汽车用三元催化器基础知识及成本分析

功能 硅酸铝，耐高温 加热膨胀 生产加工时提供强度
膨 胀 率
温度
3M膨胀型衬垫基本特性
衬垫的填充密度
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
3.4.载体
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 CO HC NO
北京市
63.4% 73.5%
46%
上海市
86% 96% 56%
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
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Baidu Nhomakorabea格
圆形 跑道型
椭圆 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
4.1.催化剂的基本特性 空燃比特性
起燃特性
触媒在各种不同温度条 件下的物理及化学特性
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。
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）
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。
五、触媒的封装工艺
三元催 化器的 三大封 装形式
塞入式 捆绑式 蚌壳式
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
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 1、陶瓷纤维 2、蛭石 3、有机粘合剂
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
二、触媒的作用
触媒的工作原理
根据触媒在整车的位置，又 分为FCC（前触媒）与UCC
（后触媒）
三、触媒的基本结构
典型的触媒结构由壳体、衬垫、载体、催化剂、涂层等构成
3.1.贵金属
铂（ Pt）
钯（ Pd）
铑（ Rh）
CO 高 NOX 差 HC 高
CO 高 NOX 高 HC 高
CO 一般 NOX 高 HC 差
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
空燃比特性 起燃特性
封装的机械性能
轴向推力 冷态振动 热态振动 热寿命&水急冷
●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
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。
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
催化剂溶液的颗粒度 分析
贵金属含量 的测试
催化剂生产检测的三大环节
烘烤
比表面积测试 附着性测试 固含量测试 背压测试
3.3.衬垫
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
六、触媒主要影响因素和失效模式
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
陶金 瓷属 载载 体体
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