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三元催化器中的“三元、催化”都表示什么意思?如果它坏了我把它拆了不用行不行?

2019-04-24 11:39
老侯解车
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现在的汽油车上都有一个尾气净化装置,它的名字叫做三元催化器,其主要作用是将汽车尾气中的一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化合物,进行氧化和还原处理,生成对大气无害的二氧化碳、氮气以及水,从而达到净化的结果。但是很多人仍然弄不懂:这三元是什么意思啊?这催化又是什么意思啊?它又是如何净化尾气的呢?它在使用中会不会消耗殆尽呢?下面我们就分别来回答这些问题并说说三元催化器的工作原理。

所谓的“三元”是指三元催化器中所含有的三种贵金属元素,分别是铂(Pt)、铑(Rh)、钯(Pd),这三种元素的金属氧化物对某些化学反应具有催化作用。为此,人们就把它们以催化剂涂层的形式涂敷在陶瓷基体上,安装在汽车的排气管中以催化汽车尾气的氧化还原反应,三元催化器也由此得名。在尾气净化过程中,铂(Pt)和钯(Pd)主要起催化一氧化碳和碳氢化合物的作用,而铑(Rh)主要起催化氮氧化物的作用,陶瓷基体呈蜂窝状,可以大大增加三元催化器的催化反应面积。

所谓的“催化”是指三元催化器在净化尾气的过程中,能够起到增强尾气物质活性、加快反应速度的作用。但是它本身并不参与反应,自身的质量和化学性质不会发生变化,所以即使长时间工作,三元催化器也不会消耗殆尽。这就像我们在学高中化学时的氯酸钾加热分解制取氧气的实验,如果没有二氧化锰,反应会非常慢,但是加入少量的二氧化锰之后,反应速度会大幅度提高,但二氧化锰本身并没有任何消耗与性质上的变化。这种催化反应的过程和原理是非常复杂的,我们在此也不必讨论,只需要知道三元催化器的作用就好了。

三元催化器具体的工作过程是:当高温的汽车尾气通过净化装置时,三元催化器中的催化剂将增强一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化合物三种气体的活性,促使其在催化器表面进行一定的氧化-还原化学反应:一氧化碳在高温下氧化成为无色、无毒的二氧化碳,碳氢化合物在高温下氧化成水和二氧化碳,氮氧化物还原成氮气和氧气。就这样三种有害气体都变成了无毒无害的常见气体,汽车尾气就这样得以净化。

如果汽车上没有三元催化器会怎么样呢?汽车尾气中的三种有害气体,在没有催化器的情况下,相互之间的化学反应速度是极慢的,有些反应甚至无法进行。因此这些有害气体几乎全部排放到了大气中,大大增加了空气的污染。在上世纪九十年代之前,汽车上就没有三元催化器,导致某些城市的空气污染极为严重,并且随着车辆数量的增加,这种污染益发严重。后来某些西欧国家就开始强制使用三元催化器,汽车尾气污染才得以有效控制,随后这一做法在世界各地都开始施行,我国在2000年以后生产的汽油车上也强制安装三元催化器。可以说,三元催化器是汽车尾气污染治理过程中的一个里程碑。

三元催化器在使用中不会消耗,所以也就无需定期更换。但是如果使用不当,比如使用了劣质燃油或含铅汽油、经常低温低速行驶、长时间高负荷行驶等,会导致它铅中毒、堵塞或高温烧结,从而失去对尾气的催化作用。这种情况下一般只能更换三元催化器,但是它的价格可是不便宜的,普遍都在四五千元以上。有些人就想:三元催化器坏了我就把它拆掉不用了会怎样?不就是尾气污染大吗?但是世界上这么多车,尾气污染肯定不差我一个。

我相信有这种想法的人不在少数,特别是中国人,实在是太聪明了,总是能在严谨的政策中找到漏洞。不过这次恐怕要失算了。一方面,汽车没有三元催化器,尾气污染大,每年一次的检车肯定不合格;另一方面,汽车在技术上已经把这种行为屏蔽掉了。它是发动机闭环控制系统中的一个重要元件,安装在它上面的氧传感器会检测进入与排出其中的废气氧含量,然后将信号反馈给发动机控制单元,以调节喷油量,形成闭环控制。如果不安装它,发动机收不到正确的尾气信号,会出现控制混乱的故障,汽车会出现加速无力、油耗增高等故障,发动机故障灯也会点亮。

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