车用排气催化转化器与发动机的匹配方法

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车用排气催化转化器与发动机的匹配方法
　　要实现催化转化器与发动机之间的良好匹配，须着重从3个方面进行分析、设计和试验。
    1.1　发动机的结构特点分析与排放状况测试
　　有害排放物是在发动机内部生成的，排气净化方案必须结合发动机的结构以及工作过程的特点，并对发动机的实际排放状况进行测试，从而针对具体机型确定净化方案。
　　对于二行程摩托车发动机，由于其换气过程的固有特点，排气中的HC和CO的成分较高，必须采用以氧化为主的净化方案，同时考虑补充适量的二次空气。
　　对于四行程发动机，按照燃油系统的特点，制定相应的净化方案。电控燃油喷射的汽油机由于混合气浓度控制较精确，能够保证三元催化转化器的工作条件，因此，采用电控燃油喷射＋三元净化；化油器式汽油机由于混合气浓度范围较大，而且在许多工况下混合气偏浓，为了保证三元催化转化器的工作条件，必须采用合理的补气方法，既保证发动机工作稳定，又保证排气中合适的O2含量。
    1.2　催化转化器结构要素的选择
　　影响催化转化器工作性能的主要结构要素是催化剂、载体和垫层。
　　催化剂的成分直接影响对发动机排气中各种成分的转化能力，车用排气催化转化器所采用的催化剂主要有稀土、一般金属、贵金属以及由不同成分组成的复合型材料等，可以配比成氧化型、还原型或氧化还原型，其具体配比应该适应不同的发动机的排放状况。催化剂的配方还影响其起燃特性、抗中毒能力以及工作寿命等。因此，针对不同的发动机结构及其排放状况，应该采用不同的催化剂配方及用量。
　　车用催化转化器所采用的载体主要有陶瓷载体与金属载体两大类，其中金属载体还可分为金属丝网、金属蜂窝和热管等结构形式。金属载体热容小，温度上升快，有利于使排气快速起燃，但其保温性能不如陶瓷载体；陶瓷载体的热容大，保温性能好，一旦起燃能保持高的工作温度，提高转化效率。载体的结构形式和尺寸对排气系统的影响较大(特别是二行程摩托车发动机)，在选择载体时，必须考虑发动机的排量以及排放状况，既保证足够的转化率，又尽量避免对发动机性能产生不良影响。
　　垫层是催化转化器的一个重要结构环节，垫层有金属网和陶瓷密封垫两种形式。陶瓷密封垫在隔热性、抗冲击性、密封性和高低温下对载体的固定力等方面比金属网要优越，是主要的应用垫层；而金属网垫层由于具有较好的弹性，能够适应载体几何结构和尺寸的差异，在一定的范围内也得到了应用。在载体结构及尺寸不规律的条件下，选用的垫层应该与催化转化器总成的封装方式相配合以保证其机械可靠性。
    1.3　催化转化器的结构设计
　　好的催化转化器结构并不一定就能获得好的转化效果，催化转化器的结构形式与安装方式对其工作性能有很大的影响。催化转化器的结构必须与发动机排气系统结构和排放状况相适应。在结构设计中应该着重解决好以下几个方面的关系。
     1.3.1　快速起燃与寿命
　　催化器放置在靠近发动机的位置有助于保证快速起燃，但催化器的工作温度较高，会影响其使用寿命。要解决好两者的关系，必须从载体材料、载体尺寸及其位置配合等方面进行综合考虑。
     1.3.2　二次空气与补气
　　发动机混合气较浓时，排气中的HC和CO排放量大，为提高其转化率，有必要补充一定量的O2。补O2量的多少以及补O2方式影响催化转化器的转化率和寿命，需要与发动机的工况相匹配。
   1.3.3　净化率与发动机性能
　　在选择催化剂及载体时，一方面要考虑发动机的排量以及排放状况，达到高净化率的要求；另一方面，必须保证排气系统的通畅，减小催化转化器对发动机性能的影响。在催化转化器结构设计时，要充分考虑整个排气系统的结构，既保证总的催化剂质量，又使得载体布置合理。

dalishuishou515

感谢版主关于排气催化转化器与发动机的匹配详细介绍。不过对于目前国家及国际环保要求的趋势，未来汽车的排放要求不容置凝越来越高，对汽车的尾气净化技术也要求越来越高。想想催化转化器是否又会发展出什么新技术呢？不过那时后期的研发问题了。
    目前催化器载体主要有陶瓷载体和金属载体两类正在使用，并且陶瓷载体占了绝对的市场分量。但是今后三年它们又会怎样的发展呢？
    本人比较看好金属载体，不知各位都有什么看法？

xihua

既然陶瓷的占绝大分量，说明其有占优势的一面

levin_thunder

貌似在哪里看过，但还是要感谢楼主啊

levin_thunder

随着污染物排放限值的要求越来越低，一方面提高电喷系统的控制精度，另一方面就是开发更高效的催化剂。
陶瓷载体成本低，而金属载体的成本要高很多，因为后者的贵金属含量要高很多。
我觉得后面催化剂的方向是在满足排放标准前提下的高效率低成本！

zhengyi_km

中国的后处理系统有多少是货真价实的，从一开始到现在都是在糊弄人，没有严格的后市场的管理，新车下线能通过就OK，出厂以后就不管，根本就是不负责任的做法，出来个OBD也是假的。

brucemao

原帖由 levin_thunder 于 13-7-2008 20:11 发表
随着污染物排放限值的要求越来越低，一方面提高电喷系统的控制精度，另一方面就是开发更高效的催化剂。
陶瓷载体成本低，而金属载体的成本要高很多，因为后者的贵金属含量要高很多。
我觉得后面催化剂的方向是在满 ...

很同意此观点！更高效的催化剂需要被开发，同时好的涂敷技术也要不断革新和创新来配套，这是降低排放的间接手段。当然能很好控制喷油做到完全燃烧，排放当然直接变好了

zhouchery

在外部尺寸相同的情况下，金属载体提供的气流通道面积较大，从而较低排气阻力，金属载体热容较小，可缩短冷态起燃时间，此外，它有较高的机械强度，特别是抗震性大大优于陶瓷，但是金属载体工艺复杂，价格昂贵，目前主要用于摩托车和少量车用发动机的前置小催化器。本人觉得改进内燃机本身的设计和优化运行参数来降低污染物的排放，是减少排放的主要方面。

denglly

后处理上有设计的标准治吗

博燕志海

金属载体的壁厚很薄，仅为陶瓷载体的25％，同时还可以采用特殊结构通道技术，可拥有更大的几何表面积，也就是催化的接触面积会更大，拥有更高的转化效率。
也就是说同样的污染物，金属载体的催化器可以比陶瓷载体做的体积更小，且转化效率高，也就意味着贵金属的用量会更少。
而且金属载体在同等效率的基础上可以做到目数更小，对排气阻力有很大的好处，尤其是对于柴油机，颗粒物很可能将陶瓷载体的蜂窝孔堵住，这种现象不少见啊。

winerjian527

原帖由 zhengyi_km 于 11-4-2009 15:36 发表
中国的后处理系统有多少是货真价实的，从一开始到现在都是在糊弄人，没有严格的后市场的管理，新车下线能通过就OK，出厂以后就不管，根本就是不负责任的做法，出来个OBD也是假的。

你说的有些道理。我国Ⅲ、Ⅳ阶段轻型汽车排放标准的真正核心是“在用车符合性检查”，也确实应该执行。
由于油品流通过程的质量管理问题，“在用车符合性检查”这个事后监督措施很难完全实施到位，也就很难追究生产企业所应负的责任。一旦在用车符合性检查执行力度加大，查出某车的排放不符合在用车检查的标准，主机厂、配套厂、油品厂家等之间就会互相推诿。很难界定到底是主机厂和配套厂在联合作弊，还是油品问题影响了排放。
因此在我国，作为事前控制的型式核准就非常重要和必要。
至于，事后监督措施，我觉得在我国也确实尴尬。

mengyang

楼主讲的透彻，个人认为还有一点需要补充：封装设计对催化器的性能影响也是很大的，不仅关系到催化效率还可能影响到排气背压。故，封装技术的进步也是需要跟催化技术同步匹配的。

朋友可以一起探讨这个问题。

关于国内后处理的现状，主要还是国家相关部门监管不严，而整车生产厂家为了降低成本跟某些别有用心的催化器企业狼狈为奸造成的。但这个现状正在逐步好转，据了解现在在用车的后处理监控体系的草案已经接近完成，市场上大量存在不合格后处理的状况有望得到改善。