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      三元催化器的作用和故障表現(xiàn)

      2019-09-10 07:22魯傳平
      汽車與駕駛維修(維修版) 2019年5期
      關(guān)鍵詞:汽車尾氣排氣高溫

      魯傳平

      三元催化器安裝在汽車排氣系統(tǒng)中,作用是凈化汽車排放的尾氣。它可將汽車尾氣排出的CO、HC和NOx等有害氣體,通過(guò)氧化和還原反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)害的CO2、H2O和N2。為了適應(yīng)環(huán)保要求,越來(lái)越多的汽車安裝了三元催化器以及氧傳感器裝置。如圖1所示為三元催化器的外部結(jié)構(gòu)圖,如圖2所示為三元催化器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

      三元催化器的工作原理為,當(dāng)高溫的汽車尾氣通過(guò)凈化裝置時(shí),三元催化器中的催化劑將增強(qiáng)CO、HC和NOx三種氣體的活性,促使其進(jìn)行一定的氧化還原反應(yīng)。其中CO在高溫下氧化成為無(wú)色、無(wú)毒的CO2氣體;HC化合物在高溫下氧化生成H2O和CO2氣體;NOx還原成N2和O2。所以,三元催化器的作用就是讓這些有害氣體變成無(wú)害氣體,使汽車尾氣得以凈化,最終減少汽車尾氣對(duì)大氣的污染。

      三元催化器在轎車上是個(gè)非常好的環(huán)保設(shè)備,合理保養(yǎng)能充分發(fā)揮它的作用。但使用不當(dāng)?shù)脑?,?huì)使它形同虛設(shè),并使發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障,甚至?xí)蛊嚦霈F(xiàn)事故。

      日常維修當(dāng)中,常見的三元催化器故障主要有損壞、堵塞及失效等。這些故障表現(xiàn)出的現(xiàn)象為:車輛加速能力下降,動(dòng)力不足;發(fā)動(dòng)機(jī)油耗升高;三元催化器過(guò)熱;三元催化器異響。造成三元催化器損壞、堵塞和失效的原因有以下幾種。

      1.?高溫失效

      汽車連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間大負(fù)荷高速行駛,三元催化器長(zhǎng)期處于高溫條件下,發(fā)動(dòng)機(jī)如果突然熄火,未燃燒的混合氣在催化器中燃燒,發(fā)生劇烈的氧化放熱反應(yīng),很容易讓三元催化器出現(xiàn)過(guò)熱的情況。

      發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度的變化范圍很大,怠速工況時(shí)一般為300~400°C,低速和中速常用工況時(shí)為400~600°C,高速全負(fù)荷工況時(shí)可達(dá)900°C。而三元催化器正常的內(nèi)部工作溫度最高在800°C左右,超過(guò)800°C時(shí),就會(huì)影響其使用壽命。如果三元催化器長(zhǎng)期在高于800°C的環(huán)境下工作,催化劑的活性將大大下降,那么必然會(huì)造成三元催化器的高溫失效,甚至?xí)?dǎo)致三元催化器芯體燒損的現(xiàn)象(圖3)。

      如果發(fā)動(dòng)機(jī)工作異常,進(jìn)入催化器的廢氣HC化合物含量過(guò)高,就會(huì)發(fā)生高溫溶化。另外,即使發(fā)動(dòng)機(jī)工作正常,但不適當(dāng)?shù)氖褂靡矔?huì)產(chǎn)生過(guò)高的溫度。比如怠速時(shí)間過(guò)長(zhǎng),發(fā)動(dòng)機(jī)就會(huì)產(chǎn)生比正常道路速度下更多的熱量。因此,停車怠速時(shí)間最好不要超過(guò)10min。

      如果發(fā)動(dòng)機(jī)油路正常,但長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法正常起動(dòng)汽車。這段時(shí)間所進(jìn)入氣缸內(nèi)的可燃混合氣,大部分會(huì)被排出氣缸,到達(dá)三元催化器、消聲器或者排入大氣當(dāng)中。而殘留在三元催化器中的可燃混合氣,會(huì)在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后,被高溫的排氣所點(diǎn)燃,這樣三元催化器中的溫度會(huì)突然增高,從而加重三元催化器的負(fù)擔(dān)。

      如果發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí),比如噴油器關(guān)閉不嚴(yán)、燃油壓力調(diào)節(jié)閥失效造成油壓過(guò)高、氧傳感器損壞或空氣流量傳感器損壞等。這些故障會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)的混合氣過(guò)濃,部分未完全燃燒的混合氣在排氣歧管和三元催化器中二次燃燒,勢(shì)必會(huì)造成三元催化器的高溫以及積炭的沉積。更有甚者,能從排氣管排出濃濃的黑煙,造成發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗增大。

      2. 積炭損壞

      因發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒產(chǎn)生的積炭覆蓋在三元催化器表面,造成三元催化器不能很好地進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。積炭失效是當(dāng)前導(dǎo)致三元催化器失效的主要原因之一。

      由于汽油雜質(zhì)和膠質(zhì)所造成的積炭,加上利用藥水進(jìn)行燃燒室積炭的清洗,大部分積炭脫落后由排氣管排出。而三元催化器的芯體就像一個(gè)濾網(wǎng)一樣,當(dāng)脫落物流經(jīng)三元催化器時(shí),芯體就會(huì)將積炭過(guò)濾,并留在三元催化器芯體的表面。久而久之,這些積炭就會(huì)由于高溫黏連在芯體表面,造成三元催化器的堵塞(圖4)。

      3. 堵塞失效

      三元催化器陶瓷芯體因燒熔或老化成粉末,導(dǎo)致堵塞,致使發(fā)動(dòng)機(jī)工作不正常。如果三元催化器堵塞嚴(yán)重,會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力嚴(yán)重下降,出現(xiàn)經(jīng)常熄火,嚴(yán)重時(shí)會(huì)使排氣歧管至三元催化器出現(xiàn)過(guò)熱的現(xiàn)象,甚至?xí)斐绍囕v自燃。

      以一輛上汽大眾帕薩特轎車為例。該車因?yàn)閯?dòng)力不足來(lái)廠檢修,此時(shí)已經(jīng)到了傍晚,光線比較暗。當(dāng)維修人員打開發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋時(shí),發(fā)現(xiàn)三元催化器微紅,其周圍的溫度非常高。造成三元催化器發(fā)紅的原因就是三元催化器芯體由于高溫?zé)刍蚍e炭等原因發(fā)生堵塞(圖5),發(fā)動(dòng)機(jī)排出的高溫廢氣無(wú)法通暢地排出,加上未完全燃燒的混合氣在此繼續(xù)燃燒,致使三元催化器被燒紅。

      三元催化器芯體脫落,會(huì)在發(fā)動(dòng)機(jī)加速時(shí)產(chǎn)生異響。檢查時(shí)可以用橡膠錘敲擊三元催化器,能聽到芯體在三元催化器中發(fā)出振動(dòng)的聲音。脫落的芯體由于長(zhǎng)時(shí)間的振動(dòng),或與殼體碰撞會(huì)出現(xiàn)大量的碎屑,這些碎屑會(huì)造成后面的消聲器堵塞(圖6)。

      4. 為什么要對(duì)三元催化器進(jìn)行清洗

      汽車使用的汽油硫與磷的含量很高,它會(huì)在氧傳感器和三元催化器表面形成化合物并產(chǎn)生堆積。在交通擁擠的道路上,走走停停的狀況會(huì)使燃油的燃燒不充分,這些產(chǎn)物也會(huì)附著在三元催化器表面。車輛在清洗噴油器、節(jié)氣門和進(jìn)氣道養(yǎng)護(hù)時(shí),清洗下來(lái)的積炭和顆粒物同樣會(huì)沉積在三元催化器表面。

      以上這些因素都會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力下降,增大車輛的燃油消耗量,三元催化器的凈化功能降低甚至失效,尾氣排放不達(dá)標(biāo),縮短三元催化器的使用壽命。因此要定期進(jìn)行三元催化器的清洗。清洗時(shí),將三元催化器清洗劑通過(guò)專用工具,由進(jìn)氣真空管吸入到發(fā)動(dòng)機(jī)中,通過(guò)燃燒室和排氣管到達(dá)三元催化器。在一定溫度下,清洗劑與三元催化器表面的覆蓋物發(fā)生化學(xué)反應(yīng),使三元催化器表面的覆蓋物軟化、分解和脫落,從而被排出,以達(dá)到清潔和恢復(fù)其功能的目的。

      有的維修人員為了方便,在維修三元催化器堵塞故障時(shí),建議車主將芯體掏空。這樣雖然能使發(fā)動(dòng)機(jī)狀況得到改善,但會(huì)造成該車尾氣不達(dá)標(biāo),對(duì)大氣造成污染。為了更好地保護(hù)環(huán)境,維修人員不僅要對(duì)客戶負(fù)責(zé),擔(dān)起應(yīng)有的責(zé)任,還要把好汽車尾氣排放質(zhì)量關(guān),還自然一片蔚藍(lán)的天空,讓人們呼吸的空氣更加新鮮,使我們的家園更加美好。

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