三效催化转化器的检测诊断

    国外规定，汽车原装的三效催化转化器(简称TWC)应该保用5年或8万km无损坏。因此，在使用期内一般情况下无需对TWC进行定期维修，只有在对发动机进行调试或国家有关部门检测车辆时，才检查TWC的工作情况。但是，由于我国车辆运行条件及使用油品等的限制，TWC损坏的机率较高，故在对汽车进行二级维护时应该检测TWC的工作情况，以便及时发现问题。TWC工作情况的检测工具可以使用能测量汽车尾气中φ(O₂)、φ(CO₂)、φ(CO)和φ(HC)含量的四组分汽车尾气分析仪。

    1.三效催化转化器的检测条件检测

    在检测TWC工作情况之前，必须首先检查汽车尾气中φ(CO₂)、φ(O₂)、和φ(CO)的含量，以判断混合气浓度是否合适，混合气浓度合适后，方能检测TWC的工作情况。

    1.1检测汽车尾气的方法

    a.脱开TWC进气口。

    b.使发动机运转至正常工作温度。

    c.在发动机怠速运转时将汽车废气分析仪的探测管伸入与TWC进气口相连的排气管内至少40mm，等待1min以上，待汽车废气分析仪上的φ(CO₂)、φ(O₂)和φ(CO)读数稳定后，再读取读数。注意：该项测试应该在3min内完成。

    d.当混合气浓度合适后，装复TWC迸气口，在发动机温度正常时方能接着检测TWC。

    1.2检测标准

    混合气的空燃比与废气含量的对应关系表明，理论混合气空燃比在14.7：1左右，其起始点发生在尾气中φ(CO₂)含量开始下降、φ(O₂)含量开始上升的时刻，在理论混合气时，尾气中φ(O₂)和φ(CO)的含量接近相等。若测得的尾气成分不符合上述要求，则按照发动机生产厂家的说明书调整燃油供给系统，使混合气浓度符合要求。

    2.三效催化转化器性能的检测诊断

    TWC的性能可以用以下4种检测方法来综合判断。

    2.1怠速试验法

    在发动机怠速运转时，用汽车废气分析仪测量汽车尾气中的φ(CO)含量，汽车废气分析仪上φ(CO)的读数，应该接近于0。最大值不应超过0.3%，否则，TWC可能已经损坏。

    2.2稳定工况试验法

    在完成条件检测后进行本项试验。按照汽车制造厂家的规定连接好汽车专用的数字式转速表，使发动机缓慢加速，同时观察汽车废气分析仪上的φ(CO)和φ(HC)的读数，当转速加到2500r/min并稳定在这一转速时，φ(CO)和φ(HC)的读数应该缓慢下降，并稳定在低于或接近于怠速时的排放水平，否则，TWC可能已经损坏。

    为了避免在调整发动机转速的过程中怠速时间过长，使φ(CO)和φ(HC)的读数偏大，将转速由2000r/min加速到2500r/min应该至少用10s的时间，而φ(CO)和φ(HC)的读数应能在30s以内稳定。而当回到怠速后，φ(CO)和φ(HC)的读数应能够稳定1min，否则，应该重复上述程序，将排气系统吹净。

    2.3快怠速试验法

    使发动机处于快怠速运转，并用转速表检查快怠速转速是否符合规定值，并视需要进行调整。用汽车尾气分析仪测量发动机处于快怠速状态下尾气中的φ(CO)和φ(HC)含量。若发动机技术状况良好，则φ(CO)排放量应该在1.0%以下，φ(HC)的排放量应该在100×10^-6以下；若两者的排放量均超标，则可以临时取下空气泵的出气软管，此时若φ(CO)和φ(HC)的读数不变，则说明TWC已经失效；若读数升高，而重新接上空气泵的出气软管后读数又下降，则说明燃油喷射系统或点火系统有故障。

    2.4高温热电偶检测法

    将高温热电偶的探测头接触在TWC前、后的排气管上，在TWC正常工作时，后端温度应比前端温度至少高出38℃，若后端温度等于或低于前端，则说明在TWC内无氧化反应发生，此时应该检查二次空气喷射系统是否有故障。若二次空气喷射系统元故障，则说明TWC已经损坏，应更换TWC。

    3.三效催化转化器芯子堵塞的检查

    TWC芯子堵塞的检查有检测进气歧管真空度和排气背压2种方法。

    3.1检测进气歧管真空度法

    a.将废气再循环(EGR)阀上的真空软管取下，并用塞子将管口塞住，以避免产生虚假的真空泄漏现象。

    b.将真空表接到进气歧管上，将发动机缓慢加速到2500r/min。

    c.观察真空表读数。若真空表读数瞬间下降后又回升到原有水平(47.5kPa-74.5kPa)，并能稳定地保持在这一水平至少15s，则说明TWC没有堵塞；若真空表读数下降，则可能为TWC或排气管堵塞。

    3.2检测排气背压法

    a.从二次空气喷射管路上脱开接空气泵止回阀的接头，再在二次空气喷射管路中接入1个压力表。

    b.在发动机转速为2500r/min时观察压力表的读数，此时压力表的读数应该小于17.24kPa，如果排气背压大于或等于20.70kPa，则表明排气系统堵塞。若观察TWC、消声器、排气管又无外部损伤，则可以将TWC出气口和消声器脱开后观察压力表的读数是否变化，若压力表显示的排气背压仍然较高，则为TWC损坏；若压力表显示的排气背压读数陡然下降，则说明堵塞发生在TWC出气口后面的部件。

    4.三效催化转化器的故障诊断

    车载故障诊断OBD Ⅱ具有对TWC进行故障诊断的功能。为了对TWC进行故障诊断，必须在它的上游和下游各装一个氧传感器，见图1。

    TWC对HC、CO和NOx的转化效率与它的储氧能力有关。正常运行的TWC因其储氧能力而使下游氧传感器的动态响应与上游氧传感器相比受到明显的阻尼，下游氧传感器动态响应曲线的振福将非常小。反之，如果下游氧传感器信号电压的波形非常接近上游氧传感器，只不过相位略滞后，则ECU认为TWC效率过低，见图2。此时，以某进口轿车为例，在满足下列条件的情况下ECU将设置故障信息记录：

    没有车速传感器、节气门位置传感器、蒸发排放物控制系统、下游氧传感器、缺火、进气温度传感器、进气歧管绝对压力传感器、燃油调节、喷油器、废气再循环阀阀销位置、发动机冷却液温度传感器、曲轴位置传感器或空气流量传感器的故障信息记录；TWC已准备好接受测试，即进气温度高于0℃，发动机冷却液温度高于75℃，质量空气流量在15g/s-32g/s，发动机负荷小于满负荷的63%且运转平稳，发动机转速低于4000r/mn，上述情况持续达4min；车速在50km/h-120km/h。

    5.三效催化转化器常见的故障及原因

    TWC的常见故障有：TWC催化性能恶化；TWC芯子堵塞后排气不畅，产生过高的排气背压，使废气倒流到发动机内。常见的故障原因有：

    a.炭灰积聚、污染。含铅汽油燃烧后会使TWC很快受到损害，机油窜入气缸燃烧后，机油中的磷和锌等物质也会污染TWC。

    b.陶瓷芯子破损。由于热循环的长期作用、外部碰撞和挤压，都有可能使陶瓷芯子破损。

    c.陶瓷芯子熔化。TWC正常工作时，TWC内的温度一般可达500℃-800℃，出口处温度比进口处温度约高30℃-100℃。但是，混合气浓或燃烧不完全时会使排气中的申(CO)、φ(HC)量过高，这将加重TWC的负担，使温度升高过多，时间长后，会使TWC性能恶化，甚至熔化载体。

    d.TWC上一般还装有排气温度传感器，当温度过高时，电脑会切断二次空气供给，中断催化反应。

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