三元催化器

编辑:知识号互动百科 时间:2017-01-20 16:26:20
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同义词 催化转换器一般指三元催化器
三元催化器,是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置,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作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气。当高温的汽车尾气通过净化装置时,三元催化器中的净化剂将增强CO、HC和NOx三种气体的活性,促使其进行一定的氧化-还原化学反应,其中CO在高温下氧化成为无色、无毒的二氧化碳气体;HC化合物在高温下氧化成水(H20)和二氧化碳;NOx还原成氮气和氧气。三种有害气体变成无害气体,使汽车尾气得以净化。
三元催化器,是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置,它可将汽车尾气排出的CO一氧化碳、HC碳氢化合物和NOx氮氧化物等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气
由于这种催化器可同时将废气中的三种主要有害物质转化为无害物质,故称三元。
中文名
三元催化器
概    述
最重要的机外净化装置
工作原理
增强气体活性 催化喷涂载体
检    测
外观检查 背压试验
使用方法
措施 说明
失效原因
温度过高 慢性中毒 表面积碳

三元催化器工作原理

增强气体活性
三元催化器的工作原理是:当高温的汽车尾气通过净化装置时,三元催化器中的净化剂将增强CO、HC和NOx三种气体的活性,促使其进行一定的氧化-还原化学反应,其中CO在高温下氧化成为无色、无毒的二氧化碳气体;HC化合物在高温下氧化成水(H20)和二氧化碳;NOx还原成氮气氧气。三种有害气体变成无害气体,使汽车尾气得以净化。
催化喷涂载体
三元催化反应器类似消声器。它的外面用双层不锈薄钢板制成筒形。在双层薄板夹层中装有绝热材料----石棉纤维毡。内部在网状隔板中间装有净化剂。 净化剂由载体和催化剂组成。
载体一般由三氧化二铝制成,其形状有球形、多棱体形和网状隔板等。净化剂实际上是起催化作用的,也称为催化剂。催化剂用的是金属铂、铑、钯。将其中一种喷涂在载体上,就构成了净化剂。

三元催化器检测

三元催化器外观检查

检查催化转化器在行驶中是否受到损伤以及是否过热。将车辆升起之后,观察催化转化器表面是否有凹陷,如有明显的凹痕和刮擦,则说明催化转化器的载体可能受到损伤。观察催化转化器外壳上是否有严重的褪色斑点或略有成青色和紫色的痕迹,在催化转化器防护罩的中央是否有非常明显的暗灰斑点,如有则说明催化转化器曾处于过热状态,需做进一步的检查。
用拳头敲击并晃动催化转化器,如果听到有物体移动的声音,则说明其内部催化剂载体破碎,需要更换催化转化器。同时要检查催化转化器是否有裂纹,各连接是否牢固,各类导管是否有泄漏,如有则应及时加以处理。此方法简单有效,可快速检查催化转化器的机械故障。
由于催化剂载体破损剥落、油污聚集,容易阻塞载体的通道,使流动阻力增大,这时可通过测量其压力损失来进行检查。

三元催化器背压试验

在催化转化器前端排气管的适当位置上打一个孔,接出一个压力表,启动发动机,在怠速和2500r/min时,分别测量排气背压,如果排气背压不超过发动机所规定的限值,则表明催化剂载体没有被阻塞。
如果排气背压超过发动机所规定的限值,则需将催化转化器后端的排气系统拆掉,重复以上的试验,如果催化转化器阻塞,排气背压仍将超过发动机所规定的限值。如果排气背压下降,则说明消声器或催化转化器下游的排气系统出现问题,破碎的催化剂载体滞留在下游的排气系统中,所以首先进行外观检查确认催化剂载体完整是非常必要的。对有问题的排气管、消声器和催化转化器也可通过测量其前后的压力损失来判断。

三元催化器真空试验

将真空表接到进气歧管,启动发动机,使其从怠速逐渐升至2500r/min,观察真空表的变化,如果这时真空度下降,则保持发动机转速2500r/min不变,且此后真空度读数明显下降,则说明催化转化器有阻塞。
因为催化转化器的阻塞在真空试验中是一个渐变的过程,而此试验是一个稳态的过程(2500r/min),真空度读数不会产生明显的下降。如果是在试验室进行一个催化转化器阻塞前后的对比检查,催化转化器阻塞后,进气歧管真空度会发生明显下降,如果进气歧管真空度下降,并不能完全说明是由催化转化器阻塞造成的。发动机供油量减少时,进气歧管的真空度也会下降。因此与真空试验相比,排气背压试验更能真实反映催化转化器的情况。
以上方法只能检查催化转化器机械故障,催化转化器的性能好坏,也就是其转化效率的高低,则需要通过下列的检查来判断。

三元催化器加热催化

催化转化器在正常工作状态下,由于氧化反应产生了大量的反应热,因此可通过温差对比来判断催化转化器性能的好坏。启动发动机,预热至正常工作温度,将发动机转速维持在2500r/min左右,将车辆举升,用数字式温度计(接触式或非接触式红外线激光温度计)测量催化转化器进口和出口的温度,需尽量靠近催化转化器(50mm内)。
催化转化器出口的温度应至少高于进口温度10~15%,大多数正常工作的催化转化器,其催化转化器出口的温度高于进口温度20~25%。如果车辆在主催化转化器之前还安装了副催化转化器,主催化转化器出口温度应高于进口温度15~20%,如果出口温度值低于以上的范围,则催化转化器工作不正常,需更换;如果出口温度值超过以上范围,则说明废气中含有异常高浓度的CO和HC,需对发动机本身做进一步的检查。

三元催化器其它方法

通过对比整车排放情况来判断催转化器效率的方法是不科学的。因为汽车排放的好坏与各系统的工作状况有关,不可排除的误差因素较多。
如用冷热怠速时的排气浓度变化来检查催化转化器转化效率就是不太准确的方法。发动机冷车时,由于汽缸壁较冷,燃烧不完全而产生大量的COHC,而发动机热车怠速时,由于燃烧条件好转,发动机已处于闭环控制状态,不需要催化转化器的作用,排气浓度也会大大降低。因此,此项检查不能保证仅仅针对催化转化器的转化效率,可比性较差。

三元催化器性能特点

三元催化器性能稳定、质量可靠、寿命长,其产品广泛适用于丰田、本田、别克、奥迪、大众、现代、铃木、昌河等车型。
三元催化器适用的车型
三元催化器适用的车型 (36张)
三元催化器的载体部件是一块多孔陶瓷材料,安装在特制的排气管当中。称它是载体,是因为它本身并不参加催化反应,而是在上面覆盖着一层铂、铑、钯等贵重金属。它可以把废气中的HC、CO 变成水和CO2, 同时把Nox 分解成氮气和氧气。HC、CO 是有毒气体,过多吸入会导致人死亡,而NOX 会直接导致光化学烟雾的发生。
经过研究证明,三元催化器是减少这些排放物的最有效的方法。通过氧化和还原反应,一氧化碳被氧化成二氧化碳,碳氢化合物被氧化成水和二氧化碳,氮氧化合物被还原成氮气和氧气。
三种有害气体都变成了无害气体。三元催化剂最低要在250 摄氏度的时候起反应,温度过低时,转换效率急剧下降;而催化剂的活性温度( 最佳的工作温度) 是400 ℃到800 ℃左右,过高也会使催化剂老化加剧。在理想的空燃比(14.7 :1) 下,催化转化的效果也最好。

三元催化器使用方法

三元催化器清洗喷油嘴清洗时要采取的

三元催化器措施

1.关闭发动机,将点火开关旋到OFF档位置。
2.断开燃油泵保险(继电器或从油箱处拆下油泵电路插头)
3.拆下车辆喷油器的供回油管路,根据车型在供回油管路上安装相应的快速接头,并与清洗机接好,(回油管可用安装盲堵,)
4.将三元清洗剂(1004燃油修复剂)按1瓶兑1000毫升的比例,加入清洗机油箱内。
5.接通电源,红色接车蓄电池的正极,黑色接车蓄电池的负极.
6.调压:将调压阀定在低压,将计时器旋在最高值,打开清洗机电源开关,根据所施工的车的电动汽油泵来调整清洗机的工作压力。
7.检查:检查所有的接头是否都已接好,确保无漏油现象的发生。
8.清洗:启动发动机,清洗工作开始,清洗剂用完后,发动机会自动灭火,(当发动机发生警报时表示将停止清洗,可根据情况停止或选择继续,如继续则将计时器旋到高值)在清洗过程中如发生异常,立即关闭清洗机电源开关,修正后在继续工作。
9.清洗完毕后,断开清洗设备电源开关,拆开清洗设备和车辆的各管路连接处,恢复车辆的原有燃油管路和电路系统。
10.启动发动机,检查有无泄露,一切正常后,清洗工作结束。

三元催化器说明

车辆清洗过程中,会有难闻的尾气排出,发动机抖动,均为正常现象。清洗机清洗液用完后,发动机会有部分积碳被软化,需车主高速行驶20-50公里,可全部排出。

三元催化器失效原因

三元催化器温度过高

常温下三元催化转化器不具备催化能力,其催化剂必须加热到一定温度才具有氧化或还原的能力,通常催化转化器的起燃温度在250—350℃,正常工作温度一般在400—800℃。催化转化器工作时会产生大量的自量越高,氧化的温度也愈高,当温度超过1000℃时,其内涂层的催化剂就会烧结坏死,同时也极易发生车辆自燃事故。所以必须注意控制造成排气温度升高的各种因素,如点火时间过迟或点火次序错乱、断火等,这都会使未燃烧的混合气进入催化反应器,造成排气温度过高,影响催化转化器的效能。

三元催化器慢性中毒

催化剂对硫、铅、磷、锌等元素非常敏感,硫和铅来自于汽油,磷和锌来自于润滑油,这四种物质及它们在发动机中燃烧后形成氧化物颗粒易被吸附在催化剂的表面,使催化剂无法与废气接触,从而失去了催化作用,即所谓的“中毒”现象。

三元催化器表面积碳

当汽车长期工作于低温状态时,三元催化器无法启动,发动机排出的炭烟会附着在催化剂的表面,造成无法与CO和HC接触,长期下来,便使载体的孔隙堵塞,影响其转化效能。

三元催化器排气恶化

催化转化器对污染物的转化能力有一定的限度,因此必须通过机内净化技术将原始排气降到最低。如果排放的废气污染物各成分的浓度、总量过大,比如混合气偏浓等,就会影响催化器的催化转化能力,降低其转化效率。此外,由于废气中有大量的HC和CO进入催化反应器后,会在其中产生过度的氧化反应,氧化反应产生大量热量将使催化反应器温度过高而损坏。

三元催化器区别使用

与发动机不匹配、即使是同样的发动机,同样的三元催化转化器,车型不同,发动机常用的工作区间就不同,排气状况就发生变化,安装三元催化器的位置就不同,这都会影响三元催化转化器的催化转化效果。因此,不同的车辆,应使用不同的三元催化转化器。

三元催化器氧传失效

为使废气催化率达到最佳(90%以上),必然在发动机排气管中安装氧传感器并实现闭环控制,其工作原理是氧传感器将测得废气中氧的浓度,转换成电信号后发送给ECU,使发动机的空燃比控制在一个狭小的、接近理想的区域内(14.7:1),若空燃比大时,虽然CO和HC的转化率略有提高,但NOx的转化率急剧下降为20%,
因此必须保证最佳的空燃比,实现最佳的空燃比,关键是要保证氧传感器工作正常。如果燃油中含铅、硅就会造成氧传感器中毒。此外使用不当,还会造成氧传感器积碳、陶瓷碎裂、加热器电阻丝烧断、内部线路断脱等故障。氧传感器的失效会导致空燃比失准,排气状况恶化,催化转化器效率降低,长时间会使催化转化器的使用寿命降低。

三元催化器注意问题

鉴于三元催化器早期失效的原因,使用时应注意如下事项:
1.勿用含铅汽油。
2.勿长期急速运转(开环控制状态)。
3.勿让发动机转速忽快忽慢。
4.点火时间勿太迟。
5.长时间启动不着。
6.不要长时间拔出高压线试火。
7.测量气缸压力时,要拔下燃油泵的中控接头,从而能停止喷油器向气缸内喷油。
8.发现有气缸工作不良时,应及时停车检查、排除故障。
9.避免混合气偏浓的诸多因素,如喷油器关闭不严,燃油压力调节器失效(油压过高)、氧传感器失效、空气流量传感器失效等。
10.催化转化器只要正确使用,一般不需要维护,故不要随便拆卸,如需更换时一定要与发动机匹配。

三元催化器养护方法

1、装有三元催化器的汽车不能使用含铅汽油,因为含铅油燃烧后,铅颗粒随废气排经三元催化器时,会覆盖在催化剂表面,使催化剂作用面积减少,从而大大降低催化器的转换效率,导致三元催化器铅中毒。
2、应避免未燃烧的混合气进入催化器。三元催化器开始起作用的温度是200摄氏度左右,最佳工作温度在400摄氏度至800摄氏度,而超过1000摄氏度后作为催化剂的贵金属成分自身也将会产生化学变化,从而使催化器内的有效催化剂成分降低,使催化作用减弱。因此,在车辆使用过程中要注意排除以下几种情况:
一是过久的怠速空转;二是点火时间过迟;三是个别缸失火不工作;四是启动困难;五是混合气过浓;六是发动机烧机油、七是氧传感器失效;八是散热不良造成的水温过高。
3、行驶在不平整的道路时应特别注意不要“托底”,因为三元催化器大多数内部都是蜂窝陶器形成的催化剂承载体,碰撞后容易破碎,使催化器失效和排气管堵塞。
4、出现不正常的工作状况,如回火或重复性失速时,应及时停车检查,因为这些状况可导致催化转化器永久性损坏。
5、行驶着的车辆切勿切断点火开关。
6、在车辆保养时做好对三元催化器的检查。检查内容有:排气管有无异响,这种异响通常由排气管接头松动、三元催化器损坏、催化剂更换塞松动等原因造成;排气管有无开裂或外壳压扁之类的外观损坏;排气尾管有无催化剂颗粒排出。如果三元催化器外壳损坏或排气尾管排出颗粒,均需更换。
再生的方法有两种,即湿法和火法。

三元催化器湿法回收

用硫酸或于压力下用氢氧化钠在碱性介质内进行分解,使载体溶解。溶解后贵金属留在残渣内,再用氯气和盐酸浸出,使铂族金属进入溶液。在碱法中,所含SiO2不溶解全部留下来,从而妨碍了对贵金属的进一步加工处理。用这类方法再生块状载体并不可取,因为在催化剂有效使用期间γ-Al2O3已转变为不溶的α- Al2O3。
而另一方面,各种溶解贵金属的方法及贵金属的回收率有较大的变化幅度,这些都是众所周知的,例如用盐酸和氯气、盐酸和硝酸或盐酸和过氧化氢等溶解方法。所有这些方法的主要问题之一,就在于很难将铂族金属与有色金属在稀溶液实现分离。这些方法的回收率,尤其是铑的回收率不能令人满意。
湿法冶金再生过程的负面效应可归纳如下:
①废水数量过大;
②浸出过的载体扔弃后有待堆放;
③损失贵金属;
④铝酸盐母液硫酸铝溶液不易利用。
它们的优点是:工作温度低;在贱金属含量低的情况下贵金属含量易于监控并且沉淀过程易于进行。

三元催化器火法回收

通常火法回收汽车尾气催化剂涉及陶瓷载体的熔炼同时与贵金属在金属捕收剂内的富集。载体在不损失贵金属的情况下形成熔渣,对该过程至关重要。
氧化铝颗粒的熔点过于高(大约2000℃)是个大问题。因此,对这类材料只能加入助熔剂或采取极高的熔融温度进行造渣。一般考虑使用铜、镍、铅和铁作铂族金属的可能捕收剂。选用的依据是加工过程及其后的湿法化学阶段的难易。用硫酸浸出法将贵金属—铂、钯、铑与金属捕收剂分开。如果选用铜作捕收剂,也可以用电解法使之分离。与湿法冶金再生废汽车催化剂相比,火法的优点要大得多:
①在金属相内富集的浓度高;
②贵金属回收率高;
③可在有色金属常用的炉型(鼓风炉、转炉)或专用装置(如电炉)内进行再生;
④副产物或残渣的产出少。

三元催化器熔炼过程

铜、镍或铅工业所用炉子的温度通常大约1300℃,因此不十分适于熔化陶瓷基汽车尾气催化剂。这种炉子用焦碳、煤气、燃油或富氧空气加热。大的熔炼厂对额外处理这类材料,肯定不存在任何问题。如果其进料量不足工厂总进料量的1%,则对熔炼过程不会产生任何影响。
故而一方面,在这样大的炉子内借众所周知的冶炼方法处理含贵金属材料的真正优点是冶炼和处理进料成本低,但另一方面又存在不能以有效的回收率和高的产率回收贵金属特别是铑。铂族金属的稀释过分和造渣量过大。这种情况表明,后续的铂族金属回收与精炼等富集过程将需要更高的成本。获取纯金属是一个漫长而艰巨的过程。故而该法已被许多厂家摒弃。
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中国汽车学会 汽车零部件