三元催化轉化器

三元催化轉化器指能同時淨化汽車尾氣中的碳氫化合物、一氧化碳及氮氧化合物三種污染物的催化轉化器。

基本介紹

• 中文名：三元催化轉化器
• 外文名：CatalyticConverter
• 又叫：催化淨化器
• 作用：減少發動機排出的大部分廢氣

定義

催化轉換器(CatalyticConverter)，又叫催化淨化器。該裝置安在汽車的排氣系統內，其作用是減少發動機排出的大部分廢氣污染物。三元催化轉換器由一個金屬外殼，一個網底架和一個催化層(含有鉑、銠等貴重金屬)組成，可除去HC(碳氫化合物)、CO(一氧化碳)和NOx(氮氧化合物)三種主要污染物質的90%(所謂三元是指除去這三種化合物時所發生的化學反應)。當廢氣經過淨化器時，鉑催化劑就會促使HC與CO氧化生成水蒸汽和二氧化碳；銠催化劑會促使NOx還原為氮氣和氧氣。這些氧化反應和還原反應只有在溫度達到250℃時才開始進行。如果汽油或潤滑油添加劑選用不當，使用了含鉛的燃油添加劑或硫、磷、鋅含量超標的機油添加劑，就會使磷、鉛等物質覆蓋於三元催化轉換器的催化層表面，阻止廢氣中的有害成分與之接觸而失去催化作用，這就是人們常說的三元催化器是安裝在汽車排氣系統中最重要的機外淨化裝置，它可將汽車尾氣排出的CO、HC和NOx等有害氣體通過氧化和還原作用轉變為無害的二氧化碳、水和氮氣。由於這種催化器可同時將廢氣中的工種主要有害物質更多>>

“中毒”。

發明者

帶有氧感測器的三元催化轉換器是汽車排放控制方面最重要的發明之一，它是在環保技術專家史蒂芬·沃爾曼（StephenWallman）的領導下，由沃爾沃汽車公司在二十世紀70年代初開發出的。

1976年，當首批裝有帶有氧感測器的三元催化轉換器的沃爾沃汽車抵達加利福尼亞時，當地官員親自開到位於華盛頓國會山的美國國會，問了這樣一個問題：“為什麼像沃爾沃這樣的小公司能夠研製出這樣的設備而美國汽車廠家卻沒有？”

三元催化轉換器的發明者史蒂芬·沃爾曼以其在沃爾沃汽車公司開創性的環保技術成就，被瑞典皇家汽車俱樂部授予Clarence von Rosen金質獎章。

概述

1.作用：用三元催化轉換器可降低所排廢氣中的三種主要污染物(碳氫化合物HC、一氧化碳CO和氮氧化物NOx)約90%。但只有當空/燃混合比在14.7的狹窄範圍內時，才能進行完全催化反應，這就要求氧感測器的工作必須正常。

2.工作原理：當含有CO和HC的廢氣通過三元催化轉換器時，銷催化劑便觸發氧化(燃燒)過程，HC和CO與轉換器中的氧結合生成水蒸氣和二氧化碳，氧化過程對NOx排放沒有影響。

為了減少NOx的含量，需要進行“還原”反應。還原反應是去掉物質中的氧原子。在三元催化轉換器中，銠被用作催化劑，將NOx分解為氮和氧，當溫度為250℃左右時，污染物便會發生有效的轉化。

3.結構：三元催化轉換器由金屬外殼、陶瓷格柵基底和大約2g(克)左右的銠、鉑塗層(作為催化劑)組成。

檢查

如果排放控制系統回壓壓力過高和/或廢氣排放超標，則從車上拆下三元催化轉換器，目視檢查它有無堵塞、熔化或陶瓷格柵內部有無裂紋，如果發現有損壞，應更換三元催化轉換器。

拆裝

(5S-FE)

1.三元催化轉換器(整體式)的拆裝：

(1)安全地頂起汽車。

(2)在三元催化轉換器冷卻後，擰下連線排氣管與三元催化轉換器的4個螺栓和螺母。

(3)拆下三元催化轉換器和密封墊片。

(4)換上2片新密封墊片，放在前後排氣管上。

(5)安裝三元催化轉換器，擰緊螺栓和螺母，其擰緊扭矩為43N.m。

2.預熱式三元催化轉換器(整體式)的拆裝：

(1)拆開電瓶負極電纜。

注意，拆裝必須在點火開關轉至K口〈位且電瓶負極電纜拆開90s後進行。

(2)拆下前排氣管

①鬆開2個螺栓，並拆開支架。

②拆下前排氣管與中間排氣管的2個緊固螺栓和2個緊固螺母。

③使用14mm的套筒扳手，拆下前排氣管與預熱式三元催化轉換器的3個緊固螺母。

④拆下前排氣管和密封墊片。

(3)拆下預熱式三元催化轉換器：

①檢查預熱式三元催化轉換器是否冷卻。

②拆開副氧感測器接頭。

③拆下螺栓，螺母和No.1排氣歧管支架。

④拆下螺栓、螺母和排氣歧管支架。

⑤拆下3個螺栓、2個螺母、預熱式三元催化轉換器、密封墊片、護圈和襯墊。

⑥從預熱式三元催化轉換器上拆下5個螺栓和2個隔熱罩。

(4)重新安裝預熱式三元催化轉換器：

①使用8個螺栓將2個隔熱罩安裝在新的預熱式三元催化轉換器上。

②將新的襯墊、護圈和密封墊片裝在預熱式三元催化轉換器上。

③使用3個螺栓和2個新螺母安裝預熱式三元催化轉換器，擰緊扭矩為29N.m。

④使用螺栓和螺母安裝排氣歧管支架，擰緊扭矩為42N.m。

⑤使用螺栓和螺母安裝No.1排氣歧管支架，擰緊扭矩為42N.m。

⑥連線副氧感測器接頭。

(5)重新安裝前排氣管。

①在前排氣管左右端換上2片新密封墊片。

②臨時安上前排氣管與中間排氣管的2個緊固螺栓和2個新的緊固螺母。

③使用14m長的套筒扳手，擰緊前排氣管與預熱式三元催化轉換器的1個新的緊

固螺母，擰緊扭矩為62N.m。

④擰緊前排氣管與中間排氣管的2個緊固螺栓和2個緊固螺母，擰緊扭矩為56N.m。

⑤使用2個螺栓安裝支架。

(6)連線電瓶負極電纜。

影響因素

催化轉換效率受很多因素的影響，最主要的因素是排氣中的氧氣濃度（也即進入缸內的混合氣的空燃比）和催化轉換器溫度。另外，鉛和硫等元素對催化轉換器會造成非常負面的影響，因為鉛和硫等會與催化活性物質作用形成新的結晶體結構或沉積在催化物質上面，從而破壞催化物質的表面活性，這就是所謂的催化器中毒，是影響催化器壽命的最為嚴重的物理現象。因此，使用催化轉換器的前提是汽油的無鉛化。硫主要對稀土類催化器的壽命有較大影響

性能診斷

伴隨世界各國對排放法規實施日益嚴格，各種機外淨化技術也紛紛產生。其中，三元催化轉換器（簡稱TWC：threewaycatalystconverter）的研製成功對於與汽車排放控制技術有了突破性的進展，它可使汽車排放中的CO、HC和NOX同時降低90%以上。目前三元催化轉換器技術已經在汽油車上廣泛使用。不過，由於三元催化轉換器受本身的工作環境十分惡劣以及其轉化性能特點的影響，在使用過程中也會有各種不同故障產生。例如，由於三元催化轉換器堵塞造成的發動機動力下降、熄火或啟動困難及尾氣超標等現象，很可能幹擾我們的故障判斷。除此之外，還會造成嚴重的後果，例如三元催化轉換器中顆粒催化物的熔化，催化轉換裝裝置內部的蜂窩陶瓷狀基底因過熱而破裂等帶來的損失。

準備工作

三元催化轉換器(TWC)的任務是降低排放中的CO、HC和NOX，但如果車輛的狀況很差，例如排出的CO值高於1%，再有效的TWC也無能為力。所以在檢查TWC性能之前，必須首先用尾氣分析儀測量汽車尾氣中的CO、HC和O2的含量，以判斷混合氣的濃度是否合適，如果合適才能進行TWC的性能檢測。在測量尾氣時候，先脫開TWC進氣口，使發動機運轉至正常溫度，將測量管插入排氣管中至少400mm，按照怠速法進行測量。（注意：該項測試應該在3min內完成）。若測量值不正常應該先檢修發動機工作性能，直至數值在規定範圍之內。待數值正常後，裝復TWC進氣口，在發動機溫度正常時檢測TWC的工作性能。

檢測方法

（1）簡單人工檢查通過人工檢查可以從一開始判斷TWC是否有損壞。用橡皮槌輕輕敲打TWC，聽有無“咔啦”聲，並伴隨有散碎物體落下。如果有此異響，則說明TWC內部催化物質剝落或蜂窩陶瓷載體破碎，那么必須更換整個轉換器了。如果沒有上述異響，應該檢查TWC是否堵塞。TWC芯子堵塞是比較常見的故障，可以用下面兩種方法進行。

（1）簡單人工檢查

第一種方法是檢測進氣歧管真空度法。將廢氣再循環（EGR）閥上的真空管取下，將管口塞住，避免產生虛假真空泄漏現象。將真空管接到進氣歧管上，讓發動機緩慢加速到2500r/min。若真空表讀數瞬間又回到原有水平（47.5～74.5kPa）並能維持15s，則說明TWC沒有堵塞。否則應該懷疑是TWC或排氣管堵塞。

第二種方法是檢測排氣背壓法。從二次空氣噴射管路上脫開空氣泵止回閥的接頭，再在二次空氣噴射管路中接一個壓力表。在發動機轉速為2500r/min時觀察壓力表的讀數，此時讀數應該小於17.24kPa，如果排氣背壓大於或等於20.70kPa，則表明排氣系統堵塞。若觀察TWC、消聲器及排氣管沒有外傷，則可將TWC出口和消聲器脫開後觀察壓力表讀數是否有變化。若壓力表顯示排氣背壓仍然較高，則為TWC損壞：若壓力表顯示排氣背壓陡然下降，則說明堵塞發生在TWC出氣口後面的部件。

（2）怠速試驗法檢查讓發動機怠速運轉，使用尾氣分析儀測量此時的CO值。當發動機正常工作時候（空燃比為14.7:1），這時的CO典型值為0.5～1%，當使用二次空氣噴射和TWC技術可以使怠速時的CO值接近於0，最大不應超過0.3%，否則說明TWC損壞。另外，據經驗分析，怠速時候的NOX的排放量也能給我們一些幫助。通常在怠速時候的NOX數值應不高於100ppm，而在穩定的工況下，NOX數值應該不高於1000ppm，在發動機一切正常的情況下，而NOX過高就可以懷疑是TWC故障了。

（2）怠速試驗法檢查

（3）快怠速試驗法測量讓發動機處於快怠速運轉狀態，並用轉速表測量快怠速是否符合規定值。用尾氣分析儀測量發動機處於快怠速狀態下尾氣中的CO和HC含量。如果發動機性能良好，則CO值應該在1.0%以下，HC應該在10ppm以下。若兩種數值都超標，則可臨時拔下空氣泵的出氣軟管，此時若CO和HC值不變，則可以判定TWC已損壞，若讀數上升，而重新接上軟管後又下降，則說明燃油噴射系統故障或是點火系統故障。

（3）快怠速試驗法測量

（4）穩定工況試驗法在完成基本怠速試驗後進行該項試驗。按照廠家規定接好汽車專用數字式轉速表，使發動機緩慢加速，同時應觀察尾氣分析儀上的CO和HC值，當轉速加到2500r/min並穩定後，CO和HC數值應有緩慢下降，並且穩定在低於或接近於怠速時的排放水平，否則懷疑是TWC損壞。這種方法不但能夠對TWC是否有故障做出判斷，還能有效地綜合分析TWC在車輛行駛中的實際效能。這時因為TWC性能評價指標中有一項“空速特性檢驗”，它表示了受反應氣體在催化劑中的停留時間。性能差TWC儘管在低空速（如怠速）時表現出較高的轉化效率，但是在高空速（如實際行駛）時的轉化效率是很低的，因而不能僅憑藉怠速工況評價催化劑的活性是否正常。此外，在具體檢測中，還需要注意TWC的空燃比特性。TWC在過量空氣係數為1的附近時，轉換效率最高，實際使用中就需要閉環電子控制燃油供給系統和氧感測器的配合。開環時候由於無法給予精確的空燃比，轉換效率僅僅有60%左右，而閉環時平均轉換效率可達95%，因此，在對TWC進行懷疑的時候，也應該對電控系統和氧感測器進行相應檢測。

（4）穩定工況試驗法

（5）紅外溫度計測量法這是一種比較簡單的測量方法。TWC在實際使用過程中，其出口管道溫度比進口管道溫度至少高出38℃，在怠速時，其溫度也相差10%。但是若出口與入口處的溫度沒有差別或出口溫度低於入口溫度，則說明TWC沒有氧化反應，此時應該檢查二次空氣噴射泵是否有故障，若沒有故障，就說明TWC已經損壞。

（5）紅外溫度計測量法

（6）利用雙氧感測器信號電壓波形分析目前，許多發動機燃油反饋控制系統中，都安裝兩個氧感測器。分別裝載TWC的反應前、後兩端。這種結構在裝有OBD-Ⅱ代系統的汽車上，可以有效地檢測TWC的性能。OBD-Ⅱ診斷系統改進了TWC的隨車監視系統，安裝在TWC後端的氧感測器電壓波動要比安裝在TWC前端的氧感測器電壓波動少得多。這是因為運行正常的TWC轉化CO和HC時消耗氧氣。當TWC損壞時，其轉換效率基本喪失，使前、後端的氧氣值接近，此時氧感測器信號的電壓波形和波動範圍均趨於一致，因此，需要更換TWC。

（6）利用雙氧感測器信號電壓波形分析

常見故障

三元催化轉化器的常見故障有：三元催化轉化器性能惡化；三元催化轉化器芯子堵塞後排氣不暢，產生過高的排氣背壓，使廢氣倒流到發動機內。包括如下現象：

①炭灰積聚、污染。含鉛汽油燃燒後會使三元催化轉化器很快受到損害；機油竄入汽缸燃燒後機油中的磷和鋅等物質也會污染三元催化轉化器。

②陶瓷芯子破損。熱循環的長期作用、外部碰撞和擠壓，都有可能使陶瓷芯子破損。

③陶瓷芯子熔化。三元催化轉化器正常工作時，三元催化轉化器內的溫度一般可達500～800℃，出口處溫度比進口處溫度約高30～100℃。但是，混合氣濃或燃燒不完全時會使排氣中的CO、HC濃度過高，這將加重三元催化轉化器的負擔，使溫度升高過多，時間長後，會使三元催化轉化器的性能惡化，甚至熔化載體。

④三元催化轉化器上一般還裝有排氣溫度感測器，當溫度不定期高時，電控單元會切斷二次空氣供給，中斷催化轉化反應。

三元催化反應器的工作原理

車輛上採用電噴射系統的目的保證燃料混合濃度接近於理想空燃比。理想空燃比對於催化轉換器正常工作是很重要的，安裝催化轉換器的目的是降低有害氣體排放。採用連續分析排氣中氧氣含量的λ感測器，可以獲得理想的混合氣濃度。如果空燃比不是理想值，通過累進地計量燃油噴入量，ECU可連續調整混合氣濃度。

根據λ感測器信號，ECU自動校正CO%的正確值（閉環運行）。而當λ感測器失效時，ECU可以在開環中工作。在吸熱發動機中，燃燒是由氫氣和氧氣之間的反應產生的，緊接著發出熱量.燃油是由碳氫混合物組成，它本身包含以不同方式結合在一起的碳原子和氫原子（石蠟、烯族烴、芳香烴）。

空氣和燃油混合燃燒的主要生成物是二氧化碳（CO2）水蒸氣（H2O）、一氧化碳（CO）和小百分比的未燃燒的碳氫(HC)和氧化氮(NOx)。後兩種按ppm計量。對於污染問題，只有一氧化碳以體積形式大量存在。氮氧化物由氧化的混合氣組成，主要如下：氧化二氮、一氧化氮（NO）、二氧化氮NOx是表示這些氧化物的傳統的符號，其中NO占總數的95%以上。

為了把污染減少到最小程度（CO、HC和NOX），“λ感測器”被裝到系統中，用於檢測排氣中氧的含量。從感測器輸出的信號送到ECU，用來調整空燃混合比，從而保證催化轉換器處於最佳工作狀態。

TRI-D三元催化轉換器

工作原理

通過貴金屬(鉑、銠、鈀)催化劑的作用,使汽車尾氣中有害物質,包括碳氫化合物(HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx),經化學反應轉化為無害的二氧化碳(CO2)、水(H2O)及氮氣(N2).

授權

由美國東方(Eastern)製造有限公司,及萊維塞公司(LeviathanCorporation)授權天笛公司為TRI-D三元催化轉換器中國總代理.

產品概況

TRI-D牌三元催化轉換器於1986年通過美國EPA和CARB的檢測認證,並達到歐洲R103規則標準的要求.Eastern公司為美國首家獲得該許可的通用型三元催化轉換器生產企業.產品性能滿足國家及北京市相關要求.

可根據不同品牌的不同車型設計加工產品,即可滿足整車配套的要求,也可滿足在用車轉換器失效時更換的要求.

使用壽命：在車況正常的情況下,針對在用車更換為使用2年或行駛50000公里;針對整車配套為行駛80000公里.

安裝說明

安裝前注意事項

安裝前應確保發動機處於二級保養後正常狀態，如有下列現象應及時維修調整：

1．發動機已磨損而燃燒機油,排氣管冒黑煙.

2．安裝前排氣污染物濃度過大(CO≥8%、CH≥5000ppm).

3．本產品必須避免撞擊、灌水、浸水,否則將會大幅度降低催化器的淨化效果.

產品要求

化油器汽車：安裝產品前務必對車輛做如下項目的檢修、保養：

1．化油器清洗.

2．清潔白金觸點,調整白金間隙.

3．校正點火提前角.

4．清除火花塞積炭,調整火花塞間隙.

5．清潔和更換空氣濾清器.

6．調整發動機怠速.

7．測量氣缸壓力.

電噴汽車：安裝產品前務必對車輛做如下項目的檢修、保養：

1．清洗或更換空氣濾清器.

2．檢查汽缸壓力.

3．校正點火提前角.

4．檢查各感測器、噴嘴及電控系統.

安裝要求

1．安裝時切割下原車第一級消聲器,將管口去毛刺、校圓,啟動汽車發動機約30秒,吹除管道內雜物,在相應位置上按合適的安裝方法連線上本淨化器,注意聯接處要牢固、密封,防止鬆動.

2．安裝時務必注意淨化器的氣流方向(區分淨化器的進氣端與排氣端),有隔熱板的淨化器請將隔熱板朝上安裝.

3．裝淨化器後,需檢查接合部位有無漏氣現象.