汽车三元催化器故障及处理措施分析

汪伟峰 杨文龙

摘要：为了提升汽车运行质量，要结合汽车应用要求维持运行状态。尤其是在节能降耗环保理念不断深入的时代背景下，汽车三元催化器的应用能有效减少尾气排放污染比例，要整合具体操作和维护管理方案，减少故障造成的不良影响。本文分析了汽车三元催化器的工作原理，并对催化活性降低、催化器损坏、催化剂物理破损等故障问题和处理措施展开讨论。

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.

關键词：汽车三元催化器;工作原理;故障问题;处理措施

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

中图分类号：U472.43                                 文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）23-0166-02

0  引言

汽车三元催化器能有效处理汽车尾气中的碳氢化合物、等物质，并且能降低PM排放，从而满足节能降耗的基本需求，在闭环电控状态下，能转化90%以上的污染物，具有一定的推广应用价值。

1  汽车三元催化器工作原理

1.1 定义

汽车三元催化器本身属于化工装置，利用三种化学反应实现催化处理目标，并且，正是由于催化物质和反应较为复杂，因此，其反应速率较快，但是催化剂本身不参与反应。主要的化学反应包括：

1.2 原理

在三元催化器应用过程中，要借助对应的处理方式完成应用，且利用汽车尾气浓度关系针对主要污染物予以处理。并且，一部分没有完全燃烧的碳氢化合物将以小颗粒或者是气溶胶的状态留存下来。基于此，三元催化器就能更好地减少颗粒排放水平，维持PM数值的环保要求。

第一，三元催化器的核心部件是具备活性催化剂覆盖的陶瓷载体，利用贵金属组成和锆等稀土族元素添加的材料。其中，贵金属材料能更好地促进碳氢化合物以及一氧化碳发生氧化反应，这就能有效保护陶瓷的芯体，并且兼具减震、固定以及隔热的功效。

第二，汽车三元催化器在投入使用后，匹配发动机控制技术和无铅汽油技术，就能更好地提升催化剂的应用效果，三元催化剂的基础性能和发动机尾气空燃比相关联。1）在燃烧状态偏稀释的环境中，氧气较为充足，此时，氧化反应更易发生，催化剂对碳氢化合物以及一氧化碳的转化率就会增高，对NOX的转化率则会降低。2）在发动机燃烧较为浓烈的状态下，反应平衡一般会向还原方向有所偏移，此时，NOX的转化率也会随之增高。因此，在理论空燃比接近1时，才能更好地发挥三种成分净化效率的最优值[1]。

1.3 组成

主要包括壳体、减振层、载体、催化剂等部分，而催化剂指的是具有催化活性组分以及水洗涂层的部分，是整个催化器的核心内容，也决定了汽车三元催化器的基本性能。一般而言，汽车三元催化器的壳体是不锈钢板，以避免氧化皮脱落产生的催化器堵塞问题。并且，多数催化器的壳体都采取的是双层处理结构，以维持催化剂的反应温度，能最大程度上减少催化器对汽车底板产生的高温辐射问题，避免加油站因为催化器表面炽热的温度引发火灾隐患，也能减少路面积水对于催化器产生的影响。减振层则主要分为膨胀垫片和钢丝网垫，能有效减振和缓解热应力。载体采用的是陶瓷载体。

2  汽车三元催化器常见故障问题

2.1 常见故障

较为常见的三元催化器故障如下：①催化器失效造成发动机废气排放量增大;②催化器堵塞造成发动机启动困难;③催化器运行不畅造成最高车速降低;④催化剂活性和物理破损。例如，某三元催化器表现为外壳和内部结构都没有出现损坏的问题，但是，车辆的污染物排放却超出了限定的标准，技术人员在进行检查后发现，MIL灯处于闪烁状态，没有故障现象，因此，将问题锁定在催化剂活性方面[2]。

2.2 故障原因

2.2.1 催化器失效

主要是因为操作人员在应用设备的过程中使用了含铅汽油，这就会造成催化剂表面因为受到异物覆盖产生失效问题，并且，载体孔洞的表面大量沉积铅元素，就会造成催化器的失效。另外，因为排气中碳氢化合物增多，也会造成三元催化转化器内产生反应，燃烧过于激烈，必然会升高温度，烧坏设备。

2.2.2 机械损伤

若是三元催化器受到碰撞、震动等问题，就会造成壳体和载体的变形问题，甚至会出现破裂等情况，这些机械损伤都会影响三元催化器的应用质量。

2.2.3 堵塞

在排气中，锌元素、磷元素、碳元素会大量富集在载体表面，必然会对催化反应造成影响，甚至会出现排气发堵的问题。

2.2.4 老化

其一，高温老化现象。結合相关数据标准可知，三元催化剂的工作范围要低于900摄氏度，若是出现异常因素造成工作范围内催化剂表面温度升高，则活性会严重降低，瞬时温度若是在1300摄氏度以上会使得催化剂直接失活[3]。其二，毒害老化问题，因为燃油以及机油中都会添加一些其他元素，这些元素必然会进入催化器，因为车辆长时间运行的过程中会物质就会沉积在催化剂的表面，造成活性之间丧失，使得后续操作失衡，无法有效完成对应催化工作。要结合老化的程度和原因进行针对性的分析，从而全面评估失活因素，并且结合失活状态采取对应的控制措施，减少失活问题对三元催化器应用产生的影响。值得一提的是，热老化问题一般很难恢复，而一些元素造成的老化问题借助特定的循环处理机制能实现性能的恢复处理。

2.2.5 催化器损坏

第一，因为使用的燃油品质不满足应用要求。我国从2000年开始禁止使用含铅汽油，但是，为了有效提升汽油的抗爆效果，部分燃油中依旧会添加有机锰等元素，这就使得车辆在使用过程中锰元素会随着高温尾气排出，然后大量沉积在催化剂的入口端，此时就会造成催化器的堵塞问题。而在2014年，我国正式出台了汽油应用标准后，燃油品质大幅度提升，这种故障问题的发生几率也在缩小。第二，点火系统故障问题。故障会导致油气进入到催化器内部，甚至会出现后燃问题，没有燃烧充分的燃油气进入到催化器后就会在载体内部燃烧，甚至会将瞬时高温提升到1400摄氏度，必然会对催化剂造成灭活影响。尽管被破坏的催化剂表面完整，但是内部却已经出现破碎的裂痕。尽管入口端无法查找问题，但是若是从出口端进行分析和检测，就会发现催化器的载体已经内部空洞。第三，涡轮增压器漏油。带涡轮增压器发动机若是出现漏油问题，就会造成机油进入催化器，加之涡轮增压器维护工序不当，也会产生增压器油封漏油的问题。催化剂的表面温度超过700摄氏度，就会导致机油在催化剂表面形成高温环境，未燃烧充分的油气进入催化器，影响其应用活性。第四，异物进入催化器前端。因为催化转化器内的气流孔道尺寸有限，若是前端进入的异物较大，就会对尾气流通产生影响，异物在尾气作用下会和陶瓷载体相互碰撞摩擦，最终影响催化器的应用质量。较为常见的磨损故障包括焊渣、衬垫等，甚至一些脱落的螺丝也会对其应用效果造成影响。

3  汽车三元催化器故障处理措施

3.1 三元催化器转换器检修

在汽车三元催化器管理工作中，若是启动发动机后在缓慢加速的过程中真空度降低，则证明排气系统出现了阻碍问题。究其原因，是因为三元催化器转换器阻塞现象，此时，要对其进行集中检查，观察是否存在堵塞、熔化、开裂或者是其他损伤问题，若是无法修补就要及时更换。并且，要在更换元件的基础上检查发动机缺火问题以及燃烧不充分问题产生的原因，从而维持检修工作的合理性和规范性。第一，为了保证催化器转换器应用质量，要严格落实标准汽油使用工作，按照规定标号的无铅汽油完成相应的工作处理，减少铅元素、磷元素、锌元素等杂质沉积造成的影响，提升其应用质量，维持综合管理的规范性。第二，要依据实际情况和质量标准选取适宜的汽油添加剂、机油或者是机油添加剂，以保证能为三元催化器应用提供较为合理的环境，增加机油进入气缸参与燃烧的几率，从而确保表面附着物适当减少。并且，要结合氧传感器等标准提升检修实效性。第三，要尽量避免起动机带动车辆滑行，会对三元催化器的应用效果产生影响，甚至会耗损元件。第四，要尽量避免在有易燃物的路面或者是场地行驶，从根本上规避因为高温环境下三元催化器转化器点燃易燃易爆物质造成火灾的情况，提高安全性的同时，也能减少故障问题。第五，针对涡轮增压器漏油问题的处理，要集中了解机油污染的情况和状态，然后在分析机油进入三元催化转化器的原因后更换设备，并且减少污染发生的几率。第六，针对异物进入催化器前端的处理，一般是在安装的过程中进行预处理，确保能从根本上杜绝异物在上游气流通道内留存。

3.2 规范日常维护

除了要对三元催化转化器故障予以处理外，也要规范日常维护工序，提升常态化管理水平。第一，若是燃油过低，就要尽快结合实际应用要求和状态完成燃油的填充和补给，避免油箱燃油面较低造成空气和油气的混合，也能有效减少发动机空燃比的异常变动，最大程度上减少三元催化转化器的运行负荷，维持设备运行质量。第二，在三元催化转化器维修修护工作中，要避免使用断火法测试各个工作缸的运行状态和工作情况，主要是因为喷油器处于工作状态下已经喷出的未燃烧汽油会在三元催化转化器中燃烧，造成严重的安全隐患。基于此，要在起动机带动发动机时，对缸内气压予以测定，并且及时拔除喷油器的插头。第三，因为三元催化转化器本身就是贵重易碎品，因此，要保证其固定位置的牢固性，减少因为路面不平颠簸造成的影响，一般而言，要紧固氧传感器和三元催化转化器端口，维持螺栓的稳定性，并且密封接头面，配置对应的气压检查排气系统，就能及时了解泄漏问题，减少安全隐患。第四，要定期进行废气排放量的检查和检测，依据实际情况装配蜂巢型转换器，按照规定要求的颗粒转化参数及时更换。

4  结束语

总而言之，伴随着汽车行业的高速发展，机动车尾气污染问题逐渐加剧，因此，三元催化转化器作为尾气排放核心装置受到了广泛关注，为了避免其质量问题和应用故障问题对应用效果造成影响，要结合故障原因落实有效的处理工作，从根本上提高三元催化转化器的应用效率，为城市交通健康可持续发展奠定坚实基础。

参考文献：

[1]黄忠.三元催化转化器对汽车尾气超标的影响研究[J].时代汽车，2021（10）：18-19.

[2]郭荣利.汽车三元催化器信息化回收系统设计与实现[D]. 重庆：重庆大学，2017.

[3]刘佳明.汽车三元催化器总成检具的标准化设计[D].天津：天津科技大学，2017.