催化劑

科目：

一般
三元/氧化催化劑操作
工作溫度
NOx 催化劑運行
老化及其原因

整體：
催化劑這個名字最初來自希臘語Katalysis（意思是溶解）。自 1992 年底以來，催化劑已成為滿足環境要求的必需品。廢氣中含有有害物質：CO（一氧化碳）、NOx（氮氧化物）和CH（未燃燒的碳氫化合物）。這些物質被（氧化）成無害物質。因此得名氧化催化劑。
在化學中，催化劑是一種引發化學反應並加速或減慢化學反應而不發生任何變化的物質。

三元/氧化催化劑操作：
催化劑不是過濾器，而是可以看作是添加了鉑、銠或鈀等貴金屬的轉化元件。如果廢氣與其接觸，就會發生非常快速的化學反應。有害氣體的分子被分解並與其他分子結合，產生無害氣體。該催化劑能夠淨化90%的廢氣。然而，這是以更高的功耗和更低的功耗為代價的。這是因為它在排氣路徑中產生了一定的空氣阻力。

廢氣中的物質：

CO2：二氧化碳（高濃度對環境、人類和動物有害）
CO：一氧化碳（不完全燃燒的氣體，也有害健康）
CH：碳氫化合物（未燃燒的汽油部分）
O2：氧氣部分（不參與燃燒）
NOx：氮化合物（僅在非常高的燃燒溫度下形成。

催化劑將CO、HC和NOx 3種有害成分轉化為CO3、H2O和N2 2種無害成分。三效催化劑的名稱也由此而來。

為了將 O2 和 CO 添加到催化劑中以便發生轉化，必須調整引擎的噴射模式。為了形成氧氣，混合物必須稀薄（更少的燃料，更多的空氣）。為了形成二氧化碳，混合物必須是富集的（更多的燃料，更少的空氣）。後者並非稀薄混合氣引擎的情況，請參閱本頁下方的氮氧化物催化劑章節。
透過總是向氣缸噴射一點太多和一點太少的燃料，總是會產生濃和稀的混合物。因此，多餘的 CO 和 O2 最終進入催化劑。在催化劑中，鉑與CO和HC反應。銠確保氮氧化物的減少。這也解釋了為什麼在 Lambda 感測器上測量時會測量到變化的電壓。那裡的電壓在 0,2 到 0,8 伏特之間變化（從低到高等）。汽車的引擎管理系統 (ECU) 會自行調整。所以什麼都不需要調整。

有害物質：	新增自：	結果是：
二氧化碳+	氧氣=	CO2
HC+	氧氣=	二氧化碳+水
氮氧化物+	二氧化碳=	氮氣+二氧化碳

為了將 O2 和 CO 添加到催化劑中以便發生轉化，必須調整引擎的噴射模式。為了形成氧氣，混合物必須稀薄（更少的燃料，更多的空氣）。為了形成二氧化碳，混合物必須是富集的（更多的燃料，更少的空氣）。後者並非稀薄混合氣引擎的情況，請參閱本頁下方的氮氧化物催化劑章節。
透過總是向氣缸噴射一點太多和一點太少的燃料，總是會產生濃和稀的混合物。因此，多餘的 CO 和 O2 最終進入催化劑。在催化劑中，鉑與CO和HC反應。銠確保氮氧化物的減少。這也解釋了為什麼當氧氣感知器正在測量。那裡的電壓在 0,2 到 0,8 伏特之間變化（從低到高等）。汽車的引擎管理系統 (ECU) 會自行調整。所以什麼都不需要調整。

從上表可以看出，這些物質全部轉化為二氧化碳等。二氧化碳現在被視為一種對環境有害並導致全球暖化的物質。然而，人也會呼出二氧化碳。樹木和植物將其轉化回 O2（氧氣）。過多的二氧化碳會產生有害影響。樹木和植物只佔少數，無法將所有物質轉化為氧氣。對於內燃機，二氧化碳含量應盡可能高。這聽起來很瘋狂，因為您會認為這會保持盡可能低的水平。事情是這樣的； CO2含量越高，釋放的CO和HC越少。 CO和HC吸入後直接危害健康。降低二氧化碳水平的唯一方法是改用替代燃料、更小（更經濟）的內燃機和更安靜的駕駛。

工作溫度：
催化劑的有用效果從250度的溫度開始，在450度的溫度時達到最大。啟動引擎後，需要一段時間淨化效果才開始顯現。觸媒轉換器安裝得盡可能靠近排氣歧管，因為它能更快達到工作溫度。 800 至 1000 度之間的廢氣溫度可確保更快的熱老化，從而縮短使用壽命並因此減少活性表面積。
還有一個帶有加熱元件的催化轉換器，可確保催化劑在冷啟動後更快達到溫度。這樣可以在引擎啟動後更快地進行調節，從而產生更清潔的廢氣

為了在冷啟動後儘快預熱催化劑，二次空氣泵。

NOx催化劑操作：
之前已經解釋過，催化劑可以透過獲得廢氣中額外的CO來還原NOx。這只能使混合物變得更豐富。在大眾 (FSI) 和寶馬 (Efficient Dynamics) 等公司的稀混合氣引擎中，引擎在部分負載和低速狀態下總是以含有過量空氣的混合物運行（即稀混合氣，而不是濃混合氣）。因此，使用普通的三元催化劑不可能將 NOx 轉化為 N2 + CO2。為了從廢氣中去除氮氧化物，需要具有特殊鋇成分的特殊氮氧化物（儲存）催化劑。催化劑除含有鋇成分外，還含有鉑、銠等貴金屬。
三效催化劑如前所述將CO和HC值轉化為CO2和H2O。 NOx被NOx催化劑轉化。需要額外的溫度感測器和氮氧化物感測器來持續監控這些值。
下圖顯示了大眾、寶馬（以及越來越多的其他品牌）使用的排氣系統。

NOx 氣體以冷狀態儲存在該催化劑中。其他廢氣可以繼續通過排氣裝置。在富氧期間，NOx氣體被儲存在鋇成分中。氮氧化物會累積（就像煙灰儲存在顆粒過濾器中一樣）。隨著時間的推移，催化劑變得飽和。那是它充滿氮氧化物的時刻。然後催化劑必須再生。 NOx 感知器識別到這一點並向 ECU 發送訊號。此時混合物變得富集，特別是為了再生NOx催化劑。只有當氮氧化物催化劑達到 800 度的溫度時才會發生這種情況（溫度感測器記錄該溫度並傳遞至引擎控制單元）。暫時富集會釋放額外的二氧化碳。在這種 CO 的幫助下，可以透過鉑和銠成分轉化為 N2 + CO2。再生後，引擎將再次以稀混合氣運行，直到催化劑再次飽和。
該系統也可能發生故障。如果汽車只行駛短距離（這對整個汽車來說是不利的），NOx催化劑將無法達到其工作溫度。一旦飽和（滿），就必須再生。只有當溫度感測器持續測量到過低的溫度時，ECU 才不會加濃混合物。如果催化劑未處於操作溫度，則鉑和銠組分還不能實現轉化。此時引擎故障燈會亮起，掃描汽車即可找出原因。然後，催化劑將在測試櫃或快速試駕的幫助下再生。因此，最好偶爾長途駕駛（例如在高速公路上行駛 50 公里或更長），並且最好以較高的速度行駛。然後催化劑將很容易達到其工作溫度。

如今，柴油引擎採用 SCR（選擇性催化還原）催化劑應用。這種 SCR 催化劑也會儲存 NOx，但還有一種 AdBlue 加藥系統添加到。

老化及其原因：

汽油：三元觸媒轉換器只能使用無鉛汽油。如果添加含鉛汽油，它會以薄層形式黏附在貴金屬上，從而減少與廢氣的接觸，一段時間後就不再可能。然後化學反應就不再發生。催化劑現已失效，必須更換。這是一件代價高昂的事。加入含鉛汽油是為了達到一定的爆震極限。由於現在使用了爆震感知器，因此燃料中的鉛已被去除。
石油也會對內部產生破壞性影響。如果沿著活塞環、氣門導管或渦輪等處存在大量漏油，則大量油可能最終進入觸媒轉換器。油也會導致貴金屬上黏附一層，從而失去其有效性。
短距離行駛：透過多次短距離行駛，催化劑很少或永遠不會達到其工作溫度。未燃燒的HC（汽油）殘留物粘附在陶瓷表面。如果長距離行駛，這些HC殘留物仍然會被燃燒。如果繼續短距離行駛，這些HC殘留物也會黏附在車內，導致催化劑隨著時間的推移而失去效力。

第二個 lambda 感測器（跳躍感測器）通常測量催化劑是否已正確轉化氣體。如果催化劑老化或內部有缺陷，第二個 lambda 感測器將對此進行測量。然後儀表板上的故障燈將會亮起。那就需要更換催化劑。有關 lambda 感測器的更多資訊可以在頁面上找到氧氣感知器.