汽车用三元催化器基础知识及成本分析

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CO63.4%86%HC73.5%96%NO46%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NOX高HC差CO高NOX高HC高铂（Pt）CO高NOX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3MInteram100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：SUH409L、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/T18377-2001)4.3.三菱的一些特殊要求（LSAT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GBD5.5.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GBD2018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γ-Al2O3会转化成α-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)1372270.59钯(Pd)848167.25铑(Rh)1285253.432014年9月17日纽约贵金属行情END