三元催化转化器在汽车尾气净化中应用赵国涛（沈阳航达机载设备公司，辽宁沈阳110034）排放，将有害气体转化为无害气体的有效措之一就是采用三元催化转化器。本文论述了三元催化转化器的原理及工作过程分析、构造、应用前景等。

　　1汽车三元催化转化器（TWC）三元催化转化器是一种发动机在理论空燃比附近运转时，可以同时净化处理尾气中的C0、HC、和NOx的装置，即在加速C0、HC氧化反应的同时也能加速NOx的还原反应（），该装置对空燃比有一定的要求，因此需要发动机应具有电子控制燃油喷射系统或能够自动调节空燃比的其他系统。，冷却水温载荷-冷却水温发动机转速1微A理器1~三元催化转化系统示意。1催化原理及工作过程分析三元催化转化器主要是由载体、催化剂、垫层和壳体等组成。催化剂是一种能够加速化学反应而在其过程中自身不被消耗的化学物质。由于催化剂的存在而使化学反应加速的现象称之为催化作用，是反映分子的化学结构发生有利于化学反应的变化过程。在汽油机化学当量燃烧（即a收稿i！期：2001 -），男，辽宁抚顺人，工程师（TWC）在三元催化剂的作用下，这些组份经过一系列的氧化还原反应过程最后形成C02、H20、N2等无害成分。尾气中的三种主要污染物N0x，C0和HC在催化剂的作用下，会发生下列化学反应。CmHa+（m-从以上化学反应式可以看出，在催化反应过程中，废气中的C0、HC将NO原还成N2等，C0、HC被氧化成C02和H20等，但是当02浓度较低时（即富油燃烧a<1），1-3反应不能充分进行，但4-6反应充分；当02浓度较高时（即贫油燃烧a> 1），4-6反应不能充分进行。因为氧气的氧化性较NO要强，先与作为还原剂的C0、HC反应，使得NO的转化率大大降低。

　　1.2影响污染物转化率的因素影响尾气排放中有害物质转化率的因素主要有空燃比、排气温度、燃油质量及发动机工作是否正常及自身排放量等。欲提篼三元催化转化器转化效果必须将空燃比精确控制在理论空燃比附近（A/F=从可以看出空燃比在理论空燃比附近时赵国涛：三元催化转化器在汽车尾气净化中应用空燃比A/F氧传感器输出特性人传感器在温度达到300t：以上时才开始工作，安装时应靠近发动机。温度太高会使其使用寿命降低，因此其位置在使持续温度不超过800*，瞬态温度不超过900的环境中。

　　2三元催化转化器的构造三元催化转化器主要由载体、催化剂……涂层、衬垫和壳体等组成见。

　　广一，一3衬垫；4陶瓷栽体；三元催化转化器结构。1载体载体是由承载催化助剂和催化剂的一种支撑体，又称担体，汽车尾气就是通过与附着在这种担体表面上的活性催化剂相互作用而加速尾气中污染物的氧化和还原反应，从而起到净化作用。车用催化剂载体要求耐热，耐冲击，有良好的机械强度。一般用堇青石（2Mg0.2A1203.5Si02）制成，常制成蜂窝状。为了提高实际催化面积。在蜂窝状的通道的极薄的壁面上，还有一层疏松的活性层，它的粗糙表面使实际面积扩大7000倍，同时增火了三元催化转化器的储氧能力，从而有利干消除感器本体锆管内外侧氧浓度差最大，输出一个篼电压；当混合气稀时，由于铂催化剂作用，排气中氧气与一氧化氮及炭氢化合物等发生反应，达到一个平衡浓度，使锆管内外侧氧浓度差最小，输出一个低电压，而在理论空燃比附近，信号电压产生空燃比对转化率影响CO、HC和NOx转化率达到最大值，过浓和过稀转化率急剧下降。除了空燃比以外，排气温度对催化转化效率也有很大的影响。三元催化转化器的起燃温度通常在220T左右。冷起动时，温度低会影响转化效率，采取的措施主要有：提高催化材料的低温催化性能；减少排气管热损失；将三元催化转化器靠近发动机安装等。还应使用高品质的无铅汽油，防止三元催化剂与铅发生化学反应引起失效而降低整个系统的寿命。

　　1.3X传感器（氧传感器安装在排气管中的传感器是发动机空燃比闭环控制系统中最重要元件之一。用氧化锆（Zr02）金属制成的氧传感器，与火花塞同样大小X传感器外形它可以产生一个随过量空气系数变化的输出电压（），将此作为检测信号送至微处理器，然后推动执行元件实现对过量空气系数的控制。

　　在氧传感器中，把氧化锆制成试管状的固体电介质元件，作为传感器的本体。表面疲上一层多孔性的铀膜作为电极，再经支承套电极引出，并与空气接触。氧传感器的工作原理是在排气高温的作用下氧发生电离，产生浓度差；在固体电介质内表面，大气一侧向外表面排气，氧离子扩散，结果使传感器本体成为一个微电池，内外表面产生电压差。随混合气浓度不同，排气中氧的浓度也发生变化。在浓度大时，氧气浓度几乎可以忽略，此时传空燃比对转化率影响稀浓（珍）拟沈阳航空工业学院学报X调节波动带来的转化效率除低的影响。载体的大小由发动机的排量来确定，蜂窝状的陶瓷载体比较脆，易损坏，国外汽车厂家正尝试用金属材料作载体，这样一来可以提高其机械强度，但金属载体质量大，价格较贵，目前应用仍不广泛。

　　催化剂一般由主催化剂（活性催化剂）、助催化剂和载体三部分组成。三元催化转化器的主要活性催化材料是贵金属铂（Pt）铑（Rh）和钯（Pd），用量为每升1.4 -1.7gcjPt主要催化HC和C0的氧化反应，Rh催化NOx的还原反应，它们的比例为5：1.由于铂很贵，也研究用钯来代替，目前其价格为铂的1/5左右。但其晶体结构易容纳杂质，易被化学毒化，可以通过改变活性层和钯的结合方式来改善。随着使用时间的增加三元催化转化器的活性表面也会老化失效，主要原因有两个，过热老化和化学毒化。过热老化是指由于使温度过高，造成三元催化转化器表面烧结而导致催化转化器活性表面的损失，因此使用温度不宜超过900度。化学毒化是燃油和润滑油中一些元素（如铅，磷，硫等）与三元催化转化器活性材料反应，或覆盖在其表面上，造成其转化率的降低。因此，装有三元催化转化器的汽油机必须使用无铅汽油。同时，三元催化转化器对润滑油成分（特别是添加剂成分）也提出了新的要求。

　　衬垫是将壳体和陶瓷按一种特殊的方式连接在一起，以保证载体的使用安全，并在催化转化器的整个使用周期内保持可靠的绝热性能。由于催化器的壳体材料与陶瓷载体的热膨胀系数差距较大，所以衬垫的技术要求较为苛刻。应具有耐高温性，热膨胀性，隔热性及抗冲击性等。常用的衬垫材料有金属网衬垫和陶瓷衬垫，但以上两种衬垫的材料对耐热膨胀性方面较差。最近，国外有采用一种新型衬垫，即云母膨胀垫片。其由膨胀云母（质量百分数45% -60%），硅酸铝纤维（30%-45%）和粘结剂（6%-10%）组成。加热时，膨胀云母中含有的很多水分使膨胀垫片膨胀，冷却时只能部分复位，所以其支撑功能要经过一次高温以后才能达到。与常用的金属网相比，该膨胀垫片的好处在于：耐热膨胀性能好、隔热性能好、密封性能好、机械固定力好等。

　　3结束语由于目前各国对汽车尾气排放都制定了严格的排放标准，这样一来仅采取机内净化措施已不容易达到排放标准，这就有力地促进了三元催化转化技术的发展。因为三元催化转化器具有结构简单、转化速率篼、反应温度低、有害气体净化效果好及成本低等特点，现在已被世界发达国家普遍采用。我国对三元催化转化技术研究起步较晚。

　　一直到90年代末我国对汽车尾气排放催化转化技术才开始开发、研制并应用到轿车生产上，例如上汽、一汽、二汽、沈汽等大型汽车企业，在采用闭环电控系统的高档轿车上安装了催化转化装置。但这些催化转化装置大部分是国外的产品。国产的催化转化装置由于存在匹配及质量等一些问题，还未做到完全推广。我国的三元催化转化器市是非常广阔的，我们应抓紧时机大力开发研制，并尽早全面应用到各型国产汽车中去。