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汽车催化转化器及其功能

汽车催化转化器是一种发动机机外净化置，它能净化汽车排出的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、碳氢化合物(H C)和氮氧化物(NO)。仅能净化CO和HC的催化转化器为氧化型催化转化器;

能净化CO、HC和NO对环境污染的催化转化器为三效催化转化器。

催化转化器的最外部为不锈钢壳体，其内部为催化剂载体。催化剂载体可分为由堇青石制成峰窝状载体、金属载体或颗粒型载体(如图1)。载体外面涂有催化剂。三效催化转化器所使用的催化剂一般为衡有金属铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)，并添加碱金属的氧化物作为助剂，为了提高催化剂的稳定性，又添加衡土氧化物镧(La)、铈(Ce)等(如图2)。

催化转化器利用排气中残余的氧和排气温度，在催化剂表面进行氧化还原反应，使有害物质CO、HC和NO变成无害物质，从而减少对环境的污染，改善大气质量。

1.安装有催化器的汽车绝对不允许使用有铅汽油

有铅汽车中的铅化物在发动机中燃烧后形成固体物质会沉积在催化转化器载体表面上，从而使催化转化器丧失转化能力。通常把这种现象称为"铅中毒"。同时，也不要随便往小摊贩油或机油中加入各种添加剂，以防损坏催化转化器。

2.要避免催化转化器发生磕碰

虽然在设计时对催化剂载体的机械强度有一定要求，使其能承受汽车的振动，但不能随过大载荷，否则催化剂载全会损坏。装有催化转化器的汽车如果在行驶中感到排气不畅，应及时检查，防止损坏的催化剂载体随排气共振倒流入气缸。

3.汽车不要长时间怠速，以防催化转化器烧坏

由于怠速时混合过浓，废气中含氧量不足，末燃混合气进入催化转化器载体重新燃烧会使温度急剧升高，而把催化剂载体烧坏。

4.要避免突然加速，以防止催化转化器过热

5.要保证发动机正常运转，以防止催化转化器排气净化率最佳

由于三效催化转化器要求发动机始终处于理论空燃比(14.7:1)的情况下工作，这时排气净化率最高。发动机电控系统、点火系统和燃油系统的故障都会使发动机工作不正常，混合气浓度偏离理论空燃化，使排气净化率降低，三效催化转化器寿命缩短。

目前，我国催化转化器基本有下面三种来源:

1)完全进口，在国内与电喷系统匹配;

2)进口载体。例如，进口德固萨、 Eugelhard等公司的载体在国内封装;

3)完全由国内公司制造:陶瓷载体、催化剂涂层、封装成催化转化器总成。

控制汽车尾气的排污技术有机内净化和机外净化两种，前者是基础，后者是必不可少的重要组成部分，只有两者结合，才能使汽油机排污控制在日益严格的法规范围内，而机外净化首选应为催化转化器。但是，如果机内净化不好，会使催化转化器的寿命大大缩短。

催化剂是一种物质，是催化转化器的核心部件。它加速化学反应趋于平衡，而自身在反应的最终产物中不显示。催化剂的主要性能是:活性、选择性、稳定性和寿命指标。

活性是指催化剂影响反应进程变化的程度，活性越高，原料转化率的百分数越大;选择性是指所消耗的原料中转化成目的产物的分率;稳定性是指它的活性和选择性随时间变化的情况;催化剂不能无限期地使用，在长期受热和化学作用下，也会受到不可逆的物理和化学变化，受到亿万次的侵袭，最终导致其失活。

现代贵金属催化剂包括氧化剂Pt(铂)，Pd(钯)和还原催化剂Rh(铑 )，氧化与还原催还化剂的质量比一般为5:1，贵金属的总质量占涂层质量的0.1%-0.5%，贵金属含量与载体体积计算为1.5g/L左右。从长远看，使用一般金属代替贵金属应为努力方向，目前市场上铂的价格比黄金贵一倍多，也可能因为催化剂运用过多是原因之一。

陶瓷载体也是催化转化器的关键部件。其重要材料之一为堇青石，它耐高温，最高连续工作温度可达1200℃，强度高，线膨胀系数低。载体采用有效的表面和适宜的孔结构，国产的陶瓷载体开孔率可达400-460目/inch2，最小壁厚可达0.16mm左右。

它可以增强催化剂的机械强度，也提高了它的抗磨损、抗冲击、抗重力、抗压、抗高温、相变的能力，改善了催化剂的传导性、减少活性组分的含量，特别是在使用贵金属催化剂铂、钯、铑时，可将活性组分高度分散，减少用量。总之，载体的质量对催化器是极为重要的。

催化转化器的总成同时要经过一系列试验和转化要求达到的效率，使用寿命一般为8万公里以上。

随着加严的发动机排气污染物限值的标准陆续出台，我国的汽车发动机全部加装催化转化器的日期已经到来，好在我国的科研人员早在70年代就已开始研究二元催化转化器，并开始了艰苦的创业。虽然与国外一些大公司有一定差距，但已取得了令人欣喜的成果。

其中，载体--催化剂及其涂层--封装等技术已完全掌握。例如:山西净土、天津卡达克、长春莱特、大连华克、北京绿创、上海红湖、无锡力达、昆明、温州等十几家已形成一定规模。

催化转化器在一定程度上提高了空气的酸度。

汽车尾气污染物主要包括:一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、二氧化硫、烟尘微粒( 某些重金属化合物、铅化合物、黑烟及油雾)、臭气，而汽车尾气净化催化剂，活性组分为Pd、Pt、Rh;助催化剂一般为Co、Mn、Ni等，载体一般为堇青石蜂窝体，也有用球状Ai2O3的，在催化剂的作用下，一些低价氮化物和硫化物，转化更多的高价的氧化物，在遇到水的作用下，生成强酸，例如硫酸，硝酸，所以酸性增强，即空气的酸度增加。

由于三效催化转化器的工作要求比较严格，如果使用不当，会造成催化器早期失效层至损坏。造成三元催化转化器早期失效的原因有:

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350-700℃。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850-1000℃时，其内涂层的催化剂很可能会脱落，载体碎裂。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

使用时应注意的问题鉴于三效催化转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。