汽車用三元催化器基礎知識及成本分析

1、一、概述一、概述二、三元催化器的作用、特點二、三元催化器的作用、特點 三、三元催化器的基本結構三、三元催化器的基本結構四、三元催化器的基本性能四、三元催化器的基本性能五、三元催化器封裝工藝五、三元催化器封裝工藝六、三元催化器失效模式六、三元催化器失效模式七、三元催化器成本分析七、三元催化器成本分析機動車尾氣占大機動車尾氣占大氣污染物比例氣污染物比例北京市北京市上海市上海市COCO63.4%63.4%86%86%HCHC73.5%73.5%96%96%NONO46%46%56%56%典型的觸媒結構由殼體、襯墊、載體、催化劑、涂層等構成3.1.貴金屬鈀鈀（PdPd）銠銠（RhRh）CO CO 一般

2、一般NONOX X 高高HC HC 差差CO CO 高高NONOX X 高高HC HC 高鉑鉑（PtPt）CO CO 高高NONOX X 差差HC HC 高高 3.2.涂層典型涂層的主要成分是氧化鋁和二氧化鈰，為貴典型涂層的主要成分是氧化鋁和二氧化鈰，為貴金屬提供表面積，可防止催化劑發(fā)生熱退化作用金屬提供表面積，可防止催化劑發(fā)生熱退化作用催化劑生產(chǎn)工藝的三大工序貴金屬、氧化物、水的混合、攪拌與研磨涂漿烘烤催化劑溶液的顆粒度分析貴金屬含量的測試比表面積測試附著性測試固含量測試背壓測試催化劑生產(chǎn)檢測的三大環(huán)節(jié)3.3.襯墊催化器使用中，金屬外殼的熱膨脹系數(shù)很大，而陶瓷載體的熱膨脹系數(shù)很小，要靠襯墊的

3、膨脹和彈性加以緩沖，保證載體不會松動。墊片是催化轉化器中保護載體不受損壞的部分。同時有密封、隔熱、隔音的作用。供應商：3M、UNIFRAX（奇耐）、三菱化工 膨脹型襯墊非膨脹型襯墊襯墊的構成 功能 1、陶瓷纖維 硅酸鋁，耐高溫2、蛭石 加熱膨脹3、有機粘合劑 生產(chǎn)加工時提供強度3M膨脹型襯墊基本特性溫度溫度膨膨脹脹率率密封后的密度=襯墊的重量殼體與載體間的間隙通常密封后的密度控制在1g/cm3左右最高不超過1.2g/cm3，最低不低于0.8g/cm3注：以上適用于3M Interam 100和200襯墊3.4.載體載體是承載催化劑的物體。它提供很大的比表面，使催化劑與有害氣體充分接觸。 陶瓷蜂

4、窩載體應用最廣泛。其主要參數(shù)有外形尺寸、孔密度、壁厚、等壓強度、抗熱沖擊性熱膨脹系數(shù)、吸水率等。最常用的規(guī)格是400目及600目供應商：康寧、NGK 金屬載體 優(yōu)點：升溫快，背壓小、熱傳導好 缺點：耐熱性差，抗過載能力低；成本高，現(xiàn)在使用的金屬材質(zhì)為鉻鋁釔不銹鋼金屬波紋板，價格高。 陶瓷載體 優(yōu)點：成本低，抗過載、抗高溫 缺點：升溫慢、背壓高 現(xiàn)在90%的車輛使用稀土陶瓷載體的三元催化器。圓形橢圓跑道型非對稱型600/4目數(shù)：每平方英寸的孔數(shù)壁厚：標準載體為6，薄壁為4，超薄壁為3陶陶瓷瓷載載體體金金屬屬載載體體橢圓形捆綁式封裝，切點附近壓力過大導致剪切型斷裂封裝工藝中局部填充密度過高導致封裝

5、過程中表層和少量網(wǎng)格被壓碎排放上游側的金屬顆粒造成的侵蝕堇青石陶瓷載體的軟化溫度為1410，在陶瓷體軟化前涂層會達到軟化/熔化點可能原因為發(fā)動機控制-點火不良，增加了熔點溫度 3.5.外殼殼體材料一般要選取不銹鋼和耐熱鋼：SUH 409L、SUS436、SUS441等。殼體的型腔要與載體尺寸相配， 過渡部分應合理引導和分布氣體的流動方向，體積較大的殼體在結構上要設加強筋以提高剛度。 催化劑性能封裝的機械性能空燃比特性軸向推力冷態(tài)振動熱態(tài)振動起燃特性熱壽命&水急冷試驗方法 三元催化器按實車布置型式與發(fā)動機臺架進行連接，發(fā)動機在最大功率時轉速(6000rpm)下運轉200小時；其中三元催化

6、器表面溫度控制在60020。如圖1所示試驗所用排氣前管、消音器等排氣系統(tǒng)零件均采用實車現(xiàn)用件。在催化器上下表面安裝溫度傳感器實時監(jiān)控催化器表面溫度，另在臺架附近有鼓風機，當表面溫度高于620時以降溫。傳感器安裝位置如圖2。判定標準 試驗終了，三元催化器不得有破損、催化劑（載體）不得有裂紋、襯墊不得有飛散現(xiàn)象。三元催化器的三大封裝形式蚌殼式捆綁式塞入式GBD按照零部件公差發(fā)生變化在推入錐管處具有高封裝壓力要考慮襯墊剪切對于標準和薄壁載體封裝具有高可靠性對于超薄壁載體可與合適的襯墊相配允許接受任何形狀載體通過捆綁式進行封裝，可以獲得均衡而一致的GBD在搭接處進行合理設計，以獲得均衡壓力對于標準和薄

7、壁載體封裝具有高可靠性對于超薄壁載體可與合適的襯墊相配適用圓形零件（在采用先進的設計和工藝時可接受橢圓形零件）傳統(tǒng)上適用于車身下置式觸媒批次內(nèi)的GBD可變性源于封裝接口位置零部件本身GBD分布不均勻適用于標準載體和圓形載體容易產(chǎn)生收縮點-可能會使零件產(chǎn)生剪切類型典型位置容器直徑控制GBD（在批次內(nèi)具有可變性）GBD一致性（容器內(nèi)）封裝時間變形量成本蚌殼式UCC一致不一致差取決焊槍數(shù)量大相當塞入式FCC&UCC一致不一致好長相當相當捆綁式FCC&UCC可變外徑一致優(yōu)短相當高圓形載體捆綁式工藝要比跑道形載體蚌殼式封裝獲得更高、更均勻的GBD圓形可以獲得比橢圓形載體更均勻的GBD圓形

8、載體比橢圓形載體更易于實現(xiàn)工藝控制，以獲得目標GBD2018年1月1日全國實施國五油相對國四油硫含量指標降低了80%錳含量指標降低了75%禁止人為加入含錳添加劑七萬公里左右時,觸媒表面圖十萬公里左右時，觸媒表面圖燃油品質(zhì)：車用燃料中所含的鉛將造成貴金屬中毒；硫化物也將導致催化劑短暫中毒，但在時間較短的條件下可經(jīng)過燃燒處理加以恢復。而在長時間連續(xù)沉積時，將會造成催化劑的失效。發(fā)動機潤滑油品質(zhì)：由于發(fā)動機曲軸箱強制通風的要求，發(fā)動機機油含有的磷也會造成催化劑中毒。故對機油含磷含量有要求。高溫失活：活性成分在高溫燒結后，涂層中的-Al2O3會轉化成-Al2O3。它只是導致催化器中催化劑的失效，并不影響排氣阻力，所以有很多時候車主不會發(fā)現(xiàn)，只有在測量尾氣或車檢時才會發(fā)現(xiàn)。載體發(fā)生高溫燒結：主要原因是車輛長期使用燃油不當，使三元催化器工作溫度超過正常工作溫度，金屬載體的極性發(fā)生變化，再加上高速氣流的沖擊，就會導致載體高溫燒結，載體的通氣管路不能流通空氣，車輛動力明顯下降，甚至無法著車。機械損傷：熱沖擊和物理性破碎導致三元催化器機械損傷。典型案例：觸媒的成本是設計出來的，在滿足排放及熱害前提下1、選用廠商新的涂層技