三元催化轉換器性能診斷與檢修

伴隨世界各國對排放法規實施日益嚴格，各種機外淨化技術也紛紛產生。其中，三元催化轉換器（簡稱TWC：three way catalyst converter）的研制成功對於與汽車排放控制技術有了突破性的進展，它可使汽車排放中的CO、HC和NOX同時降低90%以上。目前三元催化轉換器技術已經在汽油車上廣泛使用。不過，由於三元催化轉換器受本身的工作環境十分惡劣以及其轉化性能特點的影響，在使用過程中也會有各種不同故障產生。例如，由於三元催化轉換器堵塞造成的發動機動力下降、熄火或啟動困難及尾氣超標等現象，很可能干擾我們的故障判斷。除此之外，還會造成嚴重的後果，例如三元催化轉換器中顆粒催化物的熔化，催化轉換裝裝置內部的蜂窩陶瓷狀基底因過熱而破裂等帶來的損失。

1. 三元催化轉換器檢測前的准備工作

三元催化轉換器(TWC)的任務是降低排放中的CO、HC和NOX，但如果車輛的狀況很差，例如排出的CO值高於1%，再有效的TWC也無能為力。所以在檢查TWC性能之前，必須首先用尾氣分析儀測量汽車尾氣中的CO、HC和O2的含量，以判斷混合氣的濃度是否合適，如果合適才能進行TWC的性能檢測。在測量尾氣時候，先脫開TWC進氣口，使發動機運轉至正常溫度，將測量管插入排氣管中至少400mm，按照怠速法進行測量。（注意：該項測試應該在3min內完成）。若測量值不正常應該先檢修發動機工作性能，直至數值在規定范圍之內。待數值正常後，裝復TWC進氣口，在發動機溫度正常時檢測TWC的工作性能。

2. 三元催化轉換器性能的檢測方法

（1）簡單人工檢查

通過人工檢查可以從一開始判斷TWC是否有損壞。用橡皮槌輕輕敲打TWC，聽有無“咔啦”聲，並伴隨有散碎物體落下。如果有此異響，則說明TWC內部催化物質剝落或蜂窩陶瓷載體破碎，那麼必須更換整個轉換器了。如果沒有上述異響，應該檢查TWC是否堵塞。TWC芯子堵塞是比較常見的故障，可以用下面兩種方法進行。

第一種方法是檢測進氣歧管真空度法。將廢氣再循環（EGR）閥上的真空管取下，將管口塞住，避免產生虛假真空洩漏現象。將真空管接到進氣歧管上，讓發動機緩慢加速到2500r/min。若真空表讀數瞬間又回到原有水平（47.5～74.5kPa）並能維持15s，則說明TWC沒有堵塞。否則應該懷疑是TWC或排氣管堵塞。

第二種方法是檢測排氣背壓法。從二次空氣噴射管路上脫開空氣泵止回閥的接頭，再在二次空氣噴射管路中接一個壓力表。在發動機轉速為2500r/min時觀察壓力表的讀數，此時讀數應該小於17.24kPa，如果排氣背壓大於或等於

20.70kPa，則表明排氣系統堵塞。若觀察TWC、消聲器及排氣管沒有外傷，則可將TWC出口和消聲器脫開後觀察壓力表讀數是否有變化。若壓力表顯示排氣背壓仍然較高，則為TWC損壞：若壓力表顯示排氣背壓陡然下降，則說明堵塞發生在TWC出氣口後面的部件。

（2）怠速試驗法檢查

讓發動機怠速運轉，使用尾氣分析儀測量此時的CO值。當發動機正常工作時候（空燃比為14.7:1），這時的CO典型值為0.5～1%，當使用二次空氣噴射和TWC技術可以使怠速時的CO值接近於0，最大不應超過0.3%，否則說明TWC損壞。另外，據經驗分析，怠速時候的NOX的排放量也能給我們一些幫助。通常在怠速時候的NOX數值應不高於100ppm，而在穩定的工況下，NOX數值應該不高於1000ppm，在發動機一切正常的情況下，而NOX過高就可以懷疑是TWC故障了。

（3）快怠速試驗法測量

讓發動機處於快怠速運轉狀態，並用轉速表測量快怠速是否符合規定值。用尾氣分析儀測量發動機處於快怠速狀態下尾氣中的CO和HC含量。如果發動機性能良好，則CO值應該在1.0%以下，HC應該在10ppm以下。若兩種數值都超標，則可臨時拔下空氣泵的出氣軟管，此時若CO和HC值不變，則可以判定TWC已損壞，若讀數上升，而重新接上軟管後又下降，則說明燃油噴射系統故障或是點火系統故障。

（4）穩定工況試驗法

在完成基本怠速試驗後進行該項試驗。按照廠家規定接好汽車專用數字式轉速表，使發動機緩慢加速，同時應觀察尾氣分析儀上的CO和HC值，當轉速加到2500r/min並穩定後，CO和HC數值應有緩慢下降，並且穩定在低於或接近於怠速時的排放水平，否則懷疑是TWC損壞。這種方法不但能夠對TWC是否有故障做出判斷，還能有效地綜合分析TWC在車輛行駛中的實際效能。這時因為TWC性能評價指標中有一項“空速特性檢驗 ”，它表示了受反應氣體在催化劑中的停留時間。性能差TWC盡管在低空速（如怠速）時表現出較高的轉化效率，但是在高空速（如實際行駛）時的轉化效率是很低的，因而不能僅憑借怠速工況評價催化劑的活性是否正常。此外，在具體檢測中，還需要注意TWC的空燃比特性。TWC在過量空氣系數為1的附近時，轉換效率最高，實際使用中就需要閉環電子控制燃油供給系統和氧傳感器的配合。開環時候由於無法給予精確的空燃比，轉換效率僅僅有60%左右，而閉環時平均轉換效率可達95%，因此，在對TWC進行懷疑的時候，也應該對電控系統和氧傳感器進行相應檢測。

（5）紅外溫度計測量法

這是一種比較簡單的測量方法。TWC在實際使用過程中，其出口管道溫度比進口管道溫度至少高出38℃，在怠速時，其溫度也相差10%。但是若出口與入口處的溫度沒有差別或出口溫度低於入口溫度，則說明TWC沒有氧化反應，此時應該檢查二次空氣噴射泵是否有故障，若沒有故障，就說明TWC已經損壞。

（6）利用雙氧傳感器信號電壓波形分析

目前，許多發動機燃油反饋控制系統中，都安裝兩個氧傳感器。分別裝載TWC的反應前、後兩端。這種結構在裝有OBD-Ⅱ代系統的汽車上，可以有效地檢測TWC的性能。OBD-Ⅱ診斷系統改進了TWC的隨車監視系統，安裝在TWC後端的氧傳感器電壓波動要比安裝在TWC前端的氧傳感器電壓波動少得多。這是因為運行正常的TWC轉化CO和HC時消耗氧氣。當TWC損壞時，其轉換效率基本喪失，使前、後端的氧氣值接近，此時氧傳感器信號的電壓波形和波動范圍均趨於一致，因此，需要更換TWC。

3. TWC常見故障及原因

三元催化轉化器的常見故障有：三元催化轉化器性能惡化；三元催化轉化器芯子堵塞後排氣不暢，產生過高的排氣背壓，使廢氣倒流到發動機內。包括如下現象：

①炭灰積聚、污染。含鉛汽油燃燒後會使三元催化轉化器很快受到損害；機油竄入汽缸燃燒後機油中的磷和鋅等物質也會污染三元催化轉化器。

②陶瓷芯子破損。熱循環的長期作用、外部碰撞和擠壓，都有可能使陶瓷芯子破損。

③陶瓷芯子熔化。三元催化轉化器正常工作時，三元催化轉化器內的溫度一般可達500～800℃，出口處溫度比進口處溫度約高30～100℃。但是，混合氣濃或燃燒不完全時會使排氣中的CO、HC濃度過高，這將加重三元催化轉化器的負擔，使溫度升高過多，時間長後，會使三元催化轉化器的性能惡化，甚至熔化載體。

④三元催化轉化器上一般還裝有排氣溫度傳感器，當溫度不定期高時，電控單元會切斷二次空氣供給，中斷催化轉化反應。