更换三元催化转化器对汽车尾气排放的影响

深圳职业技术学院 高谋荣

随着我国机动车保有量的不断增加，近年来，汽车尾气排放已成为大气主要污染源之一，特别是在一些大中型城市，汽车排放污染已经成为首要污染源。三元催化转化器是有效控制排放污染的重要装置，但三元催化转化器在使用过程中性能会不断下降，更换三元催化转化器能在付出最小代价的情况下有效控制机动车排放污染。笔者通过对一辆机动车更换三元催化转化器前后的排放比较，分析了三元催化转化器对汽车尾气排放的影响。

1 试验车辆及试验设计

试验车辆采用一辆行驶里程约为72万km的2013年产上海大众桑塔纳出租车（汽车型号为SVW7182QQD，2013年6月出厂，2013年8月登记注册，发动机功率为74 kW）。由于该车辆为出租车，行驶里程较高，车辆在更换三元催化转化器前的车况一般，且有轻微的抖动现象。

试验采用ASM稳态工况法。ASM稳态工况法在底盘测功机上进行，以滚筒表面代替汽车行驶路面，以飞轮模拟汽车平动质量，以加载装置反映汽车行驶阻力，通过控制功率吸收装置单元（风冷式电涡流吸功器）模拟车辆在道路上行驶的匀速和加速工况，实时分析车辆在规定工况下的排放污染。

2 试验数据分析

2.1 数据筛选

采用ASM稳态工况法，更换三元催化转化器前后均对试验车辆的尾气排放进行了测试。为保证数据的准确性，需要对HC、CO、NO等数据进行异常数据排除。现以更换三元催化转化器前后HC含量3次测试的数据为例，进行比较分析，进而筛选出更准确的数据进行分析。图1和图2分别是更换三元催化转化器前后HC含量的测试曲线。从图1和图2可以看出，更换三元催化转化器前后第一次HC测试数据相对后两次都明显偏高，超过允许误差范围；而第二次和第三次的测试数据很接近，且误差相对较小。同样，CO和NO含量的第一次测试数据也出现了相类似的情况，出现这种情况的原因可能是第一次测试时车辆未达到热车状态。因此，为了数据精准，笔者在进行数据分析时将第一次测试的数据排除掉，只采用第二次和第三次测试数据进行结果分析。

图1 更换三元催化转化器前的HC含量3次测试曲线（截屏）

图2 更换三元催化转化器后的HC含量3次测试曲线（截屏）

2.2 排放特性分析

2.2.1 HC排放特性分析

HC是发动机排气中多种碳氢化合物的总称，是部分燃料未完全燃烧的剩余物，因此它与燃烧情况有关。根据两次测试数据做出更换三元催化转化器前HC排放含量（图3）和更换三元催化转化器后HC排放含量（图4）。从图3可以看出：在ASM5025工况下，两次测试数据误差不大，由于三元催化转化器存在故障，综合两次测试数据，HC含量最大值达到95×10-6，最小值为15×10-6。从图4可以看出：由于三元催化转化器更换后，其处于正常工作状态，两次测试数据中的HC含量均比三元催化转化器更换前明显减少，最大值为7×10-6，最小值为1×10-6。为了更直观地看出HC含量的变化，笔者做了更换三元催化转化器前后HC含量的平均值示意图（图5）。从图5可以看到，在ASM5025工况下，三元催化转化器出现故障时，燃烧过程不正常，尾气成分中的HC未经过净化直接排出，更换三元催化转化器后，HC排放显著下降。

图3 更换三元催化转化器前HC排放含量（截屏）

图4 更换三元催化转化器后HC排放含量（截屏）

图5 更换三元催化转化器前后HC含量的平均值（截屏）

2.2.2 CO排放特性分析

CO是不完全燃烧的产物，与混合气浓度有关，若排气中CO含量过高，则可能是混合气过浓。根据两次测试数据做出更换三元催化转化器前的CO排放含量（图6）、更换三元催化转化器后的CO排放含量（图7）及更换前后CO含量平均值示意图（图8）。从图6可以看出：在ASM5025工况下，两次测试数据误差不大，含量都稳定下降至0.01%，但由于三元催化转化器存在故障，CO含量的最大值达到0.33%。从图7可以看出：由于三元催化转化器更换后，其处于正常工作状态，故CO含量两次测试数据均比更换三元催化转化器前明显减少，由于车况问题，在0.01%上下波动，最大值为0.04%，最小值低至为0%。从图8可以看到，在ASM5025工况下，三元催化转化器更换后，尾气排放中CO的含量下降了60%。

图6 更换三元催化转化器前CO排放含量（截屏）

图7 更换三元催化转化器后CO排放含量（截屏）

图8 更换三元催化转化器前后CO含量平均值（截屏）

2.2.3 NO排放特性分析

NO是空气中的氧气和氮气在高温、高压、富氧的情况下发生化学反应生成的。根据两次测试数据，做出更换三元催化转化器前NO排放含量（图9）、更换三元催化转化器后NO排放含量（图10）与更换三元催化转化器前后NO含量平均值（图11）示意图。从图9可以看出：在ASM5025工况下，两次测试数据误差不大，NO含量都稳定在2 000×10-6~2 500×10-6，但由于三元催化转化器存在故障，NO含量最大值达到2 700×10-6。从图10可以看出：由于三元催化转化器更换后，三元催化转化器处于正常工作状态，NO含量的两次数据均比更换前明显减少，且一开始都接近于0，后面逐渐上升；但由于车辆温度问题，存在小范围的波动，其中整体数据在80×10-6与0之间波动。由图11可以看到，在ASM5025工况时，负荷小，燃烧温度低，故排出的NO含量较低；而更换三元催化转化器前后相比较，更换三元催化转化器前在ASM5025工况下，尾气排放中NO的含量大幅度上升，高达2 304×10-6；更换三元催化转化器后，排气中的NO含量极少，比更换三元催化转化器前减少了99%，由此可见，三元催化转化器出现故障时，温度高、燃烧情况差，且当三元催化转化器存在故障时，排气中的NO不能还原成N2和O2，故NO含量很高。

图9 更换三元催化转化器前NO排放含量（截屏）

图10 更换三元催化转化器后NO排放含量（截屏）

图11 更换三元催化转化器前后NO含量平均值（截屏）

通过对试验数据的分析可知：在两次有效测试数据中，可得出尾气排放状况跟车况息息相关，当三元催化转化器存在故障时，尾气中的HC、CO、NO含量均大量增加，而在更换三元催化转化器后，尾气排放中的有害成分均明显减少，可见更换三元催化转化器可以有效地减少尾气中有害成分的排放。在三元催化转化器更换前后尾气成分平均值对比中，在更换三元催化转化器前后，HC含量减少92%，CO含量减少75%，NO含量减少99%，可见更换三元催化转化器对排放具有明显的减少作用，且对NO影响最大。