三元催化轉(zhuǎn)化器對汽車尾氣超標(biāo)的影響研究

黃忠

摘 要：三元催化轉(zhuǎn)化器是有效處理汽車尾氣的主要設(shè)備，由于其自身設(shè)計(jì)的限制，對汽車尾氣超標(biāo)處理中仍然存在技術(shù)上的問題。立足于三元催化轉(zhuǎn)化器對汽車尾氣超標(biāo)的相關(guān)影響進(jìn)行分析，從技術(shù)角度和設(shè)備角度共同推進(jìn)轉(zhuǎn)化效果，使其在具體應(yīng)用過程中不斷提升三元催化轉(zhuǎn)化器的效用。

關(guān)鍵詞：三元催化轉(zhuǎn)化器 汽車尾氣 影響

汽車是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的重要成果，代表著科技發(fā)展的整體水平。汽車給人們的交通帶來了便利，但是給環(huán)境帶來了一定的污染。汽車尾氣排放產(chǎn)生的污染在大氣層中停留的時(shí)間長，對環(huán)境污染嚴(yán)重，不利于人們的生產(chǎn)生活，因此生態(tài)環(huán)境不斷惡化，影響著人們的生存和發(fā)展。在汽車尾氣排放上嚴(yán)格控制排放標(biāo)準(zhǔn)和有效提高科學(xué)技術(shù)是汽車工業(yè)發(fā)展的方向，也是環(huán)境保護(hù)與工業(yè)發(fā)展相融合的重點(diǎn)問題。

1 汽車尾氣排放超標(biāo)的影響

30%的大氣污染來自于汽車排氣，這些污染對人體的間接危害和直接危害都比較大，給人類和生物造成的一定的環(huán)境破壞。汽車尾氣排放的污染物包括一氧化碳、碳?xì)浠衔?、氮氧化合物、二氧化硫和懸浮顆粒物。產(chǎn)生一氧化碳的原因是內(nèi)燃機(jī)不完全燃燒而產(chǎn)生的，一氧化碳與人體血紅蛋白結(jié)合會造成嚴(yán)重的后果，在一氧化碳進(jìn)入人體以后，人會出現(xiàn)頭痛眩暈，嚴(yán)重的會導(dǎo)致死亡。在發(fā)動機(jī)中碳?xì)浠衔餂]有充分燃燒，供油系統(tǒng)的燃料沒有進(jìn)行單獨(dú)的處理，碳?xì)浠衔镌诤枯^高的情況下對人體產(chǎn)生影響。氮氧化合物有明顯的刺激氣味，毒性雖然不大，但是被氧化以后毒性就變得較大，氮氧化合物與人體的細(xì)胞結(jié)合以后產(chǎn)生刺激作用，氮氧化合物發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的物質(zhì)，對人身體有明顯的刺激作用，這些物質(zhì)停留在體內(nèi)，對人體的傷害是極大的，產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)有害物質(zhì)。會產(chǎn)生長久的不良作用，不利于人們的健康。例如光化學(xué)煙霧煙霧對人體有明顯的刺激作用，眼結(jié)膜引發(fā)流淚，對鼻咽喉等器官危害也比較大。二氧化硫和懸浮顆粒物會增加呼吸道疾病的發(fā)病率，損害肺功能。二氧化硫過高會隨雨水變成“酸雨”。所以說汽車尾氣就好比一顆毒瘤。

2 三元催化轉(zhuǎn)化器的原理

三元催化轉(zhuǎn)化器中的“三元”主要是指汽車尾氣中的CO、HC和NOx等。對這些物質(zhì)進(jìn)行有效處理是三元催化轉(zhuǎn)化器的主要作用，三元催化轉(zhuǎn)化器利用廢棄的自身特點(diǎn)，采用一定的設(shè)備進(jìn)行處理，將有害物體排除。在有害氣體中，HC和CO的還原性較強(qiáng)，而NOx的氧化性較強(qiáng)，在催化劑的作用下三者發(fā)生氧化還原反應(yīng)：即HC和CO氧化為HO2和CO2，NOx還原為N2和O2。例如氧化反應(yīng)主要是指含有NO和HC的廢氣在轉(zhuǎn)化器時(shí)觸發(fā)氧化過程轉(zhuǎn)化中的氧結(jié)合成水蒸氣和二氧化碳，對氧化過程排放沒有影響。再如還原反應(yīng)是為了減少NOx的含量，在進(jìn)行還原反應(yīng)時(shí)，去掉物質(zhì)中的氧原子，三元轉(zhuǎn)化器將NO2進(jìn)行分解，氮和氧溫度超過250℃時(shí)，便實(shí)現(xiàn)了有效的轉(zhuǎn)化?？梢娙呋D(zhuǎn)化器是利用排放物質(zhì)與催化轉(zhuǎn)化之間的技術(shù)融合將有害物質(zhì)分解成符合標(biāo)準(zhǔn)的氣體[2]。見公式（1）-（5）。

3 三元催化轉(zhuǎn)化器在汽車尾氣治理中的應(yīng)用方式

三元催化轉(zhuǎn)化器能夠有效治理汽車尾氣，有利于現(xiàn)代汽車排氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)新的技術(shù)提升，三元催化轉(zhuǎn)化器是重要的外接凈化裝置，三元催化轉(zhuǎn)化器的組成由催化劑載體、催化劑和外殼組成，見圖1。

三元催化轉(zhuǎn)化器主要利用催化劑載體進(jìn)行工作，基本機(jī)構(gòu)為蜂窩狀陶瓷結(jié)構(gòu)，催化劑是浸漬鉑和鈀的混合物，鉑和鈀是氧化劑，當(dāng)HC和CO與布滿鉑和鈀的熱表面接觸時(shí)，HC和CO就會分別與氧氣化合成H2O和CO2。三元催化轉(zhuǎn)化器的效果主要是采用氧氣傳感器來檢測濃度，為裝置提供信號，在很多汽車上采用的是雙氧傳感器，通過雙氧傳感器來檢測三元催化劑轉(zhuǎn)化器的實(shí)施效率，在檢測過程中實(shí)施的是閉環(huán)管理，將內(nèi)儲藏氧量進(jìn)行監(jiān)控，輸出的電壓波形如果是平直的，就可以明確傳感器是處于正常工作狀態(tài)。而用波線來表示就會明確傳感器是否與電壓器相同的電壓信號波形。正常與失效的三元轉(zhuǎn)化器見圖2和圖3。

4 三元催化轉(zhuǎn)化器對汽車尾氣超標(biāo)的影響

4.1 三元催化轉(zhuǎn)化器失效造成汽車尾氣超標(biāo)

催化劑加熱有氧化和還原能力需要加到一定溫度。三元催化轉(zhuǎn)化器在溫度過高時(shí)不產(chǎn)生催化能力，只有符合一定溫度才能夠起到催化作用，在催化工作時(shí)產(chǎn)生一定的熱量。三元催化轉(zhuǎn)化器起燃溫度在250-350℃之間，正常溫度在400-800℃之間，溫度超過1000℃時(shí)，內(nèi)涂層催化劑會燒結(jié)壞死，車輛就會產(chǎn)生自燃事故，在轉(zhuǎn)化器工作控制過程中要確保廢氣排出。溫度升高有多種因素，例如點(diǎn)火時(shí)間過遲，點(diǎn)火錯亂，這些故障容易使未燃燒的混合氣進(jìn)入催化器與催化劑反應(yīng)，工作時(shí)溫度過高，催化轉(zhuǎn)化器的效能受到直接影響。

三元催化轉(zhuǎn)化器比較敏感，汽油中的物質(zhì)容易對硫、磷、鉛、鋅產(chǎn)生反應(yīng)，硫、磷、鉛、鋅主要來自于潤滑油，在發(fā)動機(jī)燃燒后形成氧化顆粒，吸附在催化劑表面，催化劑就會失去作用。催化劑容易產(chǎn)生中毒現(xiàn)象，如果汽車在長期低溫狀態(tài)下，三元催化器無法啟動，發(fā)動機(jī)內(nèi)的碳會附著在表面。例如機(jī)油竄入汽缸以后，鉛和鋅會附在催化劑表面，造成孔隙堵塞影響轉(zhuǎn)化的效率。催化器堵塞一般可以分為三個階段，輕度階段是化合物在催化劑表面，凈化功能降低，尾氣排放超標(biāo)。第二個階段是中度堵塞階段，催化劑表面積累到一定程度以后，油耗下降。第三個階段為嚴(yán)重堵塞階段，催化劑溫度升高，前端形成高溫?zé)Y(jié)堵塞高溫，燒結(jié)堵塞造成了金屬燒結(jié)堵塞和低碳燒結(jié)堵塞燃油中是否使用含鉛含錳抗爆劑決定動力能否嚴(yán)重下降[4]。

催化劑轉(zhuǎn)化對污染物的轉(zhuǎn)換能力有一定限度，必須要通過內(nèi)凈化技術(shù)排除污染氣體，如果排出的廢氣濃度總量過大，混合氣偏濃，點(diǎn)燃劑量缺乏都會影響催化劑的催化轉(zhuǎn)化效果。催化劑轉(zhuǎn)換能力有限，如果是混合濃度偏濃，點(diǎn)火量過小，催化劑的轉(zhuǎn)化能力降低。大量的不良物質(zhì)進(jìn)入到催化劑以后，產(chǎn)生了氧化反應(yīng)，影響了催化效果，溫度過高是失效的主要原因，廢氣轉(zhuǎn)化率達(dá)不到最佳效果，在發(fā)動機(jī)內(nèi)需要安裝傳感器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制才能夠符合要求。氧化傳感器測的是廢氣中氧的濃度，發(fā)動機(jī)的空燃比控制在一個狹小的范圍之內(nèi)，如果空燃比比較大，轉(zhuǎn)化率就會提高，但是此時(shí)需要保證最佳的空燃比，以保證傳感器能夠符合標(biāo)準(zhǔn)化要求。如果燃?xì)庵泻U硅會造成傳感器中毒，引發(fā)陶瓷心碎裂，加熱器阻斷內(nèi)部線路脫斷，這種情況造成了催化劑效率低，不利于催化劑的長期使用。大量的HC和CO進(jìn)入催化劑產(chǎn)生過度的氧化反應(yīng)，影響催化效果。如果空燃比大時(shí)，CO和HC的轉(zhuǎn)化率略有提高，但是NOx的轉(zhuǎn)化率下降。

4.2 三元催化轉(zhuǎn)化器的修復(fù)

4.2.1 三元催化轉(zhuǎn)化器的檢查

三元催化轉(zhuǎn)化器在修復(fù)過程中有利于降低汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)，三元催化轉(zhuǎn)化器的陶瓷心沒有燒結(jié)，可以采用清洗的辦法解決，一般是采用錘擊法，可以運(yùn)用橡膠皮錘敲三元轉(zhuǎn)化器，證明內(nèi)部蜂窩陶瓷破碎，這就要更換轉(zhuǎn)化器。采用紅外溫度測量法，通過溫度對比來實(shí)施監(jiān)控，如果溫度過低，三元轉(zhuǎn)化器沒有發(fā)生氧化反應(yīng)，要檢查空氣噴射泵是否有故障，利用雙氧轉(zhuǎn)傳感器發(fā)動機(jī)燃油反饋控制系統(tǒng)來進(jìn)行控制，觀察前后反應(yīng)，一旦出現(xiàn)問題就可以檢測出轉(zhuǎn)化劑的性能是否符合要求，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候改進(jìn)三元轉(zhuǎn)化器的監(jiān)視系統(tǒng)。在三元轉(zhuǎn)化器的具體應(yīng)用過程中，實(shí)時(shí)動態(tài)監(jiān)控以確定三元轉(zhuǎn)化器是否能夠正常工作，也可以采用簡易法看看發(fā)動機(jī)是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，把手伸到排氣管處，是否能夠感覺到氣流避免監(jiān)控不到位造成過濾器堵塞。例如在原地踩油門，看空濾處是否冒煙，如果是，說明堵塞。汽車達(dá)不到最高車速，加速不良，自然轉(zhuǎn)化器有堵塞的可能。

4.2.2 三元催化轉(zhuǎn)化器的修復(fù)

三元轉(zhuǎn)化器清洗是通過發(fā)動機(jī)內(nèi)部注入添加劑或者清洗劑，清洗劑通過進(jìn)氣真空管，進(jìn)入燃燒室后達(dá)到三元轉(zhuǎn)化器，在轉(zhuǎn)化時(shí)周圍建立高溫氧化環(huán)境，通過氧化將附著在三元催化劑表面的硫磷化學(xué)物變成SO2和CO2，從而達(dá)到清洗的作用。另一類是直接清洗，將轉(zhuǎn)化器從汽車上拆下，在前后氧化器將清洗劑直接倒入三元轉(zhuǎn)化器中，浸泡一段時(shí)間進(jìn)行清洗。這兩種修復(fù)方法在市面上都可以應(yīng)用，一定要選擇適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品，不然容易造成陶瓷芯破損。在現(xiàn)代汽車應(yīng)用中，進(jìn)行技術(shù)上的提升至關(guān)重要。三元催化轉(zhuǎn)化器在應(yīng)用中要注重解決溫度因素的制約，要解決發(fā)動機(jī)運(yùn)行工況的制約，以更好的與發(fā)動機(jī)匹配來完成對汽車尾氣超標(biāo)問題的處理[5]。

5 結(jié)論

總之，科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，從技術(shù)角度推動工業(yè)向前發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。世界各國對汽車排放都在進(jìn)行根本性的改革，各種發(fā)動機(jī)凈化技術(shù)紛紛誕生，三元催化轉(zhuǎn)化器對汽車排放控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了新的突破，促進(jìn)了汽車排放中CO、HC和NO2同時(shí)降低90%以上。三元催化轉(zhuǎn)化器技術(shù)在汽車上的廣泛應(yīng)用滿足了排放法規(guī)的要求，但是，由于三元轉(zhuǎn)化器本身受工作環(huán)境的限制，在使用過程中會發(fā)生不同的故障，這些故障容易造成發(fā)動機(jī)動力下降，熄火啟動困難，尾氣超標(biāo)，因此，在進(jìn)行技術(shù)改革的過程中，應(yīng)該強(qiáng)化三元轉(zhuǎn)化器對尾氣治理的技術(shù)，有效解決汽車尾氣排放超標(biāo)的問題。

參考文獻(xiàn)：

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