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三元催化装置故障检修
【任务载体】
一辆时代超人轿车出现下面故障现象,排污超标,加速不畅。
【学****目标】
、查阅相关维修技术资料等方式获取车辆信息。
。
。
、分析各种检测结果并做出故障判断。
。
,正确处理对环境和人体有害的废料和损坏零部件。
【理论知识】

三元催化转换器安装在排气管中部,其功能是利用转换器中的三元催化剂,将发动机排出废气中的有害气体HC、CO和NOx转变为无害气体H2O、CO2和N2。如图1所示。
图1 TWC的作用

三元催化转换器由一个金属外壳,一个网底架和一个催化层(含有铂、铑等贵重金属)组成,如图2所示。可除去HC(碳氢化合物)、CO(一氧化碳)和NOx(氮氧化合物)三种主要污染物质的90%(所谓三元是指除去这三种化合物时所发生的化学反应)。当废气经过净化器时,铂催化剂就会促使HC与CO氧化生成水蒸汽和二氧化碳;铑催化剂会促使NOx还原为氮气和氧气。这些氧化反应和还原反应只有在温度达到250℃时才开始进行。如果汽油或润滑油添加剂选用不当,使用了含铅的燃油添加剂或硫、磷、锌含量超标的机油添加剂,就会使磷、铅等物质覆盖于三元催化转换器的催化层表面,阻止废气中的有害成分与之接触而失去催化作用,这就是人们常说的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。
图2 TWC的组成

根据催化剂载体的结构特点,TWC可分为颗粒式和整体式两种类型。如图2所示。颗粒式载体将催化剂沉积在颗粒状氧化铝载体表面,主要用于美国和日本生产的汽车上,正在失去其重要性,欧洲的汽车生产厂商实际上从未采用这类载体。整体式载体分成陶瓷的和金属的两种,将催化剂沉积在蜂巢状表面,可增大催化剂与废气的实际接触面积。
以整体式三元催化传换器为例,其主要由四部分组成:载体、涂在载体上的催化活性层、承纳载体的钢板壳体和钢板壳体之间的隔离层或缓冲层。
图2 TWC载体的类型

当含有CO和HC的废气通过三元催化转换器时,销催化剂便触发氧化(燃烧)过程,HC和CO与转换器中的氧结合生成水蒸气和二氧化碳,氧化过程对NOx排放没有影响。为了减少NOx的含量,需要进行“还原”反应。还原反应是去掉物质中的氧原子。在三元催化转换器中,铑被用作催化剂,将NOx分解为氮和氧,当温度为250℃左右时,污染物便会发生有效的转化。
如图3所示。
图3 三元催化转换器的工作原理图(3VZ-FE)
1、预热式三元催化转换器(整体式)2、前排气管 3、三元催化转换器(整体式)

如图4所示。为三元催化转换器的转换效率与混合气空燃比的关系曲线。从图中可看出,:1下运转时,三元催化转换器的转换效率才最佳,为此必须对可燃混合气的空燃比进行精确的控制,:1附近很窄的范围内。
图4 三元催化转换器的转换效率与混合气空燃比的关系
:1附近,使三元催化转换器工作在最佳状态,在发动机控制系统中采用氧传感器(O2S)实现空燃比反馈控制,即闭环控制。
影响TWC转换效率的原因:(1)发动性能方面:如高转速时功率损失大、难于起动、加速性能差或燃油经济性差等。
(2)催化转换器过热:由于混合气过浓或发动机熄火导致未燃的燃油排放太多,造成在催化转换器内的燃烧,而导致过热。
(3)过多的燃油和机油消耗。有关催化转换的故障码也可能是与使用旧零件或排放系统泄漏等有关。

三元催化剂的劣化是一个很重要的实际问题,因为它直接与催化剂的使用寿命与周期密切相关,因此各国排放法规对此都有一定的限制。例如美国一般要求的使用寿命为80 000km,新的排放法规定要求新车催化剂的寿命要达到160 000km;我国要求新车催化剂的使用寿命是80 000km。催化剂的劣化或失活的主要原因是因为热效应以及受尾气中Pb、P和S的化学中毒作用引起的,而不是由于机械原因或催化剂结焦等原因引起的。
【拓展阅读】
-发明者
带有氧传感器的三元催化转换器是汽车排放控制方面最重要的发明之一,它是