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三元催化器的检修

伴随世界各国对排放法规实施日益严格,各种机外净化技术也纷纷产生。其中,三元催化转换器(简称TWC:three way catalyst converter)的研制成功对于与汽车排放控制技术有了突破性的进展,它可使汽车排放中的CO、HC和NOX同时降低90%以上。目前三元催化转换器技术已经在汽油车上广泛使用。不过,由于三元催化转换器受本身的工作环境十分恶劣以及其转化性能特点的影响,在使用过程中也会有各种不同故障产生。例如,由于三元催化转换器堵塞造成的发动机动力下降、熄火或启动困难及尾气超标等现象,很可能干扰我们的故障判断。除此之外,还会造成严重的后果,例如三元催化转换器中颗粒催化物的熔化,催化转换装装置内部的蜂窝陶瓷

状基底因过热而破裂等带来的损失。

1. 三元催化转换器检测前的准备工作

三元催化转换器(TWC)的任务是降低排放中的CO、HC和NOX,但如果车辆的状况很差,例如排出的CO值高于1%,再有效的TWC也无能为力。所以在检查TWC性能之前,必须首先用尾气分析仪测量汽车尾气中的CO、HC和O2的含量,以判断混合气的浓度是否合适,如果合适才能进行TWC的性能检测。在测量尾气时候,先脱开TWC进气口,使发动机运转至正常温度,将测量管插入排气管中至少400mm,按照怠速法进行测量。(注意:该项测试应该在3min内完成)。若测量值不正常应该先检修发动机工作性能,直至数值在规定范围之内。待数值正常后,装复TWC进气口,在发动机温度正常时检测TWC的工作性能。

2. 三元催化转换器性能的检测方法

(1)简单人工检查

通过人工检查可以从一开始判断TWC是否有损坏。用橡皮槌轻轻敲打TWC,听有无“咔啦”声,并伴随有散碎物体落下。如果有此异响,则说明TWC内部催化物质剥落或蜂窝陶瓷载体破碎,那么必须更换整个转换器了。如果没有上述异响,应该检查TWC是否堵塞。TWC芯子堵塞是比较常见的故障,可以用下面两种方法进行。

第一种方法是检测进气歧管真空度法。将废气再循环(EGR)阀上的真空管取下,将管口塞住,避免产生虚假真空泄漏现象。将真空管接到进气歧管上,让发动机缓慢加速到2500r/min。若真空表读数瞬间又回到原有水平(47.5~74.5kPa)并能维持15s,则说明TWC没有堵塞。否则应该怀疑是TWC或排气管堵塞。

第二种方法是检测排气背压法。从二次空气喷射管路上脱开空气泵止回阀的接头,再在二次空气喷射管路中接一个压力表。在发动机转速为2500r/min时观察压力表的读数,此时读数应该小于17.24kPa,如果排气背压大于或等于

20.70kPa,则表明排气系统堵塞。若观察TWC、消声器及排气管没有外伤,则可将TWC出口和消声器脱开后观察压力表读数是否有变化。若压力表显示排气背压仍然较高,则为TWC损坏:若压力表显示排气背压陡然下降,则说明堵塞发生在TWC出气口后面的部件。

(2)怠速试验法检查

让发动机怠速运转,使用尾气分析仪测量此时的CO值。当发动机正常工作时候(空燃比为14.7:1),这时的CO典型值为0.5~1%,当使用二次空气喷射和TWC技术可以使怠速时的CO值接近于0,最大不应超过0.3%,否则说明TWC损坏。另外,据经验分析,怠速时候的NOX的排放量也能给我们一些帮助。通常在怠速时候的NOX数值应不高于100ppm,而在稳定的工况下,NOX数值应该不高于1000ppm,在发动机一切正常的情况下,而NOX过高就可以怀疑是TWC故障了。

(3)快怠速试验法测量

让发动机处于快怠速运转状态,并用转速表测量快怠速是否符合规定值。用尾气分析仪测量发动机处于快怠速状态下尾气中的CO和HC含量。如果发动机性能良好,则CO值应该在1.0%以下,HC应该在10ppm以下。若两种数值都超标,则可临时拔下空气泵的出气软管,此时若CO和HC值不变,则可以判定TWC已损坏,若读数上升,而重新接上软管后又下降,则说明燃油喷射系统故障或是点火系统故障。

(4)稳定工况试验法

在完成基本怠速试验后进行该项试验。按照厂家规定接好汽车专用数字式转速表,使发动机缓慢加速,同时应观察尾气分析仪上的CO和HC值,当转速加到2500r/min并稳定后,CO和HC数值应有缓慢下降,并且稳定在低于或接近于怠速时的排放水平,否则怀疑是TWC损坏。这种方法不但能够对TWC是否有故障做出判断,还能有效地综合分析TWC在车辆行驶中的实际效能。这时因为TWC性能评价指标中有一项“空速特性检验”,它表示了受反应气体在催化剂中的停留时间。性能差TWC尽管在低空速(如怠速)时表现出较高的转化效率,但是在高空速(如实际行驶)时的转化效率是很低的,因而不能仅凭借怠速工况评价催化剂的活性是否正常。此外,在具体检测中,还需要注意TWC的空燃比特性。TWC在过量空气系数为1的附近时,转换效率最高,实际使用中就需要闭环电子控制燃油供给系统和氧传感器的配合。开环时候由于无法给予精确的空燃比,转换效率仅仅有60%左右,而闭环时平均转换效率可达95%,因此,在对TWC进行怀疑的时候,也应该对电控系统和氧传感器进行相应检测。

(5)红外温度计测量法

这是一种比较简单的测量方法。TWC在实际使用过程中,其出口管道温度比进口管道温度至少高出38℃,在怠速时,其温度也相差10%。但是若出口与入口处的温度没有差别或出口温度低于入口温度,则说明TWC没有氧化反应,此时应该检查二次空气喷射泵是否有故障,若没有故障,就说明TWC已经损坏。

(6)利用双氧传感器信号电压波形分析

目前,许多发动机燃油反馈控制系统中,都安装两个氧传感器。分别装载TWC的反应前、后两端。这种结构在装有OBD-Ⅱ代系统的汽车上,可以有效地检测TWC的性能。OBD-Ⅱ诊断系统改进了TWC的随车监视系统,安装在TWC后端的氧传感器电压波动要比安装在TWC前端的氧传感器电压波动少得多。这是因为运行正常的TWC转化CO和HC时消耗氧气。当TWC损坏时,其转换效率基本丧失,使前、后端的氧气值接近,此时氧传感器信号的电压波形和波动范围均趋于一致,因此,需要更换TWC。

3. TWC常见故障及原因

三元催化器

①炭灰积聚、污染。含铅汽油燃烧后会使三元催化器很快受到损害;机油窜入汽缸燃烧后机油中的磷和锌等物质也会污染三元催化器。

②陶瓷芯子破损。热循环的长期作用、外部碰撞和挤压,都有可能使陶瓷芯子破损。

③陶瓷芯子熔化。三元催化器正常工作时,三元催化器内的温度一般可达500~800℃,出口处温度比进口处温度约高30~100℃。但是,混合气浓或燃烧不完全时会使排气中的CO、HC浓度过高,这将加重三元催化器的负担,使温度升高过多,时间长后,会使三元催化器的性能恶化,甚至熔化载体。

④三元催化器上一般还装有排气温度传感器,当温度不定期高时,电控单元会切断二次空气供给,中断催化转化反应。

以下来自百度知道

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.背压试验

在催化转化器前端排气管的适当位置上打一个孔,接出一个压力表,启动发动机,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,则表明催化剂载体没有被阻塞。

如果排气背压超过发动机所规定的限值,则需将催化转化器后端的排气系统拆掉,重复以上的试验,如果催化转化器阻塞,排气背压仍将超过发动机所规定的限值。如果排气背压下降,则说明消声器或催化转化器下游的排气系统出现问题,破碎的催化剂载体滞留在下游的排气系统中,所以首先进行外观检查确认催化剂载体完整是非常必要的。对有问题的排气管、消声器和催化转化器也可通过测量其前后的压力损失来判断。

3.真空试验

将真空表接到进气歧管,启动发动机,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,且此后真空度读数明显下降,则说明催化转化器有阻塞。

因为催化转化器的阻塞在真空试验中是一个渐变的过程,而此试验是一个稳态的过程(2500r/min),真空度读数不会产生明显的下降。如果是在试验室进行一个催化转化器阻塞前后的对比检查,催化转化器阻塞后,进气歧管真空度会发生明显下降,如果进气歧管真空度下降,并不能完全说明是由催化转化器阻塞造成的。发动机供油量减少时,进气歧管的真空度也会下降。因此与真空试验相比,排气背压试验更能真实反映催化转化器的情况。

以上方法只能检查催化转化器机械故障,催化转化器的性能好坏,也就是其转化效率的高低,则需要通过下列的检查来判断。

4.加热法

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。

5.其它方法

通过对比整车排放情况来判断催转化器效率的方法是不科学的。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。如用冷热怠速时的排气浓度变化来检查催化转化器转化效率就是不太准确的方法。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。因此,此项检查不能保证仅仅针对催化转化器的转化效率,可比性较差