催化器的封装

1、（提示:内部资料）催化器一催化剂的封装二零零九年八月、机动车废气的产生与净化可燃混合气：碳氢燃料（CmHn）与空气（02,N2）形成的可燃混合物士11、重要概念=空燃比空燃比(A/F)：进入发动机气缸的燃油(Fuel)和空气(Air)的比例。理论空燃比:14.7,混合气燃烧最完全；即当A/F=14.7时，即1份燃料与14.7份空气完全混合，此时，燃料中的碳和氢(C,H)与空气中的氧气(02)完全发生反应,生成C02和H20。l.lx重要概念理论空燃比:14.7,化学计量比;当A/FV14.7时，混合气偏浓,称为贫氧燃烧，CO,HC排放增加，而NOX较少；当A/F14.7时，混合气偏稀,为富氧燃

2、烧，此时CO,HO放减少，但NOX增加。:空燃比求Auuyuwwcowb9CQUWindow1*1147:115:1AiriFuelRatioq.12、发动机的排气的主要有毒物质产生原因：混合气物理形成过程瞬态燃烧的化学过程燃烧产物：二氧化碳（C02）、水蒸气（H20）、一氧化碳（CO）和小百分比的未燃烧的碳氢（HC）和氧化氮（NOx）,颗粒物等；有毒物质:CO、HC和NOx,颗粒物等;汽油与柴油燃烧排放污染物对比柴油机与汽油机排放比较也宮成分汽油机柴油机徴粒（臥曲）0.0050.15-0.30(:()(%)0.1-60.05-0.50HC(xIO6)200020()1CXX)NO/xlO6)

3、2000-4XX)7UO-2DW13、机动车排放净化手段-机内净化（治本措施）：促进燃烧，降低污染物生成;如：改进发动机的燃烧室结构、改进点火系统、改进进气系统、采用电控汽油喷射、采用废气再循环技术等。-机外净化（补救措施）：简单讲，就是对发动机排气口的污染物进行进一步处理和净化；是现行主流技术手段。机内与机外净化技术结合起来，就能更好地解决汽车排放污染问题。催化器是减少汽车排放污染物的主要机外净化手段当高温的汽车尾气通过净化装置时,催化器中的净化剂将增强CO、HC和NOx三种气体的活性，促使其进行一定的氧化还原化学反应，有害气体变成无害气体，使汽车尾气得以净化。在催化剂的作用下，发动机的1排

4、气可能发生化学反应Mb氧化反应：C0+02C02；HC+02-C02+H20还原反应：NOX+CO-N2+C02水煤气反应：CO+H2O-CO2+H2炷-水蒸气重整反应：C+H2O-CO+H219851990199520002005201019851990199520002005201014、欧盟机动车排放控制阶段HC+NOy%】1007550255.8ECER15/04有害排放大幅降低9097100755025PM%10075502501111121,2-ECER15/D497%、/0,50i98W）；!K/.-1111oyw1110.2788.il387EECEU10,156|T7IEU2

5、_0.10|、I31%EU3I、一IEU4亡U.95%；iU5T1,360,970,90中国机动车排放控制各个阶段新认证车蟹+OBD4M1类汽油车）、+OBD（捷他轻型车*国1国2国3国420002001200220032004200520062007200820092010201120122013国4S2匸二国3国4|在生产车戛+C+OBD伸娄BD（其他轻型车1汽油车）士二、催化器的_般结构催化器（也称催化转化器）：经过封装的催化剂一般是由壳体、减震层、催化剂三部分组成。CATALYTICCONVERTERmetallichoneycomb催化剂：载体和涂层合称。是整个催化转化器的核心部分，

6、它决定了催化转化器的主要性能扌旨*示。X2.1、催化转化器组件一催化剂载体:为涂层提供一个基体。metallichoneycomb涂层：为贵金属催化剂提供一个巨大的表面积和化学结构，将贵金属催化剂涂布其上，可防止催化剂发生热老化作用。y-Al2Osupport:秤贵金属:ffi(Pt)、耙(Pd)及铐(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。Ce-Zrmixedoxidey-AOgsupportPlatinum、Rhodiummetallichoneycomb2.1、催化转化器组件一催化剂催化转化器组件一催化剂催化转化器组件一催化剂载体:陶瓷载体和金属载体陶瓷载体:主要

7、材质是堇青右(cordierite)，殂成为2MgO-2AI2O3-5SiO2,烧成曲温度为14001420Co堇青石陶瓷特点:热膨胀系数低(10nm/C),由堇青石构成的支持体是汽车尾气催化剂较为理想的载体。金属载体:主要是将铁素体不铳钢薄带加工底各种波纹形，再将其卷绕戒所需形状，经过特殊的焊接加工处理后，就可得到金属蜂窝载体的成品。现行材质:目前采用的FeCrAi合金，可以保证涂覆层的牢固附着。2.2、催化转化器组件一衬垫衬垫(Mat):属抗咼温的毯状物，由陶瓷纤维、蛭石颗粒和连接材料组成。2.2、催化转化器组件一衬垫作用: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

8、化反应器隔热。2.2、催化转化器组件一衬垫垫层有两种：一种是3M类型材料,一种是双“S”型耐热不锈钢垫层。3M类垫层：在达到1000C后冷却到室温保持50%变形，保证高温时有张紧力，低温时不松动。2.3、催化转化器组件一壳体外壳:由不锈钢冲压而成，或管状壳体。作用:支撑，保护形式: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。2.4、催化转化器组件一壳体锥管:不锈钢冲压件，作用:引导排气从前端排气管进入崔花床和引导排气从催花床后段进入后端排气管。特殊设计: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。

9、2.5、催化转化器组件一隔热层隔热层:用于控制热量散发。隔热层作用: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。輾蟲靈盎哪翳總蘇址當暑家!龍。I?兢醐驢麴髓在勰霉隔热材料。,2.6、封装材料壳体材料:一般选用001171(409)、00CrllTi(409L)0Crl8Ni9(304)、lCrl8Ni9(302)。前两种属于耐热钢，后两种属于不锈钢。前者价格低、冲压性能好，后者耐腐蚀性能好，无磁性。板厚一般为12毫米、1.5毫米或2.0毫米。-隔热罩:一般选用0.6或0.8毫米的镀铝钢板。-法兰:一般选用铸钢(ZG25)或锻钢(20)o-螺栓:一般由

10、耐高温材料SNB16、lCrl3等制造。膨胀垫层:由硅酸铝纤维、蛭石和有机粘合剂加工而成。金属垫层由!Crl8Ni9Ti!Crl8Nil2Mo2Ti等制造。三、催化剂的封装2.1一般概念2.2封装材料2.3封装工艺2.1、一般概念堆过程是决定催化器制造质量的关键阶段，包括催化器的化学反应能力、而扌久性和机械性能。封装方式:捆绑式(Tourniquet)蚌壳式(Clamshell)塞入式(stuffing)”2.1、一般概念堆月的主要是解决陶瓷载体和外壳膨胀系数不能统一的问题。通常采用圭寸聂夕匸壳和籤体之向加缓冲垫虐;圭寸装时必须选择适当的封装压力，根据籤体性能、缓冲材质、外壳材料等,通过实验选

11、择适宜配合，找到最佳封装压力参数。J22封装主要设备生产设备勇板设备;（模具）（工装）冲压设备;焊接设备;检验设备轴向推力检测设备;气密性检查设备;纵置热振动试验试验检测设备;热寿命试验检测设备；水急冷试验检测设备；2.3焊接工艺焊接:是常用工艺手段O为了保证其耐腐蚀性和焊缝质量，不锈钢材料的焊接多采凫气体保护焊。不锈钢气体保护焊接方法:TIG焊：非熔化极气体保护电弧焊即包括钩极惰性气体保护焊;MAG焊：熔化极气体保护电弧焊，它包括熔化极非惰性气体保护电弧焊（C02焊）及熔化极活性气体保护电弧焊；MIG焊：熔化极惰性气体保护电弧焊。J2.3焊接工艺-TIG焊:分填丝和不填丝两种。其特点是电弧稳

12、定，飞溅小，焊缝致密，成型美观。焊接速度稍慢。不填丝时，对零件尺寸精度要求很高。-MAG焊也称为MIG焊:对于熔化极气体保护电弧焊，在惰性气体中加入1%5%氧气的目的是在基本不改变惰性气体电弧基本特性的条件下，进一步提高电弧稳定性，增强液态金属的流动性，改善焊缝成形，降低电弧辐射强度。二氧化碳气体保护焊:优点是成本低，缺点是飞溅大。缝焊和点焊:属于电阻焊，由于熔池与空气极少接触，一般不用保笳气。者E是高质量不锈钢焊接焊接缺陷:形状尺寸缺陷:有焊接变形，尺寸偏差（包括错边、角度偏筹、焊缝尺寸过大或过小等），外形不良（包括焊缝高低不平、波纹粗劣、宽窄不齐等），飞溅和电弧擦伤。焊缝形状缺陷町焊缝宽度

13、不均；b）补焊过宽；C）尺寸突变；d）高度不均焊接缺陷：结构缺陷:有焊缝表面气孔和内部气孔、夹渣、未熔合、未焊透、咬边和焊接裂纹。焊瘤、凹坑、未焊透bi未融合a侧壁未融合D）层间未融合焊接缺陷:性能缺陷:焊接接头力学性能（抗拉强度、屈服点、冲击韧性及冷弯角度）、化学成分等性能不符合技术要求。焊接裂纹1）纵向裂纹;2）横向裂纹；3）恿影响区裂纹;町根部裂纹；5）焊缝下裂纹；6）焊趾裂纹2.4捆绑式封装是控制封装力的一种最理想的方式，它受力最均匀，能够保证较长的使用寿命。适用于圆柱形载体。2.4捆绑式封装是控制封装力的一种最理想的方式，它受力最均匀，能够保证较长的使用寿命。适用于圆柱形载体。一般用

14、MIG焊，点焊固定时可采用TIG焊。主要设备：卷筒机、包裹工作台、捆绑机、推力检测机、总成焊机、水密检测机等。2-4捆绑式封装工艺步骤卷筒:将直板卷成催化器外壳；.装载:将载体用膨胀衬垫包扎放入催化器外壳；捆绑:将装好衬垫及载体的催化器外壳在捆绑带的作用下进行收紧，然后进行高频振动，使捆绑产生的力分布均匀，用点焊将催化器外壳接口固定；缩口并做轴向推力试验:对催化器外壳两端进行缩口处理，并做轴向位移试验，检查载体的松动情况;常蠢僅齬蠶在黯聲雲魏器盘并对催气密性试验:对汽车三元净化器成品做气密性试验,对合旃品标识。2.5蚌壳式封装是最简单、最常用的一种封装方式;适用于各种形状的载体。占2.5蚌壳式

15、封装蚌壳式封装大多属于定型腔封装，封装后催化器尺寸固定，封装力的大小与分布靠各零件的尺寸精度来保证。可采用TIG焊、MIG焊或缝焊，必要时增加点焊工序。插入蚌壳式是尺寸控制和力控制相结合的一种方式，其受力状况好于普通蚌壳式封装。一般采用MIG焊。2.5蚌壳式封装蚌壳式催化器：Shell-shapedcatalyticconverter2.5蚌壳式封装基本工艺冲压蚌型壳体；催化剂包覆；合模点焊固定，并焊接;检验2.6墓入式封装（压入式，旋压式）2.6墓入式封装（压入式，旋压式）先把筒体焊好再将载体塞入，也属于定型腔封装，但它的型腔尺寸容易控制得很精确，受力状况比蚌壳式好，采取一些辅助措施后也能达

16、到相当长的使用寿命。圆柱形载体最适合，配合适当的工装，其它形状载体也能封装。一般筒体用TIG焊，其它部分用MIG焊。有些催化器塞入后采用旋压成型。压入式封装:使用专用设备将包裹衬垫的催化剂压入筒体，然后在进行其它程序工作。使用不方便，有一定难度。旋压式催化器:使用专用设备将筒体两端通过旋压工艺收缩成锥管结构。目前使用较多。基本工艺:卷筒；催化剂包覆；装载；焊接端盖或旋压;检验。四、催化器封装技术标准行业标准:环境保护产品技术要求一汽油车用催化转化器(HJ/T331-2006)国家推荐性标准:GB/T18377-2001汽油车催化车右化器的技来要隶和试验方法征求意见稿:歧管式催化转化器的技术要求

17、和试验方法41、催化器封装技术标准:HJ/T331-2006本标准规定了汽油车用催化转化器的分类和命名、要求、试验程序和方法、标志、包装运输和贮存等项内容。本标准适用于汽油车用原装催化转化器和配件用催化转化器。本标准也适用于燃用CNG和LPG汽车用催化转化器。士4.2、法规对催化器的市场定位与分类催化转化器根据应用市场可分为两类：a）OEM催化转化器：为新生产车配套的催化转化器，指的迅原装催化转化器。b）配件用催化转化器：指拟在市场上销售，用于更换损坏或失效的原装催化转化器的催化转化器，包扌舌替代用催化转化器和原装替代用催化转化器。OEM:OriginalEquipmentManufactur

18、e（原始设备制造商）的缩写AFM:二级市场，售后市场,修配用零部件市场；*4.3、催化器一般要求5一般要求5.1.1催化转化器应使用永久性的标记标明生产厂家名称或商标以及催化转化器型号利进岀口方向。5.1.2催化转化器的设计、制造和安装应保证车辆符合国家标准的各项规定。5.13催化转化器的设计、制造和安装应合理防止车辆使用中可能发生的腐蚀、氧化现象。5.1.4催化转化器的设计、制造应保证按621进行密封性试验时，其压力降不得大于5kPa0催化转化器安装时应确保接口处密封。5.1.5替代用催化转化器应安装在原装催化转化器的同一位置，不能减少车辆离地间隙，排气管中氧传感器的位置不应改动。5.1.6

19、催化转化器应采取隔热防护措施，确保使用安全性。5.1.7催化转化器应按6.2.3进行起燃温度试齡和空燃比特性试验。*4.3、催化器一般要求5.1.8催化转化器应附带下述资料:a）载体结构、材料和生产厂家；b）载体数量*形状和尺寸*容积、孔密度;C）贵金属含量及比例;d）衬犁型号及生产厂家;e）催化转化器封装形式。占44、催化器的性能检验通过轴向推力实验、纵置热振动试验和热寿命与永急冷忒验检验催比转化器的机械性能；通过实车试验或快速老化试验检验催花剂的花学性能和寿命。气密性试验检验圭寸装质量。4.5、催化器试验程序6试验程序和方法6试验程序对抽取或送样的催化转化器样件，在进行外观和密封性检查后，

20、根据需要进行机械性能试验、老化试验、整车性能试验。622催化转化器预处理试验前催化转化器应进行预处理。预处理时过量空气系数10.02,催化转化器空速不小于60000h1,入口温度在700C以上，时间为lh。”4.6、机械性能试验(6.2.5)轴向推力实验纵置热振动试验热寿命与水急冷试验性能要求5-2机械性能要求5.2.1产品分别进行6.2.5轴向推力试验、625.2热寿命与水急冷试验利625.3纵置热振动试验后，按6.2.5.4测量载体相对位移均不得大于3mm,载体相对于原始位置的轴向位移累积也不得大于6mm。461、轴向推力试验试验方法:6.2.5.1轴向推力试验催化转化器按622进行预处理

21、，冷却至室温后施加1500N的轴向力，通过30tnm的推杆均匀施加在载体上进行试验，检测轴向位移。注：试验用水温度、空气温度均为室温。注：试验用水温度、空气温度均为室温。462、热寿命和水急冷试验625.2热寿命号水急冷试齡6.2.5.2.1将催化转化器安装在水急冷I古I定架上，并使催化转化器与发动机相连（见图2）。62522试验时发动机过量空气系数为10.02；催化转化器入口排气温度为600C以上。62523调节水压调节器使得水急冷用水在水流动情况下水压为（17214）kPa：按以下旷d）循坏进行试验，共进行20个循坏。试验结束后，检查位移和密封情况。催化转化器空速（4800048O）h1；

22、催化转化器空速（60000600）h；水量为（100.1）L/min；催化转化器空速（60000600）h-oa)2min排气关，b)5min排气开,c)28mind)10min排气开,排气开,空气开、水关（冷却）,空气关、水关（加热）,空气关、水开（急冷）,空气关、水关（加热）,热寿命和水急冷试验装置463、纵置热振动试验6.2.5.3纵置热振动试验6.2531将催化转化器安装在热振动试验台上，并使催化转化器与发动机相连(见图3)。6.253.2试验时发动机过量空气系数为10.02,催化转化器空速为(48000480)hu;催化转化器入口排气温度为600C以上；振动加速度为(353)g、振动

23、频率为(15O5)Hz；试验时间为5h6.253.3试验结束后，检查载体完好情况、位移和密封情况。纵置热振动试验设备接发动机占4.7、起燃温度和空燃比特性试验起燃温度3.5催化转化器起燃温度催化转化器对某种污染物的转化效率达到50%时所对应的催化转化器入口气体温度。起燃温度试验623.1起燃温度试验6.2.3.1.1试验时过量空气系数为10.02,催化转化器空速为(40000400)lflo6.2.3.1.2入口温度在200C500C的范围内，以不大于20C的间隔逐步改变，待催化转化器入口温度稳定后，测量催化转化器前后的排放浓度值。以入口温度为横坐标，转化效率为纵坐标绘制起燃温度特性曲线。6.

24、23.1.3按照直线插值法分别求出催化转化器对各种污染物的起燃温度(T50)。起燃温度和空燃比特性试验空燃比特性试验6.2.3.2空燃比特性试验6.232.1试验时催化转化器空速为(40000+400)h1；催化转化器入口温度为(45010)r。6.2.3.2.2空燃比(A/F)从14.00开始，到15.00结束，在不少于七个空燃比测点的情况下,实时测量催化转化器前后的排放浓度值，空燃比的波动幅度为0.05且波动频率为lHz。在理论空燃比附近，适当增加测量点。以空燃比为横坐标，转化效率为纵坐标绘制空燃比特性曲线。6.232.3求岀催化转化器在理论空燃比(a=l时对各种污染物的转化效率。、14.

25、8、快速老化试验16.2.4快速老化试验6.2.4.1快速老化试验在发动机台架或其他模拟装置上进行。6.242适用/第二阶段或更严格汽车排放标准的催化转化器，快速老化试強应采用循坏A,详见表工况1至工况4交替循坏运行，直至规定的快速老化时间。表1快速老化试验循环A工况号工况描述匸况时间，s入口控制参数催化床控制温度，C空速，h1老化持续时间，h1标准混合气40Oa=l0,02800600001002浓混合气5a约为0.91CO浓度为3%3浓混合气+补气10混合气同工况2,补气量同工况4890+104标准混合气十补气5氧浓度为3%寻14.8、快速老化试验26.2.4.3除6.2.4.2夕卜，快速

26、老化试验町采用循坏B,详见表2。工况1与工况2交替循坏运行，直至规定的快速老化时间。催化转化器入口温度测量点与载体前端而的距离应小于300mmo表2快速老化试验循环B工况号工况描述匚况时间，s入口温度，C过址空气系数，a空速，h1老化持续时间，h1稳定6080010.02600001002断汕或补气51.30.1占49、排放性能要求T5.3排气排放性能要求5.3.1原装催化转化器5.3.1.1装在最大总质量不大于3500kg汽车上的原装催化转化器，按照GB18352.2附录G的方法进80000km耐久性试验后,汽车排气排放应满足GB18352.2或GB18352.3中I型试验的要求5.3.1.

27、2装在最大总质量大于3500kg的汽车上的原装催化转化器，按624对催化转化器进行100h快速老化试验后，按照GB14762试验时，发动机排放应满足相应排放限值的要求。50000km占49、排放性能要求-2532配件用催化转化器5.3.2装在最大总质量不大于3500kg的汽车上的配件川催化转化器，进行50000km耐久性试验后或按照6.2.4进行100h快速老化试验后装在试验车辆上，再按照GB18352.2或GB18352.3进行I型试验时，汽车排气排放应满足相应排放限值的要求，此时测试结果不需乘以劣化系数。5.322装在最大总质量大于3500kg的汽车上的配件用催化转化器，按6.2.4对催化

28、转化器进行100h快速老化试验后，按照GB14762试验时，发动机排放应满足相应排放限值的要求。532.3在532.1、5.322两种情况下，催化转化器对CO、HC化合物、NOx的转化效率都应大于70%。占49、排放性能要求-35.4耐久性要求5.4.1对于原装催化转化器,在汽车正常使用和维修保养的情况下，其耐久性里程不小于80000km5.4.2对于配件用催化转化器,在汽车正常使用和维修保养的情况下，其咐久性里程不小于410、气密性试验与要求试验方法:6.2.1密封性检验在傕化转化器内施加200kPa压力的空气，测定30s内的压力下降。达标要求:5.2.2产品按6.2.5.2进行热寿命与水急

29、冷试验和625.3进行纵置热振动试验后，再按621进行密封性试验时，其压力降均不得大于5kPao占4门、其它试验及要求其他试验6.2.6排气背压试验町在快速试验用发动机台架上进行；按照GB18352.3-2005附录L的规定，测量发动机排气背压。6.2.7加速行驶噪声对比试验按GB1495的规定，分别测量车辆装用原装催化转化器和替代用催化转化器时的加速行驶车外噪声。占4门、其它试验及要求试验要求5.5对配件用催化转化器的其它性能要求按6.2.6进行试验时，装用替代用催化转化器时排气背压不得大于1.25倍原装催化转化器测得值。按6.2.7进行试验时，与原装催化转化器相比，装用配件用催化转化器车辆

30、加速行驶车外噪声不得超出ldB(A)o4.12x检验规则7.1检验分类催化转化器的检验分为出厂检验和型式检验两类。7.2出厂检验7.2.1每台产品出厂前均应进行出厂检验，由厂质检部门检验合格，并出具合格证明。7.2.2检验项目及要求应符合5丄15.1.6的规定。7.3型式检验有下列情况之一时，产品应进行型式检验：a）新产品的定型鉴定;b）产品结构进行重大改进；c）当产品的设计、工艺或所用材料的改变影响到产品性能；d）产品长期停产后，恢复生产；e）正常生产时，每三年进行-次；f）国家有关部门提出型式检验耍求。4.12x征求意见稿：歧管式催化转化器的技术要求和试验方法歧管式催化转化器:指安装在发动机舱内，由发动机排气歧管与催化转化器组成，且发动机歧管各支管交汇处到催化器入口端的连续连接长度不大于500mm的催化器总成部件。原因:催化器距离发动机很近，其高温和交变载荷（包括热载荷和机械冲击振动载荷）对催化器影响巨大；右发动机排气歧管歧管式傕化器一集管式结构强化耐久性试验5关丁耐久性耍求5.1本标准与GB/T18377-2001和HJ/T331-2006在耐