三元催化转化器产品介绍.doc

三元催化转化器产品介绍暨使用说明书2001年10月一、催化转化器—功能、特点（一）、功能催化转化器的作用是把发动机尾气中的有害排放物，主要指碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）、氮氧化合物（NOX）转化成无害的排放物如水蒸气（H2O）、二氧化碳（CO2）和氮气（N2）尽管上述转化的氧化和还原反应，在正常的环境中也能自发进行但在催化转化器中，在正常的排气温度和催化剂的作用下，上述反应的速度和效率却大大增加了一般常用催化剂的反应主要成分为铂、钯、铑等贵金属元素催化转化器是一种有内隔热层的、整体式陶瓷蜂窝载体催化转化器蜂窝陶瓷的作用主要是作为催化剂涂层的载体，在降低排气背压阻抗的同时，仍然提供极大的接触反应面积内部隔热层提高了在恶劣环境下载体的耐久性，如刚烈的震动和高温，而这样的恶劣环境在发动机高速、高负荷工作和催化器近距离安装的情况下，是很容易出现的，由于隔热层位于内部，催化器外表面的温度和噪声都大大的降低了二）、特点1. 内部隔热结构提高了耐久性、发动机仓的热量管理，降低了噪声2. 高温涂层技术使在高温环境下能够保持良好的排放性能3. 牢固的催化床设计，提高耐久性4. 针对客户车型的专项设计，理想实现发动机性能和排放达标匹配。

二、催化转化器—产品参数及说明（一）、产品参数1、 载体体积：依据车辆引擎基本参数设计2、 贵金属比例：Pd only, Pt only,Pt/Rh=5/1,Pd/Rh=8/13、 贵金属总量：25—60g/ft34、 孔密度：400，600，800cpsi(孔/平方英寸)（二）、产品说明1、 催化转化器是将配置完毕的催化剂涂层涂布于陶瓷载体上，再将陶瓷载体用衬垫包裹住，插入一段管状金属壳体内，这种催化器称为填入式催化转化器，载体由陶瓷材料经专用模具挤压烧制而成挤压过程中，生成大量平行的薄壁，通常为方形的孔道，载体被一层陶瓷“毯子”（即衬垫，英文称为：Mat）固定于壳体内2、 三元催化的意思是指涂层涂布于陶瓷载体上催化剂，能同时氧化HC、CO和还原NOX，为使三元催化转化器能有效的发挥作用，发动机空燃比应保持在理论空燃比范围（或称窗口）内，在发动机ECU管理系统的控制下不断波动如果无法控制好空燃比，例如化油器的车，催化剂主要作用于氧化HC及CO，只能称为二元催化三、催化转化器—组件1、 载体：为涂层提供一个基体2、 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3、 贵金属：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4、 衬垫（Mat）：属抗高温的毯状物，由陶瓷纤维、蛭石颗粒和连接材料组成它支撑住催化反应器，起密封、抗震作用，加热时补偿体积的膨胀，并对催化反应器隔热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、 外壳：不锈钢冲压而成或管状壳体催化器采用两个壳体形成“蛤壳”体设计，或采用一段钢管同外锥管相接形成“填充”式设计7、 隔热层：用于控制热量散发，对于外部隔热设计，隔热层是位于壳体和反应器外表面之间的毯状催化陶瓷纤维层而对于内部隔热设计，还在壳体与支撑衬垫之间，以及内外两层锥管之间，附加一层隔热材料隔热层使散发到车底盘和发动机仓的热量减到最小，降低催化转化器外表面的温度，并帮助降低排气噪声四、催化转化器—噪声从发动机排出的气流包含着压力波，当经过催化转化器时会激起催化器外壳或护罩发出噪声。

发动机沿着排气管传导下来的振动是另外一个噪声源如果降低噪声是一个优先考虑的因素，那最好选用内部隔热催化转化器1. 咯咯声/嗡嗡声这种类型噪声的产生有下列几个典型的原因：催化器的附近（如隔热罩）的松动和最终松脱，催化器与车身其余部件的接触，催化器内部元件（如催化床）损坏并在转化器内部移动这些噪声通常同发动机的转速有关2. 外壳和隔热罩噪声高频率的外壳“啸叫”，可能由结构上的共振激励或被排气压力波中的潜波激励引起这种“啸叫”通常的频率范围是1000到2000赫兹，它们一般不会导致客户的抱怨采用内部隔热催化转化器是降低外壳噪声的非常有效的手段隔热罩的噪声有些象外壳的噪声，不过它们的频率通常是800至1600赫兹不带孔的下隔热罩通常比带孔的更容易发出噪声内部隔热的催化器不再需要外部的隔热罩，因为它们本来已经很“安静”3. 冷却噪声“乒、乓”型噪声的产生原因是：在冷却过程中，由于排气系统部件的热胀冷缩，导致配合零部件的相互运动，设计排气子系统或配件时，允许或隔绝他们的运动可降低冷却噪声，隔绝热胀冷缩的方法由采用柔性的接口和在相互滑动的表面间使用网格型衬垫五、催化转化器—工作环境（一）、结构耐久性催化器在以下限值范围内安装工作：1、 起燃温度约为300℃。

起燃温度是指转化器充分预热后具有50%转化率的温度2、 组件的最大允许温度： 支撑结构 允许温度 膨胀衬垫 800℃~875℃ 内锥管 900℃~975℃3、振动，任意方向（20到2000赫兹）<10G RMS（持续）10~20G RMS（短期）（二）、排放性能1、 论空燃比或偏浓空燃比：l 床温在400℃到700℃之间时，催化器会具有最优的催化转化能力，对催化器的老化也最小l 最大允许床温（短期小于车辆运行的1%）：温度850℃~920℃2、 空燃比偏浓时，要避免床温在700℃到800℃之间的工况超过车辆运行的1%3、 催化器在正常的工作状况下，如接触到某些化合物，会导致催化器中毒，毒化物会通过化学或物理的作用影响催化剂的活性，常见的液体毒化物如下：l 燃油限定使用不含或尽量少含某些金属添加剂，如四乙基铅、卤素清净剂、MMT等；铅中毒可导致催化剂永久性的损坏，推荐的铅含量少于0.0026克/升最大铅含量0.008克/升；硫中毒会导致催化剂暂时性的损伤，硫中毒还导致产生讨厌的硫化氢气味，空燃比偏浓时，硫化物会被释放。

l 发动机机油只许含有限量的添加剂，如：二烃基二硫磷酸锌（ZDP）、钙、锰等推荐的添加剂及含量可参见通用公司燃油润滑油部的标准.所有的发动机机油含有的磷均会覆盖住催化剂磷的覆盖会永久性的阻碍催化反应，并且是不可逆的，发动机机油的最大磷含量为0.15%（重量），推荐的机油消耗率少于0.12升/1000公里4、 排气状况（只适用于三元催化转化器）：l 为保证催化器的最大使用寿命，空燃比（A/F）应保持在理论空燃比附近，偏离值应尽可能的小l 灵敏的系统反应和小的A/F偏离会使催化转化器发挥最佳的性能六、催化转化器—失效机理催化转化器不能正常工作，通常是发动机管理系统的不规范运行所致当分析催化转化器失效时，所有可能的偶然因素都应考虑1. 温度过高催化器内的高温，通常是因发动机的不完全燃烧产生的、未燃烧的燃油排到过热的催化床而产生的，可能的原因如下：① 点火系统故障② 燃油控制/标定失灵③ 火花塞高压线插头脏④ 燃油系统故障，例如：喷嘴漏油过高温度可导致各种催化床和衬垫的损伤，所有形式的热损伤都会导致排放恶化或不达标l 催化床熔化陶瓷催化床的熔化表明其工作温度非常高（>1400℃）催化床的熔化导致排气背压升高（包括可能的100%堵塞）和/或由于破裂的载体块导致的噪声。

l 催化床的纵向裂纹如果温度足够（1000℃或更高），催化床会从纵向裂开即当催化床的热应力超过强度极限时，产生纵向裂纹在催化转化器中，这通常是由于冷却过程中热冲击引起的纵向裂纹可使催化床逐渐松动，导致驾驶性能恶化和/或咯咯的噪声采用厚实的衬垫和断面更接近于圆形的催化床可减小催化床发生纵向裂纹的倾向l 衬垫侵蚀/破损过高温度下，支撑衬垫可导致破损或边缘部分受侵蚀当侵蚀贯穿整个衬垫时，就产生了一条饶过催化床的通道当衬垫的破损程度足够，催化床会松动并可能发出咯咯声连续使用催化床会磨成催化器出口管路的形状，导致背压的升高l 催化剂失效高温会造成不可逆的氧化铑，影响HC、CO、NOX的转化率还有贵金属和/或氧化铝载体会烧结，微孔会堵塞和露在排气中的催化剂的点会减少，导致催化剂失效的温度因催化剂的技术而异2. 温度过低 温度不够会导致各种对催化转化器工作不利的环境l 转化率低如果催化器达不到足够的工作温度，就不会充分的转化排放污染物l 玷污物积累长期的低温工作会导致催化剂中毒和纹玷污，玷污物聚集在催化剂表面，阻碍排气向催化剂点的扩散和脱离玷污物还会通过化学和物理作用破坏催化剂，HC会首先受到这方面的影响，因为与CO 和NOX相比，它的分子体积较大。

l 冷态衬垫损失当催化器组装后，衬垫内含有未膨胀的云母晶体在催化器使用初期，云母晶体在高温下膨胀，膨胀后的云母晶体提供了压紧力，帮助衬垫完成其在催化器剩余使用寿命内的功能如果衬垫接触的温度不够高，不能使云母晶体发生足够膨胀，衬垫就会在排气压力波的作用下，被催化床的壳体“压薄”最终，衬垫损坏，催化床松动衬垫所需最小的膨胀温度因不同类型的支撑衬垫而异3. 难闻的气味导致产生令人讨厌气味的原因是燃油中的硫，在载体上某些基层金属的催化作用下产生的，在偏稀的工作状况下，硫以硫化氢的形式从催化器中释放出来，在催化剂涂层中添加金属镍可以帮助防止硫化氢转化为亚硫酸盐和硫酸盐4. 结构疲劳l High-Cycle疲劳当排气系统的吊架损坏或吊挂不正确，催化转化器就受到高度的垂直振动在这种情况下，催化转化器壳体和/或接管会因过度的振动压力而破裂，破裂通常发生在圈终壳体式接管的受影响的焊接区域l Low-Cycle疲劳在正常的使用状况下，排气系统的结构部件也会受到热膨胀带来的内压力，当这些内压力超过材料的强度，破裂很快会发生如因不正确的组装、不彻底的焊接、不正确的材料，材料太薄或过于尖锐的过渡圆角削弱了其强度，催化器的壳体、接管和法兰就会发生破裂。

l 腐蚀采用长扫描技术观察发现，催化转化器没有纵向内外腐蚀的现象催化器在正常的工作温度下，防止了冷凝物在内壁上的形成和凝聚但是，催化器存在由外到内的腐蚀l 物理损坏物理性损坏的原因包括：不正确的装配、敲击、撞击，吊挂损坏，因路况太差造成的损坏l 催化剂中毒在正常的工作状况下，如某些化合物的浓度很高，也会造成催化剂的中毒，毒化物通过物理的和化学的作用阻碍催化剂起作用l 环形裂纹环形裂纹是沿着催化床横截面断开的、彻底的横向裂纹环形裂纹不会影响催化器的性能和寿命，环形裂纹是由于热膨胀造成的因为支撑衬垫的压紧力的限制，环形裂纹形成的两块催化床会停留在原有位置（除了之间有一段缝隙），就象两块独立的催化床因此，环形裂纹通常并不认作是催化器的故障催化器设计中，厚密的衬垫比相对薄的衬垫更容易形成环形裂纹七、催化转化器—机械接口催化器后的泄露会影响OBDⅡ系统的诊断，尤其是采用双氧传感器时因为有附加的后氧传感器的存在，这种泄露会使正常工作的催化器因产生过量的氧而被认为有故障1. 减小泄露的推荐方法：l 尽量减少连接和可拆卸的接头l 在总管上采用伸缩管l 将前排气管同催化器总成。