三元催化转化器使用说明书(第一版)适用型号:多种不同规格产品CO2整车排放N机排放NOX+1/2O2>CO2+O2>H2O+CO2氧化反应NO+CO>1/2N2+CO2HC+NO>N2+H2O+CO2还原反应内部隔热冲压壳体封装式整体结构催化转换器内部隔热材料填充管式封装整体结构催化转换器载体支撑填充材料锥形端盖总成催化剂及其载体元件异型为使发动机的燃烧废气流经陶瓷载体时产生化学转化的催化作用,般工艺过程为先在载体表面涂以一层包括氧化铝和二氧化涂层。
实际上,载体自身的作用是被用来形成三元催化转化器的反应床,并被用涂层如氧化铝和二氧化铈的附着体。
经过强化附着力处理之后,再进行以为主要成分的催化剂涂层(Pt、Pd、Rh等元素)的涂敷及固体应用的排放法规的不同要求,在金属基础涂层上浸镀不同成分和含即称为催化剂涂层配方技术。
德尔福公司拥有自己独发和浸镀生产工艺技术。
催化剂载体空燃比对排放的影响燃烧废气中的化学有害成分HC、CONOx气流流经预热后的催化剂表面O2,方可进行高效催化转化反应。
通常我们将使催化转化器开始达到50%时的转化效率时载体自身的温度称为催化转化器的起燃温度。
为了使三元催化转化器能够最有效的发挥上述化学反应,使三种元素的废气同时获得更加优化的转化效率,除了催化反应床的温度需要保持在一定的工作温度之外,发动机空燃比也对转化效率高低起着至关重要的作用。
三元催化转化器对于HC、CO和NO气流流经催化剂表面的转化效率各异。
当发动机的空燃比偏浓时,催化剂对氮氧化合物的转化效率较高;当空燃比偏稀时,催化剂对碳氢化合物和一氧化碳的转化效率较高。
而当发动机工作在理想空燃比附近时,三元催化转化器对于HC、CO和NOx转化效率最高达到最高。
为此,在愈来愈严格的汽车排放法规推动下,为了保证三元催化转化器最佳的燃烧废气转化效率,现代汽车发动机管理系统要求将发动机燃烧进行精确的控制,使其燃烧严格保持控制在理想空燃比附近。
采用氧传感器反馈信号探测燃烧废气中的氧成分含量并转化为交变电压输入给发动机控制模块,由发动机控制模块据此信号进行燃油系统补偿修正控制即为最为有效的“闭环燃油管理控制”模式。
催化转化器中所含的贵金属成分为铂(Pt)、钯(Pd)和铑(Rh)。
涂层中配备贵金属微粒的主要目的是加快催化转化反应速度。
是催化转化器中最昂贵的组成部分。
模块化的生产工艺可保证产品优化后的贵金属的催化性能出色的高温耐久性储氧性能强化可有效抑制硫化氢气体的生成能够灵活地根据应用情况调整技术方案有利于降低贵金属的应用3.5.1.4贵金属涂装范围采用了热稳定性很高的贵金属铂、钯和铑(Pt/Pd/Rh)配方涂装密度15~50克/立方英尺(克/立方厘米)贵金属的比例介于3/0/1至10/0/1之间3.5.2可靠的SI-3700涂层配方技术3.5.2.1双层涂敷贵金属在SI-3700涂层配方技术中,采用了热稳定性很高的铂、铑(Pt/Rh)贵金属催化剂配方并沿袭采用了双层涂敷技术。
可适用于温度很高的歧管装配式及紧耦合式三元催化转化器,也可用于底板装配式三元催化转化器产品。
3.5.2.2催化剂所适用排放法规要求SI-3700催化剂技术是为了满足产品汽车达到欧洲三号及欧洲四号等更加严格苛刻的排放法规而开发的催化剂产品。
其转化工作热稳定性能极高,因此,被广泛用歧管装配式及紧耦合式三元催化转化器产品场合。
通常在整车总体布置允许的条件下,采用单一催化转化器即可轻松实现达到排放转化控制效果;在整车总体布置不可能允许的条件下,也可用于前、后两级三元催化转化器配置形式的前级快速起燃催化剂。
SI-3700催化剂涂层配方中所含的镍元素可有效抑制排气所含的硫化氢气体的产生。
3.5.2.4产品技术特色排气流动阻力小双层涂敷贵金属技术镍元素可以有效抑制硫化氢产生催化促进剂可进一步强化氮的氧化物(NOx)的转化;使拥有更高效的氮的氧化物(NOx)转化率催化剂具有更出色高温耐久性更灵活的装配布置结构方式——歧管装配式、紧耦合式或底板装配式涂层配方优化了贵金属性能;更有利于降低产品贵金属成本3.6催化剂使用工作环境条件3.6.1空气—燃料混合比要求空燃比(A/F)应保持在理论空燃比附近为保证催化剂的最大使用寿命,空燃比偏差值应尽可能的小系统的灵敏反应和较小的空燃比偏差会使催化剂发挥出最佳性能3.6.2催化剂起燃温度催化剂起燃温度参数是表征三元催化转化器技术水平的重要技术指标。
当催化剂对于有害废气的转化率达到50%时,催化剂自身所处的温度值被成为该催化剂的起燃温度。
德尔福研究发展的三元催化转化器的催化剂的起燃温度约在300℃左右。
为此,要理转化温度5004003001000900800700600紧偶合式三元催化转化器数部分负荷工况(特别是排放循环工况)下,均将空燃比控制在催化剂的最佳转化(理想空燃比)状态,即达到了系统的调试优化目的。
5.3三元催化转化器的应用高温保护由于发动机在高转速和高负荷工况下,发动机的燃烧温度很高,因此致使发动机的排气温度在这些状况之下也会很高。
此时的发动机排气温度将会超过三元催化转化器内涂装的催化剂涂层,甚至陶瓷载体本身所能够承受的最高允许温度范围。
由于不同地区和不同的使用环境要求的各异性,要求商用汽车必须要满足这些特殊的复杂工作过程和工作环境实际状况和技术要求,并且需要考虑到实际使用环境下的最为恶劣的工作状况。
具体应用必须适应这些极端工况和环境要求。
为了使三元催化转化器总成能够在极端恶劣的条件下,不致由于工作温度过高造成任何损坏,必须对三元催化转化器加以适当的保护。
三元催化转化器的高温保护功能需要通过发动机管理系统的的标定控制数据调整。
即在客户车辆的发展过程中,在这些实际可能的恶劣工作条件下,适度对发动机的空燃比进行调整,加浓这些工况下的混合气浓度,以降低燃烧温度,进而降低发动机的排气温度。
这一标定调整过程称为三元催化转化器的高温保护标定。
三元催化转化器高温保护标定一般需要进行最苛刻的夏季炎热环境与高原低气压稀薄空气环境考核和验证试验考核,以便确保在车辆的任何条件下,都不会造成三元催化转化器总成的高温破坏。
6三元催化转化器主要影响因素和失效模式催化剂在正常的工作状况下,如果接触到某些成分的化合物(浓度较高时),会导致催化剂中毒,毒化物将通过其物理或化学作用直接影响到催化剂的活性。
常见的液体毒化物质将存在于如下参与发动机的正常燃烧和运行过程的物质之中。
6.1三元催化转化器主要影响因6.1.1车用燃油品质燃油添加剂车用燃料中所含的重金属添加剂将由于其自身无法燃烧转化为气态而将造成在催化转化器载体表面的沉积而导致重金属(铅)中毒。
由于铅中毒可导致催化剂的永久性的损坏和实效,装有三元催化转化器总成的车辆务必规定使用不含或尽量少含重金属添加剂的燃油。
不得使用含四乙基铅为抗爆剂成分的含铅汽油、或含有卤素燃油清洁剂及MMT等成分的燃油。
警告:车用燃料铅含量常规不得高于0.0026克/升;车用燃料最高极限允许铅含量为0.008克/升。
车用燃料中所含的硫化物成分也是对催化剂有害的。
硫中毒后催化剂的还导致燃烧系统产生有恶臭的硫化氢气味。
特别是在发动机的空燃比偏浓时,硫化物会被释放为硫化氢气体成分排向大气。
6.1.2发动机润滑油润滑油添加剂由于法规对于发动机曲轴箱强制通风的处理要求,导致发动机运行时含有润滑油雾成分的混合气体引入到发动机进气系统并参与燃烧,所以导致机油添加剂中的部分物质由于不能完全转化变成无害气体而沉积在催化剂载体表面,最终导致催化剂永久性失效。
装有三元催化转化器总成的车辆务必规定使用不含或尽量少含重金属添加剂的润滑油。
或只许含有特定限量的润滑油添加剂,如:二烃基二硫磷酸锌(ZDP)、钙、锰等。
德尔福推荐的添加剂及含量可参见美国通用公司润滑油添加剂标准。
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。
发动机润滑油的最大磷含量不得大于0.15%(重量)。
6.2三元催化转化器失效模式三元催化转化器在正常情况下,将会具有优良的转化效率并具有和整车寿命相同的服务周期(在美国不低于100,000英里,在中国则由于燃油使用条件的原因要求不低于100,000公里)相同的服务周期。
然而,客观实际使用条件的千差万别,燃油品质的参差不齐和车辆的实际运行状态和发动机工作与控制状态的各异,依然会导致三元催化转化器产生失效,使催化剂不能正常工作。
因此,在进行催化剂的失效分析时,所有导致其失效可能的偶然因素都应加以考虑。
在各种失效模式中,发动机管理系统的控制异常和零部件失效或劣化是内在的主观控制原因;燃油添加剂和润滑油添加剂不符合规范为外在客观影响原因。
6.2.1发动机管理系统的控制异常6.2.1.1点火控制系统故障发动机点火控制可能出现的异常通常是由于点火系统的元件,其电路连接不佳造成低压初级或是高压端子接触不良或是高压点火电缆受到外力而损伤、损坏或失效,具体表现为某汽缸不点火、失火,将会直接导致未完全燃烧的混合气在催化转化器内二次燃烧,导致催化剂因此燃烧产生的高温而失效。
6.2.1.2燃油控制系统故障燃油控制系统故障可能是由于燃油喷射器泄漏,滴油及性能严重恶化可能导致系统控制精度偏差过大,导致发动机工作时的空燃比过稀,进而在发动机的高速及高负荷工况下,催化剂由于发动机所排出的废气温度过高而烧毁。
造成催化剂因此燃烧产生的高温而失效。
过高的温度还可导致陶瓷载体催化床和衬垫的高温损伤。
6.2.2催化剂自身功能失效6.2.2.1催化剂温度过高高温会使贵金属元素铑(Rh)产生不可逆的化学(氧化)反应,直接会导致影响HC,CO和NOx的转化效率。
同时,在这样的工作温度下,贵金属和氧化铝基体载体会被烧结,形成涂层表面的微孔堵塞,并使得露在废气中的催化剂工作面积减少。
最终将导致催化剂失效。
载体或催化剂烧结的温度因催化剂配方的技术不同而各异。
三元催化转化器的总体布置位置将直接对此有直接和重要的影响。
陶瓷载体熔化后将导致车辆的排气系统严重阻塞(严重者可能导致100%完全堵塞)并使车辆的排气系统产生很高的排气背压。
严重烧损的陶瓷载体亦可能由于车辆行驶过程中,路面的颠簸引起的振动通过车身传递给三元催化转化器,高频的振动会导致已经烧损的陶瓷元件碎裂,散碎的陶瓷载体残渣在三元催化转化器部因颠簸产生的相对运动而产生严重的振动噪音。
解决载体烧毁的具体技术方案和措施利用发动机管理系统严格监控各工况的空燃比控制。
利用发动机管理系统直接控制空气燃料供给状态以达到控制三元催化转化器最高床温(包括短时和长时温度,视催化剂配方技术而定)的目的。
一般可通过在该车型特定的发动机高转速、高负荷工况下配给加浓混合气的方式,设法降低发动机燃烧和排气温度,进而间接地对三元催化转化器加以保护,使其床温控制在产品规定允许的范围内。
利用发动机管理系统严格监控各工况的点火系统的工作状况,避免催化剂因火花塞产生积碳或发动机失火而导致三元催化转化器陶瓷载体过热烧毁现象产生。
三元催化转化器在车辆的排气系统总体装配布置设计阶段,既要充分考虑到三元催化转化器的快速起燃要求,又要考虑到避免其实际工作温度过高的因素,设法从装配位置设计角度避免使其工作温度过高的状况产生,对系统进行综合优化设计布置。
即当陶瓷载体的热应力超过其设计强度极限时,即可能随时产生纵向裂纹。
在催化转化器实际使用环境中,这种失效通常是由于冷却过程的冷、热温度急剧变化(热冲击)而造成的。
纵向裂纹将会导致陶瓷载体催化床在催化转化器壳体内部的逐渐松动,进而导致车辆的驾驶性能不断恶化并且在车辆正常驾驶过程中产生“喀喀”的异常工作噪声。
但当催化转化器采用了厚度尺寸较大的隔热衬垫、断面更接近于圆形的陶瓷载体时,则可有效减小陶瓷载体发生纵向裂纹的倾向。
6.2.2.5衬垫烧蚀与破损在过高的发动机排气温度条件下,催化转化器内部陶瓷载体的隔热、减振支撑衬垫有可能被高温气流不断烧蚀,可能导致衬垫的局部破损或边缘部分受到侵蚀。
当侵蚀已经贯穿了整个衬垫时,就在壳体和陶瓷载体形成了一条绕过催化反应床的短路通道,导致部分废气没有经过转化即排出,致使排放性能恶化。
当衬垫完全破损失效之后,陶瓷载体会产生松动并在车辆行驶、甚至在车辆静止状态使发动机加速时,催化转化器内发出“喀喀”的异常运动噪音。
此时,其转化效率必然有明显的降低,车辆的排放结果将恶化。
如果继续使用,还将导致发动机排起背压的升高,车辆的动力性受到影响。
6.2.2.6载体沉积物表面堆积催化转化器长期在低温条件下工作将会导致催化剂中毒和重金属沉积在陶瓷载体的表面,使催化剂表面的大量活性微孔被这些沉积物封堵而失去与有害排放气体接触的可能性,导致催化剂失去转化作用。
沉积物聚集在催化剂表面,阻碍有害废气向催化剂有效工作表面扩散和接触。
沉积物还可通过其化学或物理作用破坏催化剂转化功能。
碳的氢化物(HC)的转化效率将首先受到这方面因素的直接影响,因为与一氧化碳(CO)和氮的氧化物(NOx)相比,碳的氢化物(HC)的分子体积较大,更容易被破坏。
6.2.2.7恶臭废气导致汽车排出令人生厌的恶臭废气的原因是燃油中所含的硫元素在作怪。
臭气的主要成分系硫的化合物,通常是在载体上某些基体涂层的某些金属元素的催化作用下产生的。
在发动机空燃比偏稀的工作状况下,硫元素以气态硫化氢的形式从催化剂中释放出来,放出使人掩鼻气味。
在催化剂基体涂层中配方中添加少量的金属镍元素,即可以有效防止硫化氢气体转化为亚硫酸盐和硫酸盐的反应发生。
6.2.2.8陶瓷载体环形裂纹几种典型6.3.1.2低频循环应力破坏在正常使用条件下,车辆的排气系统总成的各个零部件在升温后即产生膨胀,这些零部件受到内部的热应力和机械应力的作用,也会产生疲劳破坏。
当这些内部应力聚集到一定程度时,零部件将会产生疲劳裂纹,甚至导致彻底分离的断裂现象。
当催化转化器的外壳、排气连接管路和法兰等零部件在总成焊接时,如果工装制造不够精确或被错位地焊接,或者在生产制造过程中因工艺不党导致局部材料变得很薄或产生过度弯曲时,该部件就极容易产生这种疲劳破坏。
6.3.1.3高频循环应力破坏当车辆在各种复杂的工况下正常或不正常行驶时,整车排气系统总成上的三元催化转化器软悬挂元件损坏或是采用了不正确悬挂机构时,催化转化器必将会受到剧烈地振动。
在这种情况下,催化转化器的外壳和排气连接管路在高频振动的恶劣环境之下产生的应力极容易造成疲劳破坏断裂。
这种断裂比较容易在三元催化转化器外壳端盖与排气连接管路焊接接口之处发生。
因此,要求车辆的整车排气系统总成焊接接口和焊接工艺一定要牢固可靠。
6.3.2化学腐蚀破坏实际工作中的三元催化转化器的壳体为不锈钢材料制成,由于其自身温度较高,在正常情况下,可防止催化剂内部冷凝物的形成和聚集,故此,催化转化器的壳体一般不太容易产生内、外表面的材料腐蚀现象。
在北方严寒环境的冰雪路面环境,由于雪地喷洒的融雪剂对三元催化转化器外壳的飞溅,将加速形成催化转化器外部的腐蚀。
不锈钢零部件(壳体、排气连接管路、隔热罩及法兰)仍有可能已经产生严重腐蚀。
6.4催化剂中毒在正常工作下,当露出的催化剂含有一定化合物时会使催化剂中毒。
中毒会妨碍催化剂的化学或物理作用。
9.3收货和储存收货方应仔细检查每个包装箱。
检查标签,确认零部件号码准确无误。
如发现有任何误差或零部件损坏,应及时向德尔福公司反馈。
三元催化转化器载体及三元催化转化器总成部件均应存放于凉爽干燥,无尘的环境中,不得接触任何液体污物。
在工厂内部转运时,应特别注意避免被损坏和污染。
9.4售后服务和保证客户可以根据与德尔福签署的质量保证协议规定条款进行按合同中的退货条例及索赔事项进行退货和索赔。
德尔福公司客户服务工程师(CSE)有义务负责及时与客户联系,将因质量问题所退回的催化剂转化器载体或三元催化转化器总成产品运回公司,并按协议规定的方式和接收客户产品的退货及换货。
如果德尔福在客户当地尚没有常驻客户服务工程师的地区,销售人员可将本公司客户服务工程师的联系方法通知顾客。