三元催化转换器的工作原理及故障诊断分析
摘要: 本文主要阐述了面对日益恶化的环境和日渐严格的排放法规，三元催化器技术已经成为汽车排放后处理的重要部分。但由于三元催化器长期使用会老化，转化效率降低，导致汽车排放增加，本论文正对上述现象分析了国内外三元催化器的发展现状、国内汽车排放控制的生产企业发展状况和三元催化器老化研究情况，根据国内外三元催化器老化评价方法，确定老化方案。并介绍了三元催化器的结构以及组成、催化器工作原理、催化作用的本质、催化剂的工作原理和三元催化器的工作特性，包括空燃比特性、起燃特性等。分析了三元催化器的老化机理，并对三元催器化类老化形式做详细介绍。由于我现在所在的公司有诸多检查三元催化器故障的仪器及经验丰富的车间师傅，为我的案例分析找到了依据，并且经过对三元催化器的各种故障讲解以及相应案例的故障诊断，从中分析总结三元催化器的失效原因，以此来增强维修人员对因三元催化器失效而引起的汽车故障判断能力，以此来提高维修效率。
关键字： 三元催化器 老化 案例分析 维修效率
1 绪论
1.1 三元催化器概述
汽车尾气的研究始于20世纪60年代。70年代以来，许多国家都开始了这方面的工作。由于早期的法规，如1960年美国加州的“汽车污染物控制法令”、1968年美国联邦的“空气清洁法令”等，仅限制CO和HC，且因Cu(铜)、Cr(铬)、Co(钻)、Ni(镍)、Mo(钼)和Mn(锰)等能催化C0和HC的氧化反应而被选为催化剂活性组分（即三元催化的主要组成部分）。其中尤以Cu及Cu-Cr，Cu-Ni的复合组份显示了较好的催化性能。但因热稳定性差．600℃以下低温活性差，且易中毒而未被推广。另外，发现Pt和Pd作为活性组分的贵金属催化剂对C0和HC的催化转化具活性高的特点，且避免了铜系列的缺陷，后来NOx的转化逐渐受到关注。
美国加州、美国联邦和日本分别从1971年、1973年、1973年制定了N0x排放限值。这就导致了三效催化剂的广泛应用。经实验研究，将Rh引人到Pt和Pd氧化型催化剂上，并对其进行改性制成三元催化器(Three Way Catalyst，简称TWC)，能有效转化CO、HC和NOx。80年代中期，贵金属TWC的制备是以蜂窝状堇青石为第一载体，以γ-Al2O3为第二载体，Pt(铂)、Pd(钯)和Rh(铑)(有时为2种或一种组分)为活性组分，Ce(铈)、La(镧)和Ba(钡)等为助剂，通过渍而成。这种TWC具活性高，选择性和稳定性好的特点。目前，日、美各国的三效催化剂都己制成整体的蜂窝状催化剂，其应用已趋于成熟。
1.2 国内外的研究现状
尽管TWC具有良好的催化性能，其制备与应用技术相当成熟，但发展新一代废气净化催化转化器仍是尾气净化的必然趋势。①昂贵的价格是催化剂广泛推广应用的障碍；②汽车发动机的改进，燃烧工况的改善，对催化剂提出了新要求；③人们对环保问题的日益重视，并制定了日益严格的汽车排放标准。对催化转化器的改进，主要包括以下几个方面：
(1)当前各国研究者都力图通过提高TWC的活性和耐用性来降低其成本。该领域的研究包括：空隙率及支撑体表面积的最优化：助剂的加入；减少贵金属负载量及使它们分开更充分。
(2)改进汽车排气催化系统的关键是解决冷启动和怠速排污问题， 据测定．HC的排放主要在冷启动后2min内产生的，解决这一课题，正在研究的有以下几种方法：一是低温起燃催化剂：二是电加热催化剂；三是使用吸附剂。
(3)汽车净化催化剂的热稳定性问题也是研究的重点之一。解决冷启动问题，最简单的方法是将催化转化器装在更靠近引擎排气处，使催化剂能更快的达到起燃温度。这样，催化剂的工作温度将大大提高，容易发生热老化．使催化剂活性大幅度降低，此外欧洲高速车采用小容积、高转速发动机以及大载重量高速车的出现，使排气温度升高，要求催化剂具有长期耐高温性能。
(4)目前，我国汽车用催化器的研究主要集中在以稀土氧化物为活性组分的催化器，这种催化器对C0、HC的转化活性较高，有较好的抗铅中毒能力以及较低的价格．但稀土催化器的整体水平特别是对NOx的还原活性，尚低于以Pt(铂)、Rh(铑)、Pd(钯)为活性组分的三元催化器，如何进一步提高其活性和选择性，是一个有实际意义的问题。
(5)稀薄燃烧(1ean-burn)技术主要用来提高燃油经济性， 同时可大幅度降低汽油机排放污染物。研究表明．能直接分解NOx的催化剂是将Cu、Co、Ni、Ga(镓)、Fe、Zn、Pt等通过离子交换方法载于ZSM一5或Y型沸石，过度交换的这种催化剂有高活性和选择性，在氧化气流中由HC还原NO有很好表现，且有一定的抗s中毒能力，为NA／FLE值汽车尾气催化剂显示了较好的潜力。目前，此项研究是
目 录
1、目录..................................................Ⅰ
2、任务书................................................Ⅲ
3、论文正文
摘要...................................................1
1、1三元催化器概述.................................... 2
1.2 国内外的研究现状..................................2
1.3 我过对汽车尾气的排放要求 .........................3
1.4 本文研究背景及目的................................4
2 三元催化器的结构和工作原理
2.1 三元催化转化器的工作环境..........................5
2.2 三元催化转化器的结构..............................6
2.3 三元催化转化器的工作原理..........................8
3 三元催化器的性能指标及影响因素
3.1 转化效率.........................................10
3.2 空燃比特性.......................................10
3.3 起燃特性.........................................11
3.4 催化剂的耐久性...................................11
4 三元催化器的常见故障及原因分析
4.1 热失活...........................................12
4.2 化学中毒.........................................12
4.3 机械失活及积垢失活...............................13
4.4 与发动机、排气管的匹配不当.......................14
4.5 氧传感器失效.....................................14
4.6 三元催化器的回收利用.............................17
5 典型故障诊断与分析
5.1 三元催化失效的检测方法............................19
5.2 案例分析一........................................20
5.3 案例分析 二......................................23
5.4 使用三元催化器的十大建议..........................27
5.5 三元催化器的保养..................................29
6 未来三元催化器的发展要............................31
4、小结 .................................................32
5、致谢..................................................33
6、参考文献..............................................34
7、外文翻译. . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ...35
参考文献
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