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各种现代交通工具不仅需要汽油、柴油、天然气等作为燃料,还需要各种添加剂及润滑
剂,这些无一不是石油化工类产品,所以化学反应与汽车养护密不可分。如何利用化学反
应原理对车辆进行正常有效地保养和维护,提高车辆行驶的舒适性、安全性和经济性,延
长车辆使用寿命,同时降低排放是目前非常现实的问题。笔者归纳总结了一些化学反应与
汽车养护关系的实例,以供同行参考。
化学反应与汽车养护关系探析
◆文/贵州李民和
化学反应在汽车上的应用及保养注意事项
(1)三元催化转化器的工作原理
1.化学燃烧
三元催化转化器是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装
(1)燃烧原
置,发动机通过排气管排气时,CO、NOx和HC化合物三种有害气体
汽车行驶需要的动力来源于各种形式能量的转化,目前汽车普通过三元催化转化器中的催化剂増强了活性,进行氧化还原反应。具
遍采用的还是内燃机发动机,主要燃料有传统的汽油、柴油,也有中CO在高温下氧化成无色、无毒的CO2;HC化合物在高温下氧化成
“绿色”燃料,如天然气、沼气或酒精。内燃机发动机就是依靠这HO和CO2;NOx还原成N和O2,即把发动机尾气中的三种有害气体
些可燃物的化学能经过燃烧后产生热能,再将热能转化为动能。
转化成无害的COっ、H2O和N2,使整车排气得以净化。
然烧是一种发光发热的剧烈化学反应,通常讲的燃烧一般必须
在三元催化转化器中的催化剂大都含有铂、锗等贵金属或稀土
三个条件并存才能发生,即可燃物如燃料,助燃物如氧气,着火点元素,在正常情況下,使用寿命为5万公里以上。由于三元催化转化
即温度要达到燃点,三者缺一不可。
器的工作要求比较严格,如果使用不当,那么则会造成催化转化器
(2)燃烧不充分的后果
早期失效层损坏。
热能转化成动能的高低,很重要的一个因素就是燃烧质量的
三元催化转化器早期失效的原因
好坏。燃烧质量关系到汽车发动机动力性能的强弱以及燃油经济性
1温度过高
的好坏。理论上,汽油机的空燃比为14.7:1,柴油机的空燃比为
常温下三元催化转化器不具备催化功能,其催化剂必须加热到
14.5:1。
一定温度才具有氧化或还原功能。通常三元催化转化器的起燃温度
碳氧烃类化合物的燃料(如汽油、柴油等)完全燃烧的主要产物在250~350℃,正常工作温度一般在350~700℃。当温度超过
是CO2和H2O,不完全燃还会产生CO和HC化合物。燃烧不完全850℃时,其内涂层的催化剂很可能会脱落,载体便会碎裂。
在汽车上还会引起“后燃”(俗称“放炮”),使排气管升温而加速
2慢性中毒
三元催化转化器的损坏。
催化剂对硫、铅、磷、锌等元素非常敏感,硫和铅来自汽油,
3)车辆保养与维护注意事项
磷和锌来自润滑油,这四种物质及它们在发动机中燃烧后形成的氧
根据燃烧原理分析,要想汽车动力性强、经济性良好而且降低化物颗粒易被吸附在催化剂表面,使催化剤无法与废气接触,从而
排放、減少污染,那么平常就要做好车辆的保养与维护工作。添加失去了催化作用,即所谓的“中毒”现象
燃料时尽量选择正规加油站,并加注高纯度燃料;根据规定里程适
3表面积炭
时更换燃油滤清器,定期清浣喷油器;清除火花塞积炭,严格按照
当汽车长期在低温状态工作时,三元催化转化器无法正常工作,
维修手册规定的里程更换火花塞;经常清洁空气滤清器,确保进气发动机排出的炭烟会附着在催化剂的表面,造成催化剂无法与CO和
清洁,提高空气流速,加大进气量;加强空气流量计和进排气相关HC化合物接触,长期下来,便使载体的孔隙堵塞,影响其转化效能
传感器的检测和维护,确保它们正常工作等。
4排气恶化
2.三元催化转化器
三元催化转化器对污染物的转化能力有一定的限度,因此必
随着环境保护要求的越来越高,现在大多数汽车都安装了废气须通过机内净化技术将原始排气量降到最低。如果排放的废气污
催化转化器以及氧传感器装置。
染物各成分的浓度总量过大,如混合汽偏浓等,就会影响三元催
2013/06?疙车组与影83
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化器的催化转化功能,降低其转化效率。此外,由于废气中有大4.汽车蓄电池
量的HC化合物和CO进入催化反应器,因此会在其中产生过度的(1)蓄电池工作原理
氧化反应,氧化反应产生大量的热量,温度过高将使三元催化转
汽车有两个电源,一个是蓄电池,另一个是发电机。蓄电池是化
化器损坏。
学能转化为电能的装置,它的主要用途是发动机启动时向启动系统、
5氧传感器失效
点火系统、电子燃油喷射系统和汽车的其他电器设备供电。目前汽车
为使废气催化率达到最佳状态,必须在发动机排气管中安装氧通用的铅酸蓄电池是用填满海绵状铅的铅极板作负极,填满二氧化
传感器并实现闭环控制,其工作原理是氧传感器将测得废气中氧的铅的铅极板作正极,并用稀硫酸作电解质。在充电时,电能转化为化
浓度,转换成电信号后发送给ECU,使发动机的空燃比控制在一个学能,放电时化学能又转化为电能。电池在放电时金属铅是负极,发
狭小而接近理想区域(14.7:1)的范国内。空燃比大时,虽然CO和生氧化反应,被氧化为硫酸铅;二氧化铅是正极,发生还原反应,被
HC化合物的转化率略有提高,但NOx的转化率急剧下降,因此必还原为硫酸铅。电池在用直流电充电时,两极分别生成铅和二氧化
须保证最佳的空燃比。而实现最佳的空燃比,关键是要保证氧传感铅。移去直流电源后,铅又恢复到放电前的状态,组成化学电池,单
器正常工作,如果燃油中含铅、硅就会造成氧传感器“中毒”。此格电池的电压是2V。汽车上用的铅酸蓄电池通常把6个单格电池串
外,使用不当还会造成氧传感器积炭、陶瓷碎裂、加热器电阻丝烧联成12V的电池组。铅酸蓄电池在使用一段时间后要补充蔡馏水,使
断、内部线路断脱等故障。氧传感器的失效会导致空燃比失准,排电解质密度保持在128±0.01gml。其化学反应方程式如下
气状况恶化,催化转化器效率降低,长时间如此会使催化转化器的
负极材料:Pb,正极材料:PbO2,电解质溶液:H2SO4。
使用寿命降低
1放电过程
(3)保养与维护时应注意的问题
负极:Pb-2e+SO2= Pbso
鉴于三元催化转化器早期失效的原因,汽车使用与保养时应
正极:PbO2+2e+SO42+4H=PbSO4+2H2O
注意以下事项:1带三元催化转化器的汽车必须使用无铅汽油。
总反应:Pb+PbO2+2H2SO=2PbSO4+2H2O
2勿长时间(超过10min)怠速运转,怠速时间延长发动机会产生比
2充电过程
正常行驶速度更多的热量。(3勿让发动机转速忽快慢。4点火
负极:PbSO4+2e=Pb+SOa
时间勿太退,并避免点火次序错乱。5当发动机启动困难时,连
正极:PbSO4-2e+2H2O=PbO2+4H'+SO2
续启动时间最多不要超过60s。6检查发动机各缸工作情况时,最
总反应:2PbSO4+2H1O=Pb+PbO2+2H2SOa
好用示波器而不用短路法或从运转着的发动机上卸下火花塞导线
汽车蓄电池工作原理总反应化学方程式:Pb+PbO2+2H2SO4
的方法。Z測量汽缸压力时,要技下燃油泵的中控接