三元催化器损坏的主要影响因素和失效模式.pdf

2014(3)
e汽车工程师
APPLICATION技术应用
玩催化花器损的主要知同
因素和失效模式
陆琼路长国
南通只大学机械工程学院が
摘要:三元催化器是安装在汽车排气系统中的重要机外净化装置。为了提高催化净化效率,降低维修和更换成本,文章介
绍了三元催化器的结构和工作原理归納、分析了三元催化器损坏的主要因素和失效模式,详细阐述了导致总成机械故
障的原因。最后提出了提高三元催化器使用寿命的措施及方法。
关键词:三元催化器;影响因素;失效模式;措施及方法
On Main Factors and Failure Mode for Three-way Catalytic Converter Damage*
Abstract: Three-way catalytic converter is an important purifying outboard device located in exhaust system. Aimed at increasing
catalytic control efficiency and reducing the cost of maintenance and replacement, this paper introduces the structure and
operation of three-way catalytic converter, summarizes and analyzes the main factors and failure mode for three-way catalytic
converter damage. The paper also illustrates the causes for creating mechanical failure of three-way catalytic converter. Finally, the
countermeasures and method for improving life time of three-way catalytie converter is put forward
Key words: Three-way catalytic converter; Factor; Failure mode; Countermeasures and methods
随着汽车工业的高速发展,汽车对环境的污染日是使废气中的有害气体发生化学反应,转化成无害气
益严重。汽车排放的污染物主要有HC,CO,NO,和PM体。其氧化和还原反应方程式如下
等。三元催化器是汽车排气系统中最重要的机外净化
氧化反应:2C0+02=2CO2;
装置,它可将汽车尾气排出的CO,HC,NO.等有害气体
4HC.+502=2H2O+4CO。
通过氧化和还原作用转变为无害的CO2,H1O,N2。文章
还原反应:2NO+2C0=N2+2CO2;
通过对影响三元催化器的主要因素和失效模式进行分
10NO+4HC=5N2+2H2O+4CO2。
析,以提高三元催化器的使用寿命。
1三元催化器的结构及工作原理
目前所生产的三元催化转化器产品的大多数为整
体式蜂窝状陶瓷载体型的催化转化器。通常由金属壳
保护垫层
体、垫层、多孔陶瓷载体及贵金属涂层等组成,其典型
外壳
端盖
结构,如图1所示
金属売体是保护易碎的、涂有贵金属催化剂的陶
瓷载体不受外界冲击,同时可调节气流使其均匀分布。
垫层要求具有良好的密封性、缓冲性、耐高温、耐腐蚀
端盖
和隔热性。载体起承载、分散活性组分和助剂的作用,
隔热外壳
并使催化剂具有一定的物理性能。催化剂的主要作用
图1典型催化器结构示意图
基金项目:江苏省大学生创新实践指导项目(201311052003Y)
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学他 WWW, xlletltll co
第3期
先车工程师 APPLICATIC技术应用
2主要影响因素和失效模式
2)催化剂温度过低。当催化剂工作温度达不到起
三元催化器在工作中,其损坏形式通常表现为催燃温度(300℃以上)时,将不能进行有效的废气转换。
化剂失去活性,外壳损坏等。车用燃油以及发动机润滑
3)催化转化器陶瓷载体熔化。三元催化转化器
油品质的好坏是引起这些损坏的主要原因叫。
的陶瓷载体本身熔化表明其连续工作温度过高(超
2.1主要影响因素
过1400℃)所致陶瓷载体熔化后使汽车的排气系统
2.1.1车用燃油品质
严重阻塞(严重者可能导致100%完全堵塞),并使汽车
由于车用燃料中所含的重金属添加剂其自身无法的排气系统产生很高的排气背压。汽车行驶过程中,路
燃烧转化为气态,使催化转化器载体表面出现沉积而面的颠鍍引起的振动经过车身传递给三元催化转化
导致重金属(铅)中毒,使催化剂永久性地损坏和失效。器,高频的振动会导致已经烧损的陶瓷元件碎裂。由于
2.1.2发动机润滑油
颠簸,散碎的陶瓷载体残渣在三元催化转化器内产生
法规对发动机曲轴箱强制通风有要求,发动机运严重的振动噪声。
行时含有润滑油雾成分的混合气体进入发动机进气系
4)催化床的纵向裂纹。如果催化转化器的床身温
统并参与燃烧,导致机油添加剂中的部分物质由于不度达到1000℃或更高时,催化转化器的陶瓷载体可能
能完全转化成无害气体而沉积在催化剂载体表面,最会产生纵向开裂。在催化转化器实际使用环境中,这种
终导致催化剂永久性失效。
失效通常是由于冷却过程的冷、热温度急剧变化(热冲
2.2失效模式
击)造成的。纵向裂纹将使陶瓷载体催化床在催化转化
2.2.1发动机管理系统的控制异常
器壳体内部逐渐松动,进而导致汽车的驾驶性能不断
1)点火控制故障。发动机点火控制可能出现的异恶化,并且在汽车正常行驶过程中产生“喀喀”的异常
常是由于点火系统元件,其电路连接不佳造成低压初工作噪声。
级或是高压端子接触不良以及高压点火电缆受到外力
5)树垫烧蚀与破损。在过高的发动机排气温度条
而损伤、损坏或失效。具体表现为某气缸不点火、失火,件下,催化转化器内部陶瓷载体的隔热、减振支撑衬垫
直接导致未完全燃烧的混合气在催化转化器内二次燃有可能被高温气流不断烧蚀,导致衬垫的局部破损或
烧。由于燃烧产生高温而失效。
边缘部分受到侵蚀。当侵蚀已经贯穿了整个衬垫时,就
2)燃油控制系统故障。燃油控制系统故障是由于在壳体和陶瓷载体之间形成了一条绕过催化反应床的
燃油喷射器泄漏、滴油及性能严重恶化使系统控制精短路通道,导致部分废气没有经过转化即排出,致使排
度偏差过大,导致发动机工作时的空燃比过低,进而在放性能恶化。当衬垫完全破损失效之后,陶瓷载体会产
发动机高速及高负荷工况下,催化剂由于发动机所排生松动,当汽车行驶或者静止时,发动机加速,催化转
出的废气温度过高而烧毁。造成催化剂由于燃烧产生化器内发出“喀喀”的异常运动噪声。此时,其转化效率
的高温而失效。过高的温度还可导致陶瓷载体催化床必然有明显地降低,汽车的排放结果将恶化。如果继续
和衬垫的高温损伤。
使用,还将导致发动机排气背压升高,汽车的动力性受
3)发动机管理系统的控制标定数据不准确。由于到影响。
未能及时对发动机管理系统配套的汽车进行标定控制
6)载体沉积物表面堆积。催化转化器长期在低温
数据优化,或者该车状态根本