汽車用三元催化器基礎(chǔ)知識(shí)及成本分析

汽車用三元催化器

根底知識(shí)及本錢分析一、概述二、三元催化器的作用、特點(diǎn)三、三元催化器的根本結(jié)構(gòu)四、三元催化器的根本性能五、三元催化器封裝工藝六、三元催化器失效模式七、三元催化器本錢分析機(jī)動(dòng)車尾氣占大氣污染物比例北京市上海市CO63.4%86%HC73.5%96%NO46%56%觸媒的工作原理二、觸媒的作用根據(jù)觸媒在整車的位置，又分為FCC〔前觸媒〕與UCC〔后觸媒〕典型的觸媒結(jié)構(gòu)由殼體、襯墊、載體、催化劑、涂層等構(gòu)成三、觸媒的根本結(jié)構(gòu)3.1.貴金屬鈀〔Pd〕銠〔Rh〕CO一般NOX

高HC差CO高NOX

高HC高鉑〔Pt〕CO高NOX

差HC高3.2.涂層典型涂層的主要成分是氧化鋁和二氧化鈰，為貴金屬提供外表積，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(cè)試比表面積測(cè)試附著性測(cè)試固含量測(cè)試背壓測(cè)試催化劑生產(chǎn)檢測(cè)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，要靠襯墊的膨脹和彈性加以緩沖，保證載體不會(huì)松動(dòng)。墊片是催化轉(zhuǎn)化器中保護(hù)載體不受損壞的局部。同時(shí)有密封、隔熱、隔音的作用。供給商：3M、UNIFRAX〔奇耐〕、三菱化工膨脹型襯墊非膨脹型襯墊襯墊的構(gòu)成功能1、陶瓷纖維硅酸鋁，耐高溫2、蛭石加熱膨脹3、有機(jī)粘合劑生產(chǎn)加工時(shí)提供強(qiáng)度3M膨脹型襯墊根本特性溫度膨脹率密封后的密度=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3MInteram100和200襯墊襯墊的填充密度3.4.載體●載體是承載催化劑的物體。它提供很大的比外表，使催化劑與有害氣體充分接觸。●陶瓷蜂窩載體應(yīng)用最廣泛。其主要參數(shù)有外形尺寸、孔密度、壁厚、等壓強(qiáng)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●供給商：康寧、NGK載體種類金屬載體優(yōu)點(diǎn)：升溫快，背壓小、熱傳導(dǎo)好缺點(diǎn)：耐熱性差，抗過載能力低；本錢高，現(xiàn)在使用的金屬材質(zhì)為鉻鋁釔不銹鋼金屬波紋板，價(jià)格高。陶瓷載體優(yōu)點(diǎn)：本錢低，抗過載、抗高溫缺點(diǎn)：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。載體的規(guī)格圓形橢圓跑道型非對(duì)稱型600/4目數(shù)：每平方英寸的孔數(shù)壁厚：標(biāo)準(zhǔn)載體為6，薄壁為4，超薄壁為3陶瓷載體金屬載體載體的失效形式橢圓形捆綁式封裝，切點(diǎn)附近壓力過大導(dǎo)致剪切型斷裂封裝工藝中局部填充密度過高導(dǎo)致封裝過程中表層和少量網(wǎng)格被壓碎排放上游側(cè)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(huì)到達(dá)軟化/熔化點(diǎn)可能原因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)控制-點(diǎn)火不良，增加了熔點(diǎn)溫度3.5.外殼●殼體材料一般要選取不銹鋼和耐熱鋼：SUH409L、SUS436、SUS441等?！駳んw的型腔要與載體尺寸相配，過渡局部應(yīng)合理引導(dǎo)和分布?xì)怏w的流動(dòng)方向，體積較大的殼體在結(jié)構(gòu)上要設(shè)加強(qiáng)筋以提高剛度。四、三元催化器的根本性能催化劑性能封裝的機(jī)械性能空燃比特性軸向推力冷態(tài)振動(dòng)熱態(tài)振動(dòng)起燃特性熱壽命&水急冷4.1.催化劑的根本特性空燃比特性起燃特性為了防止由于高溫造成損壞，需要通過EMS標(biāo)定，對(duì)觸媒進(jìn)行高溫保護(hù)。觸媒在各種不同溫度條件下的物理及化學(xué)特性4.2.觸媒的機(jī)械性能SEM現(xiàn)用標(biāo)準(zhǔn)為HCRJ007-2001(GB/T18377-2001)4.3.三菱的一些特殊要求〔LSAT歐III后觸媒國(guó)產(chǎn)化案〕試驗(yàn)方法三元催化器按實(shí)車布置型式與發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架進(jìn)行連接，發(fā)動(dòng)機(jī)在最大功率時(shí)轉(zhuǎn)速(6000rpm)下運(yùn)轉(zhuǎn)200小時(shí)；其中三元催化器外表溫度控制在600±20℃。如圖1所示試驗(yàn)所用排氣前管、消音器等排氣系統(tǒng)零件均采用實(shí)車現(xiàn)用件。在催化器上下外表安裝溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控催化器外表溫度，另在臺(tái)架附近有鼓風(fēng)機(jī)，當(dāng)外表溫度高于620℃時(shí)以降溫。傳感器安裝位置如圖2。判定標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)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五、觸媒的封裝工藝?yán)壥饺胧?.1.塞入式封裝●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(duì)于標(biāo)準(zhǔn)和薄壁載體封裝具有高可靠性●對(duì)于超薄壁載體可與適宜的襯墊相配●允許接受任何形狀載體5.2.捆綁式封裝●通過捆綁式進(jìn)行封裝，可以獲得均衡而一致的GBD●在搭接處進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，以獲得均衡壓力●對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)和薄壁載體封裝具有高可靠性●對(duì)于超薄壁載體可與適宜的襯墊相配●適用圓形零件〔在采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)和工藝時(shí)可接受橢圓形零件〕5.3.蚌殼式封裝●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(biāo)準(zhǔn)載體和圓形載體●容易產(chǎn)生收縮點(diǎn)-可能會(huì)使零件產(chǎn)生剪切5.4.封裝工藝比照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(shí)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(dāng)塞入式FCC&UCC一致不一致好長(zhǎng)相當(dāng)相當(dāng)捆綁式FCC&UCC可變外徑一致優(yōu)短相當(dāng)高捆綁式圓形與蚌殼式跑道形比對(duì)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GBD5.5.觸媒外形的影響圓形與橢圓形載體的比較〔捆綁式工藝〕圓形可以獲得比橢圓形載體更均勻的GBD圓形載體比橢圓形載體更易于實(shí)現(xiàn)工藝控制，以獲得目標(biāo)GBD2018年1月1日全國(guó)實(shí)施國(guó)五油相對(duì)國(guó)四油硫含量指標(biāo)降低了80%錳含量指標(biāo)降低了75%禁止人為參加含錳添加劑六、觸媒主要影響因素和失效模式

七萬(wàn)公里左右時(shí),觸媒外表圖十萬(wàn)公里左右時(shí)，觸媒外表圖燃油品質(zhì)：車用燃料中所含的鉛將造成貴金屬中毒；硫化物也將導(dǎo)致催化劑短暫中毒，但在時(shí)間較短的條件下可經(jīng)過燃燒處理加以恢復(fù)。而在長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)沉積時(shí)，將會(huì)造成催化劑的失效。發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油品質(zhì)：由于發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)的要求，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油含有的磷也會(huì)造成催化劑中毒。故對(duì)機(jī)油含磷含量有要求。其他失效形式高溫失活：活性成分在高溫?zé)Y(jié)后，涂層中的γ-Al2O3會(huì)轉(zhuǎn)化成α-Al2O3。它只是導(dǎo)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(shí)候車主不會(huì)發(fā)現(xiàn)，只有在測(cè)量尾氣或車檢時(shí)才會(huì)發(fā)現(xiàn)。載體發(fā)生高溫?zé)Y(jié)：主要原因是車輛長(zhǎng)期使用燃油不當(dāng)，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(huì)導(dǎo)致載體高溫?zé)Y(jié)，載體的通氣管路不能流通空氣，車輛動(dòng)力明顯下降，甚至無(wú)法著車。機(jī)械損傷：熱沖擊和物理性破碎導(dǎo)致三元催化器機(jī)械損傷。典型案例：七、本錢分析觸媒的本錢是設(shè)計(jì)出來(lái)的，在滿足排放及熱害前提下1、選用廠商新