汽油发动机管理系统故障诊断5.1

5.1.2 三元催化转化器结构
（3）涂层
• 浆状物涂在载体上后烘干形成涂层，典型涂层的主要成分 是氧化铝和二氧化铈。该涂层为贵金属催化剂提供一个巨 大的表面积，将贵金属催化剂涂布其上，可防止催化剂发 生热退化作用。涂层粗糙多孔的表面可使壁面的实际催化 反应表面积扩大7000倍左右。
（4）催化剂
• 在涂层表面散布着作为活性材料的贵金属，一般为铂 （Pt）、铑（Rh）和钯（Pd）以及作为助催化剂成分的铈 （Ce）、钡（Ba）和镧（La）等稀土材料。助催化剂主要 用于提高催化剂活性和高温稳定性。
5.1.3 三元催化转化器工作原理
• 常用的催化剂是由铂、铑和钯等一些贵金属材料构成，通 过特殊工艺方法浸镀在载体表面的基体涂层上。Pt负责催 化氧化CO、HC，Rh负责催化还原NOx。
• 安装三元催化转化器的车辆不能使用含铅汽油，因为铅沉 积在催化剂表面，使三元催化转化器失效。
5.1.4 三元催化转化器转化效率影响因素
教育部、财政部职业院校教师素质提高计划职教师资培养资源开发项目
汽油发动机管理系统故障诊断与修复
2020/6/10
学习情境1 学习情境2 学习情境3 学习情境4 学习情境5 学习情境6
传感器故障检修 燃油控制系统故障检修 点火控制系统故障检修 进气不良故障检修 排放超标故障检修 发动机综合故障检修
2020/6/10
5.1.7三元催化转化器的检测
• 3.真空试验 • 将真空表接到进气歧管，起动发动机，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，且此后真空度读数若有明显下降，则说明催 化转化器有阻塞。
5.1.7 三元催化转化器的检测
• 4.温度测试法 • 催化转化器在正常工作状态下，由于氧化反应产生了大量
• HC：HC吸入人体后会破坏造血机能，造成贫血、神经衰弱 等，同时也会致癌。HC和NOx在紫外线照射下形成光化学 烟雾，其中主要的生成物是臭氧，它具有强氧化性，可使 橡胶开裂，植物受害，大气能见度降低，并刺激人眼和咽 喉。
5.1.1 汽车尾气排放概述
• NOx：NOx的主要形式是NO、NO2和N2O5， NO2是有毒的、 具有穿透性气味的红棕色气体。当空气中的NO2浓度较大时 会刺激人体粘膜。而且NO2会造成血液中血红蛋白变性，使 血液输气能力下降，轻则引起呼吸异常，直至死亡。
5．能按照正确操作规范进行三元催化转化器及相关部件的更换。
6．能根据环保要求，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
5.1.1 汽车尾气排放概述
5.1.2 三元催化转化器结构
5.1.3 三元催化转化器工作原理
5.1.4 三元催化转化器转化效率影响因素
5.1.5储存式NOx催化转化器
5.1.1 汽车尾气排放概述
5.1.7三元催化转化器的检测
• 5.氧传感器信号测试法 • 对于安装双氧传感器的车型，可以通过示波器检测三元催化转化器上
5.1.1 汽车尾气排放概述
5.1.1 汽车尾气排放概述
• CO2：是温室气体，会引起温室效应使பைடு நூலகம்球变暖。
• CO：CO是无色无味有毒的气体， CO经呼吸道进入血液循 环，与血红蛋白亲合后生成碳氧血红蛋白，从而削弱血液 向各组织输送氧的功能，危害中枢神经系统，造成人的感 觉、反应、理解、记忆力等机能障碍，重者危害血液循环 系统，导致生命危险。
• 这项功能由ECU、氧传感器、喷油器形成的空燃比闭环控制 系统来完成。
5.1.5储存式NOx催化转化器
• 1.功能与结构
• 在稀薄燃烧模式下，三元催化器对NOx转化的效率大大减 低，引起NOx排量的增加。目前，一般采用储存式NOx催 化转化器来减少NOx的排放。
• 储存式NOx催化转化器的结构与三元催化器有些相似。储 存式NOx催化转化器和三元催化器可以采用通用的载体。 除了铂、钯和铑涂层外，储存式NOx催化转化器还采用了 特殊的添加剂，该添加剂可以吸附NOx。典型的吸附材料 有氧化钾、氧化钙、氧化锶、氧化锆、氧化镧、氧化钡。
• 三元催化转化器的作用是将发动机运转工作过程所产生的 燃烧废气中的所含的CO、HC和NOx三种有害气体转化成对 人类社会环境无害的排放物，如二氧化碳（CO2）、水蒸气 （H2O）和氮气（N2）。
5.1.3 三元催化转化器工作原理
• 2NO+2CO=N2+2CO2 • 2NO2+2CO=N2+2CO2+O2 • 2CO+O2=2CO2 • 2C2H6+7O2=4CO2+6H2O
• 2.TWC的转化效率与混合气浓度的关系 • TWC的转化效率与发动机的空燃比也有直接关系。实验表
明，当空燃比维持在14.7:1附近上下0.3%范围内时，TWC的 效率几乎可达到90％以上
5.1.4 三元催化转化器转化效率影响因素
• 为了降低排放，使三元催化转化器工作在最高转化效率下， 必须将发动机的空燃比控制在理想空燃比附近。
学习情境5 排放超标故障检修
学习单元5.1 学习单元5.2 学习单元5.3
三元催化转换器故障检修 燃油蒸发控制不良故障检修 二次空气喷射控制不良故障检修
学习单元5.1 三元催化转化器故障检修
学
习
导
1 情境导入
航
2 学习目标
3 理论知识
4 实践技能
5 情境分析
6 学习小结
7 自主学习
情
境 导
• 一辆大众朗逸轿车加速性能差，最高车速只有
• 发动机失火后未燃烧的燃油在排气管中燃烧，可能导致催 化器内部温度高达1400℃，这样的温度使载体融化，催化 器完全被毁坏。
• 严格的排放法规要求发动机冷起动时催化器能尽快预热 （如安装二次空气喷射系统；在起动时将点火时间推迟）。 另外，为尽快预热，三元催化转化器尽量安装在靠近发动 机处。
5.1.4 三元催化转化器转化效率影响因素
5.1.5储存式NOx催化转化器
3-预催化器 5-NOx储存式催化转化器
5.1.5储存式NOx催化转化器
• 在稀薄燃烧模式时（λ>1，稀混合气），上游三元催化转化 器不能有效转化NOx，此时储存式NOx催化转化器负责对 NOx进行转化。
• 其转化过程分成三个阶段：NOx吸附（储存）；NOx释放； 转化。
5.1.2 三元催化转化器结构
三元催化转化器包括壳体、载体、涂层、垫层等组成。
1-氧传感器 2-垫层 3-隔热层 4-涂层 5-载体 6-壳体
5.1.2 三元催化转化器结构
三元催化转化器包括壳体、载体、涂层、垫层等组成。 （1）壳体 • 壳体是整个三效催化转化器的支承体。目前用得最多的壳
体材料是含铬、镍等金属的不锈钢，这种材料具有热膨胀 系数小、耐腐蚀性强等特点，适用于催化转化器恶劣的工 作环境。 （2）载体 • 载体的材料主要有两种：陶瓷载体和金属载体。
• 1.TWC的转化效率与温度的关系
• 当温度超过300℃时才开始进行有害成分的转化。工作温度 400～800℃之间时转化效率较高，且有较长的寿命。当温 度达到800～1000℃时，涂层中的氧化铝和贵重金属加速老 化，导致转化效率降低。当温度超过1000℃时，涂层急剧 老化，催化转化器100%失效。
• Ba(NO3) 2+3CO=3CO2+BaO+2NO (还原：释放NO )
• 2NO+2CO=N2+2CO2
(转化：无害成分)
实 践 技 能
5.1.6 三元催化转化器故障分析 5.1.7 三元催化转化器的检测
5.1.8 三元催化转化器的清洗 5.1.9 三元催化转化器的养护
5.1.6 三元催化转化器故障分析
的热量，因此可通过温差对比来判断催化转化器性能的好 坏。 • 起动发动机，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%。
入 100km/h。经检查，发现三元催化转化器堵塞。
• 更换新的三元催化转化器后，重新试车，发动机动力
恢复正常。
学 习 目 标 1．能通过与客户交流、查阅相关维修技术资料等方式获取车辆信息。
2．能根据故障现象制定正确的维修计划。
3．能正确选择诊断设备对三元催化转化器引起的故障进行诊断。
4．能正确记录、分析各种检测结果并做出故障判断。
声音，则说明其内部催化剂载体破碎，需要更换催化转 化器。
5.1.7 三元催化转化器的检测
• 2.背压试验 • 在催化转化器前端排气管的适当位置上安装一个压力表，
起动发动机，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（一般不超过 20kPa），则表明催化剂载体没有被阻塞。
5.1.2 三元催化转化器结构
• （5）垫层
• 为了使载体在壳体内位置牢固，防止它因振动而损坏，同 时为了补偿陶瓷与金属之间热膨胀性的差别，保证载体周 围的气密性，在载体与壳体之间加有一块由软质耐热材料 构成的垫层。垫层还应具有隔热性。常见的垫层有金属网 和陶瓷密封垫层两种形式。
5.1.3 三元催化转化器工作原理
• 2BaO+4NO2+O2=2Ba(NO3) 2 （氧化：吸附NO2） • 储存的NOx越多，进一步吸附NOx的能力就越低。这意味着
当吸附NOx到一定量时，必须对储存式NOx催化转化器进行 再生，换言之，就是必须释放吸附的NOx并进行转化。
• 为了实现此目的，发动机需要短暂地工作于浓均质混合气模 式（λ<0.8）。
5.1.1 汽车尾气排放概述
2. 汽车排放控制技术
（1）机内净化技术
• 机内净化技术即以改进发动机燃烧过程为核心的排气控制 技术。具体控制措施包括汽油机电控燃油喷射系统、电控 点火系统、可变进气系统、缸内直喷+稀薄燃烧技术、发动 机增压技术等。
（2）机外净化技术，
• 机外净化技术包括两类：一类是对已生成的有害排放物进 行净化的排气污染控制技术，如三元催化转化器、废气再 循环系统、二次空气喷射控制系统、NOx吸附技术等；另 一类是对来自曲轴箱和供油系统的有害物进行净化的非排 气污染控制技术，如燃油蒸发控制系统、曲轴箱强制通风 系统等。
温度过高
机械损伤
慢性中毒
三元催化转化器 失效原因
表面积碳
匹配错误
排气恶化
氧传感器 失效
5.1.6 三元催化转化器故障分析
• 故障现象
排放超标
三元催化转化器 失效原因
怠速不稳
动力不足 排气管异响
排气不畅
排气管 排出颗粒
5.1.7三元催化转化器的检测
• 1.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。 • 用拳头敲击并晃动催化转化器，如果听到有物体移动的
• SOx：燃油中的硫成分在燃烧过程中形成SOx。在车辆的排 气中SOx的含量相对较小。三元催化器不能将SO2进行转化。 硫会在三元催化器表面沉积并与活性化学层进行反应，抑 制三元催化器对三种有害成分的转化能力。
• PM：汽车微粒排放会降低大气能见度以及引起人体呼吸系 统的疾病，例如造成呼吸短促、咳嗽和喘息，加重呼吸系 统疾病的程度和损害肺部组织等。尤其是极细微粒，更容 易侵入人体肺脏深处，对人体的造成更严重的损伤。汽车 排放微粒甚至已经被认为对人体具有潜在的致癌作用。
• 当氧气量足够，混合气浓度达到理论空燃比14.7:1时，燃油 理想的、完全的燃烧可用下面的化学反应式描述：
• m1 CxHx + n1 O2 = m2 H2O + n2 CO2 • 由上式可知，理想条件下，混合气和氧气反应后只生成水
和二氧化碳，对环境没有污染。但是实际情况是由于燃烧 室不具备充分燃烧的条件，发动机也不能时时保持在理论 空燃比等因素，汽油不能按照化学理论产生反应，所以除 了主要的燃烧产物水和二氧化碳之外，还产生了一些有害 的成分
5.1.5储存式NOx催化转化器
• 2.安装位置
• 储存式NOx催化转化器对NOx的储存能力与温度有很大的 关系。当温度达到300～400℃时达到其最大储存能力，也 就是说其最佳工作温度比三元催化转化器的工作温度要低 很多（三元催化器的最佳工作温度是400～800℃）。
• 为此，从减少排放的角度来考虑，必须采用两个单独的催 化器，一个三元催化转化器（预催化器）安装在靠近发动 机处，另一个NOx储存式催化转化器安装在远离发动机处 的汽车底盘下。