4月15日 三元催化构造原理与检测维修
汽车三元催化器故障原因及处理措施
养护与装饰栏目编辑：文二霞 ******************Care & Ornament88·March-CHINA 汽车三元催化器故障原因及处理措施◆文/江苏 周敏当前雾霾天气引起全社会对于治理空气污染的重视。
众所周知，我国汽车保有量持续高速增长，机动车尾气污染成为城市空气污染的主要来源之一。
研究表明，北京城区机动车排放的气体污染物占总气体污染物的比重超过20%，在拥堵地区的交通高峰时段，机动车排放的污染物占比甚至超过50%。
城市中行驶的机动车主要是狭义乘用车，即传统意义上的轿车，绝大多数都是汽油动力。
三元催化器也被称为三效催化器，是汽油车控制尾气排放污染的核心装置起着不可替代的作用。
三元催化器能同时处理掉汽油车排放的NO X 、HC和CO三种污染物，同时部分降低PM排放。
发动机在闭环电控状态下工作时，能够同时转化掉尾气中超过90%的主要污染物。
一、三元催化剂器的工作原理三元催化器是一种化工装置，泛指能同时催化三种化学反应的催化剂，催化剂起加快反应速率的作用，其本身并不参与反应。
汽油车上这三种化学反应如下：①HC 与O 2反应生成H 2O和CO 2；②CO和O 2反应生成CO 2；③NO X 和CO反应,生成N 2和CO 2。
三元催化剂巧妙地利用了汽油车尾气中主要成分的浓度关系，理想状态下能同时转化绝大部分的三种主要污染物。
此外，部分未燃HC是以微小颗粒或气溶胶形式存在，因此三元催化剂也能降低车辆的颗粒物排放水平，对PM控制做出贡献。
如图1所示，三元催化器的核心部件是涂覆了活性催化剂的陶瓷载体，活性催化剂涂层主要由铂、钯、铑等贵金属组分和铈锆等稀土族元素添加剂及Al 2O 3等支持材料组成。
贵金属是其中的活性成分，促进HC、CO的氧化反应和对NO X 的还原反应。
陶瓷载体外裹衬垫安装在催化器金属壳体中，衬垫主要起保护陶瓷芯体、减振、固定、隔热的作用。
三元催化剂投入应用与发动机控制技术的进步和无铅汽油的推广有密切关系。
三元催化器的作用及工作原理
三元催化器的作用及工作原理三元催化器（Three-way Catalytic Converter）是一种用于汽车尾气净化的重要设备。
其主要作用是将车辆尾气中的一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）和氮氧化合物（HC）等有害物质转化为无害的二氧化碳（CO2）、氮气（N2）和水（H2O）。
三元催化器一般由进气系统、排气系统和控制系统组成。
三元催化器的主要工作原理是“氧气剩余比”原理。
当发动机处于理想燃烧状态时，进气中含有足够的氧气与燃料完全燃烧生成CO2、H2O等物质。
而车辆行驶过程中，由于不完全燃烧、燃油质量不过关等因素，会产生大量的CO、NOx和HC等有害物质。
而三元催化器通过催化作用，将这些有害物质转化为无害物质。
三元催化器中的催化材料主要有铂、钯和铑等贵金属，催化器的体积较小但表面积相对较大，其中贵金属负载在陶瓷或金属载体上。
进气进入催化器后，先通过氧传感器检测氧气含量，然后进入氧化反应层。
在氧化反应层中，铂和钯催化剂催化CO和HC氧化为CO2和H2O。
接下来，氮氧化物还原层中的铑催化剂使NO和其他氮氧化物还原为N2和O2、最后，还会通过氧传感器再次检测氧气含量，保证催化转化的效果。
三元催化器的工作过程可以大致分为两个状态：暖机状态和稳定工作状态。
暖机状态下，催化器需要达到最佳的工作温度，才能正常发挥催化作用。
一般需要几分钟的时间，催化器达到工作温度后才能开始转化反应。
而在稳定工作状态下，催化器会持续转化有害物质，保持汽车尾气的净化效果。
催化器的工作效果与催化剂活性、氧气含量、温度和气体流速等因素有关。
催化剂活性决定了催化转化的速率，氧气含量过高或过低都会影响转化效果，而温度过低或过高也会降低催化器的活性。
因此，催化器需要配合控制系统进行适当的调节，以保证催化器的性能和工作效果。
在实际使用中，三元催化器也存在一些问题。
例如，高含铅汽油会降低催化剂的活性；硫和磷等物质会中毒催化剂；车辆长时间低速行驶会导致催化器无法达到有效工作温度等。
三元催化反应器的作用原理及其检测
三元催化反应器的作用原理及其检测郑明军1,王海花1,陈军伟2(1.石家庄铁道学院,河北石家庄050043;2.石家庄市政公司,河北石家庄050041)摘要:介绍排气后处理装置三元催化反应器的作用原理,对其转化要求及转化效率做了说明,指出三元催化反应器的检测方法。
关键词:三元催化反应器;转化要求;转化效率;检测中图分类号:TK 404.5 文献标识码:B 文章编号:1000-6494(2004)01-0034-02The Working Principle of Three -w ay C atalyst C ase and Its I nspection MethodsZHE NG Ming -jun 1,W ANG Hai -hua 1,CHE N Jun -wei 2(1.Shijiazhuang Railway Institute ,Shijazhuang 050043,China ;2.Shijiazhuang City Planning C orp.,Shijiazhuang 050041,China )Abstract :This paper introduces the w orking principle of three -way catalyst case.C onversion requirement and conversion efficien 2cy are described in this paper and its inspection methods are als o introduced.K ey w ords :three -way catalyst case ;conversion requirement ;conversion efficiency ;inspection 作者简介:郑明军(1971-),男,河南温县人,讲师,硕士,主要从事汽车结构强度与发动机排放方面的研究。
三元催化结构原理及养护
三元催化器的工作原理及养护汽车发动机工作时，会产生一些有害气体，如一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NO）等。
这些有害气体如何控制呢？目前发动机上主要用两种方法。
一种是机内净化，如控制汽油的辛烷值、控制空燃比、改进进气道、控制曲轴箱的排放物等等。
用机内净化的方法，还不能够满足排放法规的要求，于是又发展出了机外净化，即在发动机排气尾管中安装废气转化催化器。
因为这种装置可以同时净化CO、HC、NO三种有害气体，所以又叫三元催化器。
二、三元催化器的结构三元催化器主要由壳体、减震层、载体、催化器等部分组成。
壳体由不锈钢板材料制成，外面装有隔热罩，防止高温对外辐射和外部撞击或溅水造成的损坏。
减震层是壳体与载体之间的减震密封垫,主要起减震，缓解热应力，保温和密封的作用。
载体一般用金属陶瓷或金属板制成，其结构做成蜂窝状。
做成蜂窝状的目的是为了加大催化面积。
在蜂窝状载体孔道的壁面上涂有一层多孔的活性层，其粗糙多孔的表面可使载体壁面的实际催化反应面积大大增加。
涂层表面分散有作为催化活动材料的贵金属，主要有铂、铑、钯等，主要是为了将CO、HC、NO等转化为无害气体。
三元催化反应器类似消声器。
（如图）它的外面用双层不锈薄钢板制成筒形。
在双层薄板夹层中装有绝热材料----石棉纤维毡。
内部在网状隔板中间装有净化剂。
净化剂由载体和催化剂组成。
载体一般由三氧化二铝制成，其形状有球形、多棱体形和网状隔板等。
净化剂实际上是起催化作用的，也称为催化剂。
催化剂用的是金属铂、铑、钯。
将其中一种喷涂在载体上，就构成了净化剂。
三元催化器的载体部件是一块多孔陶瓷材料，安装在特制的排气管当中。
称它是载体，是因为它本身并不参加催化反应，而是在上面覆盖着一层铂、铑、钯等贵重金属。
是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置。
三元催化器的工作原理三元催化器的工作原理是：当高温的汽车尾气通过净化装置时，三元催化器中的净化剂将增强CO、HC和NOx三种气体的活性，促使其进行一定的氧化-还原化学反应，其中CO在高温下氧化成为无色、无毒的二氧化碳气体；HC化合物在高温下氧化成水(H20)和二氧化碳；NOx还原成氮气和氧气。
解析三元催化器故障及解决办法.
解析三元催化器故障及解决办法.解析三元催化器故障及解决办法.2018-03-22 12:48:17做为一个有车或是爱车的朋友，没有哪一位不希望自己的车子动力强劲、油耗低呢？可是，车子刚买回来油耗非常理想，加速性能也很合意，可是，跑了几万公里下来后，你会发现，车子的油耗越来越高了，加速性能和动力也没有以前那么强劲了，有的可能会出现突然间动力下降很快，猛踩油门，车子也跑不起来的情况。
这其中有一个非常重要的原因，就是三元催化器没有及时清洗。
连接在排气管上的三元催化器三元催化器的作用：净化尾气三元催化器，是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置，它可将汽车尾气排出的CO、HC和NOx等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气。
由于这种催化器可同时将废气中的三种主要有害物质转化为无害物质。
随着环境保护要求的日益苛刻，越来越多的汽车安装了废气催化转化器以及氧传感器装置。
它安装在发动机排气管中，通过氧化还原反应，二氧化碳和氮气，故又称之为三元(效)催化转化器。
三元催化器的工作原理：当高温的汽车尾气通过净化装置时，三元催化器中的净化剂将增强CO、HC和NOx三种气体的活性，促使其进行一定的氧化-还原化学反应，其中CO在高温下氧化成为无色、无毒的二氧化碳气体；HC化合物在高温下氧化成水(H20)和二氧化碳；NOx还原成氮气和氧气。
所以，其作用就是让三种有害气体变成无害气体，使汽车尾气得以净化。
三元催化器失效的原因：1、高温失活：三元催化器长期在高温条件下，会造成高温失活，三元催化器产生高温的原因是：（A）发动机失火过使未燃混合气在催化器中燃烧发生剧烈氧化放热反应。
（B）汽车连续高速大负荷运行。
（C）汽车突然制动、减速。
发动机排气温度的变化范围很大，怠速时一般为300~400℃，低速、中速常用工况行驶为400~600℃，高速全负荷行驶时为900℃。
如果三元催化剂长期暴露在800℃以上的高温环境下，催化剂的活性组分铂、钯和铑贵金属等组分易挥发，其涂层易剥落，其晶粒及助催化剂氧化铈的晶粒会明显增大，而且载体氧化铝也会发生相变，会从比表面较大的γ型转变比表面较小的∂型，从而加剧了贵金属活性组分和助剂氧化铈晶粒的长大烧结和聚集，使该催化剂的比表面急剧下降，而使催化剂失活。
4.1三元催化装置故障检修 【汽车发动机电控系统检修】
《汽车发动机电控系统检修》课程 项目四 排放超标故障检修
任务一 三元催化装置故障检修
主讲人：张忠伟
主要内容 Primary coverage
一 学习目标 二 情境描述
三 相关知识 四 任务实施
任务4.1 三元催化装置故障检修
一、学习目标
1.能根据故障现象制定正确的维修计划; 2.能正确选择诊断设备对三元催化转化器引起的故障进行诊断; 3.能使用尾气分析仪、故障诊断仪、示波器对三元催化转化器进行检测; 4.能正确记录、分析各种检测结果并确定故障原因和故障部位; 5.能按照正确操作程序进行三元催化转化器组件的更换; 6.能正确检查三元催化转化器故障的修复质量; 7.能根据环保要求，正确处理对环境和人体有害的辅料、废气液体和损坏零部件; 8.能够自主检修三元催化转化器引起的故障。
图4-1三元催化转化器的外形图
图4-2网状型三元催化转化器
三、相关知识
任务4.1 三元催化装置故障检修
二、三元催化转化器(TWC)的工作原理
三元催化器可将三种有害物质转换成无害物质，NO与02发生氧化反应，CO和 HC发生还原反应，化学反应方程式如下:
NOx+CO→N2+C02 NOx+HC→N2+C02+H20 02+CO→C02 02+HC→H20+C02 由化学方程式看出，三种有害物质要全部转化，空燃比必须非常接近理论比 值，如能做到这一点，三种污染物都能达到很高的转换。如图４-3所示，如若空 燃比高于理论空燃比，废气中含氧量高，则NOx转换率很低。如若空燃比低于 理论比值，废气中不含氧，CO和HC转换率很低。由此可见，三元催化器必须要 与电控燃油喷射系统配套使用。 三元催化器只能适用于无铅汽油做燃料的汽车，因为使用含铅汽油，废气中 的铅就会复盖住催化剂，使净化器停止工作而不起任何作用，俗称“中毒”。因 此，汽车使用三元催化器的前提条件有二个:一是要用无铅汽油，二是发动机要 使用电控燃油喷射装置。
三元催化器失效检测故障判断和维修
三元催化器失效检测故障判断和维修
五、
三元催化器
任务载体：
在实际使用当中，如果车辆出现油耗增加、加速无力、转速提升困难甚至启动困难等故障时，应当检查三元催化转换器的工作状况，通常情况经过清洗或疏通三元催化转换器即可恢复正常的油耗和动力。
并且，当驾驶员发现以下症状时，同样说明催化器工作不良，应当及时到4s店进行检修。
（1）车辆加油门时可以听到有“嘶嘶”的漏气声或“咕噜咕噜”的异响等声音。
（2）车辆启动后不久排气歧管到三元催化转换器之间会有明显的烧红现象。
（3）怠速或加速时均可闻到刺鼻、发臭的气味，如果进行尾气分析会发现NOx严重超标。
（4）工作正常的三元催化转换器，催化器前部的温度低于后部温度，如果三元催化转换器前部温度高于后部温度，则说明催化器工作不良。
三元催化器
催化剂涂覆材料包括： 催化剂、催化助剂、稳 定 剂 、 γ-Al2O3 涂 层 材 料等。 目前，车辆中广泛使用的催化剂是铂、钯、铑以及 过渡金属氧化物、稀土氧化物等。 催化剂参数：贵金属含量、贵金属比例等 催化剂性能指标：起燃温度、空燃比特性和耐久性 。
三元催化器相关原理和技术
研究 TiO2、MoO3、MnO2 、WO3、V2O5 、CuO等新型涂层 及复合涂层技术。 研究多种助剂粒度、结构对三元催化效果的影响。
采用多组分制成特殊的复合结构，使用多种金属分相作用来 提高催化活性。 制备钙钛矿型、尖晶石型等结构的稀土复合金属氧化物型催 化剂。
公司新技术研究和开发
沈阳新光华晨汽车发动机制造有限公司
常州柴油发动机股份有限公司
北京汽车制造厂有限公司
沈阳中顺汽车制造有限公司
河北中兴汽车制造有限公司
长丰扬子汽车制造有限公司
…………
谢谢大家！
三元催化剂配方的研制依据
汽车污染物排放量和需要达到的排放标准（欧Ⅱ、
Ⅲ、Ⅳ…）决定了不同的三元催化剂配方。
催化剂配方优化的目的是保证HC、CO、NOx转化效
率同时达到最佳的水平。
选择耐高温性好、合适比表面积的氧化铝，同时添 加储氧性能好、热稳定性好的过渡金属氧化物、稀 土氧化物等。 同时，需要对三元催化器结构也进行优化设计。
三元催化器相关原理和技术
三元催化器相关原理和技术
四部分：
1 壳体 2 减震层 3 载体：蜂窝状陶瓷
壳体
垫片
4 活性涂层：铂、钯 、铑贵金属及稀土 化合物等
催化剂
催化涂层
核心部分
三元催化器相关原理和技术
三元催化器工作过程动画
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
最低。如果排放的废气污染物各成分的浓度、总
量过大，比如混合气偏浓等，就会影响催化器的
催化转化能力，降低其转化效率。此外，由于废
气中有大量的HC和CO进入催化反应器后，会在
其中产生过度的氧化反应，氧化反应产生大量热
量将使催化反应器温度过高而损坏。
三元催化器失效的原因
• 5.与发动机不匹配
• 即使是同样的发动机，同样的三元催 化转化器，车型不同，发动机常用的工作 区间就不同，排气状况就发生变化，安装 三元催化器的位置就不同，这都会影响三 元催化转化器的催化转化效果。因此，不 同的车辆，应使用不同的三元催化转化器。
三元催化器失效的原因
• 6.氧传感路失效
•
为使废气催化率达到最佳(90%以上)，必然在发动机
排气管中安装氧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狭小的、接近理想的
区域内(14.7：1)，若空燃比大时，虽然CO和HC的转化率
• 载体表面涂有很薄的催化剂涂层，其中直接起催化作用的主要是铂族 贵金属（铂Pt、铑Rd、钯Pd），稀土材料铈Ce和镧La的氧化物具有 储氧功能，并有助催化的作用
• 将上述多种材料按一定比例（配方）制成催化剂，能收到最佳的催化 效果
• 这种气体的转化过程中的化学反应过程主要分为 氧化反应和还原反应两种过程。实际上，这种化 学反应在正常的环境下也能够自发地进行，但其 转化速度和转化效率则很有限。依靠自发地进行 的化学反应无法达到现代汽车排放污染控制法规 的要求。而在三元催化转化器的反应床表面上， 在常规的发动机排气温度和催化剂的作用下，上 述化学反应的速度和效率被大大增强了。三元催 化转化器应用技术的发展已经使之成为现代汽车 废气再处理系统的必不可少的一部分了
排气管接头松动、三元催化器损坏、催化剂更换塞松动等原因造成；排气管有无开裂或外壳压扁之
类的外观损坏；排气尾管有无催化剂颗粒排出。如果三元催化器外壳损坏或排气尾管排出颗粒，均
需更换。
清洗三元催化器
如何检测三元催化器
红外测温仪
三元催化器的正常工作温度?
过高。
•
3、行驶在不平整的道路时应特别注意不要“托底”，因为三元催化器大多数内部都是蜂窝陶
器形成的催化剂承载体，碰撞后容易破碎，使催化器失效和排气管堵塞。
•
4、出现不正常的工作状况，如回火或重复性失速时，应及时停车检查，因为这些状况可导致
催化转化器永久性损坏。
•
5、行驶着的车辆保养时做好对三元催化器的检查。检查内容有：排气管有无异响，这种异响通常由
三元催化器失效的原因
• 3.表面积碳
• 当汽车长期工作于低温状态时，三元 催化器无法启动，发动机排出的炭烟会附 着在催化剂的表面，造成无法与CO和HC接 触，长期下来，便使载体的孔隙堵塞，影 响其转化效能。
三元催化器失效的原因
• 4.排气恶化
•
催化转化器对污染物的转化能力有一定的限
度，因此必须通过机内净化技术将原始排气降到
工作温度在400摄氏度至800摄氏度，而超过1000摄氏度后作为催化剂的贵金属成分自身也将会产
生化学变化，从而使催化器内的有效催化剂成分降低，使催化作用减弱。因此，在车辆使用过程中
要注意排除以下几种情况：一是过久的怠速空转；二是点火时间过迟；三是个别缸失火不工作；四
是启动困难；五是混合气过浓；六是发动机烧机油、七是氧传感器失效；八是散热不良造成的水温
低，长时间会使催化转化器的使用寿命降低。
养护方法
• 1、装有三元催化器的汽车不能使用含铅汽油，因为含铅油燃烧后，铅颗粒随废气排经三元催化器 时，会覆盖在催化剂表面，使催化剂作用面积减少，从而大大降低催化器的转换效率，导致三元催 化器铅中毒。
•
2、应避免未燃烧的混合气进入催化器。三元催化器开始起作用的温度是200摄氏度左右，最佳
铂
铂是一种化学元素，俗称白金
铑
此信息来自中国合金在线
钯
钯金饰品
• 催化器中心是多空蜂窝陶瓷载体，孔多而壁薄，使废气通过时有很多 接触机会，又不产成较大的背压（排气阻力）。载体材料一般是高纯 度的堇(jin)青石，具有适当的吸水性，以便催化剂的涂附，并有极低的 热膨胀系数，以使在反复承受热冲击的情况下，不产生大的应力变化 和疲劳破损。
略有提高，但NOx的转化率急剧下降为20%，因此必须保
证最佳的空燃比，实现最佳的空燃比，关键是要保证氧传
感器工作正常。如果燃油中含铅、硅就会造成氧传感器中
毒。此外使用不当，还会造成氧传感器积碳、陶瓷碎裂、
加热器电阻丝烧断、内部线路断脱等故障。氧传感器的失
效会导致空燃比失准，排气状况恶化，催化转化器效率降
三元催化器的工作原理
• 三元催化器的工作原理是：当高温的汽车尾气通过净化装置时，三元 催化器中的净化剂将增强CO、HC和NOx三种气体的活性.
促使其进行一定的氧化-还原化学反应 一、CO在高温下氧化成为无色、无毒的二氧化碳气体； 二、HC化合物在高温下氧化成水(H20)和二氧化碳； 三、NOx还原成氮气和氧气。三种有害气体变成无害气体，
层的催化剂很可能会脱落，载体碎裂。所以必须注意控制
造成排气温度升高的各种因素，如点火时间过迟或点火次
序错乱、断火等，这都会使未燃烧的混合气进入催化反应
器，造成排气温度过高，影响催化转化器的效能。
三元催化器失效的原因
• 2.慢性中毒
• 催化剂对硫、铅、磷、锌等元素非常 敏感，硫和铅来自于汽油，磷和锌来自于 润滑油，这四种物质及它们在发动机中燃 烧后形成氧化物颗粒易被吸附在催化剂的 表面，使催化剂无法与废气接触，从而失 去了催化作用，即所谓的“中毒”现象。
催化剂与指标
其中直接起催化作用的主要是铂族贵金属（铂Pt、铑Rd、钯Pd），稀 土材料铈Ce和镧La的氧化物具有储氧功能，并有助催化的作用，将 上述多种材料按一定比例（配方）制成催化剂，能收到最佳的催化效 果。由于贵金属价格昂贵，催化剂中的贵金属含量低就成了它的水平 和市场竞争力的标志。催化要技术剂的主要指标是对废气中三种主要 有害成分的转化效率，一般都应在80％以上，起燃温度是检验低温下 催化剂活性的重要指标，对冷启动时废气的转化作用有重要影响，一 般在300度以下。高温抗老化性能也是重要的技术指标
使汽车尾气得以净化。
三元催化器失效的原因
• 1.温度过高
•
常温下三元催化转化器不具备催化能力，其催化剂必
须加热到一定温度才具有氧化或还原的能力，通常催化转
化器的起燃温度在250—350℃，正常工作温度一般在
350—700℃。催化转化器工作时会产生大量的自量越高，
氧化的温度也愈高，当温度超过850—1000℃时，其内涂
为什么叫三元催化
三元催化器，是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置，它可将汽车尾气 排出的CO一氧化碳、HC碳氢化合物和NOx氮氧化物等有害气体通过氧化和还原 作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气。由于这种催化器可同时将废气中的三种
主要有害物质转化为无害物质，故称三元。
三元催化的构成
常用的催化剂是由铂、铑和钯等一些贵金属材料构成， 通过特殊工艺方法浸镀在载体表面的基体涂层上。
飞 度 双 火 花 塞 点 火 系 统
参考：在线书籍-汽车电气-飞度车系电路分析与维修案例集锦-5页
主讲：唐春生 4月15日
三元催化构造与红外测温仪
汽车以三种方式向大气排放污染物
尾气排放
曲轴箱通风 燃油蒸发
其中尾气排放影响最大，其主要污染成分是CO，HC和NOx，
三元催化转化器的作用的是将发动机运转工作工程所产生的燃烧废气中的所含的有害 气体排放物，主要指废气中的碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）和氮氧化合物 （NOx），转化成对人类社会环境无害的排放物，如二氧化碳（CO2）、水蒸气 （ H2O）和氮气（N2）