正确识别油品对于三元催化器的影响

◆文/江苏 周 敏

正确识别油品对于三元催化器的影响

◆文/江苏 周 敏

维修人员需要根据现象判断三元催化器的损坏原因，是燃油质量差？还是发动机故障？本文与大家共同探讨催化剂损坏的真实原因，避免“误诊”。因为油品对机动车排放的影响不容忽视，但催化转化器受发动机故障的“拖累”也并不罕见。

随着全社会对空气污染的日益重视，国家对机动车制订了严格的污染物排放技术规范和耐久要求。国Ⅳ阶段，车辆需满足10万千米耐久污染物排放限值；国Ⅴ排放法规要求车辆满足16万千米耐久污染物排放限值。

国家也同时加大了对在用车污染的控制力度，从2005年起对汽油在用车采用简易工况法或双怠速法进行车辆排放年检。该方法简单易行，由于新车排放法规持续升级而在用车检查标准并未提升，热车状态下车辆一般都能通过。因此，因车辆年检不合格而更换催化器的案例极少。催化器的主要故障集中在车辆行驶时异响，或者MIL故障灯报警。

一、与催化器和排放相关的问题

尽管市面上燃油品质良莠不齐，但与催化器和排放相关的最主要问题是杂质和蒸发压力。

1.汽油中的硫

汽油硫含量是指存在于油品中的硫及其衍生物的含量，是保证发动机不受腐蚀和操作人员不致损害健康以及防止环境污染的指标。燃料中硫含量高，活性硫可以腐蚀储运设备和机械的供油系统；非活性硫燃烧后形成SO2和SO3，遇水形成亚硫酸和硫酸而腐蚀机械，而SO2和SO3排入大气会造成污染。汽油中硫含量会直接影响汽车的排放表现。硫化物会影响氧传感器的灵敏度，使发动机的闭环控制窗口发生偏移，此时催化器可能无法工作在转化效率最高的窗口，排放进一步恶劣。根据美国环境保护署的试验，当汽油中硫含量从10ppm增加到30ppm时，NOx排放会从22g/mi增加到43g/mi(1mi=1.609344km)。

为降低车辆排放，我国已经对汽油标准连续升级。从2014年1月1日起，全国范围内汽油都需要满足国Ⅳ及以上标准，硫含量小于50ppm；北京和长三角地区提供国Ⅴ标准油，硫含量小于10ppm。只要是正规渠道的汽油，硫含量都不至于太高，且硫对催化转化器的毒害是长期渐进的过程，引起车辆排放变差不是直观可见的。

2.汽油蒸发压力

蒸发压力是衡量汽油质量的一个关键指标，它与汽油的蒸发排放和发动机的启动性能有密切联系。蒸发压力太高，增加蒸发排放，导致空气中挥发性有机化合物(VOCs)的增加。蒸发压力太低，则汽油不容易与空气形成混合气，车辆不容易启动，会形成大量的冷机排放。因此，要求汽油具有合适的蒸汽压，发动机的标定，也必须与市售汽油的蒸发压力适应。终端零售汽油的蒸发压力会随季节变化波动，影响排放，但不会造成催化剂的损坏。

3.汽油中的其他杂质

汽油中的金属基添加剂也会给催化器带来损害。例如，2000年之前普遍在燃油中添加四乙基铅来提高汽油抗爆性，铅会造成催化剂不可逆的中毒。汽油无铅化进程中，燃油中开始添加含锰的添加剂甲基环戊二烯三羰基锰(MMT)作为抗爆剂，在不同时期内在不同的国家开始使用。我国自2000年开始使用，国内已经有50多家大中型炼厂在使用含锰抗爆剂，年消耗量约为2000多吨。

MMT的主要危害在于其燃烧产物会沉积在催化器陶瓷蜂窝载体表面，以及燃烧室、进气阀和火花塞的表面，缩短进气阀的寿命，影响发动机的正常工作。国内汽车行业极力反对在汽油中使用含锰添加剂。满足国Ⅴ标准的汽油，锰含量为0.002g/L。锰造成的催化剂失效，可以明显地看到催化剂的表面的红褐色沉积物(图1、2)，但这种失效多发生在行驶几万千米之后。无沉积物的催化剂表面如图3所示。

由于燃油价格在过去几年增长较快，因此不法商贩也可能在燃油中添加化学原料来牟取差价。这些调制油原料不纯，可能包含各种杂质。最常见的如硅、铁等元素都会随车辆使用沉积在催化剂表面，覆盖催化剂的活性相，进而影响车辆排放。但通常这些元素含量极低，沉积下来的量有限，不会很快就造成催化剂的失活。这类故障可以从催化剂、氧传感器等表面明显的白色沉积物判定故障原因。

二、案例

故障现象：一辆行驶里程为753km的汽车，客户进店描述，车辆运行中发动机故障灯常亮，组合仪表多功能显示屏显示“发动机异常”。

故障诊断：检测故障码存在，使用故障检测仪诊断故障为催化剂失效。将发动机排气管拆下后，目视检查三元催化器，未发现明显异常。将三元催化器拆下后从入口察看，发现催化剂气流入口端面有不规则花纹，晃动时，内部有“哗啦哗啦”的响声。将火花塞拆下后与试驾车互换，未发现异常。将车内的汽油放出，加入试驾车中试乘，未发现异常。维修站认为是燃油品质差造成三元催化器故障，拒绝索赔保修。但用户认为新车里程只有几百千米，都是在正规加油站加油，不可能是油品问题，投诉了维修站要求保修。由于无法和客户达成一致，维修站要求厂家提供技术支持，帮助分析故障原因。

故障件如图4所示。催化器气流出口处有很多碎屑，初步分析这些碎屑是三元催化器内陶瓷载体的碎片；摇晃催化器，可以听见催化器内大量的碎屑碰撞摩擦的明显响声；剖开催化器后，可以看到催化器的陶瓷芯体从中部裂开，陶瓷蜂窝状结构曾经发生熔化，整个芯体内部烧结成几大块。

综合以上分析，找不到该故障与油品相关的证据。催化器内部烧蚀是典型的“后燃”现象，指未完全燃烧的混和气进入了排气系统，由于陶瓷载体表面涂覆了促进氧化反应的活性物质，混合气会在催化器内继续燃烧，使温度急剧升高，当温度超过催化器的承受能力时，陶瓷芯体熔化，催化器失效。堇青石陶瓷载体能承受的最高温度是1350℃，只有高于该温度，陶瓷才会融化，发生结构损坏。后燃可能是由于发动机的失火，或者是机油进入尾气。

事实上目前市面上的汽油车，绝大多数都采用堇青石陶瓷载体三元催化器，为保证催化剂活性，短时能承受的温度为1000℃，长时间工作的温度都控制在950℃以内。出现造成催化剂熔化的高温已远远超出了正常工作区间。

小结：尽管汽油油品会对车辆的排放性能，对催化器的耐久性能产生危害，但是一般不会引起催化器很短时间就发生物理损坏。只要使用符合国标的汽油，催化剂劣化需要一个很长时间才能显现。油品与催化器的烧熔损坏更没有直接的关系。针对本文所举的案例，维修站认定催化剂损坏是用户使用的燃油品质问题，这是不合适的。更科学的做法应该是在更换催化器后，把排除故障的重点放在解决潜在的发动机失火。否则，可能再次发生故障。