三元催化器

任務(wù)載體：

一、作用

三元催化傳換器 (Three-Way Catalytic converter，簡稱為TWC)。所謂“三元”，是指能同時處理CO、HC和NOx三種有害氣體，而早期的二元式，僅能針對CO和HC做轉(zhuǎn)換。三元催化轉(zhuǎn)換器安裝在排氣管中部，其功能是利用轉(zhuǎn)換器中的三元催化劑，將發(fā)動機(jī)排出廢氣中的有害氣體HC、CO和NOx轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害氣體H2O、CO2和N2。

采用OBD II系統(tǒng)的車輛相對OBDI來說，采用雙氧傳感器以監(jiān)測三元催化傳換器的轉(zhuǎn)換效率及其他與排放相關(guān)元件的工作情況。

奔馳車系三元催化轉(zhuǎn)化器的安裝情況：

二、類型與結(jié)構(gòu)

根據(jù)催化劑載體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，TWC可分為顆粒式和整體式兩種類型。顆粒式載體將催化劑沉積在顆粒狀氧化鋁載體表面，主要用于美國和日本生產(chǎn)的汽車上，正在失去其重要性，歐洲的汽車生產(chǎn)廠商實(shí)際上從未采用這類載體。整體式載體分成陶瓷的和金屬的兩種，將催化劑沉積在蜂巢狀表面，可增大催化劑與廢氣的實(shí)際接觸面積。

以整體式三元催化傳換器為例，其主要由四部分組成：載體、涂在載體上的催化活性層、承納載體的鋼板殼體和鋼板殼體之間的隔離層或緩沖層 。

三、工作原理

（1）TWC的工作原理

TWC先利用內(nèi)含的貴重金屬銠做催化劑，將NOx還原成無害的氮?dú)?N2)和二氧化碳（CO2)。還原過程中所生成的O2，再加上TWC內(nèi)由二次空氣導(dǎo)管所導(dǎo)入的新鮮空氣中的O2（有些車型才有），以鉑（Pt)或鈀(Pd)做催化劑一起和CO、HC進(jìn)行氧化反應(yīng)，使其轉(zhuǎn)變成無害的CO2和H2O這種還原—氧化的過程又稱為二段式轉(zhuǎn)化。

（2）閉環(huán)控制的工作原理

TWC的轉(zhuǎn)換效率與混合氣濃度的關(guān)系：

空燃比由發(fā)動機(jī)計算機(jī)控制，即控制噴油量，噴油量的大小取決于氧傳感器送給計算機(jī)廢氣之中氧含量的多少。發(fā)動機(jī)計算機(jī)根據(jù)氧傳感器的信號調(diào)節(jié)噴油量，這就是所謂的發(fā)動機(jī)閉環(huán)控制。計算機(jī)將發(fā)動機(jī)空燃比盡可能地控制在理想值附近，此時發(fā)動機(jī)燃燒完全，工作效率最高，催化轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換效率也最高，即發(fā)動機(jī)工作時最省油，動力性最佳，污染排放量最少。

（3）閉環(huán)控制的條件

在裝有氧傳感器的電控燃油噴射發(fā)動機(jī)上，電控燃油噴射（EFI）系統(tǒng)并不是在所有工況下都進(jìn)行閉環(huán)控制，在發(fā)動機(jī)起動、怠速、暖機(jī)、加速、全負(fù)荷、減速斷油等工況下，發(fā)動機(jī)不可能以理論空燃比工作，仍采用開環(huán)控制方式。此外，氧傳感器溫度在400℃以下、氧傳感器或其電路發(fā)生故障時，也只能采用開環(huán)控制。電控燃油噴射系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)控制還是進(jìn)行閉環(huán)控制，由ECU根據(jù)相關(guān)輸入信號確定。

四、短期/長期燃油修正

短期/長期燃油修正是通過ECU改變噴油器脈沖寬度以保持發(fā)動機(jī)的空燃比盡量地接近理想空燃比14.7∶1。

短期燃油修正轉(zhuǎn)換示意圖：

長期燃油修正例子：

短期/長期燃油修正的特點(diǎn)：

• 在閉環(huán)工況下起作用。

• ECU通過對噴油量進(jìn)行微調(diào)來控制空燃比。

• 短期燃油修正是ECU依據(jù)氧傳感器的電壓信號進(jìn)行噴油量的修正。
  

• 長期燃油修正是ECU通過對短期燃油修正（長時間修正的趨勢）的計算得來的，其目的是盡可能地讓短期燃油修正的數(shù)值接近０%，如果長期燃油調(diào)整的數(shù)值超過5%，則表示發(fā)動機(jī)系統(tǒng)有故障，應(yīng)該進(jìn)行檢查。

• OBDII系統(tǒng)需經(jīng)過兩個發(fā)動機(jī)驅(qū)動循化才能置出有關(guān)燃油修正的故障碼。短期燃油修正值是臨時存儲的，在點(diǎn)火開關(guān)后自動消失。長期燃油修正值是被存儲在記憶單元中，并被用于確定基本噴油量，對開環(huán)和閉環(huán)中噴油器的噴射量控制都有影響。

• 燃油修正的方向與故障碼是相反的。如燃油混合氣實(shí)際上太稀，而故障碼P0171意味著ECU正向濃的方向修正燃油混合氣。

三元催化轉(zhuǎn)換器前后氧傳感器的電壓波形對比：

影響TWC的轉(zhuǎn)換效率的原因：

• 發(fā)動性能方面：如高轉(zhuǎn)速時功率損失大、難于起動、加速性能差或燃油經(jīng)濟(jì)性差等。

• 催化轉(zhuǎn)換器過熱：由于混合氣過濃或發(fā)動機(jī)熄火導(dǎo)致未燃的燃油排放太多，造成在催化轉(zhuǎn)換器內(nèi)的燃燒，而導(dǎo)致過熱。
  

• 過多的燃油和機(jī)油消耗。有關(guān)催化轉(zhuǎn)換的故障碼也可能是與使用舊零件或排放系統(tǒng)泄漏等有關(guān)。

案例分析：

案例：一汽佳寶汽車發(fā)動機(jī)大修后，加速不暢

故障現(xiàn)象：2002款佳寶汽車搭載 DA462－1A型發(fā)動機(jī)，該車在行駛中突然無力，最高車速不超過60km／h。該車經(jīng)過大修后，其他故障沒有了，但是加速不暢。

故障診斷與排除：先讀取故障碼，無故障碼。接著檢查油壓，怠速時為260kPa，拔下油壓調(diào)節(jié)器上的真空管，油壓上升至300kPa左右，說明油壓正常。更換了所有的火花塞，故障依舊。

經(jīng)分析認(rèn)為，進(jìn)氣系統(tǒng)漏氣或者是排氣系統(tǒng)堵塞了，應(yīng)先檢查發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)。在檢查過程中，偶然拔下一個真空管，用手一堵，感覺吸力不大。經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)該車帶有一個三元催化器。拆下三元催化器，試車，故障消失了。

更換一只新的三元催化器后試車，故障排除。

究其原因，是三元催化器損壞造成的，而三元催化器損壞的原因是由于個別缸不工作，致使大量的汽油進(jìn)入三元催化器并在其內(nèi)部燃燒，造成三元催化器因溫度過高而損壞。