李瑞峰/本溪鋼鐵（集團(tuán)）建設(shè)有限責(zé)任公司

對環(huán)保發(fā)動機(jī)三元催化系統(tǒng)的研究

李瑞峰/本溪鋼鐵（集團(tuán)）建設(shè)有限責(zé)任公司

機(jī)動車尾氣排放污染造成環(huán)保問題顯現(xiàn)。本文對環(huán)保發(fā)動機(jī)三元催化系統(tǒng)進(jìn)行了研究和論述。

環(huán)保發(fā)動機(jī)；三元催化系統(tǒng)；汽車

一、引言

目前環(huán)保部門和汽車企業(yè)正在加速推進(jìn)歐Ⅲ、歐Ⅳ的達(dá)標(biāo)工作，為保護(hù)環(huán)境、減少污染，控制汽車尾氣污染的排放已是社會各界的一項刻不容緩的責(zé)任。國家“十二五”期間刺激經(jīng)濟(jì)增長的關(guān)鍵領(lǐng)域有新能源、低碳、節(jié)能環(huán)保?，F(xiàn)在《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012-2020年）》也已出臺。《規(guī)劃》中有了明確定義-“要以純電驅(qū)動為汽車工業(yè)轉(zhuǎn)型的主要戰(zhàn)略取向，當(dāng)前重點是推進(jìn)純電動汽車和插電式混合動力汽車產(chǎn)業(yè)化，推廣普及非插電式混合動力汽車、節(jié)能內(nèi)燃機(jī)汽車”。據(jù)測定，汽車每消耗1萬升石油燃料，將排放22.3噸二氧化碳。因此，降低汽車二氧化碳的排放，首要的是減少汽車的排放。發(fā)動機(jī)是汽車的主要污染源。在汽車維修與保養(yǎng)的范疇中，發(fā)動機(jī)的保養(yǎng)尤為重要。

二、傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)與環(huán)保發(fā)動機(jī)技術(shù)比較

筆者認(rèn)為：一是化油器發(fā)動機(jī)和開環(huán)電噴發(fā)動機(jī)定期保養(yǎng)方法，即傳統(tǒng)的5000公里更換機(jī)油三濾定期保養(yǎng)方法和2萬公里清洗進(jìn)氣道、噴油嘴定期保養(yǎng)方法。由于傳統(tǒng)的5000公里更換機(jī)油三濾定期保養(yǎng)方法只限于對發(fā)動機(jī)潤滑系統(tǒng)保養(yǎng)；2萬公里清洗進(jìn)氣道、噴油嘴定期保養(yǎng)方法只限于發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)保養(yǎng)，均無法滿足環(huán)保發(fā)動機(jī)潤滑系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)全方位保養(yǎng)要求，特別是環(huán)保發(fā)動機(jī)排放控制系統(tǒng)保養(yǎng)要求，無法解決因發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、三元催化器堵塞、EGR閥沉積物卡滯等問題造成的油耗增加、動力下降、尾氣超標(biāo)，因此必然無法保證在中國現(xiàn)行燃油、潤滑和路況條件下環(huán)保發(fā)動機(jī)正常工作。二是現(xiàn)在汽車使用的都是閉環(huán)電噴發(fā)動機(jī)，最大特點是利用了以氧傳感器為中心的空燃比反饋控制三元催化凈化系統(tǒng)，該系統(tǒng)能否正常工作決定了發(fā)動機(jī)的排放工作狀態(tài)。進(jìn)行定期保養(yǎng)時，首先檢查發(fā)動機(jī)綜合工作狀況，然后更換機(jī)油三濾保養(yǎng)和三元清洗養(yǎng)護(hù)。新技術(shù)能同時對發(fā)動機(jī)潤滑系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)進(jìn)行全方位養(yǎng)護(hù)，可以保證環(huán)保發(fā)動機(jī)正常工作。其特點是：將汽車廢氣控制系統(tǒng)檢查維護(hù)項目和傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)定期保養(yǎng)方法有機(jī)結(jié)合起來，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)定期保養(yǎng)方法不能滿足環(huán)保發(fā)動機(jī)保養(yǎng)要求的缺陷，將被動的解決環(huán)保發(fā)動機(jī)出現(xiàn)排放控制系統(tǒng)工作不正常問題變?yōu)橹鲃拥念A(yù)防環(huán)保發(fā)動機(jī)出現(xiàn)排放控制系統(tǒng)工作不正常問題。

三、環(huán)保發(fā)動機(jī)三元催化系統(tǒng)技術(shù)研究

筆者在長期從路橋建設(shè)工程中，由于各型號汽車是路橋工程主要施工設(shè)備，經(jīng)地長期研究認(rèn)為：1.三元催化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)。三元催化反應(yīng)器外面用雙層不銹薄鋼板制成筒形，在雙層薄板夾層中裝有絕熱材料--石棉纖維氈，內(nèi)部在網(wǎng)狀隔板中間裝有凈化劑。凈化劑由載體和催化劑組成，載體一般由三氧化二鋁制成，其形狀有球形、多棱體形和網(wǎng)狀隔板等。凈化劑實際上是起催化作用的，也稱為催化劑，通常使用鉑、銠、鈀等金屬制成，將其中一種噴涂在載體上，就構(gòu)成了凈化劑。2.三元催化器的工作原理。三元催化凈化器，起包容催化劑、屏蔽噪音，導(dǎo)向氣流的作用。當(dāng)高溫的汽車尾氣通過凈化裝置時，裝置中的貴金屬催化劑使有害的一氧化碳（CO），碳?xì)浠衔铮℉C）產(chǎn)生氧化反應(yīng)，氮氧化合物（NOx）產(chǎn)生還原反應(yīng)，將其轉(zhuǎn)化成對大氣無害的二氧化碳、氮氣和水等，從而使汽車尾氣得以凈化。3.三元催化器失效原因。一是溫度過高。常溫下三元催化轉(zhuǎn)化器不具備催化能力，其催化劑必須加熱到一定溫度才具有氧化或還原的能力，通常催化轉(zhuǎn)化器的起燃溫度在250-350℃，正常工作溫度一般在350-700℃。催化轉(zhuǎn)化器工作時，當(dāng)溫度超過850-1000℃，其內(nèi)涂層的催化劑很可能會脫落，載體碎裂。所以必須注意控制造成排氣溫度升高的各種因素，如點火時間過遲或點火次序錯亂、斷火等，這都會使未燃燒的混合氣進(jìn)入催化反應(yīng)器，造成排氣溫度過高，影響催化轉(zhuǎn)化器的效能。二是慢性中毒。催化劑對硫、鉛、磷、鋅等元素非常敏感，硫和鉛來于汽油，磷和鋅來于潤滑油，這四種物質(zhì)及它們在發(fā)動機(jī)中燃燒后形成的氧化物顆粒易被吸附在催化劑表面，使催化劑無法與廢氣接觸，從而失去催化作用，即所謂的“中毒”現(xiàn)象。三是表面積碳。當(dāng)汽車長期工作于低溫狀態(tài)時，三元催化器無法啟動，發(fā)動機(jī)排出的炭煙會附著在催化劑的表面，造成無法與CO和HC接觸，長期下來，使載體的孔隙堵塞，影響其轉(zhuǎn)化。四是排氣惡化。催化轉(zhuǎn)化器對污染物的轉(zhuǎn)化能力有一定的限度，因此必須通過機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)將原始排氣降到最低。如果排放的廢氣污染物各成分的濃度、總量過大，比如混合氣偏濃等，就會影響催化器的催化轉(zhuǎn)化能力，降低其轉(zhuǎn)化效率。此外，由于廢氣中有大量的HC和CO進(jìn)入催化反應(yīng)器后，會在其中產(chǎn)生過度的氧化反應(yīng)，從而產(chǎn)生大量熱量將使催化反應(yīng)器溫度過高而損壞。五是與發(fā)動機(jī)不匹配。即使是同樣的發(fā)動機(jī)，同樣的三元催化轉(zhuǎn)化器，車型不同，發(fā)動機(jī)常用的工作區(qū)間就不同，排氣狀況就發(fā)生變化，安裝三元催化器的位置就不同，這都會影響三元催化轉(zhuǎn)化器的催化轉(zhuǎn)化效果。因此，不同的車輛，應(yīng)使用不同的三元催化轉(zhuǎn)化器。六是氧傳感器失效。為使廢氣催化率達(dá)到最佳（90%以上），必須在發(fā)動機(jī)排氣管中安裝氧傳感器并實現(xiàn)閉環(huán)控制，其工作原理是氧傳感器將測得廢氣中氧的濃度，轉(zhuǎn)換成電信號后發(fā)送給ECU，使發(fā)動機(jī)的空燃比控制在一個狹小的、接近理想的區(qū)域內(nèi)（14.7:1），若空燃比大時，雖然CO和HC的轉(zhuǎn)化率略有提高，但NOx的轉(zhuǎn)化率急劇下降，因此必須保證最佳的空燃比。實現(xiàn)最佳的空燃比，關(guān)鍵是要保證氧傳感器工作正常。如果燃油中含鉛、硅就會造成氧傳感器中毒。此外使用不當(dāng)，還會造成氧傳感器積碳、陶瓷碎裂、加熱器電阻絲燒斷、內(nèi)部線路斷脫等故障。氧傳感器的失效會導(dǎo)致空燃比失準(zhǔn)，排氣狀況惡化，催化轉(zhuǎn)化器效率降低，長時間會降低催化轉(zhuǎn)化器的使用壽命。

四、三元催化系統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)方法

一是裝有三元催化器的汽車不能使用含鉛汽油，因為含鉛油燃燒后，鉛顆粒隨廢氣排經(jīng)三元催化器時，會覆蓋在催化劑表面，使催化劑作用面積減少，從而大大降低催化器的轉(zhuǎn)換效率，導(dǎo)致三元催化器鉛中毒。二是避免未燃燒的混合氣進(jìn)入催化器。三元催化器開始起作用的溫度是250℃左右，超過1000℃后作為催化劑的貴金屬成分自身也將會產(chǎn)生化學(xué)變化，從而使催化器內(nèi)的有效催化劑成分降低，使催化作用減弱。行駛在不平整的道路時應(yīng)特別注意不要“托底”，因為三元催化器大多數(shù)內(nèi)部都是蜂窩陶器形成的催化劑承載體，碰撞后容易破碎，使催化器失效和排氣管堵塞。三是出現(xiàn)不正常的工作狀況，如回火或重復(fù)性失速時，應(yīng)及時停車檢查，因為這些狀況可導(dǎo)致催化轉(zhuǎn)化器永久性損壞。四是行駛著的車輛切忌切斷點火開關(guān)。五是在車輛保養(yǎng)時做好對三元催化器的檢查。檢查內(nèi)容有：排氣管有無異響，這種異響通常由排氣管接頭松動、三元催化器損壞、催化劑更換塞松動等原因造成；排氣管有無開裂或外殼壓扁之類的外觀損壞；排氣尾管有無催化劑顆粒排出。如果三元催化器外殼損壞或排氣尾管排出顆粒，均需更換。