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1、第24卷第2期武汉科技大学学报(自然科学版)Vol.24,No.22001年6月J.ofWuhanUni.ofSci.&Tech.(NaturalScienceEdition)June2001汽车三元催化转化器的设计与试验1222张远程, 彭亚娟, 陈正清, 彭达彦(1.武汉科技大学,湖北武汉,430081;2.武汉钢铁(集团)公司,湖北武汉,430082)摘 要:对汽车三元催化转化器的设计性能和评价实验作了系统介绍,以期有助于我国催化器技术的推广应用。关键词:三元催化器;结构设计;评价试验中图分类号:X73412 文献标识码:
2、A文章编号:1001-4985(2001)02-0164-04 汽油车用三元催化转化器(以下简称催化器)此,采用流体力学中最基本的Navier-Stokes方作为降低废气排放的有效装置,在国外已得到很程,对气流场进行计算机数值模拟是必要的。好的应用。如在电控发动机上良好匹配的催化器材料选择的要求是,抗腐蚀,热变形程度小。的稳态转化效率在90%以上,实际装车的运行寿目前多采用含Cr,Ni不锈钢(国外采用的牌号为命在8万km以上。目前,国内也开始积极推广应409,439)制作。壳体的直径为130～150mm,长75用这种装置,但从初
3、步装车使用的情况看,存在着～150mm。转化效率偏低,耐久性差等问题。这主要是对催1.2 载体设计化器的设计性能和评价试验重视不够。为加快催载体在催化器中是承担氧化2还原反应的基化器的推广应用,本文就其设计和试验方法进行体。它的形状和材料是最重要的设计参数。载体介绍。截面形状常见的有圆形、椭圆形及跑道形等,如图2所示。1 催化器的结构设计目前汽车用催化器几乎全为整体式蜂窝状结构。如图1所示,它主要由壳体、载体、涂层和垫层等四部份组成。图2 常见的载体截面形状若以圆柱形和非圆柱形区分,则它们之间的性能比较由表1所示。表1圆柱形载体与
4、非圆柱形载体的性能比较载体型式圆柱载体非圆柱载体压力分布均匀不均匀温度梯度径向均匀不均匀壳体变形的可能形式拉伸、弯曲拉伸、变曲、扭曲图1 催化器结构加强筋设计很有效效果一般1—壳体;2—垫层;3—载体;壳体变形的程度小大4—温度传感器;5—支承环;6—涂层密封性极好不好1.1 壳体设计流场分布均匀不均匀在催化器壳体设计中垫层腐蚀程度低高,形状设计和材料选择是两项主要的设计参数。载体的流通截面可分为颗粒状球型和蜂窝状形状设计要求流经催化器的气流均匀,不发整体型两种。因为前者的催化剂性能不稳定,所生分离,不产生涡流,具有良好的气流场性
5、能。因以,近年来大多采用整体式蜂窝状结构。 收稿日期:2001-01-15 作者简介:张远程(1952-),男,武汉科技大学城市建设学院,高级工程师.©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.2001年第2期 张远程,等:汽车三元催化转化器的设计与试验165载体的材料选择有陶瓷载体和金属载体两剂,它们具有转化效率高和使用寿命长的优点,但种。整体式蜂窝陶瓷载体(如图3所示)一般用因价格昂贵而限制了其使用。与贵金属相比较,权衡选择,也
6、有用稀土氧化物作为催化剂的。如选用钙钛矿结构的稀土氧化物作催化剂具有成本低廉的优点;其缺点是活性低,老化快。为此,通常将两者结合起来使用,即在稀土元素中填加微量贵金属。一般,国外催化剂中贵金属钯的含量为1.0g/L左右,国内贵金属钯中的含量小于0.7g/L。国内外催化剂主要参数比较如表2所示。表2国内外稀土型催化剂主要参数比较国内国外目A催化剂B催化剂前水平-1<0.7(全钯)<0.7(全钯)>1.0贵金属含量/g·L图3整体式蜂窝陶瓷载体结构2-13880100100250比表面积/m1g1—小垫;2—绝缘体;3—绝缘盖;4—上
7、壳;5—屏蔽;载体孔数/-4-23003004006—单片催化转化器;7—底壳;8—涂层(铝);9—基质6.45×10孔·m堇青石挤压制成,它具有耐高温、热变形小的特载体抗压强度/MPa10>15>20-7-1-7-711×10点;缺点是,导热性不佳,升温较慢,机械强度低,载体膨胀系数/℃25×10<20×1014×10-7抗冲击破坏能力差。整体式蜂窝金属载体(如图容积/L1.01.2-4所示)克服了陶瓷载体的不足,采用高耐热的铁1.3.3 涂覆工艺催化剂在载体上的附着方法有涂刷法、热喷法和浸渍法。通过对比试验发现,采用浸渍法后再
8、进行烧结处理的工艺最佳。它能使催化剂渗透到载体的表层,形成牢固的过渡层,且分布均匀。1.4 垫层载体与壳体的配合采用垫层方式。由于排气温度变化较大,加之壳体与载体的材料热膨胀性能有较大差异(壳体用钢制成,载体用陶瓷材料做成),所以垫层的作用是很重要
