汽车用三元催化器基础知识及成本分析

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
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
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。
五、触媒的封装工艺
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
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
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
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）
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℃。
●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 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
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
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%
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
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
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wenku.baidu.com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
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
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
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