汽车催化转换器：它的用途，操作和故障

El 催化剂 带有内燃机的车辆负责减少因燃烧燃料而产生的有害气体。 其实他的全名是 催化转化器 并且有几种主要类型，具体取决于它们是用于柴油还是汽油。

我们会告诉您它们的历史、它们的用途、它们的工作原理以及它们的成本。 除了表明催化转化器出现故障的症状外。

催化剂简史

用于这些目的的第一个催化转化器原型是在法国开发的，并于 Eugene Houdry 首次获得专利. 这位机械工程师在美国创立了 Oxy-Catalyst 公司，该公司首先开发了 烟囱催化剂和 以后 用于叉车，它使用了低等级的无铅汽油。 后来，他开发了一种用于汽车的催化转化器，并于 1956 年获得了专利。

继恩格尔哈德公司的改进之后 在1973，出现了 第一种用于大规模生产的催化剂. 到 1975 年，美国几乎每辆汽车都安装了一辆符合环境保护署规定的汽车。

从那时起，催化剂 一直在提高效率和效率，直至变体，例如使用 AdBlue 的选择性还原催化剂 (SCR)。 虽然这些是作为附加组件使用的，但并不排除传统的催化转化器。

催化剂是干什么用的？

催化剂可减少内燃机中产生的有害气体。 没有它，我们将更多地接触以下有害气体：

• 随着 丰富的组合 （燃料多于空气）发生不完全燃烧，产生：
  • 未燃烧的碳氢化合物 (HC): 致癌并刺激呼吸道和眼睛。 至于环境，它们会产生酸雨和光化学烟雾。
  • 一氧化碳（CO）: 低剂量时会产生头痛、呼吸急促和协调性、头晕、易怒、精神错乱和记忆力减退。 在高剂量下，它会在受影响的人没有意识到的情况下导致死亡，因此他们称之为无声杀手。
• 随着 精益混合 （空气多于燃料）产生氮氧化物，由下式表示 氮氧化物. 它们具有致癌变异体并引起呼吸道刺激，从而导致支气管肺疾病和呼吸问题。

催化剂是如何工作的？

催化剂材料的使用

由于铂、铑、锆或钯等金属具有催化性能，催化剂才能发挥作用。 也就是说，加速化学反应的能力。 每个都专用于不同类型的有毒气体：

• El 铂 加速未燃烧的碳氢化合物的氧化，将其转化为二氧化碳和水。 化学式如下：CxH2x+2 + [(3x+1)/2] O2 -> xCO2 + (x+1) H2O。
• El 铑 加速氮氧化物还原为氮和氧：2NOx -> xO2 + N2 和一氧化碳氧化为二氧化碳：2CO + O2 -> 2CO2。 它们也被使用 锆 o 钯，它们更便宜但效率更低。

不要忘记其他催化剂材料。 这些金属排列在陶瓷结构上 堇青石，它支持废气的高温。

催化剂形状

如您所见，催化剂使用某些固态金属来转化气体。 这导致了一个障碍：如何使气体尽可能多地与这些材料接触，同时又不会损失太多速度。 出于这个原因，催化剂的陶瓷结构是具有纵向通道的基质形式。 类似的系统 氢汽车燃料电池 顺便说一句，它也使用铂作为催化剂。 尽管在他的情况下，气体的分布要精细得多，结构要复杂得多。

这些纵向通道允许气体通过而不会停留太久，而是与尽可能多的墙壁接触。 因此，它们每平方厘米有 70 多个管子。

此外，现代汽车经常使用两个甚至三个催化转化器，以尽可能地消除有害气体，以符合6年的欧7（本文发布日期）和欧2025的防污染法规。

包裹在这种催化剂基质上的是隔热罩和金属层。 否则，其中积聚的热量可能会损坏车辆或其停放的表面。 没有它，火灾很容易起火。

催化剂的工作温度

为了使具有催化性能的金属以最大效率工作，必须使用传统催化剂 高于500ºC. 这就是为什么至少有一个发动机的催化转化器通常靠近 发动机排气歧管，这是气体仍然具有非常高的温度的地方。

多亏了这个， 催化剂在加热前 开始消除有害气体所需的时间更短。 如果我们能看到一种催化剂穿过它的保护层，我们就会看到 陶瓷基体和其中的金属是炽热的.

知道了这一点，你就会明白 冷发动机会释放更多有害气体 比现在已经运行了一段时间的。 有趣的是，丰田在开发 普锐斯. 关闭热机以使用电动发动机会导致催化转化器在许多情况下无法达到正确的工作温度。 出于这个原因，他们必须设计一种系统，通过其他方式将热量从内燃机传递到催化转化器。

汽油车的催化剂

这些催化剂通常是三途径的。 也就是说，它们具有上述三种催化体系：铂用于 去除未燃烧的碳氢化合物 和铑、锆或钯 去除氮氧化物 和 CO.

这是因为汽油发动机 释放更少的 NOx 比柴油机和 单独的催化剂可以减少它们 足够的。 尽管由于抗污染方面的进步，更现代的汽车可能会配备其他类型的催化转化器。

柴油车的催化转化器

在柴油发动机中，传统的催化剂是双向的。 也就是说，他们只关心 去除未燃烧的碳氢化合物 和 CO. NOx 留在了气体再循环系统的手中，例如 废气再循环阀，将它们送回燃烧室完全燃烧。

还有 NOx 蓄能器催化剂，这在系统争取使柴油更清洁和满足未来排放限制的斗争中发挥着重要作用，未来排放限制将比现在更严格。 它位于氧化催化剂和微粒过滤器的后面，并有一个特殊的层可以从废气中收集氮氧化物。

在 NOx 存储催化转化器中有两种不同的操作类型： 在正常操作中 (Lambda > 1)，NO 首先被氧化为 NO2，然后随着硝酸盐 (NO3) 的形成，在催化转化器中积聚成氧化物碱金属（例如氧化钡）。

与微粒过滤器相同 NOx 存储催化剂的真正挑战是 再生，即蓄能器的周期性排空。 对于蓄能器再生，必须在废气中产生油性条件 (Lambda < 1)。 在这些使用条件下，还原剂（一氧化碳、氢气或各种碳氢化合物）过多，以至于硝酸盐键突然释放，贵金属催化剂转化为无毒的氮气 (N2)。 充电持续时间约为 30 到 60 秒，具体取决于服务点，再生持续 1 到 2 秒。

需要许多温度和压力传感器来检测是否需要再生。 催化剂 蓄能器可减少高达 85% 的 NOx 排放.

但是， 目前的柴油车 他们也有一个 SCR 催化剂 （选择性还原催化剂）。 它是与添加剂一起使用的一种 蓝蓝，这只不过是在废气到达这种催化剂之前喷洒到废气中的尿素。 这会引发化学反应，将 NOx 分解为 N2 和 H2O，比旧系统更有效。

催化剂故障及其症状

最 催化转化器的故障是由于发动机中的一些先前问题. 例如，由于火花塞损坏、正时错误或氧传感器损坏而导致排气系统中的燃油过多（混合物太浓）。 这导致催化转化器温度过高，这会熔化金属成分并破坏陶瓷基体。

由于垫圈损坏，油或防冻剂也可能进入排气系统， VALVULAS 被宠坏或 活塞环 穿。 这会导致碳烟在催化转化器中积聚。

MGI 三元催化器故障的症状 是：

• 臭鸡蛋味 由汽油中的硫引起，在燃烧过程中会变成硫化氢。 由于催化剂受损，气体的转化不会发生，硫化氢会到达外面。
• 潜力股，因为排气系统被催化转化器部分阻塞。 如果这种阻塞是由于材料熔化和破裂造成的，则必须更换催化转化器并检测导致它的发动机故障。 如果它只是被污垢阻塞，您可以尝试清洁它。
• 排放测试失败. 不用解释了，因为催化剂不会转化有害气体，测试表明它不起作用。 在西班牙，它是车辆技术检验 (ITV)。

• 嘎嘎作响 怠速或行驶时在汽车下方。 它是由催化剂内部的部分破碎陶瓷基体引起的，这些陶瓷基体被废气移动。 小心，因为如果这些碎片到达消声器，排气系统可能会变得更加阻塞。
• 消费增加. 这不是催化转化器损坏的症状，但它是混合燃料过多的症状，容易破坏催化转化器。 这就是为什么它是一个需要考虑的症状。
• 发动机故障灯亮. 如果汽车的传感器检测到燃气转换未正常进行，控制单元将打开此警告灯。 尽管它也适用于许多其他故障，但它本身并不表示催化转化器的故障。 您可以将汽车连接到 OBD 阅读器，查看它注册的错误代码，以了解具体问题。

注意排气系统的堵塞，因为它们会提高排气歧管和其他管道的温度，并可能对汽车造成更严重的损坏。

尽管发动机故障是催化转化器故障的最常见原因，但也有一些型号由于设计或制造缺陷而反复出现催化转化器问题。

催化剂的价格

正如您在整篇文章中看到的那样，有几种类型的催化剂。 因此，它们的价格从一种型号到另一种型号可能会有很大差异。 但是，用新的催化转化器更换通常是 在600和1.000欧元之间 用于乘用车。 无论如何，如果除传统催化剂外还涉及其他催化剂，该数字可能会更高。

也有 价格合理的通用催化转换器 兼容各种型号. 尽管您还必须确保它符合您的汽车已经和正在使用的欧洲法规 得到正式认可的. 然后我们建议由专业人员进行组装，因为它是一个微妙的元素。

图片 – Frankieleon, Riley Kaminer, Duurzaam Bedrijfsleven, Gonzalo Malpartida