Toyota Workshop Service and Repair Manuals

Three Way Catalytic Converter: Description and Operation

PURPOSE

This system incorporates the use of two Three Way Catalytic Converters (TWC) in line with each other. The first TWC is a Warm-Up convertor
and then the exhaust passes to the Main TWC for continued burning. The TWC simultaneously removes up to 90% of all three major pollutants,
Hydrocarbons (HC), Carbon Monoxide (CO) and Oxides of Nitrogen (NOx). A complete catalytic reaction depends on the fuel mixture staying
within a very narrow range (±1% of 14.7:1) which can only be achieved with a properly functioning oxygen sensor feedback system.

OPERATION

As the exhaust gasses containing HC and CO pass through the converter in the presence of oxygen, the platinum catalyst starts the oxidation
(burning) process. The HC and CO then unite with oxygen to form water vapor and carbon dioxide. This oxidation process has no effect on NOx
emissions. 
To reduce the NOx, a separate reaction is necessary called "reduction."  A reduction reaction is the removal of oxygen from a material. In Three
Way Catalyst type converters, rhodium is used as a catalyst to break down oxides of nitrogen into nitrogen and oxygen. The effective conversion
of pollutants begins at about 250°C (480°F). 
The ideal operating temperature for maximum conversion and long service life is 400°C - 800°C (750°F - 1500°F). Engine malfunctions, for
example misfires, can cause the temperature in the converter to increase to more than 1400°C (2500°F). Such temperatures can lead to complete
destruction of the converter by melting the substrate material.

CONSTRUCTION

The catalytic converter consists of a metal housing, a ceramic grid substrate, and a catalytic coating of platinum and rhodium. The active metal
content is about 2 grams of platinum/rhodium.

CAUTION: DO NOT use leaded fuel except in emergencies. It will permanently render the converter ineffective. Lead compounds deposited in
the pores and on the surface of the active material reduce or eliminate exposure to exhaust gasses. Excessive engine oil residues can also ruin the
catalyst.