三元催化转化器
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三元催化转化器
制作人：郝岩
年份 1966－ 1973 1974－ 1979
1980－ 1983
1984－ 1993
1994
技术措施 曲轴箱强制通风系统，废气再循环系统，空气 喷射净化 改进化油器，无触点点火，使用并改进催化剂
反馈（闭环）系统，进一步改进化油器和催化 剂（包括三效催化剂），改进发动机，挥发性 排放物控制 发动机改进，电子控制，燃油喷射，催化剂和 废气再循环系统的进一步改进
铂（Pt）、钯（Pd）及铑（Rh），是三元 催化剂的主要反应元素，是催化转化器中最 昂贵的部分。
• ．结构特征
• 目前所生产的大多数三元催化转化器产品为整 体式蜂窝状陶瓷载体型的催化转化器。载体的物 理性状有圆柱体、椭圆柱体和梯形柱体等多种选 择，可根据整车总体的布局实际进行载体形状的 选择。陶瓷载体的主要构成成分为堇青石，通常 采用陶瓷材料挤压、干燥并采用高温烧结而成。 陶瓷载体从断面观察为蜂窝状实体，壁厚非常薄。 其目的是设法极大地利用现有容积增加催化剂反 应床的化学反应面积，还可以起到防止催化剂热 退化的作用。为了使催化转化器流拥有更大的表 面流通面积，通常将载体制成壁厚非常薄的蜂窝 状，以充分利用有限的空间。
3．载体 早期的催化剂曾采用氧化铝的球状载体，这种
载体存在磨损快、阻力大的缺点，目前在汽车催 化器中已不采用。美国康宁（Corning）公司于70
年代初发明了陶瓷蜂窝载体，并很快占据了车用 催化器载体的主导地位。之后，日本NGK公司也
掌握了这种技术并开始大量生产。据统计，目前 在世界上车用催化器载体的90%是陶瓷载体，其 余为金属载体，而陶瓷载体年产量的95%以上由 康宁公司和NGK公司生产。
进一步改进发动机，控制装置，供油，电预热催化剂和废气再 循环系统，改进挥发性排放物控制，车载诊断
欧洲轿车排放标准对比
等级 柴油
一氧化碳 碳氢化合物 氮氧化物 碳氢+氮氧化物
欧1标准
欧2标准 欧3标准 欧4标准 欧5标准 欧6标准 汽油
2.72 (3.1 6)
-
1
-
0.64
-
0.5
-
0.5
-
0.5
-
-
0.005 0.005
三元催化器将汽车排气系统中的有害物质碳氢化合物、 一氧化碳和氮氧化物转化为水、二氧化碳和氮气。
闭环电喷控制系统
•
车载三元催化器外观图
• 主要组成
• 三元催化器总成主要由壳体、载体、减震层、催 化剂等组成。
•
1．壳体 壳体是整个三效催化转化器的支承体。壳
体的材料和形状是影响催化转化器转化效率 和使用寿命的重要因素。目前用得最多的壳 体材料是含铬、镍等金属的不锈钢，这种材 料具有热膨胀系数小、耐腐蚀性强等特点， 适用于催化转化器恶劣的工作环境。 2．垫层
用于提高催化剂活性和高温稳定性。催化剂的活 性及耐久性除与涂层的成分有关外，也与涂层的 制备工艺密切相关。
5．锥管 不锈钢冲压件，引导排气从前端排气管进
入催化床和引导排气从催化床后段进入后端 排气管。内部隔热设计还采用附加内层锥管， 防止高温排气接触到外层锥管或壳体，保护 绝缘层和衬垫层边缘以及降低噪音。 6．贵金属
-
0.97 (1.13)
-
0.7
0.5
0.56
0.25
0.3
0.18
0.23
0.08
0.17
欧1标准
欧2标准 欧3标准 欧4标准
2.72 (3.1 6)
-
2.2
-
2.3
0.2
1
0.1
-
0.97 (1.13)
-
0.5
Fra Baidu bibliotek
0.15
-
0.08
-
欧5标准
1
0.1
0.06
-
欧6标准
1
0.1
0.06
-
颗粒物
0.14 (0. 18) 0.08 0.05 0.025 0.005 0.005
• 4．涂层 浆状物涂在载体上后烘干，典型涂层的主要成
分是氧化铝和二氧化铈。该涂层为贵金属催化剂
提供一个巨大的表面积，将贵金属催化剂涂布其 上，可防止催化剂发生热退化作用。
催化转化器的涂层如下图所示，在载体孔道的
壁面上涂有一层非常疏松的活性层（英文为 Washcoat），即催化剂涂层。它以γ-Al2O3为主， 其粗糙多孔的表面可使壁面的实际催化反应表面 积扩大7000倍左右。在涂层表面散布着作为活性 材料的贵金属，一般为铂（Pt）、铑（Rh）和钯 （Pd）以及作为助催化剂成分的铈（Ce）、钡 （Ba）和镧（La）等稀土材料。助催化剂主要
为了使载体在壳体内位置牢固，防止它因
振动而损坏，为了补偿陶瓷与金属之间热膨 胀性的差别，保证载体周围的气密性，在载 体与壳体之间加有一块由软质耐热材料构成 的垫层。垫层具有特殊的热膨胀性能，可以
• 发生窜动而导致载体破碎。另外，为了减小载体 内部的温度梯度，以减小载体承受的热应力和壳
体的热变形，垫层还应具有隔热性。常见的垫层 有金属网和陶瓷密封垫层两种形式。
三元催化器工作过程
催化剂表面上的反应过程
• 2．工作原理 在发动机燃烧废气流经蜂窝状陶瓷载体
表面，且载体表面的温度达到特定的温度 范围时，燃烧废气中的化学有害成分、、 将会与载体壁面上的化学涂层产生相应的 化学反应。其过程分为和的氧化反应与的 还原反应两种，如下： 氧化反应： 还原反应：
制作人：郝岩
年份 1966－ 1973 1974－ 1979
1980－ 1983
1984－ 1993
1994
技术措施 曲轴箱强制通风系统，废气再循环系统，空气 喷射净化 改进化油器，无触点点火，使用并改进催化剂
反馈（闭环）系统，进一步改进化油器和催化 剂（包括三效催化剂），改进发动机，挥发性 排放物控制 发动机改进，电子控制，燃油喷射，催化剂和 废气再循环系统的进一步改进
铂（Pt）、钯（Pd）及铑（Rh），是三元 催化剂的主要反应元素，是催化转化器中最 昂贵的部分。
• ．结构特征
• 目前所生产的大多数三元催化转化器产品为整 体式蜂窝状陶瓷载体型的催化转化器。载体的物 理性状有圆柱体、椭圆柱体和梯形柱体等多种选 择，可根据整车总体的布局实际进行载体形状的 选择。陶瓷载体的主要构成成分为堇青石，通常 采用陶瓷材料挤压、干燥并采用高温烧结而成。 陶瓷载体从断面观察为蜂窝状实体，壁厚非常薄。 其目的是设法极大地利用现有容积增加催化剂反 应床的化学反应面积，还可以起到防止催化剂热 退化的作用。为了使催化转化器流拥有更大的表 面流通面积，通常将载体制成壁厚非常薄的蜂窝 状，以充分利用有限的空间。
3．载体 早期的催化剂曾采用氧化铝的球状载体，这种
载体存在磨损快、阻力大的缺点，目前在汽车催 化器中已不采用。美国康宁（Corning）公司于70
年代初发明了陶瓷蜂窝载体，并很快占据了车用 催化器载体的主导地位。之后，日本NGK公司也
掌握了这种技术并开始大量生产。据统计，目前 在世界上车用催化器载体的90%是陶瓷载体，其 余为金属载体，而陶瓷载体年产量的95%以上由 康宁公司和NGK公司生产。
进一步改进发动机，控制装置，供油，电预热催化剂和废气再 循环系统，改进挥发性排放物控制，车载诊断
欧洲轿车排放标准对比
等级 柴油
一氧化碳 碳氢化合物 氮氧化物 碳氢+氮氧化物
欧1标准
欧2标准 欧3标准 欧4标准 欧5标准 欧6标准 汽油
2.72 (3.1 6)
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1
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0.64
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0.5
-
0.5
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0.5
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0.005 0.005
三元催化器将汽车排气系统中的有害物质碳氢化合物、 一氧化碳和氮氧化物转化为水、二氧化碳和氮气。
闭环电喷控制系统
•
车载三元催化器外观图
• 主要组成
• 三元催化器总成主要由壳体、载体、减震层、催 化剂等组成。
•
1．壳体 壳体是整个三效催化转化器的支承体。壳
体的材料和形状是影响催化转化器转化效率 和使用寿命的重要因素。目前用得最多的壳 体材料是含铬、镍等金属的不锈钢，这种材 料具有热膨胀系数小、耐腐蚀性强等特点， 适用于催化转化器恶劣的工作环境。 2．垫层
用于提高催化剂活性和高温稳定性。催化剂的活 性及耐久性除与涂层的成分有关外，也与涂层的 制备工艺密切相关。
5．锥管 不锈钢冲压件，引导排气从前端排气管进
入催化床和引导排气从催化床后段进入后端 排气管。内部隔热设计还采用附加内层锥管， 防止高温排气接触到外层锥管或壳体，保护 绝缘层和衬垫层边缘以及降低噪音。 6．贵金属
-
0.97 (1.13)
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0.7
0.5
0.56
0.25
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0.18
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欧1标准
欧2标准 欧3标准 欧4标准
2.72 (3.1 6)
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Fra Baidu bibliotek
0.15
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0.08
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欧5标准
1
0.1
0.06
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欧6标准
1
0.1
0.06
-
颗粒物
0.14 (0. 18) 0.08 0.05 0.025 0.005 0.005
• 4．涂层 浆状物涂在载体上后烘干，典型涂层的主要成
分是氧化铝和二氧化铈。该涂层为贵金属催化剂
提供一个巨大的表面积，将贵金属催化剂涂布其 上，可防止催化剂发生热退化作用。
催化转化器的涂层如下图所示，在载体孔道的
壁面上涂有一层非常疏松的活性层（英文为 Washcoat），即催化剂涂层。它以γ-Al2O3为主， 其粗糙多孔的表面可使壁面的实际催化反应表面 积扩大7000倍左右。在涂层表面散布着作为活性 材料的贵金属，一般为铂（Pt）、铑（Rh）和钯 （Pd）以及作为助催化剂成分的铈（Ce）、钡 （Ba）和镧（La）等稀土材料。助催化剂主要
为了使载体在壳体内位置牢固，防止它因
振动而损坏，为了补偿陶瓷与金属之间热膨 胀性的差别，保证载体周围的气密性，在载 体与壳体之间加有一块由软质耐热材料构成 的垫层。垫层具有特殊的热膨胀性能，可以
• 发生窜动而导致载体破碎。另外，为了减小载体 内部的温度梯度，以减小载体承受的热应力和壳
体的热变形，垫层还应具有隔热性。常见的垫层 有金属网和陶瓷密封垫层两种形式。
三元催化器工作过程
催化剂表面上的反应过程
• 2．工作原理 在发动机燃烧废气流经蜂窝状陶瓷载体
表面，且载体表面的温度达到特定的温度 范围时，燃烧废气中的化学有害成分、、 将会与载体壁面上的化学涂层产生相应的 化学反应。其过程分为和的氧化反应与的 还原反应两种，如下： 氧化反应： 还原反应：