升高；三元催化器过热；三元催化器异响。造成三元催化器损坏、堵塞和失效的原因有以下几种。

1.高温失效

汽车连续长时间大负荷高速行驶，三元催化器长期处于高温条件下，发动机如果突然熄火，未燃烧的混合气在催化器中燃烧，发生剧烈的氧化放热反应，很容易让三元催化器出现过热的情况。

发动机排气温度的变化范围很大，怠速工况时一般为300 ～400℃，低速和中速常用工况时为400 ～600℃，高速全负荷工况时可达900℃。而三元催化器正常的内部工作温度最高在800℃左右，超过800℃时，就会影响其使用寿命。如果三元催化器长期在高于800℃的环境下工作，催化剂的活性将大大下降，那么必然会造成三元催化器的高温失效，甚至会导致三元催化器芯体烧损的现象（图3）。

如果发动机工作异常，进入催化器的废气HC 化合物含量过高，就会发生高温溶化。另外，即使发动机工作正常，但不适当的使用也会产生过高的温度。比如怠速时间过长，发动机就会产生比正常道路速度下更多的热量。因此，停车怠速时间最好不要超过10 min。

图3 芯体烧损的三元催化器

如果发动机油路正常，但长时间无法正常起动汽车。这段时间所进入气缸内的可燃混合气，大部分会被排出气缸，到达三元催化器、消声器或者排入大气当中。而残留在三元催化器中的可燃混合气，会在发动机起动后，被高温的排气所点燃，这样三元催化器中的温度会突然增高，从而加重三元催化器的负担。

如果发动机出现故障时，比如喷油器关闭不严、燃油压力调节阀失效造成油压过高、氧传感器损坏或空气流量传感器损坏等。这些故障会造成发动机的混合气过浓，部分未完全燃烧的混合气在排气歧管和三元催化器中二次燃烧，势必会造成三元催化器的高温以及积炭的沉积。更有甚者，能从排气管排出浓浓的黑烟，造成发动机的油耗增大。

2.积炭损坏

因发动机燃烧产生的积炭覆盖在三元催化器表面，造成三元催化器不能很好地进行氧化还原反应。积炭失效是当前导致三元催化器失效的主要原因之一。

由于汽油杂质和胶质所造成的积炭，加上利用药水进行燃烧室积炭的清洗，大部分积炭脱落后由排气管排出。而三元催化器的芯体就像一个滤网一样，当脱落物流经三元催化器时，芯体就会将积炭过滤，并留在三元催化器芯体的表面。久而久之，这些积炭就会由于高温黏连在芯体表面，造成三元催化器的堵塞（图4）。

图4 被积炭所堵塞的三元催化器芯体

3.堵塞失效

三元催化器陶瓷芯体因烧熔或老化成粉末，导致堵塞，致使发动机工作不正常。如果三元催化器堵塞严重，会导致发动机动力严重下降，出现经常熄火，严重时会使排气歧管至三元催化器出现过热的现象，甚至会造成车辆自燃。

以一辆上汽大众帕萨特轿车为例。该车因为动力不足来厂检修，此时已经到了傍晚，光线比较暗。当维修人员打开发动机舱盖时，发现三元催化器微红，其周围的温度非常高。造成三元催化器发红的原因就是三元催化器芯体由于高温烧熔或积炭等原因发生堵塞（图5），发动机排出的高温废气无法通畅地排出，加上未完全燃烧的混合气在此继续燃烧，致使三元催化器被烧红。

三元催化器芯体脱落，会在发动机加速时产生异响。检查时可以用橡胶锤敲击三元催化器，能听到芯体在三元催化器中发出振动的声音。脱落的芯体由于长时间的振动，或与壳体碰撞会出现大量的碎屑，这些碎屑会造成后面的消声器堵塞（图6）。

4.为什么要对三元催化器进行清洗

汽车使用的汽油硫与磷的含量很高，它会在氧传感器和三元催化器表面形成化合物并产生堆积。在交通拥挤的道路上，走走停停的状况会使燃油的燃烧不充分，这些产物也会附着在三元催化器表面。车辆在清洗喷油器、节气门和进气道养护时，清洗下来的积炭和颗粒物同样会沉积在三元催化器表面。

以上这些因素都会造成发动机动力下降，增大车辆的燃油消耗量，三元催化器的净化功能降低甚至失效，尾气排放不达标，缩短三元催化器的使用寿命。因此要定期进行三元催化器的清洗。清洗时，将三元催化器清洗剂通过专用工具，由进气真空管吸入到发动机中，通过燃烧室和排气管到达三元催化器。在一定温度下，清洗剂与三元催化器表面的覆盖物发生化学反应，使三元催化器表面的覆盖物软化、分解和脱落，从而被排出，以达到清洁和恢复其功能的目的。

有的维修人员为了方便，在维修三元催化器堵塞故障时，建议车主将芯体掏空。这样虽然能使发动机状况得到改善，但会造成该车尾气不达标，对大气造成污染。为了更好地保护环境，维修人员不仅要对客户负责，担起应有的责任，还要把好汽车尾气排放质量关，还自然一片蔚蓝的天空，让人们呼吸的空气更加新鲜，使我们的家园更加美好。

图5 堵塞的三元催化器芯体

图6 芯体脱落破碎的三元催化器