三元催化转化器对汽车尾气超标的影响研究

黄忠

摘 要：三元催化转化器是有效处理汽车尾气的主要设备，由于其自身设计的限制，对汽车尾气超标处理中仍然存在技术上的問题。立足于三元催化转化器对汽车尾气超标的相关影响进行分析，从技术角度和设备角度共同推进转化效果，使其在具体应用过程中不断提升三元催化转化器的效用。

关键词：三元催化转化器 汽车尾气 影响

汽车是现代工业发展的重要成果，代表着科技发展的整体水平。汽车给人们的交通带来了便利，但是给环境带来了一定的污染。汽车尾气排放产生的污染在大气层中停留的时间长，对环境污染严重，不利于人们的生产生活，因此生态环境不断恶化，影响着人们的生存和发展。在汽车尾气排放上严格控制排放标准和有效提高科学技术是汽车工业发展的方向，也是环境保护与工业发展相融合的重点问题。

1 汽车尾气排放超标的影响

30%的大气污染来自于汽车排气，这些污染对人体的间接危害和直接危害都比较大，给人类和生物造成的一定的环境破坏。汽车尾气排放的污染物包括一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、二氧化硫和悬浮颗粒物。产生一氧化碳的原因是内燃机不完全燃烧而产生的，一氧化碳与人体血红蛋白结合会造成严重的后果，在一氧化碳进入人体以后，人会出现头痛眩晕，严重的会导致死亡。在发动机中碳氢化合物没有充分燃烧，供油系统的燃料没有进行单独的处理，碳氢化合物在含量较高的情况下对人体产生影响。氮氧化合物有明显的刺激气味，毒性虽然不大，但是被氧化以后毒性就变得较大，氮氧化合物与人体的细胞结合以后产生刺激作用，氮氧化合物发生的化学反应产生的物质，对人身体有明显的刺激作用，这些物质停留在体内，对人体的伤害是极大的，产生的化学物质有害物质。会产生长久的不良作用，不利于人们的健康。例如光化学烟雾烟雾对人体有明显的刺激作用，眼结膜引发流泪，对鼻咽喉等器官危害也比较大。二氧化硫和悬浮颗粒物会增加呼吸道疾病的发病率，损害肺功能。二氧化硫过高会随雨水变成“酸雨”。所以说汽车尾气就好比一颗毒瘤。

2 三元催化转化器的原理

三元催化转化器中的“三元”主要是指汽车尾气中的CO、HC和NOx等。对这些物质进行有效处理是三元催化转化器的主要作用，三元催化转化器利用废弃的自身特点，采用一定的设备进行处理，将有害物体排除。在有害气体中，HC和CO的还原性较强，而NOx的氧化性较强，在催化剂的作用下三者发生氧化还原反应：即HC和CO氧化为HO2和CO2，NOx还原为N2和O2。例如氧化反应主要是指含有NO和HC的废气在转化器时触发氧化过程转化中的氧结合成水蒸气和二氧化碳，对氧化过程排放没有影响。再如还原反应是为了减少NOx的含量，在进行还原反应时，去掉物质中的氧原子，三元转化器将NO2进行分解，氮和氧温度超过250℃时，便实现了有效的转化。可见三元催化转化器是利用排放物质与催化转化之间的技术融合将有害物质分解成符合标准的气体[2]。见公式（1）-（5）。

3 三元催化转化器在汽车尾气治理中的应用方式

三元催化转化器能够有效治理汽车尾气，有利于现代汽车排气系统实现新的技术提升，三元催化转化器是重要的外接净化装置，三元催化转化器的组成由催化剂载体、催化剂和外壳组成，见图1。

三元催化转化器主要利用催化剂载体进行工作，基本机构为蜂窝状陶瓷结构，催化剂是浸渍铂和钯的混合物，铂和钯是氧化剂，当HC和CO与布满铂和钯的热表面接触时，HC和CO就会分别与氧气化合成H2O和CO2。三元催化转化器的效果主要是采用氧气传感器来检测浓度，为装置提供信号，在很多汽车上采用的是双氧传感器，通过双氧传感器来检测三元催化剂转化器的实施效率，在检测过程中实施的是闭环管理，将内储藏氧量进行监控，输出的电压波形如果是平直的，就可以明确传感器是处于正常工作状态。而用波线来表示就会明确传感器是否与电压器相同的电压信号波形。正常与失效的三元转化器见图2和图3。

4 三元催化转化器对汽车尾气超标的影响

4.1 三元催化转化器失效造成汽车尾气超标

催化剂加热有氧化和还原能力需要加到一定温度。三元催化转化器在温度过高时不产生催化能力，只有符合一定温度才能够起到催化作用，在催化工作时产生一定的热量。三元催化转化器起燃温度在250-350℃之间，正常温度在400-800℃之间，温度超过1000℃时，内涂层催化剂会烧结坏死，车辆就会产生自燃事故，在转化器工作控制过程中要确保废气排出。温度升高有多种因素，例如点火时间过迟，点火错乱，这些故障容易使未燃烧的混合气进入催化器与催化剂反应，工作时温度过高，催化转化器的效能受到直接影响。

三元催化转化器比较敏感，汽油中的物质容易对硫、磷、铅、锌产生反应，硫、磷、铅、锌主要来自于润滑油，在发动机燃烧后形成氧化颗粒，吸附在催化剂表面，催化剂就会失去作用。催化剂容易产生中毒现象，如果汽车在长期低温状态下，三元催化器无法启动，发动机内的碳会附着在表面。例如机油窜入汽缸以后，铅和锌会附在催化剂表面，造成孔隙堵塞影响转化的效率。催化器堵塞一般可以分为三个阶段，轻度阶段是化合物在催化剂表面，净化功能降低，尾气排放超标。第二个阶段是中度堵塞阶段，催化剂表面积累到一定程度以后，油耗下降。第三个阶段为严重堵塞阶段，催化剂温度升高，前端形成高温烧结堵塞高温，烧结堵塞造成了金属烧结堵塞和低碳烧结堵塞燃油中是否使用含铅含锰抗爆剂决定动力能否严重下降[4]。

催化剂转化对污染物的转换能力有一定限度，必须要通过内净化技术排除污染气体，如果排出的废气浓度总量过大，混合气偏浓，点燃剂量缺乏都会影响催化剂的催化转化效果。催化剂转换能力有限，如果是混合浓度偏浓，点火量过小，催化剂的转化能力降低。大量的不良物质进入到催化剂以后，产生了氧化反应，影响了催化效果，温度过高是失效的主要原因，废气转化率达不到最佳效果，在发动机内需要安装传感器实现闭环控制才能够符合要求。氧化传感器测的是废气中氧的浓度，发动机的空燃比控制在一个狭小的范围之内，如果空燃比比较大，转化率就会提高，但是此时需要保证最佳的空燃比，以保证传感器能够符合标准化要求。如果燃气中含铅硅会造成传感器中毒，引发陶瓷心碎裂，加热器阻断内部线路脱断，这种情况造成了催化剂效率低，不利于催化剂的长期使用。大量的HC和CO进入催化剂产生过度的氧化反应，影响催化效果。如果空燃比大时，CO和HC的转化率略有提高，但是NOx的转化率下降。

4.2 三元催化转化器的修复

4.2.1 三元催化转化器的检查

三元催化转化器在修复过程中有利于降低汽车尾气排放标准，三元催化转化器的陶瓷心没有烧结，可以采用清洗的办法解决，一般是采用锤击法，可以运用橡胶皮锤敲三元转化器，证明内部蜂窝陶瓷破碎，这就要更换转化器。采用红外温度测量法，通过温度对比来实施监控，如果温度过低，三元转化器没有发生氧化反应，要检查空气喷射泵是否有故障，利用双氧转传感器发动机燃油反馈控制系统来进行控制，观察前后反应，一旦出现问题就可以检测出转化剂的性能是否符合要求，在适当的时候改进三元转化器的监视系统。在三元转化器的具体应用过程中，实时动态监控以确定三元转化器是否能够正常工作，也可以采用简易法看看发动机是否正常运转，把手伸到排气管处，是否能够感觉到气流避免监控不到位造成过滤器堵塞。例如在原地踩油门，看空滤处是否冒烟，如果是，说明堵塞。汽车达不到最高车速，加速不良，自然转化器有堵塞的可能。

4.2.2 三元催化转化器的修复

三元转化器清洗是通过发动机内部注入添加剂或者清洗剂，清洗剂通过进气真空管，进入燃烧室后达到三元转化器，在转化时周圍建立高温氧化环境，通过氧化将附着在三元催化剂表面的硫磷化学物变成SO2和CO2，从而达到清洗的作用。另一类是直接清洗，将转化器从汽车上拆下，在前后氧化器将清洗剂直接倒入三元转化器中，浸泡一段时间进行清洗。这两种修复方法在市面上都可以应用，一定要选择适当的产品，不然容易造成陶瓷芯破损。在现代汽车应用中，进行技术上的提升至关重要。三元催化转化器在应用中要注重解决温度因素的制约，要解决发动机运行工况的制约，以更好的与发动机匹配来完成对汽车尾气超标问题的处理[5]。

5 结论

总之，科学技术是第一生产力，从技术角度推动工业向前发展具有重要的现实意义。世界各国对汽车排放都在进行根本性的改革，各种发动机净化技术纷纷诞生，三元催化转化器对汽车排放控制技术实现了新的突破，促进了汽车排放中CO、HC和NO2同时降低90%以上。三元催化转化器技术在汽车上的广泛应用满足了排放法规的要求，但是，由于三元转化器本身受工作环境的限制，在使用过程中会发生不同的故障，这些故障容易造成发动机动力下降，熄火启动困难，尾气超标，因此，在进行技术改革的过程中，应该强化三元转化器对尾气治理的技术，有效解决汽车尾气排放超标的问题。

参考文献：

[1]刘敬凯.三元催化转化器衬垫设计研究[J].南方农机，2019，（1）：34.

[2]戴晓锋.三元催化转化器与汽车尾气排放 治理策略研究[J].汽车与安全，2018，（10）：102-106.

[3]陈春生.三元催化转化器的失效模式研究[J].机电技术，2014，（2）：125-127.

[4]陈明津.蒙迪欧轿车因三元催化转化器堵塞引起发动机加速不良故障的诊断与排除[J].科技成果管理与研究，2018，（10）：40-41.

[5]蒋延莲.浅谈汽车三元催化转化器的常见故障诊断与排除[J].科技展望，2016，26（2）：68.