三元催化反应器的作用原理及其检测

三元催化反应器的作用原理及其检测

郑明军1,王海花1,陈军伟2

(1.石家庄铁道学院,河北石家庄050043;2.石家庄市政公司,河北石家庄050041)

摘要:介绍排气后处理装置三元催化反应器的作用原理,对其转化要求及转化效率做了说明,指出三元催化反应器的检测方法。

关键词:三元催化反应器;转化要求;转化效率;检测

中图分类号:TK 404.5 文献标识码:B 文章编号:1000-6494(2004)01-0034-02

The Working Principle of Three -w ay C atalyst C ase and Its I nspection Methods

ZHE NG Ming -jun 1,W ANG Hai -hua 1,CHE N Jun -wei 2

(1.Shijiazhuang Railway Institute ,Shijazhuang 050043,China ;2.Shijiazhuang City Planning C orp.,Shijiazhuang 050041,China )Abstract :This paper introduces the w orking principle of three -way catalyst case.C onversion requirement and conversion efficien 2cy are described in this paper and its inspection methods are als o introduced.

K ey w ords :three -way catalyst case ;conversion requirement ;conversion efficiency ;inspection

作者简介:郑明军(1971-),男,河南温县人,讲师,硕士,主要从事汽车结构强度与发动机排放方面的研究。

收稿日期:2003-08-25

为了使汽车排放达到较低的法规要求,现代汽车除了改善燃料品质及发动机工作过程外,一般都采取了排气后处理技术,其中三元催化反应器在电控汽车排放后处理中的应用较为广泛。

三元催化反应器通常由圆筒形外壳,上面涂覆着铂(Pt )、铑(Rh )、铈(Ce )及稀土金属等中的某几种催化剂的载体等构成。载体有γ-Al 2O 3小球、堇青石制成的整体蜂窝多孔陶瓷及金属薄片制成的载体等3种,在排气经过反应器的很短时间内,将其中的HC ,C O ,NOx 同时进行催化反应,使它们转化成C O 2,N 2,NH 3及H 2O 等排入大气中。

1　三元催化反应器的作用原理

燃料在气缸内燃烧后经发动机排放系统排出,排放物被吸附在催化剂的表面上,在催化剂“活性部位”上,吸附物质与相邻的被吸附分子进行化学反应,形成低能量的反应产物,很容易从表面上脱落,该反应产物从催化剂表面脱落后,随着排气流排出,进入外部空间,而在此过程中催化剂本身并不进行反应。

催化剂要在理论空燃比(14.7)或者稍浓的混合气浓度下,即排气中稍有一点氧气的情况下,铂促使HC 及C O 氧化,而铑同时使NOx 还原。排气中如氧

过多,即燃用稀混合气时,催化剂一般就不能使NOx 还原,因此需要通过安装在排气管中的氧传感器,给电子控制单元传递排气中氧含量的信息,随时将混合气空燃比调整到理论空燃比或者稍浓的状态。

2　转化要求及转化效率

由于要在排气经过反应器很短的时间内完成化学反应,需要有很大的接触反应表面积,因此将催化剂载体制成孔径小的多孔蜂窝状。采用专门的工艺将形成细微粒子的铂族金属均匀分布在载体上。贵金属大约占载体质量的0.1%～0.2%,一般每辆车的催化反应器需要1～2g 贵金属。催化剂载体的体积一般取0.8%～1.0%发动机排量(L ),或者取2%～3%标定功率(H p )值。

在一定温度下,催化剂才有较高的转化效率。汽油机启动时排气温度很低,怠速时排气温度为300～400

℃。当排气温度高于300℃以上,催化剂的转化效率较高。一般将转化效率达到50%时的排气温度称为催化剂的“点火”温度,对于贵金属族,此温度约为280～380℃不等。排气温度达到300℃以上时,铂对C O 的转化效率可达90%以上,新的催化剂最高转化效率可达98%,对HC 的最高转化效率可达95%。为了使催化剂有高的转化效率,最好将排气物温度控制在400～800℃范围内。

在理想的工作条件下,催化剂能保持较高的转化效率的使用寿命大约为10万km 。当排气温度高于800℃时,催化剂活性减弱,长期在高温下工作,

第1期2004年2月内燃机

Internal C ombustion Engines N o.1Feb.2004

催化剂会逐步老化,使转化效率下降。燃油中含硫及铅,排气中的硫化物及铅化物会毒害催化剂,废气中的残留燃油也可能毒害催化剂,使其活性及转化效率下降。发动机工作不正常如后燃严重、回火或间断着火,都会使排气温度升高,如果超过1400℃,会使转换器基质熔化,烧坏三元催化转换器。

3　三元催化转换器的检测

为了保证三元催化转换器的正常工作,应经常对其进行目测检查、功能测试以及排气受阻检测。

3.1　目测检查

a.检查转换器的外观。如发现外壳被压扁、锈蚀或出现凹痕,则应更换转换器。

b.检查排气口处,看是否被积炭或铅污染物堵塞。

c.轻轻摇动催化转换器,听内部元件是否有松动迹象。如有堵塞、熔化或者其他形式的损坏,都应更换转换器。

3.2　功能测试

a.以较高的转速运转发动机5min,将催化剂转换器加热至工作温度。

b.在催化转换器的废气入口处和出口处分别接一只表面温度探头,测量温度。

c.出口处温度至少应比进口处温度高38℃。如果温差低于规定值,则应更换催化转换器。

3.3　排气受阻检测

检测排气压力的方法是:

a.在氧传感器(或一氧化碳测试管)处安装排气压力表。

b.在正常工作温度下发动机怠速时,压力表读数不应超过8.6kPa。

c.发动机以2000r/min的转速运转时,压力表的读数不应超出20.7kPa。

d.如果在两种转速中的任何一种情况下背压超出规定值,都表明排气系统受阻。

e.如果没有找出排气系统背压过高的明显原因,那么可能是催化反应器受阻。

f.完成检测后,在重新安装前用防粘剂涂敷氧传感器的螺纹。

4　结束语

三元催化反应器能够同时对HC,C O,NOx三种有害成分进行净化,是现代电控汽车排放后处理必备装置之一,为了使其达到较高的转化效率和工作寿命,必须注意其工作条件,要对三元催化反应器经常进行检测。

〔参考文献〕

〔1〕　张凤山.广州本田雅阁轿车的结构与维修〔M〕.北京:机械工业出版社,2001.

〔2〕　崔心存.现代汽车新技术〔M〕.北京:人民交通出版社, 2001.

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