各种现代交通工具不仅需要汽油、柴油、天然气等作为燃料,还需要各种添加剂及润滑剂,这些无一不是石油化工类产品,所以化学反应与汽车养护密不可分。如何利用化学反应原理对车辆进行正常有效地保养和维护,提高车辆行驶的舒适性、安全性和经济性,延长车辆使用寿命,同时降低排放是目前非常现实的问题。笔者归纳总结了一些化学反应与汽车养护关系的实例,以供同行参考。
一、化学反应在汽车上的应用及保养注意事项
1北学燃烧
(1)燃烧原理
汽车行驶需要的动力来源于各种形式能量的转化,目前汽车普遍采用的还是内燃机发动机,主要燃料有传统的汽油、柴油,也有
“绿色”燃料,如天然气、沼气或酒精。内燃机发动机就是依靠这些可燃物的化学能经过燃烧后产生热能,再将热能转化为动能。
燃烧是一种发光发热的剧烈化学反应,通常讲的燃烧一般必须三个条件并存才能发生,即可燃物如燃料,助燃物如氧气,着火点即温度要达到燃点,三者缺一不可。
(2)燃烧不充分的后果
热能转化成动能的高低,很重要的一个因素就是燃烧质量的好坏。燃烧质量关系到汽车发动机动力性能的强弱以及燃油经济性的好坏。理论上,汽油机的空燃比为14.7:1,柴油机的空燃比为14.5:1。
碳氢烃类化合物的燃料(如汽油、柴油等)完全燃烧的主要产物是CO2和H2O,不完全燃烧还会产生CO和HC化合物。燃烧不完全在汽车上还会引起“后燃”(俗称“放炮”),使排气管升温而加速三元催化转化器的损坏。
(3)车辆保养与维护注意事项
根据燃烧原理分析,要想汽车动力性强、经济性良好而且降低排放、减少污染,那么平常就要做好车辆的保养与维护工作。添加燃料时尽量选择正规加油站,并加注高纯度燃料;根据规定里程适时更换燃油滤清器,定期清洗喷油器;清除火花塞积炭,严格按照维修手册规定的里程更换火花塞;经常清洁空气滤清器,确保进气清洁,提高空气流速,加大进气量;加强空气流量计和进排气相关传感器的检测和维护,确保它们正常工作等。
2.三元催化转化器
随着环境保护要求的越来越高,现在大多数汽车都安装了废气催化转化器以及氧传感器装置。
(1)三元催化转化器的工作原理
三元催化转化器是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置,发动机通过排气管排气时,CO, NOx和HC化合物三种有害气体通过三元催化转化器中的催化剂增强了活性,进行氧化还原反应。其中CO在高温下氧化成无色、无毒的C02; HC化合物在高温下氧化成H2O和CO2;NOx还原成N2和O2,即把发动机尾气中的三种有害气体转化成无害的CO2, H2O和N2,使整车排气得以净化。
在三元催化转化器中的催化剂大都含有铂、锗等贵金属或稀土元素,在正常情况下,使用寿命为5万公里以上。由于三元催化转化器的工作要求比较严格,如果使用不当,那么则会造成催化转化器早期失效层损坏。
(2)三元催化转化器早期失效的原因
①温度过高
常温下三元催化转化器不具备催化功能,其催化剂必须加热到一定温度才具有氧化或还原功能。通常三元催化转化器的起燃温度在250-350℃,正常工作温度一般在350-700℃。当温度超过850℃时,其内涂层的催化剂很可能会脱落,载体便会碎裂。
②慢性中毒
催化剂对硫、铅、磷、锌等元素非常敏感,硫和铅来自汽油,磷和锌来自润滑油,这四种物质及它们在发动机中燃烧后形成的氧化物颗粒易被吸附在催化剂表面,使催化剂无法与废气接触,从而失去了催化作用,即所谓的“中毒”现象。
③表面积炭
当汽车长期在低温状态工作时,三元催化转化器无法正常工作,发动机排出的炭烟会附着在催化剂的表面,造成催化剂无法与CO和HC化合物接触,长期下来,便使载体的孔隙堵塞,影响其转化效能。
④排气恶化
三元催化转化器对污染物的转化能力有一定的限度,因此必须通过机内净化技术将原始排气量降到最低。如果排放的废气污染物各成分的浓度总量过大,如混合汽偏浓等,就会影响三元催化器的催化转化功能,降低其转化效率。此外,由于废气中有大量的HC化合物和CO进入催化反应器,因此会在其中产生过度的氧化反应,氧化反应产生大量的热量,温度过高将使三元催化转化器损坏。
⑤氧传感器失效
为使废气催化率达到最佳状态,必须在发动机排气管中安装氧传感器并实现闭环控制,其工作原理是氧传感器将测得废气中氧的浓度,转换成电信号后发送给ECU,使发动机的空燃比控制在一个狭小而接近理想区域(14.7:1)的范围内。空燃比大时,虽然CO和HC化合物的转化率略有提高,但NOx的转化率急剧下降,因此必须保证最佳的空燃比。而实现最佳的空燃比,关键是要保证氧传感器正常工作,如果燃油中含铅、硅就会造成氧传感器“中毒”。此外,使用不当还会造成氧传感器积炭、陶瓷碎裂、加热器电阻丝烧断、内部线路断脱等故障。氧传感器的失效会导致空燃比失准,排气状况恶化,催化转化器效率降低,长时间如此会使催化转化器的使用寿命降低。
(3)保养与维护时应注意的问题
鉴于三元催化转化器早期失效的原因,汽车使用与保养时应注意以下事项:①带三元催化转化器的汽车必须使用无铅汽油。②勿长时间(超过10min)怠速运转,怠速时间延长发动机会产生比正常行驶速度更多的热量。③勿让发动机转速忽快忽慢。④点火时间勿太迟,并避免点火次序错乱。⑤当发动机启动困难时,连续启动时间最多不要超过60s.⑥检查发动机各缸工作情况时,最好用示波器而不用短路法或从运转着的发动机上卸下火花塞导线的方法。⑦测量汽缸压力时,要拔下燃油泵的中控接头,停止喷油器向汽缸内喷油。⑧行驶中的车辆切勿切断点火开关。⑨发现有汽缸工作不良时,应及时停车检查、排除故障。⑩避免混合汽偏浓的诸多因素,如喷油器关闭不严、燃油压力调节器失效(油压过高)、氧传感器失效、空气流量传感器失效等。