汽车用三元催化器基础知识及成本分析

,圖形或表格自訂,第二階層,第三階層,第四階層,第五階層,#,汽车用三元催化器,基础知识及成本分析,一、概述,二、三元催化器的作用、特点,三、三元催化器的基本结构,四、三元催化器的基本性能,五、三元催化器封装工艺,六、三元催化器失效模式,七、三元催化器成本分析,机动车尾气占大气污染物比例,北京市,上海市,CO,63.4%,86%,HC,73.5%,96%,NO,46%,56%,触媒的工作原理,二、触媒的作用,根据触媒在整车的位置，又分为,FCC,（前触媒）与,UCC,（后触媒）,典型的触媒结构由壳体、衬垫、载体、催化剂、涂层等构成,三、触媒的基本结构,3.1.,贵金属,钯（,Pd,）,铑（,Rh,）,CO,一般,NO,X,高,HC,差,CO,高,NO,X,高,HC,高,铂（,Pt,）,CO,高,NO,X,差,HC,高,3.2.,涂层,典型涂层的主要成分是氧化铝和二氧化铈，为贵金属提供表面积，可防止催化剂发生热退化作用,催化剂生产工艺的三大工序,贵金属、氧化物、,水的混合、搅拌,与研磨,涂浆,烘烤,催化剂溶液的颗粒度分析,贵金属含量的测试,比表面积测试,附着性测试,固含量测试,背压测试,催化剂生产检测的三大环节,3.3.,衬垫,催化器使用中，金属外壳的热膨胀系数很大，而陶瓷载体的热膨胀系数很小，要靠衬垫的膨胀和弹性加以缓冲，保证载体不会松动。垫片是催化转化器中保护载体不受损坏的部分。同时有密封、隔热、隔音的作用。,供应商：,3M,、,UNIFRAX,（奇耐）、三菱化工,膨胀型衬垫,非膨胀型衬垫,衬垫的构成 功能,1,、陶瓷纤维 硅酸铝，耐高温,2,、蛭石 加热膨胀,3,、有机粘合剂 生产加工时提供强度,3M,膨胀型衬垫基本特性,温度,膨胀率,密封后的密度,=,衬垫的重量,壳体与载体间的间隙,通常密封后的密度控制在,1g/cm3,左右,最高不超过,1.2g/cm3,，最低不低于,0.8g/cm3,注：以上适用于,3M Interam 100,和,200,衬垫,衬垫的填充密度,3.4.,载体,载体是承载催化剂的物体。它提供很大的比表面，使催化剂与有害气体充分接触。,陶瓷蜂窝载体应用最广泛。其主要参数有外形尺寸、孔密度、壁厚、等压强度、抗热冲击性热膨胀系数、吸水率等。最常用的规格是,400,目及,600,目,供应商：康宁、,NGK,载体种类,金属载体,优点：升温快，背压小、热传导好,缺点：耐热性差，抗过载能力低；成本高，现在使用的金属材质为鉻铝钇不锈钢金属波纹板，价格高。,陶瓷载体,优点：成本低，抗过载、抗高温,缺点：升温慢、背压高,现在,90%,的车辆使用稀土陶瓷载体的三元催化器。,载体的规格,圆形,椭圆,跑道型,非对称型,600/4,目数：每平方英寸的孔数,壁厚：标准载体为,6,，薄壁为,4,，超薄壁为,3,陶瓷载体,金属载体,载体的失效形式,椭圆形捆绑式封装，切点附近压力过大导致剪切型断裂,封装工艺中局部填充密度过高导致封装过程中表层和少量网格被压碎,排放上游侧的金属颗粒造成的侵蚀,堇青石陶瓷载体的软化温度为,1410,，在陶瓷体软化前涂层会达到软化,/,熔化点,可能原因为发动机控制,-,点火不良，增加了熔点温度,3.5.,外壳,壳体材料一般要选取不锈钢和耐热钢：,SUH,409L,、,SUS436,、,SUS441,等。,壳体的型腔要与载体尺寸相配，过渡部分应合理引导和分布气体的流动方向，体积较大的壳体在结构上要设加强筋以提高刚度。,四、三元催化器的基本性能,催化剂性能,封装的机械性能,空燃比特性,轴向推力,冷态振动,热态振动,起燃特性,热寿命,&,水急冷,4.1.,催化剂的基本特性,空燃比特性,起燃特性,为了避免由于高温造成损坏，,需要通过,EMS,标定，,对触媒进行高温保护。,触媒在各种不同温度条件下的物理及化学特性,4.2.,触媒的机械性能,SEM,现用标准为,HCRJ007-2001(GB/T 18377-2001),4.3.,三菱的一些特殊要求（,LS AT,欧,III,后触媒国产化案）,试验方法,三元催化器按实车布置型式与发动机台架进行连接，发动机在最大功率时转速,(6000rpm),下运转,200,小时；其中三元催化器表面温度控制在,600,20,。,如图,1,所示试验所用排气前管、消音器等排气系统零件均采用实车现用件。在催化器上下表面安装温度传感器实时监控催化器表面温度，另在台架附近有鼓风机，当表面温度高于,620,时以降温。传感器安装位置如图,2,。,判定标准,试验终了，三元催化器不得有破损、催化剂（载体）不得有裂纹、衬垫不得有飞散现象。,三元催化器的三大封装形式,蚌壳式,五、触媒的封装工艺,捆绑式,塞入式,5.1.,塞入式封装,GBD,按照零部件公差发生变化,在推入锥管处具有高封装压力,要考虑衬垫剪切,对于标准和薄壁载体封装具有高可靠性,对于超薄壁载体可与合适的衬垫相配,允许接受任何形状载体,5.2.,捆绑式封装,通过捆绑式进行封装，可以获得均衡而一致的,GBD,在搭接处进行合理设计，以获得均衡压力,对于标准和薄壁载体封装具有高可靠性,对于超薄壁载体可与合适的衬垫相配,适用圆形零件（在采用先进的设计和工艺时可接受椭圆形零件）,5.3.,蚌壳式封装,传统上适用于车身下置式触媒,批次内的,GBD,可变性源于封装接口位置,零部件本身,GBD,分布不均匀,适用于标准载体和圆形载体,容易产生收缩点,-,可能会使零件产生剪切,5.4.,封装工艺对比,类型,典型位置,容器直径控制,GBD,（在批次内具有可变性）,GBD,一致性（容器内）,封装时间,变形量,成本,蚌壳式,UCC,一致,不一致,差,取决焊枪数量,大,相当,塞入式,FCC&UCC,一致,不一致,好,长,相当,相当,捆绑式,FCC&UCC,可变外径,一致,优,短,相当,高,捆绑式圆形与蚌壳式跑道形比对,圆形载体捆绑式工艺要比跑道形载体蚌壳式封装获得更高、更均匀的,GBD,5.5.,触媒外形的影响,圆形与椭圆形载体的比较（捆绑式工艺）,圆形可以获得比椭圆形载体更均匀的,GBD,圆形载体比椭圆形载体更易于实现工艺控制，以获得目标,GBD,2018,年,1,月,1,日全国实施国五油,相对国四油,硫含量指标降低了,80%,锰含量指标降低了,75%,禁止人为加入含锰添加剂,六、触媒主要影响因素和失效模式,七万公里左右时,触媒表面图,十万公里左右时，触媒表面图,燃油品质：车用燃料中所含的铅将造成贵金属中毒；,硫化物也将导致催化剂短暂中毒，但在时间较短的条件下可经过燃烧处理加以恢复。而在长时间连续沉积时，将会造成催化剂的失效。,发动机润滑油品质：由于发动机曲轴箱强制通风的要求，发动机机油含有的磷也会造成催化剂中毒。故对机油含磷含量有要求。,其他失效形式,高温失活：活性成分在高温烧结后，涂层中的,-Al2O3,会转化成,-Al2O3,。它只是导致催化器中催化剂的失效，并不影响排气阻力，所以有很多时候车主不会发现，只有在测量尾气或车检时才会发现。,载体发生高温烧结：主要原因是车辆长期使用燃油不当，使三元催化器工作温度超过正常工作温度，金属载体的极性发生变化，再加上高速气流的冲击，就会导致载体高温烧结，载体的通气管路不能流通空气，车辆动力明显下降，甚至无法着车。,机械损伤：热冲击和物理性破碎导致三元催化器机械损伤。,典型案例：,七、成本分析,触媒的成本是设计出来的，在满足排放及热害前提下,1,、选用厂商新的涂层技术以降低贵金属克数,2,、载体选用陶瓷的，选用低目数、非超薄壁的,3,、衬垫选用膨胀型，少用非膨胀型,4,、简单的封装形式、取消隔热罩,美元,/,金衡盎司,人民币,/,克,铂,(Pt),1372,270.59,钯,(Pd),848,167.25,铑,(Rh),1285,253.43,2014,年,9,月,17,日纽约贵金属行情,END,