排气温度对汽油车三元催化器中毒的影响--《2014中国环境科学学会学术年会（第六章）》2014年
排气温度对汽油车三元催化器中毒的影响
【摘要】：利用整车耐久试验,采用变化标定改变高速时空燃比,在保证油耗基本不变的情况下,研究排气温度对汽油车三元催化转化器中毒的影响。结果表明:加浓高速时空燃比,降低排气温度和催化器床温,减少Mn氧化成Mn3O4附着在载体前段引发堵塞,从而减少三元催化器中毒的可能性,对三元催化器的设计工作提出指导意义。
【关键词】：
【分类号】：U464.134.4;X734.2【正文快照】：
机动车尾气排放造成的环境污染已经成为导致大气污染、环境和人类健康危机的主要因素a汽车制造商采取各种先进的排放控制技术,来满足世界各国指定的越来越严格的排放法规主元催化转换器(以下简称催化器)作为汽油机机外净化的重要措施,将尾气排放中的CO、HC和NOx氧化和还原成对
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三元催化器和氧传感器扫盲普及 不看后悔
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三元催化器和氧传感器扫盲普及 不看后悔
汽车三元催化器和氧传感器的一些基础知识进行普及。有人说：“俺们不是技术控，知道了三元催化器和氧传感器的这些知识又有什么用？对我日常用车也没有什么影响！反正有4S店在，三元催化器和氧传感器坏了有人修。”如果你真这么想，就大错特错了。三元催化器和氧传感器坏了有人修，发动机如果坏了，就算是在保修期内，也是令人沮丧的。
把车子当玩具的车主请绕道，把车子当成工具以及朋友的车主务必请看完全文，看完之后，你才明白怎样的热车方式才叫正确，怎样“拉高速”才合理，经常轰油门会有怎样的恶果，怎样维修保养三元催化器和氧传感器才能帮你省钱！
三元催化器和氧传感器有什么用？
汽车排放污染物主要有HC（碳氢化合物）、NOx（氮氧合物）、CO（一氧化碳）以及燃烧未完成的微粒等。其中碳氢化合物、氮氧合物以及一氧化碳就是传统意义上的“大三元”，这就是三元催化器为何被叫做“三元催化器”的原因。三元催化器其实是一个成型烧结的多孔陶瓷体，其表面被添加了铂，铑，钯等催化元素，可以增强碳氢化合物、氮氧合物以及一氧化碳这三种气体的活性，促使其尽可能多地完成氧化还原反应。其中一氧化碳和碳氢化合物在高温条件下经过氧化之后会变为二氧化碳和水，而氮氧化合物在高温条件下则可以还原成氮气和氧气。
如果就此认为三元催化器实质上就是汽车环保发展的特定产物，对于车辆的性能和燃油经济性没有什么影响，那就大错特错了。为了更好地阐述这个问题，接下来就来看看氧传感器的工作原理。
氧传感器1976年诞生于德国博世公司，利用其特有的电化学反应原理来探测发动机尾气排放中的氧气含量，ECU根据氧传感器的持续探测结果，持续判断喷油嘴之前的喷油量是多了还是少了，并对喷油量进行持续调整，让发动机气缸在不同的转速以及动力输出条件下尽量达成优良燃烧的目的。
在高温环境下（300摄氏度以上），氧传感器捕捉发动机尾气中的残留氧气在探测头内发生电化学反应，反应中两极电离吸附的带电氧离子数量差异导致产生电动势，其电压周期波动值范围多在0.1～0.9V之间波动，大于0.45V表示空燃比小，燃烧不太完全；小于0.45V则表示空燃比大，混合燃气过于稀薄。
氧传感器和三元催化器是如何配合工作的？
氧传感器和三元催化器是相辅相成的。一般而言，一辆车上有两个氧传感器，被分别安装在三元催化器的前后。我们可以通过假设一种“燃烧不充分”的情况来看看氧传感器和三元催化器如何配合工作：
燃烧不完全的尾气出来之后经过氧传感器A，氧传感器A发现尾气中氧含量偏低，需要降低喷油量；
尾气接下来经过三元催化器发生氧化和还原反应，尽管氮氧化合物会被催化还原出氧，但由于之前燃烧不充分，尾气中一氧化碳和碳氢化合物较多，氧化反应消耗掉尾气中更多的残余氧，导致尾气中氧含量进一步下降。
尾气紧接着通过氧传感器B，氧传感器B进一步确认尾气中氧含量降低。
氧传感器A和氧传感器B开了个会，兄弟俩一合计，向ECU发出正式通知：哥们儿你喷油喷多了！于是ECU根据氧传感器指令调整喷油量，直到“两兄弟”满意为止。同理，如果尾气中氧含量偏高，“两兄弟”将会指示ECU增加喷油量。
氧传感器A和氧传感器B开了个会，兄弟俩一合计，向ECU发出正式通知：哥们儿你喷油喷多了！于是ECU根据氧传感器指令调整喷油量，直到“两兄弟”满意为止。同理，如果尾气中氧含量偏高，“两兄弟”将会指示ECU增加喷油量。
这个时候哪怕油气混合理想，也可能因为产生过多的氮氧化合物导致尾气中氧含量降低。如果仅凭一个氧传感器A监测尾气，很有可能误判为喷油过量；而仅凭三元催化器尾端的氧传感器B，则因为氮氧化合物的还原出氧，从而误判喷油不足。
第二种情况就是冷启动一段时间，发动机温度没有达到稳定，但氧传感器却升温至工况温度之后。由于尾气中氮氧化合物含量偏低，氧含量偏高，氧传感器A会判断喷油量低；而尾气通过三元催化器之后，一氧化碳和碳氢化合物经过氧化反应，让尾气中氧含量偏低，也会导致氧传感器B出现误判。
从这个意义上看，三元催化器前端和后端都必须有氧传感器配合完成尾气监测。如果没有三元催化器的参与，所谓的三元催化器前后端氧传感器也就不存在“前后端”的区别了，这就相当于是一个氧传感器单独工作，这种情况是极易产生误判的。
知道了这些原理对我们日常驾驶有怎样的指导意义？
前面说了这么多都是基础铺垫，这一节才是本文的重点之一。
前面已经说了，氧传感器在300摄氏度以上的高温环境下才能进入正常工况。因此为了让氧传感器尽早进入状态，汽车工程师都有意提升发动机冷启动时的怠速转速，即加大喷油量缩短升温时间――这就是为什么大多数车辆冷启动时怠速偏高的主要原因之一，哪怕是较先进的带有电加热功能氧传感器，加热时间也需要20～30秒。换句话说，在氧传感器达到工况温度之前，氧传感器不能对ECU的喷油控制给出数据指导。
对于没有热车习惯喜欢一发动车辆就开车走人的车主而言，其爱车的发动机在发动初期几分钟内是无法获得来自氧传感器的保护的，很可能在氧传感器无法监测排放尾气的前提下出现燃烧不完全的情况――每天几分钟，一年就是上千分钟，长此以往，发动机的积碳问题就积少成多了。
还有车主喜欢用慢速行驶的方式热车。不管怎么说，只要车辆处于挂挡正常行驶状态，就算不踩油门，发动机转速一定比空挡怠速要高，发动机的喷油量一定会更多。从这个意义上说，慢速行驶热车仅比刚发动就踩油门走人的状况好一点点，这种“懒惰”的热车行为依然可能带来意料之外的积碳。
因此，从个人角度看，原地热车依然是最科学的热车方式。此外，在急加速，高速状态下松开油门踏板的这两种情况下，普通氧传感器也不会工作。由于高速状态下松开油门踏板的时候ECU会断油，因此对于发动机没什么影响。而急加速时ECU则会加大喷油量，这个时候因为氧传感器不工作，从而有可能导致积碳增加。
所以，狂轰油门对于车辆而言也是一种“不健康”的驾驶方式。
必须说明的是，现在氧传感器领域中出现了一种“宽域氧传感器”，这种氧传感器不仅可以准确探测空燃比10～20的宽广范围，而且可以更加准确地监测尾气，基本上相当于直接从气缸内泵入或泵出气体进行直接监测，未来将成为氧传感器的主流。宽域氧传感器可以在大脚油门时保持工况，当然，其价格也比一般的氧传感器高。如果不能确定自己车内的氧传感器到底是不是这种高级货色，车主最好还是少一点地板油。
有些网友还认为，适当拉一下高速可以降低发动机积碳，但是必须注意，拉高速不等于地板油。用60秒加速到120km/h和用8秒加速到120km/h截然是两个概念，后者非但不会降低积碳，反而有可能增加新的积碳。
此外，不良的用车习惯还有可能增加排放颗粒物的浓度，排放的颗粒物可能会污染氧传感器的传感探头，让氧传感器探测灵敏度降低，影响尾气监测效果，从而让发动机工况陷入恶性循环；而三元催化器与尾气接触面积更大，如果一旦因为积碳颗粒严重堵塞，发动机排气背压会异常升高，发动机工作会显得无力，怠速不稳，甚至熄火***，严重的还会因为排气热量无法及时排出导致陶瓷载体烧蚀失效，排气不畅所引发的高温集聚甚至会导致发动机起火。
如何省钱地保养氧传感器和三元催化器
正常的氧传感器在合理使用前提下其使用寿命可达15-20万公里。当汽车发动机尾气排放故障警示灯报警时，我们可以通过读取OBD异常数据内容判断故障报警原因，如果发现氧传感器损坏只能更换。4线普通氧传感器市场售价大概在150元左右，宽域氧传感器则略贵，市场价格在600元不等，去4S更换一个氧传感器算上工时费总价约在1200元左右。
如果仅仅是积碳严重或被氧化物覆盖探测头而导致的失效，有兴趣的网友可以在注意操作安全时使用超声波加相应的弱酸或溶剂进行清洗修复功能，弱酸（20%草酸）并不会对氧传感器保护外壳，内部多孔陶瓷，多孔铂膜电极等造成损害。清洗后（如果能用超声波辅助清洗效果更佳）用清水将头部冲洗干净后用电吹风吹干燥即可尝试再使用。你要做的就是准备好清洗耗材，将车开到修理厂要求技师拆下三元催化器前后端两个氧传感器，清洗后再装回去即可，这样或许可以为你节省一笔不小的费用。
三元催化器也可以采用类似的民间偏方来对付积碳失效现象，即用一定浓度的草酸灌洗三元催化器内部排除过多的积碳，让三元催化器恢复使用功能。另外，更换一个新的三元催化器总成可不便宜哦，视车型不同，大约在元不等。
另外这里还想普及一下，很多车辆在低温季节熄火之后，车底会传来“啪啪”脆裂声。不懂的车主会因此而紧张，老车主则认为这是排气管或三元催化器冷却时发出的响声，这种认识其实是不正确的。上图这个短短的不锈钢内波纹管以及覆盖外斜纹金属网的东西叫排气系统减震伸缩波纹管。其作用主要是抵消弥补排气系统管道热胀冷缩时的长度变化，消除排气管道的震动对车体和发动机的工作影响。因为其形状和材料的特殊性，导致了其冷热形变的程度比较大，之前说的车底传来的“啪啪”脆裂声就是拜其所赐，和排气管和三元催化器无关，属于正常现象，无需担心
温度过高常温下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400―800℃。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1000℃时，其内涂层的催化剂就会烧结坏死，同时也极易发生车辆自燃事故。所以必须注意控制造成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。
温度过高常温下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400―800℃。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1000℃时，其内涂层的催化剂就会烧结坏死，同时也极易发生车辆自燃事故。所以必须注意控制造成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。
慢性中毒催化剂对硫、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。
表面积碳当汽车长期工作于低温状态时，三元催化器无法启动，排出的炭烟会附着在的表面，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。
排气恶化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。
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[原创]审车时尾气不过，需要更换三元催化器吗？
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审车时尾气不过，需要更换三元催化器吗？审车就是宰你，但是尾气测量，取决于设备，人为的机会不多。若你的汽车刚刚保养过，审车时尾气排放不合格，就要考虑车的行使里程了，若超过6万公里，也许就要更换三元催化器。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，当高温的汽车尾气通过净化装置时，三元催化器中的净化剂将增强CO、HC和NOx三种气体的活性，促使其进行一定的氧化-还原化学反应。可将汽车尾气排出的CO一氧化碳、HC碳氢化合物和NOx氮氧化物等有害气体转变为无害气体。其中CO在高温下氧化成为无色、无毒的二氧化碳气体；HC化合物在高温下氧化成水(H20)和二氧化碳；NOx还原成氮气和氧气。由于这种催化器可同时将废气中的三种主要有害物质转化为无害物质，故称三元催化器。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，三元催化剂最低要在350 摄氏度的时候起反应，温度过低时，转换效率急剧下降；而催化剂的活性温度( 最佳的工作温度) 是400 ℃到800 ℃左右，过高也会使催化剂老化加剧。在理想的空燃比(14.7 ：1) 下，催化转化的效果也最好。催化转化器工作时会产生大量的热,尾气越多，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。所以在开始检测尾气前，要启动发动机，让他预热。但不能猛力轰油门，谨防过热。因为汽车排放的好坏与各系统的工作状况有关，不可排除的误差因素较多。因为发动机冷车时，由于汽缸壁较冷，燃烧不完全而产生大量的CO和HC，而发动机热车怠速时，由于燃烧条件好转，发动机已处于闭环控制状态，不需要催化转化器的作用，排气浓度也会大大降低。市面上零售的三元催化器价格不一，质量也参差不齐。有两三百元的，有六百多元的。两三百元东东可以解决当年审车的尾气问题，但第二年肯定审不过。也有一千多元的，是所谓的“品牌”货，但也不能与原车的三元催化器相比，原车的三元催化器价格较高，一般要几千块钱，视车的档次而定。原车的三元催化器一般要预定。在美国、日本、欧洲等发达国家和地区，在用车三元催化器使用寿命一般为10～20万公里，而中国在用汽车三元催化器使用寿命一般只有3～5万公里。&&&&在国外很少发生三元催化器堵塞、排气不畅而影响汽车动力的情况，而中国汽车行驶一段时间后就会出现三元失效、尾气超标、排气不畅、背压提高、动力下降、油耗增加等一系列问题，甚至会出现三元堵塞、车辆自燃的严重问题。&& 国外三元失效的主要原因是高速公路行驶造成的高温失活，在中国主要是由于硫、磷、一氧化碳化学络合物造成的化学中毒。究其原因，主要有以下几个因素：1.燃油标号低、油质差 中国汽车排放目前实行欧2标准，欧2标准燃油要求辛烷值达到91、95、98，而中国只有90、93、97三档，均低于欧2标准燃油。2004年中国技术监督局曾对北京加油站进行了一次质量检查，合格率仅为50％，其中中石化加油站合格率为71％。标号低、油质差的燃油由于不完全燃烧会吸附在三元催化器表面，形成化学络合物，时间一长便会使三元中毒失效。实验表明，欧3标准高档车添加标号低、油质差的燃油后，行驶几百公里就会出现故障灯指示尾气超标三元失效的信号。2.燃油含硫量高 欧2标准的燃油要求硫含量小于0.05％。目前中东生产的高含硫量石油，由于达不到日本、美国和欧洲的环保准标，大部分销售到了中国。中国燃油含硫量高对于大气造成的污染问题已引起联合国环保署的重视，含硫量大的燃油能同时造成喷油嘴积碳、进气系统沉积物、三元催化器表面化学络合物附着。研究资料表明，汽车使用含硫0.15％的燃料工作150小时后，功率下降10.5％，用含硫0.723％的燃料工作相同时间，功率下降28％，燃油消耗增加12.2％。燃油含硫量大是造成中国在用车三元失效最主要的原因。硫吸附在氧传感器和三元催化器表面，形成化学络合物不仅造成三元中毒失效，还给汽车动力带来一系列问题：3.道路拥堵严重 由于居住、工作环境的限制，中国大部分私家车是在城市内行驶，城市道路拥堵已是普遍现象。道路拥堵开开停停会使燃油不完全燃烧而产生大量的一氧化碳，它极易吸附在三元催化剂活性表面造成三元中毒失效，所以汽车长期在低速、加速、减速状况下行驶也是造成三元失效的主要原因4.解决方案 由于燃油品质差、含硫量高以及城市道路拥堵，这将造成汽车三元净化器使用寿命短、容易中毒失效。
　 以下两点因素将直接影响三元催化转化器的使用寿命。　　1.发动机燃料普通汽油中含有铅与硫，它们会大幅降低催化剂的反应效率。而且铅可使催化剂板结“中毒”，形成一层外壳，阻碍发动机所排出的气体及时通过催化转化器，并与之进行反应。因此，连续使用含铅燃料会逐渐削弱或彻底消除催化转化器对有害气体的催化转化能力。所以，带催化转化器的汽车必须使用无铅汽油。　　2.发动机工况良好的催化转化器工作的平均内部温度在816℃左右。温度过高时，催化剂就会开始融化或分解，并缩短催化转化器的运行寿命。当发动机出现工作异常时，进入催化转化器中的碳氢化合物等经常会严重过量，而这些化合物常使催化转化器的内部工作温度急剧升高，并破坏其内部结构，使催化剂脱落，陶瓷载体亦可能被部分融化。即使在发动机处于良好状况且调试也得当时，对它的不适当使用也会产生过高的催化剂温度。例如，在怠速状态下长时间发动是减少催化转化器寿命的最典型工况。怠速工作时间愈长，发动机产生的热量就愈多。尤其是夏季。所以，带有催化转化器的汽车发动机每次怠速运转切勿超过20分钟。三元催化剂简单检查判断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。将车辆升起之后，观察催化转化器表面是否有凹陷，如有明显的凹痕和刮擦，则说明催化转化器的载体可能受到损伤。观察催化转化器外壳上是否有严重的褪色斑点或略有成青色和紫色的痕迹，在催化转化器防护罩的中央是否有非常明显的暗灰斑点，如有则说明催化转化器曾处于过热状态，需做进一步的检查。用拳头敲击并晃动催化转化器，如果听到有物体移动的声音，则说明其内部催化剂载体破碎，需要更换催化转化器。同时要检查催化转化器是否有裂纹，各连接是否牢固，各类导管是否有泄漏，如有则应及时加以处理。此方法简单有效，可快速检查催化转化器的机械故障。由于催化剂载体破损剥落、油污聚集，容易阻塞载体的通道，使流动阻力增大，这时可通过测量其压力损失来进行检查。2.加热法检查催化转化器在正常工作状态下，由于氧化反应产生了大量的反应热，因此可通过温差对比来判断催化转化器性能的好坏。启动发动机，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，用数字式温度计（接触式或非接触式红外线激光温度计）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%。如果车辆在主催化转化器之前还安装了副催化转化器，主催化转化器出口温度应高于进口温度15～20%，如果出口温度值低于以上的范围，则催化转化器工作不正常，需更换；如果出口温度值超过以上范围，则说明废气中含有异常高浓度的CO和HC，需对发动机本身做进一步的检查。由于三元催化器的堵塞检查要借助设备和加工，不做介绍。
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