催化轉化器

催化轉化器是汽車排氣系統的一部分。催化轉化裝置是利用催化劑的作用，將排氣中的CO、HC、和NOx轉換為對人體無害的氣體的一種排氣淨化裝置，也稱作催化轉化裝置。催化轉化裝置是在催化劑的作用下通過氧化反應、還原反應、水性氣體反應和水蒸氣改質反應，將排氣中的CO、HC、及NOx三種有害氣體轉化成無害氣體二氧化碳、氮氣、氫氣和水。

根據催化轉化裝置的淨化形式，可以分為氧化催化轉化裝置、還原催化轉化裝置以及三元催化轉化裝置。

基本介紹

• 中文名：催化轉化器
• 外文名：CatalyticConverter

簡要綜述

隨著環境保護要求的日益苛刻，越來越多的汽車安裝了廢氣催化轉化器以及氧感測器裝置。它安裝在發動機排氣管中，通過氧化還原反應，將發動機排放的三種廢氣有害物CO、HC和NOx轉化為無害的水、二氧化碳和氮氣，故又稱之為三元(效)催化轉化器，其催化劑大都含有鉑、鍺等貴金屬或稀土元素，價格昂貴，在正常情況下，使用壽命為八萬公里左右(國產的三元催化轉化器也能達到五萬公里以上)。

早期失效

由於三效催化轉化器的工作要求比較嚴格，如果使用不當，會造成催化器早期失效層至損壞。造成三元催化轉化器早期失效的原因有：

溫度過高

常溫下三元催化轉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，通常催化轉化器的起燃溫度在250—350℃，正常工作溫度一般在350—700℃。催化轉化器工作時會產生大量的自量越高，氧化的溫度也愈高，當溫度超過850—1000℃時，其內塗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入催化反應器，造成排氣溫度過高，影響催化轉化器的效能。

慢性中毒

催化劑對硫、鉛、磷、鋅等元素非常敏感，硫和鉛來自於汽油，磷和鋅來自於潤滑油，這四種物質及它們在發動機中燃燒後形成氧化物顆粒易被吸附在催化劑的表面，使催化劑無法與廢氣接觸，從而失去了催化作用，即所謂的“中毒”現象。

表面積碳

當汽車長期工作於低溫狀態時，三元催化器無法啟動，發動機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，便使載體的孔隙堵塞，影響其轉化效能。

排氣惡化

催化轉化器對污染物的轉化能力有一定的限度，因此必須通過機內淨化技術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化能力，降低其轉化效率。此外，由於廢氣中有大量的HC和CO進入催化反應器後，會在其中產生過度的氧化反應，氧化反應產生大量熱量將使催化反應器溫度過高而損壞。

區間不同

即使是同樣的發動機，同樣的三元催化轉化器，車型不同，發動機常用的工作區間就不同，排氣狀況就發生變化，安裝三元催化器的位置就不同，這都會影響三元催化轉化器的催化轉化效果。因此，不同的車輛，應使用不同的三元催化轉化器。

氧感測器失效

為使廢氣催化率達到最佳(90%以上)，必然在發動機排氣管中安裝氧感測器並實現閉環控制，其工作原理是氧感測器將測得廢氣中氧的濃度，轉換成電信號後傳送給ECU，使發動機的空燃比控制在一個狹小的、接近理想的區域內(14．7：1)，若空燃比大時，雖然CO和HC的轉化率略有提高，但NOx的轉化率急劇下降為20%，

因此必須保證最佳的空燃比，實現最佳的空燃比，關鍵是要保證氧感測器工作正常。如果燃油中含鉛、矽就會造成氧感測器中毒。

使用不當

此外使用不當，還會造成氧感測器積碳、陶瓷碎裂、加熱器電阻絲燒斷、內部線路斷脫等故障。氧感測器的失效會導致空燃比失準，排氣狀況惡化，催化轉化器效率降低，長時間會使催化轉化器的使用壽命降低。

使用時應注意的問題鑒於三效催化轉化器早期失效的原因，使用時應注意如下事項：

1、勿用含鉛汽油。

2、勿長期急速運轉(開環控制狀態)。

3、勿讓發動機轉速忽快忽慢。

4、點火時間勿太遲。

5、長時間啟動不著。

6、不要長時間拔出高壓線試火。

7、測量氣缸壓力時，要拔下燃油泵的中控接頭，從而能停止噴油器向氣缸內噴油。

8、發現有氣缸工作不良時，應及時停車檢查、排除故障。

9、避免混合氣偏濃的諸多因素，如噴油器關閉不嚴，燃油壓力調節器失效(油壓過高)、氧感測器失效、空氣流量感測器失效等。

10、催化轉化器只要正確使用，一般不需要維護，故不要隨便拆卸，如需更換時一定要與發動機匹配。

外淨化置

汽車催化轉化器及其功能

汽車催化轉化器是一種發動機機外淨化置，它能淨化汽車排出的一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)、碳氫化合物(HC)和氮氧化物(NO)。僅能淨化CO和HC的催化轉化器為氧化型催化轉化器；

能淨化CO、HC和NO對環境污染的催化轉化器為三效催化轉化器。

催化轉化器的最外部為不鏽鋼殼體，其內部為催化劑載體。催化劑載體可分為由堇青石製成峰窩狀載體、金屬載體或顆粒型載體(如圖1)。載體外面塗有催化劑。三效催化轉化器所使用的催化劑一般為衡有金屬鉑(Pt)、鈀(Pd)、銠(Rh)，並添加鹼金屬的氧化物作為助劑，為了提高催化劑的穩定性，又添加衡土氧化物鑭(La)、鈰(Ce)等(如圖2)。

催化轉化器利用排氣中殘餘的氧和排氣溫度，在催化劑表面進行氧化還原反應，使有害物質CO、HC和NO變成無害物質，從而減少對環境的污染，改善大氣質量。

注意事項

1.安裝有催化器的汽車絕對不允許使用有鉛汽油

有鉛汽車中的鉛化物在發動機中燃燒後形成固體物質會沉積在催化轉化器載體表面上，從而使催化轉化器喪失轉化能力。通常把這種現象稱為“鉛中毒”。同時，也不要隨便往小攤販油或機油中加入各種添加劑，以防損壞催化轉化器。

2.要避免催化轉化器發生磕碰

雖然在設計時對催化劑載體的機械強度有一定要求，使其能承受汽車的振動，但不能隨過大載荷，否則催化劑載全會損壞。裝有催化轉化器的汽車如果在行駛中感到排氣不暢，應及時檢查，防止損壞的催化劑載體隨排氣共振倒流入氣缸。

3.汽車不要長時間怠速，以防催化轉化器燒壞

由於怠速時混合過濃，廢氣中含氧量不足，末燃混合氣進入催化轉化器載體重新燃燒會使溫度急劇升高，而把催化劑載體燒壞。

4.要避免突然加速，以防止催化轉化器過熱

5.要保證發動機正常運轉，以防止催化轉化器排氣淨化率最佳

由於三效催化轉化器要求發動機始終處於理論空燃比(14.7:1)的情況下工作，這時排氣淨化率最高。發動機電控系統、點火系統和燃油系統的故障都會使發動機工作不正常，混合氣濃度偏離理論空燃化，使排氣淨化率降低，三效催化轉化器壽命縮短。

三種來源

目前，我國催化轉化器基本有下面三種來源：

1）完全進口，在國內與電噴系統匹配；

2）進口載體。例如，進口德固薩、 Eugelhard等公司的載體在國內封裝；

3）完全由國內公司製造：陶瓷載體、催化劑塗層、封裝成催化轉化器總成。

構造原理

控制汽車尾氣的排污技術有機內淨化和機外淨化兩種，前者是基礎，後者是必不可少的重要組成部分，只有兩者結合，才能使汽油機排污控制在日益嚴格的法規範圍內，而機外淨化首選應為催化轉化器。但是，如果機內淨化不好，會使催化轉化器的壽命大大縮短。

催化劑是一種物質，是催化轉化器的核心部件。它加速化學反應趨於平衡，而自身在反應的最終產物中不顯示。催化劑的主要性能是：活性、選擇性、穩定性和壽命指標。

活性是指催化劑影響反應進程變化的程度，活性越高，原料轉化率的百分數越大；選擇性是指所消耗的原料中轉化成目的產物的分率；穩定性是指它的活性和選擇性隨時間變化的情況；催化劑不能無限期地使用，在長期受熱和化學作用下，也會受到不可逆的物理和化學變化，受到億萬次的侵襲，最終導致其失活。

現代貴金屬催化劑包括氧化劑Pt（鉑），Pd（鈀）和還原催化劑Rh（銠 ），氧化與還原催還化劑的質量比一般為5：1，貴金屬的總質量占塗層質量的0.1%-0.5%，貴金屬含量與載體體積計算為1.5g/L左右。從長遠看，使用一般金屬代替貴金屬應為努力方向，目前市場上鉑的價格比黃金貴一倍多，也可能因為催化劑運用過多是原因之一。

陶瓷載體也是催化轉化器的關鍵部件。其重要材料之一為堇青石，它耐高溫，最高連續工作溫度可達1200℃，強度高，線膨脹係數低。載體採用有效的表面和適宜的孔結構，國產的陶瓷載體開孔率可達400-460目/inch2，最小壁厚可達0.16mm左右。

它可以增強催化劑的機械強度，也提高了它的抗磨損、抗衝擊、抗重力、抗壓、抗高溫、相變的能力，改善了催化劑的傳導性、減少活性組分的含量，特別是在使用貴金屬催化劑鉑、鈀、銠時，可將活性組分高度分散，減少用量。總之，載體的質量對催化器是極為重要的。

催化轉化器的總成同時要經過一系列試驗和轉化要求達到的效率，使用壽命一般為8萬公里以上。

生產現狀

隨著加嚴的發動機排氣污染物限值的標準陸續出台，我國的汽車發動機全部加裝催化轉化器的日期已經到來，好在我國的科研人員早在70年代就已開始研究二元催化轉化器，並開始了艱苦的創業。雖然與國外一些大公司有一定差距，但已取得了令人欣喜的成果。

其中，載體--催化劑及其塗層--封裝等技術已完全掌握。例如：山西淨土、天津卡達克、長春萊特、大連華克、北京綠創、上海紅湖、無錫力達、昆明、溫州等十幾家已形成一定規模。

提高酸度

催化轉化器在一定程度上提高了空氣的酸度。

汽車尾氣污染物主要包括：一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化合物、二氧化硫、煙塵微粒（ 某些重金屬化合物、鉛化合物、黑煙及油霧）、臭氣，而汽車尾氣淨化催化劑，活性組分為Pd、Pt、Rh；助催化劑一般為Co、Mn、Ni等，載體一般為堇青石蜂窩體，也有用球狀Ai2O3的，在催化劑的作用下，一些低價氮化物和硫化物，轉化更多的高價的氧化物，在遇到水的作用下，生成強酸，例如硫酸，硝酸，所以酸性增強，即空氣的酸度增加。