Добрый вечер. Мне кажется есть смысл поэкспериментировать с прошивкой блока управления. Возможно, при достижении рабочей температуры, двигатель, опираясь на показания первого кислородного датчика, переходит в другой режим, и делает это не совсем корректно. Попробуйте другую программу.
Ну а самый правильный вариант конечно (хоть и совсем не бюджетный) - это установить новый катализатор, два кислородных датчика и вернуть родную прошивку.
Mazda 3