摩托車三效催化轉化器模擬高溫失效的探討

劉亞軍

摘要：高溫條件下，箔帶厚度對催化轉化器的影響。

關鍵詞：催化轉化器 箔帶 失效

【分類號】：U483

由于摩托車使用條件、環境的不同，催化轉化器的失效原因也有多種：

溫度過高、排氣惡化。通常催化轉化器的起燃溫度在300℃左右，正常工作溫度一般在800℃以下。當溫度超過1000℃以上時，催化劑很可能發生脫落，箔帶脆化、斷裂，內芯、外殼剝離，內芯熔損等。由于廢氣中大量的HC和CO進入催化轉化器后，會在其中產生過度的氧化反應，反應產生大量熱量將使催化轉化器溫度過高而損壞。所以要控制發動機排氣溫度的升高。

各種元素對三元催化轉化器影響。催化劑對硫、鉛、錳、磷、鋅等元素非常敏感，硫、鉛、錳來自于汽油，磷和鋅來自于潤滑油；這幾種雜質及它們燃燒后形成的氧化物顆粒吸附在催化劑表面，使催化劑無法與廢氣接觸，從而失去催化作用，即所謂的“中毒”現象。

表面積碳。發動機排出的炭煙會附在催化劑的表面，使催化劑無法與CO、HC接觸，長期下來，會使載體的孔隙堵塞，影響其轉化效能。

氧傳感器失效。為使廢氣催化率達到90%以上，須通過ECU將發動機的空燃比控制在接近理想的區域。氧傳感器的失效會導致空燃比失準，排氣狀況惡化，催化轉化器效率降低，長時間會使催化轉化器的使用壽命降低。

本文主要探討模擬高溫下催化轉化器芯體燒損導致的失效及采取的對策措施。

1. 評價分析

1.1 冷熱耐久試驗評價方法及條件

用專用治具將催化轉化器固定后，使用帶有加熱設備的加振機，將金屬載體加熱至950℃以上，再冷卻至200℃以下，如此反復，同時加振50G，確認金屬載體的破壞狀況，并將載體與加振方向設置成45度傾斜進行評價。

試驗條件

1.2 耐久后高溫燒損現象

注： 進氣氣流方向

經過耐冷熱循環后，催化劑載體內芯出現蛀洞失效。

2.失效分析

切割分析顯示載體內芯蛀洞式熔損，有紅褐色熔瘤存在，熔損區域周圍箔帶、孔道均保持平直，涂層也有所保持；

對照熱膨脹差異導致變形的高發區域的狀態和典型樣貌，判斷沒有因“長時間熱膨脹差異”導致的變形和斷裂；

載體內芯材料的DSC試驗結果顯示，短時間的1400度以下熱沖擊，不會產生導致熔蝕失效的低熔點相；

對熔損區域附近的殘留涂層（刮下后以粉末形態）做XRD相態檢測，有高溫生成相存在，該區域經歷1745度以上高溫；

在熔損區域附近的粉末中，觀察到極高溫度導致涂層與載體反應生成的新的三元金屬氧化物，判斷熔損區域經歷1550度以上高溫的可能性很大；

所以，判斷載體內芯蛀洞是由于極高溫度下，芯體燒毀導致。

3.失效對策

3.1 提高熱傳導，降低載體溫度。

熱傳導的模式顯示，增大傳導面積，將利于散熱。通過適當增加箔帶的厚度，以減輕高溫的劇烈程度和提高載體心部高溫壽命。

3.2 箔帶厚度對材料高溫壽命的影響

在高溫有氧條件下，適當增加箔帶厚度，有助于延長芯體材料的高溫壽命。圖示的箔帶壽命數據是在1100度空氣中受熱的箔帶壽命（以氧化增重的拐點測定），由數據可以看到厚度對材料高溫壽命影響的趨勢。

3.3箔帶厚度對高溫下結構強度的影響

金屬材料的特性決定了材料在高溫下的強度會降低，內芯的結構強度決定于材料的瞬時力學性能和受力的截面積；增加箔帶厚度，在相同溫度下，可提高芯體結構強度。

3.4 高溫失效模擬

利用人為、可控的失火，產生高濃度HC、O2排放，模擬出一個可以判斷載體是否符合工況的條件。

從試驗驗證數據來看，隨著箔帶厚度的增加，內芯承受的平均最高溫度會下降。

4. 結論

為改善載體的高溫現象，減輕高溫的劇烈程度和提高載體心部高溫壽命，使催化轉化器具有更優秀的強度和耐久性能，可適當增加箔帶的厚度。

參考文獻：

1. 雅馬哈YGK-4-005標準endprint

摘要：高溫條件下，箔帶厚度對催化轉化器的影響。

關鍵詞：催化轉化器 箔帶 失效

【分類號】：U483

由于摩托車使用條件、環境的不同，催化轉化器的失效原因也有多種：

溫度過高、排氣惡化。通常催化轉化器的起燃溫度在300℃左右，正常工作溫度一般在800℃以下。當溫度超過1000℃以上時，催化劑很可能發生脫落，箔帶脆化、斷裂，內芯、外殼剝離，內芯熔損等。由于廢氣中大量的HC和CO進入催化轉化器后，會在其中產生過度的氧化反應，反應產生大量熱量將使催化轉化器溫度過高而損壞。所以要控制發動機排氣溫度的升高。

各種元素對三元催化轉化器影響。催化劑對硫、鉛、錳、磷、鋅等元素非常敏感，硫、鉛、錳來自于汽油，磷和鋅來自于潤滑油；這幾種雜質及它們燃燒后形成的氧化物顆粒吸附在催化劑表面，使催化劑無法與廢氣接觸，從而失去催化作用，即所謂的“中毒”現象。

表面積碳。發動機排出的炭煙會附在催化劑的表面，使催化劑無法與CO、HC接觸，長期下來，會使載體的孔隙堵塞，影響其轉化效能。

氧傳感器失效。為使廢氣催化率達到90%以上，須通過ECU將發動機的空燃比控制在接近理想的區域。氧傳感器的失效會導致空燃比失準，排氣狀況惡化，催化轉化器效率降低，長時間會使催化轉化器的使用壽命降低。

本文主要探討模擬高溫下催化轉化器芯體燒損導致的失效及采取的對策措施。

1. 評價分析

1.1 冷熱耐久試驗評價方法及條件

用專用治具將催化轉化器固定后，使用帶有加熱設備的加振機，將金屬載體加熱至950℃以上，再冷卻至200℃以下，如此反復，同時加振50G，確認金屬載體的破壞狀況，并將載體與加振方向設置成45度傾斜進行評價。

試驗條件

1.2 耐久后高溫燒損現象

注： 進氣氣流方向

經過耐冷熱循環后，催化劑載體內芯出現蛀洞失效。

2.失效分析

切割分析顯示載體內芯蛀洞式熔損，有紅褐色熔瘤存在，熔損區域周圍箔帶、孔道均保持平直，涂層也有所保持；

對照熱膨脹差異導致變形的高發區域的狀態和典型樣貌，判斷沒有因“長時間熱膨脹差異”導致的變形和斷裂；

載體內芯材料的DSC試驗結果顯示，短時間的1400度以下熱沖擊，不會產生導致熔蝕失效的低熔點相；

對熔損區域附近的殘留涂層（刮下后以粉末形態）做XRD相態檢測，有高溫生成相存在，該區域經歷1745度以上高溫；

在熔損區域附近的粉末中，觀察到極高溫度導致涂層與載體反應生成的新的三元金屬氧化物，判斷熔損區域經歷1550度以上高溫的可能性很大；

所以，判斷載體內芯蛀洞是由于極高溫度下，芯體燒毀導致。

3.失效對策

3.1 提高熱傳導，降低載體溫度。

熱傳導的模式顯示，增大傳導面積，將利于散熱。通過適當增加箔帶的厚度，以減輕高溫的劇烈程度和提高載體心部高溫壽命。

3.2 箔帶厚度對材料高溫壽命的影響

在高溫有氧條件下，適當增加箔帶厚度，有助于延長芯體材料的高溫壽命。圖示的箔帶壽命數據是在1100度空氣中受熱的箔帶壽命（以氧化增重的拐點測定），由數據可以看到厚度對材料高溫壽命影響的趨勢。

3.3箔帶厚度對高溫下結構強度的影響

金屬材料的特性決定了材料在高溫下的強度會降低，內芯的結構強度決定于材料的瞬時力學性能和受力的截面積；增加箔帶厚度，在相同溫度下，可提高芯體結構強度。

3.4 高溫失效模擬

利用人為、可控的失火，產生高濃度HC、O2排放，模擬出一個可以判斷載體是否符合工況的條件。

從試驗驗證數據來看，隨著箔帶厚度的增加，內芯承受的平均最高溫度會下降。

4. 結論

為改善載體的高溫現象，減輕高溫的劇烈程度和提高載體心部高溫壽命，使催化轉化器具有更優秀的強度和耐久性能，可適當增加箔帶的厚度。

參考文獻：

1. 雅馬哈YGK-4-005標準endprint

摘要：高溫條件下，箔帶厚度對催化轉化器的影響。

關鍵詞：催化轉化器 箔帶 失效

【分類號】：U483

由于摩托車使用條件、環境的不同，催化轉化器的失效原因也有多種：

溫度過高、排氣惡化。通常催化轉化器的起燃溫度在300℃左右，正常工作溫度一般在800℃以下。當溫度超過1000℃以上時，催化劑很可能發生脫落，箔帶脆化、斷裂，內芯、外殼剝離，內芯熔損等。由于廢氣中大量的HC和CO進入催化轉化器后，會在其中產生過度的氧化反應，反應產生大量熱量將使催化轉化器溫度過高而損壞。所以要控制發動機排氣溫度的升高。

各種元素對三元催化轉化器影響。催化劑對硫、鉛、錳、磷、鋅等元素非常敏感，硫、鉛、錳來自于汽油，磷和鋅來自于潤滑油；這幾種雜質及它們燃燒后形成的氧化物顆粒吸附在催化劑表面，使催化劑無法與廢氣接觸，從而失去催化作用，即所謂的“中毒”現象。

表面積碳。發動機排出的炭煙會附在催化劑的表面，使催化劑無法與CO、HC接觸，長期下來，會使載體的孔隙堵塞，影響其轉化效能。

氧傳感器失效。為使廢氣催化率達到90%以上，須通過ECU將發動機的空燃比控制在接近理想的區域。氧傳感器的失效會導致空燃比失準，排氣狀況惡化，催化轉化器效率降低，長時間會使催化轉化器的使用壽命降低。

本文主要探討模擬高溫下催化轉化器芯體燒損導致的失效及采取的對策措施。

1. 評價分析

1.1 冷熱耐久試驗評價方法及條件

用專用治具將催化轉化器固定后，使用帶有加熱設備的加振機，將金屬載體加熱至950℃以上，再冷卻至200℃以下，如此反復，同時加振50G，確認金屬載體的破壞狀況，并將載體與加振方向設置成45度傾斜進行評價。

試驗條件

1.2 耐久后高溫燒損現象

注： 進氣氣流方向

經過耐冷熱循環后，催化劑載體內芯出現蛀洞失效。

2.失效分析

切割分析顯示載體內芯蛀洞式熔損，有紅褐色熔瘤存在，熔損區域周圍箔帶、孔道均保持平直，涂層也有所保持；

對照熱膨脹差異導致變形的高發區域的狀態和典型樣貌，判斷沒有因“長時間熱膨脹差異”導致的變形和斷裂；

載體內芯材料的DSC試驗結果顯示，短時間的1400度以下熱沖擊，不會產生導致熔蝕失效的低熔點相；

對熔損區域附近的殘留涂層（刮下后以粉末形態）做XRD相態檢測，有高溫生成相存在，該區域經歷1745度以上高溫；

在熔損區域附近的粉末中，觀察到極高溫度導致涂層與載體反應生成的新的三元金屬氧化物，判斷熔損區域經歷1550度以上高溫的可能性很大；

所以，判斷載體內芯蛀洞是由于極高溫度下，芯體燒毀導致。

3.失效對策

3.1 提高熱傳導，降低載體溫度。

熱傳導的模式顯示，增大傳導面積，將利于散熱。通過適當增加箔帶的厚度，以減輕高溫的劇烈程度和提高載體心部高溫壽命。

3.2 箔帶厚度對材料高溫壽命的影響

在高溫有氧條件下，適當增加箔帶厚度，有助于延長芯體材料的高溫壽命。圖示的箔帶壽命數據是在1100度空氣中受熱的箔帶壽命（以氧化增重的拐點測定），由數據可以看到厚度對材料高溫壽命影響的趨勢。

3.3箔帶厚度對高溫下結構強度的影響

金屬材料的特性決定了材料在高溫下的強度會降低，內芯的結構強度決定于材料的瞬時力學性能和受力的截面積；增加箔帶厚度，在相同溫度下，可提高芯體結構強度。

3.4 高溫失效模擬

利用人為、可控的失火，產生高濃度HC、O2排放，模擬出一個可以判斷載體是否符合工況的條件。

從試驗驗證數據來看，隨著箔帶厚度的增加，內芯承受的平均最高溫度會下降。

4. 結論

為改善載體的高溫現象，減輕高溫的劇烈程度和提高載體心部高溫壽命，使催化轉化器具有更優秀的強度和耐久性能，可適當增加箔帶的厚度。

參考文獻：

1. 雅馬哈YGK-4-005標準endprint