导致三元催化器失效或损坏的原因分析教学教材

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。

导致三元催化器失效或损坏的原因分析三元催化器是现代汽车的重要排放控制装置，用于将引擎排放的有害气体转化为对环境较为友好的气体。

然而，由于长期使用和环境因素的影响，三元催化器也会出现失效或损坏的情况。

下面将就导致三元催化器失效或损坏的原因进行分析。

第一，使用低质量燃油。

如果汽车长期使用质量较差的燃油，其中可能含有高硫含量的杂质或添加剂，会在催化器表面堆积，导致催化剂活性失效。

此外，一些劣质燃油中可能存在杂质，如金属颗粒或氯化物等，这些杂质会在催化器中引起腐蚀，损坏催化剂。

第二，机械损坏。

三元催化器通常位于汽车底盘的下方，容易受到路面的碰撞或撞击。

如果汽车经常行驶在崎岖不平的道路上或遭受到较强的冲击，三元催化器可能发生机械损坏，导致其失去正常工作功能。

第三，高温烧毁。

三元催化器需要在较高的温度下工作，才能发挥其催化作用。

然而，过度高温烧毁是导致催化剂丧失活性甚至融化的主要原因之一、高温的产生可能是由于发动机故障、点火系统异常、混合气过浓、排气系统堵塞等原因造成的。

此外，长时间怠速或低负荷行驶，也容易导致高温烧毁。

第四，化学污染物。

三元催化器对于一些特定的化学物质非常敏感，如铅、矿物质添加剂、一氧化氮等。

这些化学物质可能来自于汽油中的添加剂或其他污染源，会附着在催化剂表面，堵塞其反应槽或导致催化剂中毒，从而造成催化剂活性降低。

第五，水或湿气污染。

三元催化器对水或湿气非常敏感，高温下产生的水蒸气可以与氧化剂反应，形成酸性物质，腐蚀催化剂。

此外，冷启动时，催化器还需要将湿气蒸发掉，如果频繁进行短途行驶，催化器不能达到较高的工作温度，湿气难以蒸发，会在催化器内部积聚，导致催化剂失效。

综上所述，导致三元催化器失效或损坏的原因主要包括使用低质量燃油、机械损坏、高温烧毁、化学污染物和水或湿气污染等。

为了保护三元催化器，我们应该选择优质的燃油、避免强烈冲击和碰撞、定期检查发动机和排气系统、维持正常的发动机工作温度以及减少短途行驶等，以延长催化剂的使用寿命。

催化装置催化剂失活与破损原因分析及解决措施张志亮薛小波随着全厂加工原油结构的改变，为了平衡全厂重油压力，今年以来催化装置持续提高掺渣比，目前控制在25%左右。

催化原料的重质化、劣质化，对催化装置催化剂造成较大影响。

出现了催化剂重金属中毒加剧、失活严重、破损加重等现象，从而导致装置催化剂单耗上升、产品收率下降、各项经济指标下降。

通过在显微镜下研究催化剂的颗粒度分布、粒径的大小及形状，找到影响催化剂失活和粉碎的主要原因，通过采取多种措施，调整操作、精细管理等方式，提高装置催化剂活性、降低催化剂破损，保证装置在高掺渣率条件下，优质良好运行。

1、催化剂失活原因分析催化剂失活主要分为两种：一、暂时性失活；二、永久性失活。

暂时性失活主要由于催化剂孔径和活性中心被焦炭所堵塞，可在高温下烧焦基本得到恢复。

而永久性失活是指催化剂结构发生改变或者活性中心发生化学反应而不具有活性，其中包括催化剂重金属中毒和催化剂水热失活。

1.1 催化剂的重金属中毒失活原料中重金属浓度偏高很容易使催化剂发生中毒而破裂，尤其是钠、钒和镍。

由于钠离子和钒离子在催化剂表面易形成低熔点氧化共熔物,这些共熔物接受钠离子生成氧化钠,氧化钠不仅能覆盖于催化剂表面减少活性中心,而且还能降低催化剂的热稳定性；其中重金属中Ni对催化剂的污染尤为突出，平衡剂中Ni含量每上升1000ppm，催化剂污染指数上升1400ppm。

图1 2012年与2011年平衡催化剂性质分析对比从图1中可以看出：2012年平衡剂与2011年同期对比，平衡剂活性有所下降，从同期的62%降至今年的60%左右。

金属Fe、Na、Ca含量基本持平，V的含量下降了37%，但是Ni浓度大幅上升，上升了55%。

对比污染指数：2011年为8840ppm，2012年为11970ppm，同比上升了35.4%，从而导致催化剂活性下降了2~3个百分点。

因此，目前催化剂活性下降的重要原因是Ni含量大幅上升。

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。

常见汽油机催化器失效模式及故障原因分析作者：李瑞珂张艳王国栋来源：《时代汽车》2022年第13期摘要：三元催化器作为当今汽油车最有效的后处理装置，被广泛应用于传统燃油车及插电混动汽车。

但随着贵金属价格的不断上涨，催化剂成本大幅提升，不仅给各OEM带来了巨大的成本压力，同时也给终端用户带来了不小困扰。

为尽可能减少或避免不必要的催化器失效，延长其使用寿命，本文将从三元催化器工作原理，通过常见的三元催化器失效模式案例，分析造成催化器失效的故障原因，便于指導OEM开展前端预防、指导终端用户规范操作，减少故障发生，进而减少OEM、零部件供应商及终端用户成本。

关键词：汽油车催化器失效模式故障分析Failure Modes and Failure Cause Analysis of Common Gasoline Engine CatalyticLi Ruike，Zhang Yan，Wang GuodongAbstract：Three-way catalytic converter is the most effective aftertreatment device for gasoline vehicles today， and it is widely used in traditional fuel vehicles and plug-in hybrid vehicles. However， with the continuous rise of precious metal prices， the cost of catalysts has increased significantly， which not only brings huge cost pressure to various OEMs， but also brings a lot of trouble to end users. In order to minimize or avoid unnecessary catalytic converter failures and prolong its service life， this paper will analyze the failure causes of catalytic converter failures from the working principle of three-way catalytic converters and through common three-way catalytic converter failure mode cases， so as to facilitate guidance. OEMs carry out front-end prevention and guide end-users to standardize operations to reduce failures， thereby reducing costs for OEMs，parts suppliers and end-users.Key words：gasoline vehicle， catalytic converter， failure mode， failure analysis随着我国汽车销量及保有量的不断提升，汽车排放问题越来越受到国家重视。

三元催化器原理及常见故障清洗(1)三元催化器的构成三元催化器是安装在车辆排气系统上的一种用于环保目的的尾气净化装置，它的外壳为金属结构，内部是蜂窝状陶瓷载体，大至每平方厘米有网孔80个左右，载体上涂有贵金属催化剂(如铂、铑、钯等)。

(2)三元催化器的工作原理发动机工作时，产生的高温气体通过三元催化器，当催化器温度达到400℃度时，装置中的贵金属发挥催化活性，废气二次燃烧，使其中的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、与氮氧化合物(NO)发生氧化还原反应，将其转化为二氧化碳(CO2)、氮气(N2)和水(H2O)等，减少向大气中排放有害气体，实现环保功能。

(3)三元催化器常见故障种类三元催化器根据车辆的型号、出产厂家不同，一般正常使用寿命为10-20万公里。

但是，由于汽油质量、机油质量、空气质量、发动机工况、路况、驾驶习惯等因素的作用，对三元催化器正常功能的发挥和使用寿命都有决定性的影响。

三元催化器常见故障有：A、行驶10-20万公里以上超过使用寿命；B、高温烧结变型，有效涂层损坏或消失；C、化学中毒失效；D、锈垢、碳垢堵塞。

(4)三元催化器故障原因及危害内在因素：a、三元中毒失效造成三元中毒失效的原因很多，也很复杂，若排除暂时性的不确定因素影响，那么造成三元中毒失效的根本原因就是汽油和润滑油。

汽油中含有一定量的硫及金属灰份，如铁、锰、铅等，汽油在储运过程中也会混入大量金属灰份；还有就是机油中含有大量的硫、磷及金属灰份，含量虽大，但因其渗入燃烧室参与燃烧的量极少，危害性小于汽油，但已经变质的机油情况就不同了。

汽车燃烧后排出的废气通过三元催化器，部份硫、磷吸附在氧传感器及三元催化器表面，形成化学络合物薄膜，在氧、一氧化碳、金属灰份、水共存的状况下(这种共存是必然的)，硫、磷极易与它们发生反应生成相应的化学络合物，这些络合物会对贵金属催化剂产生屏闭，严重影响催化剂的活性，大大降低净化功能，造成三元中毒失效。

154AUTO TIMEAUTO PARTS | 汽车零部件三元催化器故障模式分析及控制措施1　三元催化器概述1.1　三元催化器的工作原理三元催化器的工作原理为将汽车尾气排出的CO、HC 和NOx 等有害气体通过催化氧化和还原反应转变为无害的二氧化碳、水和氮气。

三元催化器中的贵金属铂（Pt）、钯（Bd）、铑（Rh）本身不参与氧化和还原反应，只起催化反应的作用。

三元催化器的催化作用可以使汽车尾气污染物降低90%。

[1]三元催化器催化有害气体的氧化和还原反应如下。

氧化反应：C y H n +（1+n/4）O 2→yCO 2+n/2H 2O CO+1/2O 2→CO 2CO+H 2O →CO 2+H 2还原反应：NO（NO 2）+CO →1/2N 2+CO 2NO（NO 2）+H 2→1/2N 2+H 2O (2+n/2)NO(NO 2)+C y H n →(1+n/4)N 2+yCO 2+n/2H 2O1.2　三元催化器的结构三元催化器的主体结构（如图1）包含连接螺栓、进气法兰、进气端盖、三元催化剂（载体）、衬垫、筒体、隔热棉、隔热罩、出气端盖、出气法兰，部分车型由于布置原因，在法兰和端盖之间增加连接管。

1.3　三元催化器的生产工艺了解三元催化器的生产工艺是分析三元催化器故障模式及采取正确的控制措施的基础，下文简单介绍三元催化剂涂覆及三元催化器封装的生产工艺。

1.3.1　三元催化剂生产工艺目前大部分三元催化剂供应商已实现全自动涂覆生产。

三元催化剂的生产工艺流程如图2所示，含白载体来料检查、贵金属浆料制备及检测、涂覆、干燥、烧结、成品检测、包装、存储、运输等。

关键控制点在于自动涂覆生产线的设备维护，各环节检测数据审核和放行管理。

1.3.2　三元催化器封装生产工艺三元催化器封装生产工艺流程如图3所周万全　张熙　朱少秋上汽通用五菱汽车股份有限公司　广西柳州市　545007摘 要： 随着铂（Pt）、钯（Bd）、铑（Rh）贵金属价格飞涨，三元催化器的价值越来越高，贵金属价格峰值时，某些国六车型的三元催化器（含GPF）采购价格甚至超越发动机总成，成为整车价格最高的单个零件，因此，分析三元催化器的售后故障模式，及采取相应的控制措施，具有重要意义。

三元催化器损坏的主要影响因素和失效模式陆琼晔;路长国【摘要】三元催化器是安装在汽车排气系统中的重要机外净化装置.为了提高催化净化效率,降低维修和更换成本,文章介绍了三元催化器的结构和工作原理,归纳、分析了三元催化器损坏的主要因素和失效模式,详细阐述了导致总成机械故障的原因.最后提出了提高三元催化器使用寿命的措施及方法.【期刊名称】《汽车工程师》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】3页(P56-58)【关键词】三元催化器;影响因素;失效模式;措施及方法【作者】陆琼晔;路长国【作者单位】南通职业大学机械工程学院;南通职业大学机械工程学院【正文语种】中文随着汽车工业的高速发展，汽车对环境的污染日益严重。

汽车排放的污染物主要有HC，CO，NOx 和PM等。

三元催化器是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，NOx 等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的CO2，H2O，N2。

文章通过对影响三元催化器的主要因素和失效模式进行分析，以提高三元催化器的使用寿命。

1 三元催化器的结构及工作原理目前所生产的三元催化转化器产品的大多数为整体式蜂窝状陶瓷载体型的催化转化器。

通常由金属壳体、垫层、多孔陶瓷载体及贵金属涂层等组成，其典型结构，如图1 所示。

金属壳体是保护易碎的、涂有贵金属催化剂的陶瓷载体不受外界冲击，同时可调节气流使其均匀分布。

垫层要求具有良好的密封性、缓冲性、耐高温、耐腐蚀和隔热性。

载体起承载、分散活性组分和助剂的作用，并使催化剂具有一定的物理性能。

催化剂的主要作用是使废气中的有害气体发生化学反应，转化成无害气体。

其氧化和还原反应方程式如下：氧化反应：2CO＋O2=2CO2；4HC＋5O2=2H2O＋4CO。

还原反应：2NO＋2CO=N2＋2CO2；10NO＋4HC=5N2＋2H2O＋4CO2。

图1 典型催化器结构示意图2 主要影响因素和失效模式三元催化器在工作中，其损坏形式通常表现为催化剂失去活性，外壳损坏等。

北京万通汽修学校：汽车三元催化剂失效的原因分析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。

2.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。

3.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。

4.氧传感路失效为使废气催化率达到最佳，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，若空燃比大时，虽然CO和HC的转化率略有提高，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。

Internal Combustion Engine&Parts・55・三元催化器故障分析及实践Three-way Catalyst Fault Analysis and Disposal胡建HU Jian(上海汽车集团股份有限公司乘用车公司，上海201804)(Saic Motor Corporation Limted Passenger Vehicle Co.,Shanghai201804,China)摘要:三元催化器作为汽车尾气处理的核心装置，可以有效控制尾气排放,实现环保目标遥本文基于三元催化器原理、结构及常见故障失效模式袁对整车开发路试过程中由三元催化器触发发动机故障灯报警进行系统全面的分析遥研究表明，过高温使得三元催化器快速老化、储氧能力降低，最终导致三元催化器失效，整个问题解决流程及方法能够对行业内类似问题的解决起到一定的参考及促进作用遥Abstract:As the core device of automobile exhaust treatment,three way catalyst can effectively control exhaust emission and achieve environmental protection goals.Based on the principle,structure and common failure modes of three way catalyst, this paper makes a systematic and comprehensive analysis on the three way catalyst triggering engine fault light alarm in the process of vehicle development road test.The research shows that the high temperature of exhaust makes the three way catalyst aging rapidly,reducing the oxygen storage capacity,and finally leading to the failure of the three-way catalyst.The whole problem-solving process and method can play a certain reference and promotion role in solving similar problems in the industry.关键词:三元催化器；发动机;排放；老化;失效；储氧能力Key words:catalyst；engine；exhaust；aging；failure；oxygen storage capacity中图分类号:U464.13文献标识码:A文章编号:1674-957X(2020)24-0055-030引言随着城市汽车拥有量的与日俱增,汽车排放的废气对大气造成的污染越来越严重，限制和治理作为流动污染源的汽车尾气污染已成为当前国家和社会关注的焦点。

教案
导入新课
通过故障案例分析与相关知识关联性和掌握知识的重要性引导学生逐步加深对的认知。

通过
解。

讲授新课
学习情境5发动机排放控制系统工作不良故障诊断与修理学习单元5.4 三元催化转换效率低故障诊断与修理新课导入：
导入：
一、排气系统的构造与维修
1、作用：使废气安全地排入大气，并对废气中的有害物质进行排放控制。

2、组成：排气歧管、氧传感器、三元催化转换器、排气消声器、隔热装置等。

（1）排气系统的主要部件
排气歧管用螺栓固定在气缸体或气缸盖上，在接合面处装有金属片包的石棉衬垫，以防漏气。

排气歧管的各个支管分别与各缸排气门的通道相接。

引导学生逐步认识排放污染物的类型和危害。

了解三元催化的工作过程和控制
分析讨论
空气流量发动机转速进气温度
大气压力
节气门开度
水温等
ECU 喷油器氧传感器
曲轴位置传感器喷油顺序点火时刻等进行控制。