常温下的三元催化器不具备催化能力，其催化剂必须加热到一定温度才具有氧化、还原的能力，通常催化转化器的起燃温度在250—350℃，正常工作温度一般在400—800℃。当温度超过1000℃时，其内涂层的催化剂就会烧结坏死，同时也极易发生车辆自燃事故。所以必须注意控制造成排气温度升高的各种因素，如点火时间过迟或点火次序错乱、断火等，这都会使未燃烧的混合气进入催化反应器，造成排气温度过高，影响催化转化器的效能。
催化剂对硫、铅、磷、锌等元素非常敏感，硫和铅来自于汽油，磷和锌来自于润滑油，这四种物质在发动机中燃烧后形成氧化物颗粒易被吸附在催化剂的表面，使催化剂无法与废气接触，从而失去催化作用，即所谓的“中毒”现象。
当汽车长期工作于低温状态时，三元催化器无法启动，发动机排出的炭烟会附着在催化剂的表面，长期下来，便使载体的孔隙堵塞，影响转化效能。
催化转化器对污染物的转化能力也有一定的限度，因此必须通过机内净化技术将原始排气降到最低。此外，由于废气中有大量的HC和CO进入催化反应器后，会在其中产生过度的氧化反应，氧化反应产生大量热量使催化反应器温度过高而损坏。即使是同样的发动机，同样的三元催化转化器，车型不同，发动机常用的工作区间就不同，排气状况就发生变化，安装三元催化器的位置就不同，这都会影响三元催化器的催化效果。因此不同的车辆应使用不同的催化转化器。
因为使废气催化率达到90%以上，可在发动机排气管中安装氧传感器并实现闭环控制，工作原理是氧传感器将检测到的废气中氧的浓度，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的、接近理想的区域内(14．7：1)，若空燃比大时NOx的转化率急剧下降为20%。因此必须保证最佳的空燃比，关键要保证氧传感器工作正常。
使用不当还会造成氧传感器积碳、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，长时间会让三元催化器的使用寿命降低。
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