三元催化器总成系统基础知识课件.ppt

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1、每天进步一点点每天进步一点点Improving little by little Everyday三元催化器总成系三元催化器总成系统基础知识统基础知识部门：动力总成部部门：动力总成部讲师：张剑讲师：张剑每天进步一点点每天进步一点点Improving little by little Everyday目 录一、系统概述一、系统概述二、有害气体对人体的危害二、有害气体对人体的危害三、有害气体的产生机理三、有害气体的产生机理四、催化剂概述四、催化剂概述五、催化器厂家问题及整改方案五、催化器厂家问题及整改方案每天进步一点点每天进步一点点Improving little by little Everyd

2、ay一、系统概述一、系统概述（一）、三元催化器的组成（一）、三元催化器的组成1、主要组成：、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。三元催化器总成主要由壳体、载体、减震层、催化剂等组成。 每天进步一点点每天进步一点点Improving little by little Everyday一、系统概述一、系统概述（二）、三元催化器的功能（二）、三元催化器的功能三元催化器的功能：三元催化器的功能： 将发动机燃烧后排出的有害气体转化将发动机燃烧后排出的有害气体转化成无害气体后排往大气。催化转化器中的催化剂可以促进成无害气体后排往大气。催化转化器中的催化剂可以促进碳氢化合物（碳氢

3、化合物（HC）和一氧化碳（）和一氧化碳（CO）的氧化反应，将其）的氧化反应，将其分别转化成水蒸气（分别转化成水蒸气（H2O）和二氧化碳（）和二氧化碳（CO2）；同时把）；同时把氮氧化物（氮氧化物（NOX）还原成为氮气（）还原成为氮气（N2）。）。 每天进步一点点每天进步一点点Improving little by little Everyday二、有害气体对人体的危害二、有害气体对人体的危害（一）有害气体对人体的危害（一）有害气体对人体的危害 一氧化碳一氧化碳(CO)：一氧化碳会降低人体血液的输氧能力，抑制：一氧化碳会降低人体血液的输氧能力，抑制思考，使人反应迟钝，引起睡意：浓度增加会使人出现

4、头疼、发思考，使人反应迟钝，引起睡意：浓度增加会使人出现头疼、发昏等症状，严重的情况下还有可能使人中毒致死。昏等症状，严重的情况下还有可能使人中毒致死。碳氢化合物碳氢化合物(HC)：机动车排放出的不饱和碳氢化合物，包括烯烃、：机动车排放出的不饱和碳氢化合物，包括烯烃、烷烃、芳香烃，是造成烟雾的主要因素之一。其中芳香烃损害人烷烃、芳香烃，是造成烟雾的主要因素之一。其中芳香烃损害人体神经系统，还是人体致癌因素。体神经系统，还是人体致癌因素。 氮氧化物氮氧化物(NOx)：有强烈的刺激性气味，对肺和心肌有很强：有强烈的刺激性气味，对肺和心肌有很强的损害作用，在水中沉积会导致水的富营养化：其中的损害作用

5、，在水中沉积会导致水的富营养化：其中N02会降低肺会降低肺功能，哮喘病人和儿童最容易受害，而且功能，哮喘病人和儿童最容易受害，而且NO。是产生臭氧。是产生臭氧(03)的的主要物质之一。主要物质之一。每天进步一点点每天进步一点点Improving little by little Everyday二、有害气体对人体的危害二、有害气体对人体的危害（一）有害气体对人体的危害（一）有害气体对人体的危害 二氧化硫二氧化硫(S02)，S02、NOx(主要是主要是N02)形成酸雨形成酸雨引起雨水引起雨水pH值的降低，严重污染河流、湖泊，破坏生值的降低，严重污染河流、湖泊，破坏生态系统的自然平衡，并严重腐蚀建

6、筑物。态系统的自然平衡，并严重腐蚀建筑物。 铅铅(Pb):对血液、骨路和神经系统有损害。铅对血液、骨路和神经系统有损害。铅(Pb)对妇女儿童的危害极大，如对妇女儿童的危害极大，如:儿童多动症、孕妇习惯性儿童多动症、孕妇习惯性流产都与此有关。流产都与此有关。 醛类醛类(Cn1H2ICHO):它刺激眼睛和鼻黏膜，它刺激眼睛和鼻黏膜，有麻痹作用。有麻痹作用。 碳烟微粒碳烟微粒(PM)，以柴油车为甚。柴油微粒直径大，以柴油车为甚。柴油微粒直径大多小于多小于0.3Pm，属可吸入微粒，易引起肺组织摩擦损伤。，属可吸入微粒，易引起肺组织摩擦损伤。碳烟微粒具有吸附区，可携带其他有毒物或致癌物。碳烟微粒具有吸附

7、区，可携带其他有毒物或致癌物。每天进步一点点每天进步一点点Improving little by little Everyday三、有害气体的产生机理三、有害气体的产生机理（二）有害气体的产生机理（二）有害气体的产生机理 一、一、CO的产生受混合气浓度的影响，由于缺氧使燃料中的产生受混合气浓度的影响，由于缺氧使燃料中的的C不能完全氧化程不能完全氧化程CO2，CO作为中间物产生作为中间物产生; 二、在排气过程中，为燃碳氢化合物二、在排气过程中，为燃碳氢化合物CH的不完全氧化也的不完全氧化也会产生少量会产生少量CO。 每天进步一点点每天进步一点点Improving little by little

8、 Everyday 一、不完全燃烧：怠速或高负荷工况，混合气浓度过高，形成不一、不完全燃烧：怠速或高负荷工况，混合气浓度过高，形成不完全燃烧；加速或减速时，混合气过浓或过稀也会产生不完全燃烧；完全燃烧；加速或减速时，混合气过浓或过稀也会产生不完全燃烧；混合气不均也是不完全燃烧产生混合气不均也是不完全燃烧产生CH的重要原因。的重要原因。 二、壁面淬熄效应：所谓壁面淬熄效应是指温度较低的燃烧室壁二、壁面淬熄效应：所谓壁面淬熄效应是指温度较低的燃烧室壁面对火焰的迅速冷却，使活化分子的能量被吸收，链式反应被中断，面对火焰的迅速冷却，使活化分子的能量被吸收，链式反应被中断，在壁面形成在壁面形成0.1-0

9、.2mm左右的不燃烧或者不完全燃烧的火焰淬熄层，左右的不燃烧或者不完全燃烧的火焰淬熄层，产生大量未燃烧产生大量未燃烧HC。三、有害气体的产生机理三、有害气体的产生机理（二）有害气体的产生机理（二）有害气体的产生机理每天进步一点点每天进步一点点Improving little by little Everyday三、有害气体的产生机理三、有害气体的产生机理 壁面油膜和积炭吸附：气缸避面上的润滑油膜以及沉淀在气壁面油膜和积炭吸附：气缸避面上的润滑油膜以及沉淀在气缸内的多孔积炭会吸附燃料混合气体及燃料蒸汽，这些气体在膨缸内的多孔积炭会吸附燃料混合气体及燃料蒸汽，这些气体在膨胀和排气过程中，逐步释放出

10、来，少部分被氧化，大部分随燃烧胀和排气过程中，逐步释放出来，少部分被氧化，大部分随燃烧气体排出。气体排出。 壁面淬熄产生的壁面淬熄产生的CH占排放总量的占排放总量的30%-50%，壁面油膜和积，壁面油膜和积炭吸附产生的碳氢高达炭吸附产生的碳氢高达35%-50%。（二）有害气体的产生机理（二）有害气体的产生机理每天进步一点点每天进步一点点Improving little by little Everyday三、有害气体的产生机理三、有害气体的产生机理（二）有害气体的产生机理（二）有害气体的产生机理 高温高温NO：高温下：高温下O2分子分解为分子分解为O原子，与原子，与N发生强烈发生强烈吸热反应，

11、由于反应在吸热反应，由于反应在1900K下才能进行所以称为高温下才能进行所以称为高温NO。 激发激发NO：内燃机中混合气在过浓条件下容易产生激发：内燃机中混合气在过浓条件下容易产生激发NO，此反应部需要较高的温度。，此反应部需要较高的温度。 燃料燃料NO： ，燃料中的氮化合物分解后生成，燃料中的氮化合物分解后生成BCN和和NH3等中间产物，并逐步生成等中间产物，并逐步生成NO，该反应在，该反应在1900K以下就可以以下就可以进行。进行。 综上所述：产生综上所述：产生NO的三大要素为温度、氧浓度和反应的三大要素为温度、氧浓度和反应时间。即在高温、富氧和较长反应时间下时间。即在高温、富氧和较长反应

12、时间下NO生成量较大。生成量较大。 每天进步一点点每天进步一点点Improving little by little Everyday三、有害气体的产生机理三、有害气体的产生机理（二）有害气体的产生机理（二）有害气体的产生机理 碳烟的生成机理是由烃类材料在高温缺氧条件下裂解产生的，碳烟的生成机理是由烃类材料在高温缺氧条件下裂解产生的，它们不断脱氢形成原子级的碳粒子，逐渐聚合成它们不断脱氢形成原子级的碳粒子，逐渐聚合成2nm的碳核。以的碳核。以及碳核相互碰撞发生的凝聚，使碳核继续增大，成为直径及碳核相互碰撞发生的凝聚，使碳核继续增大，成为直径20-30nm的碳烟基元；碳烟基元经过相互聚集形成的碳

13、烟基元；碳烟基元经过相互聚集形成1 u m以下的球状以下的球状或者链状的多孔性聚合物。重硫分的未燃烃、硫酸盐以及水分在或者链状的多孔性聚合物。重硫分的未燃烃、硫酸盐以及水分在碳烟上吸附凝集，形成微粒排放。碳烟上吸附凝集，形成微粒排放。每天进步一点点每天进步一点点Improving little by little Everyday四、催化剂概述四、催化剂概述（一）催化剂的分类（一）催化剂的分类 催化转换剂是控制排放的有效手段之一，根据组成及作催化转换剂是控制排放的有效手段之一，根据组成及作用不同可以分为三类：用不同可以分为三类： 二效催化剂：该类催化器属于氧化催化剂，使用铂、铑二效催化剂：该类

14、催化器属于氧化催化剂，使用铂、铑或两者混合来提高尾气中还原性气体或两者混合来提高尾气中还原性气体(CO、HC)与氧气反应的与氧气反应的速度从而降低速度从而降低CO、HC的排放。的排放。 三效催化剂：三效催化器组合通常是铂、钯、铑。除了三效催化剂：三效催化器组合通常是铂、钯、铑。除了和二效催化剂一样增加和二效催化剂一样增加CH和和CO的转化，钯和铑还加速的转化，钯和铑还加速NO反反应，即三效催化剂能够对三种主要的排气污染物进行进化。应，即三效催化剂能够对三种主要的排气污染物进行进化。每天进步一点点每天进步一点点Improving little by little Everyday汽车三元催化剂的

15、关键组分是催化剂的活性组分。常用的活性组分汽车三元催化剂的关键组分是催化剂的活性组分。常用的活性组分有铂、铑、钯等贵金属和铈、镧、镨、钕等稀土元素和铜、铁、铬、有铂、铑、钯等贵金属和铈、镧、镨、钕等稀土元素和铜、铁、铬、锰、钴、镍等普通金属锰、钴、镍等普通金属四、催化剂概述四、催化剂概述（二）三元催化器的组份（二）三元催化器的组份每天进步一点点每天进步一点点Improving little by little Everyday四、催化剂概述四、催化剂概述（三）催化剂组分的作用（三）催化剂组分的作用铑：铑在三元催化剂中控制氮氧化物铑：铑在三元催化剂中控制氮氧化物NO，它在较低的温度下选择性，它在

16、较低的温度下选择性的还原的还原NOX为氮气。为氮气。铂：铂在三效催化剂中的主要贡献是转化一氧化碳和碳氢化合物。铂：铂在三效催化剂中的主要贡献是转化一氧化碳和碳氢化合物。钯：钯与铂一样在三效催化剂中用来转化一氧化碳和碳氢化合物。钯：钯与铂一样在三效催化剂中用来转化一氧化碳和碳氢化合物。稀土元素：稀土元素：a)存储及释放氧；存储及释放氧；b)稳定载体涂层；稳定载体涂层；c)促进水煤气转化反应和水蒸气重整反应；促进水煤气转化反应和水蒸气重整反应；d)改变反应动力学改变反应动力学每天进步一点点每天进步一点点Improving little by little Everyday四、催化剂概述四、催化剂概

17、述（三）催化剂组分的作用（三）催化剂组分的作用催化转化器是由壳体、减振层、载体以及催化剂四个部分组成，催化转化器是由壳体、减振层、载体以及催化剂四个部分组成，其中的催化剂通常是指催化活性组分和水洗涂层的合称，它是其中的催化剂通常是指催化活性组分和水洗涂层的合称，它是整个催化整个催化器的核心部分，决定着催化转化器的主要性能指标。器的核心部分，决定着催化转化器的主要性能指标。每天进步一点点每天进步一点点Improving little by little Everyday壳体壳体催化转化器壳体由不锈钢板制成，防止氧化皮脱落造成催化催化转化器壳体由不锈钢板制成，防止氧化皮脱落造成催化器堵塞。许多催化

18、器壳体为双层结构，用来保证催化剂的反器堵塞。许多催化器壳体为双层结构，用来保证催化剂的反应温度，为了减少催化器对汽车底板的高温辐射，防止进入应温度，为了减少催化器对汽车底板的高温辐射，防止进入加油站因催化器表面炽热引起火灾，避免路面积水飞溅对催加油站因催化器表面炽热引起火灾，避免路面积水飞溅对催化器的激冷损坏，壳体外还有隔热罩。化器的激冷损坏，壳体外还有隔热罩。四、催化剂概述四、催化剂概述（四）催化器组成部分的作用（四）催化器组成部分的作用每天进步一点点每天进步一点点Improving little by little Everyday减振层一般有膨胀垫片和钢丝网垫两种，起到减振、缓解热应力、

19、固减振层一般有膨胀垫片和钢丝网垫两种，起到减振、缓解热应力、固定载体、保温和密封作用。膨胀垫片由膨胀云母定载体、保温和密封作用。膨胀垫片由膨胀云母(45。60)、硅酸铝、硅酸铝纤维纤维(30一一5)以及粘接剂组成。膨胀垫片在第一次受热时体积明显以及粘接剂组成。膨胀垫片在第一次受热时体积明显膨胀，而在冷却时仅部分收缩，这样就使金属壳体与陶瓷载体之间的膨胀，而在冷却时仅部分收缩，这样就使金属壳体与陶瓷载体之间的缝隙完全胀死并密封。缝隙完全胀死并密封。四、催化剂概述四、催化剂概述（四）催化器组成部分的作用（四）催化器组成部分的作用每天进步一点点每天进步一点点Improving little by l

20、ittle Everyday四、催化剂概述四、催化剂概述（四）催化器组成部分的作用（四）催化器组成部分的作用载体载体早期的催化剂采用氧化铝早期的催化剂采用氧化铝(Al203)球状载体，这种载体球状载体，这种载体磨损快、阻力大。目前汽车上广泛采用陶瓷蜂窝载体。磨损快、阻力大。目前汽车上广泛采用陶瓷蜂窝载体。据统计目前世界上，车用催化器载体据统计目前世界上，车用催化器载体90是陶瓷载体，是陶瓷载体，其余为金属载体。其余为金属载体。每天进步一点点每天进步一点点Improving little by little Everyday四、催化剂概述四、催化剂概述（四）催化器组成部分的作用（四）催化器组成部

21、分的作用涂层涂层通常在汽车上催化器蜂窝载体孔道的壁面上涂有活性水通常在汽车上催化器蜂窝载体孔道的壁面上涂有活性水(Washcoatinglayer)。它以。它以YAl203为主，其粗糙多孔的表面可以使为主，其粗糙多孔的表面可以使载体壁面的实际催化反应面积大大增加，在涂层表面分散着作为催化载体壁面的实际催化反应面积大大增加，在涂层表面分散着作为催化剂的贵金属，一般为铂剂的贵金属，一般为铂(Pt)，铑，铑(Rh)和钯和钯(Pd)：以及作为助催化剂成分：以及作为助催化剂成分的铈的铈(Ce)、钡、钡(Ba)和镧和镧(工工a)等稀土材料和普通等稀土材料和普通 金属材料。助催化剂主金属材料。助催化剂主要的

22、作用在于提高催化剂的活性和高温稳定性。催化剂的活性与耐久要的作用在于提高催化剂的活性和高温稳定性。催化剂的活性与耐久性除了与涂层的成分有关外，也与涂层的制备工艺密切相关。性除了与涂层的成分有关外，也与涂层的制备工艺密切相关。每天进步一点点每天进步一点点Improving little by little Everyday五、催化器厂家问题及整改方案五、催化器厂家问题及整改方案（一）热老化（一）热老化 每天进步一点点每天进步一点点Improving little by little Everyday1、气流分布不均：从发动机排出的气流到载体上分布不均，产生、气流分布不均：从发动机排出的气流到载体

23、上分布不均，产生以下失效模式：以下失效模式：1）局部的气流过大，导致载体破坏；）局部的气流过大，导致载体破坏；2）形成涡）形成涡流，导致局部温度过高，最终导致失效流，导致局部温度过高，最终导致失效.2.、阶梯温度导致的破碎：催化器中心与周边的温度呈阶梯状分、阶梯温度导致的破碎：催化器中心与周边的温度呈阶梯状分布，中心温度过高会导致与周边温度的温差过大，最终导致载体布，中心温度过高会导致与周边温度的温差过大，最终导致载体的内应力增加，直至破坏；的内应力增加，直至破坏；3、机械破坏：、机械破坏：1）催化器内部固定不牢，导致行车过程中产生撞）催化器内部固定不牢，导致行车过程中产生撞击，最终破坏；击，

24、最终破坏；2）催化器在行车过程中收到外力冲击过大，导致）催化器在行车过程中收到外力冲击过大，导致破坏。破坏。五、催化器厂家问题及整改方案五、催化器厂家问题及整改方案（二）、物理失效（二）、物理失效每天进步一点点每天进步一点点Improving little by little Everyday1、铅中毒：铅中毒可能存在两种不同的机理：、铅中毒：铅中毒可能存在两种不同的机理：700-800度，可能是由度，可能是由氧化铅引起的：在氧化铅引起的：在550度以下，可能是由硫酸铅及其他化合物抑制气度以下，可能是由硫酸铅及其他化合物抑制气体的扩散引起的。体的扩散引起的。2、硫中毒：属于低温中毒，在、硫中毒：属于低温中毒，在200以上的中毒去掉以上的中毒去掉SO2后，后，NO还原还原能力可以恢复，能力可以恢复，200度以下去掉去掉度以下去掉去掉SO2后，不可以恢复后，不可以恢复。 五、催化器厂家问题及整改方案五、催化器厂家问题及整改方案（三）、化学中毒（三）、化学中毒每天进步一点点每天进步一点点Improving little by little Everyday谢谢！谢谢！