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三元催化轉(zhuǎn)換器性能診斷與檢修
伴隨世界各國對排放法規(guī)實施日益嚴(yán)格,各種機外凈化技術(shù)也紛紛產(chǎn)生。其中,三元催化轉(zhuǎn)換器(簡稱TWC:threewaycatalystconverter)的研制成功對于與汽車排放控制技術(shù)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(zhuǎn)換器技術(shù)已經(jīng)在汽油車上廣泛使用。不過,由于三元催化轉(zhuǎn)換器受本身的工作環(huán)境十分惡劣以及其轉(zhuǎn)化性能特點的影響,在使用過程中也會有各種不同故障產(chǎn)生。例如,由于三元催化轉(zhuǎn)換器堵塞造成的發(fā)動機動力下降、熄火或啟動困難及尾氣標(biāo)等現(xiàn)象,很可能干擾我們的故障判斷。除此之外,還會造成嚴(yán)重的后果,例如三元催化轉(zhuǎn)換器中顆粒催化物的熔化,催化轉(zhuǎn)換裝裝置內(nèi)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(zhuǎn)換器檢測前的準(zhǔn)備工作
三元催化轉(zhuǎn)換器(TWC)的任務(wù)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值高于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(fā)動機運轉(zhuǎn)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(yīng)該在3min內(nèi)完成)。若測量值不正常應(yīng)該先檢修發(fā)動機工作性能,直至數(shù)值在規(guī)定范圍之內(nèi)。待數(shù)值正常后,裝復(fù)TWC進氣口,在發(fā)動機溫度正常時檢測TWC的工作性能。
2.三元催化轉(zhuǎn)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,并伴隨有散碎物體落下。如果有此異響,則說明TWC內(nèi)部催化物質(zhì)剝落或蜂窩陶瓷載體破碎,那么必須更換整個轉(zhuǎn)換器了。如果沒有上述異響,應(yīng)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。
*種方法是檢測進氣歧管真空度法。將廢氣再循環(huán)(EGR)閥上的真空管取下,將管口塞住,避免產(chǎn)生虛假真空泄漏現(xiàn)象。將真空管接到進氣歧管上,讓發(fā)動機緩慢加速到2500r/min。若真空表讀數(shù)瞬間又回到原有水平(47.5~74.5kPa)并能維持15s,則說明TWC沒有堵塞。否則應(yīng)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(fā)動機轉(zhuǎn)速為2500r/min時觀察壓力表的讀數(shù),此時讀數(shù)應(yīng)該小于17.24kPa,如果排氣背壓大于或等于
20.70kPa,則表明排氣系統(tǒng)堵塞。若觀察TWC、消聲器及排氣管沒有外傷,則可將TWC出口和消聲器脫開后觀察壓力表讀數(shù)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(fā)生在TWC出氣口后面的部件。
(2)怠速試驗法檢查
讓發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn),使用尾氣分析儀測量此時的CO值。當(dāng)發(fā)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(dāng)使用二次空氣噴射和TWC技術(shù)可以使怠速時的CO值接近于0,大不應(yīng)過0.3%,否則說明TWC損壞。另外,據(jù)經(jīng)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(shù)值應(yīng)不高于100ppm,而在穩(wěn)定的工況下,NOX數(shù)值應(yīng)該不高于1000ppm,在發(fā)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(fā)動機處于快怠速運轉(zhuǎn)狀態(tài),并用轉(zhuǎn)速表測量快怠速是否符合規(guī)定值。用尾氣分析儀測量發(fā)動機處于快怠速狀態(tài)下尾氣中的CO和HC含量。如果發(fā)動機性能良好,則CO值應(yīng)該在1.0%以下,HC應(yīng)該在10ppm以下。若兩種數(shù)值都標(biāo),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(shù)上升,而重新接上軟管后又下降,則說明燃油噴射系統(tǒng)故障或是點火系統(tǒng)故障。
(4)穩(wěn)定工況試驗法
在完成基本怠速試驗后進行該項試驗。按照廠家規(guī)定接好汽車數(shù)字式轉(zhuǎn)速表,使發(fā)動機緩慢加速,同時應(yīng)觀察尾氣分析儀上的CO和HC值,當(dāng)轉(zhuǎn)速加到2500r/min并穩(wěn)定后,CO和HC數(shù)值應(yīng)有緩慢下降,并且穩(wěn)定在低于或接近于怠速時的排放水平,否則懷疑是TWC損壞。這種方法不但能夠?qū)WC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(biāo)中有一項“空速特性檢驗”,它表示了受反應(yīng)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(xiàn)出較高的轉(zhuǎn)化效率,但是在高空速(如實際行駛)時的轉(zhuǎn)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(shù)為1的附近時,轉(zhuǎn)換效率高,實際使用中就需要閉環(huán)電子控制燃油供給系統(tǒng)和氧傳感器的配合。開環(huán)時候由于無法給予的空燃比,轉(zhuǎn)換效率僅僅有60%左右,而閉環(huán)時平均轉(zhuǎn)換效率可達(dá)95%,因此,在對TWC進行懷疑的時候,也應(yīng)該對電控系統(tǒng)和氧傳感器進行相應(yīng)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于入口溫度,則說明TWC沒有氧化反應(yīng),此時應(yīng)該檢查二次空氣噴射泵是否有故障,若*,就說明TWC已經(jīng)損壞。
(6)利用雙氧傳感器信號電壓波形分析
目前,許多發(fā)動機燃油反饋控制系統(tǒng)中,都安裝兩個氧傳感器。分別裝載TWC的反應(yīng)前、后兩端。這種結(jié)構(gòu)在裝有OBD-Ⅱ代系統(tǒng)的汽車上,可以有效地檢測TWC的性能。OBD-Ⅱ診斷系統(tǒng)改進了TWC的隨車監(jiān)視系統(tǒng),安裝在TWC后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(zhuǎn)化CO和HC時消耗氧氣。當(dāng)TWC損壞時,其轉(zhuǎn)換效率基本喪失,使前、后端的氧氣值接近,此時氧傳感器信號的電壓波形和波動范圍均趨于一致,因此,需要更換TWC。
3.TWC常見故障及原因
三元催化轉(zhuǎn)化器的常見故障有:三元催化轉(zhuǎn)化器性能惡化;三元催化轉(zhuǎn)化器芯子堵塞后排氣不暢,產(chǎn)生過高的排氣背壓,使廢氣倒流到發(fā)動機內(nèi)。包括如下現(xiàn)象:
①炭灰積聚、污染。含鉛汽油燃燒后會使三元催化轉(zhuǎn)化器很快受到損害;機油竄入汽缸燃燒后機油中的磷和鋅等物質(zhì)也會污染三元催化轉(zhuǎn)化器。
②陶瓷芯子破損。熱循環(huán)的作用、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(zhuǎn)化器正常工作時,三元催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)的溫度一般可達(dá)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*時會使排氣中的CO、HC濃度過高,這將加重三元催化轉(zhuǎn)化器的負(fù)擔(dān),使溫度升高過多,時間長后,會使三元催化轉(zhuǎn)化器的性能惡化,甚至熔化載體。
④三元催化轉(zhuǎn)化器上一般還裝有排氣溫度傳感器,當(dāng)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(zhuǎn)化反應(yīng)。