一种低温高活性三元催化器一体化封装集成结构的制作方法

本发明涉及汽车排气后处理，具体涉及一种低温高活性三元催化器一体化封装集成结构，适用于汽油车、混动汽车及增程式汽车的排气净化，可满足国六b及未来更严格的机动车排放法规要求。

背景技术：

1、三元催化器是汽车排气后处理系统的核心部件，其主要功能是将排气中的一氧化碳（co）、碳氢化合物（hc）和氮氧化物（）转化为无害的二氧化碳（）、水（）和氮气（）。随着国六b排放法规的实施，对三元催化器的低温起燃性能、转化效率、封装可靠性及耐久性提出了更高要求。

2、现有三元催化器存在以下技术痛点：一是低温起燃速度慢，常规三元催化器的起燃温度普遍高于280℃，汽车冷启动阶段（尤其是冬季低温环境），排气温度较低，催化转化效率极低，导致冷启动阶段排放超标；二是贵金属用量大，为保证转化效率，现有技术多采用高负载量的铂、钯、铑贵金属，大幅增加了制造成本；三是封装结构不合理，载体与筒体之间的衬垫多为单一材质，热膨胀率高、支撑力不足，长期使用过程中易出现松动、开裂，导致排气泄漏，影响催化效果；四是气流分布不均，排气进入催化器后易形成局部涡流，导致载体局部温度过高，降低载体使用寿命，同时影响整体转化效率；五是隔热性能差，筒体散热过快，不仅降低催化器的工作温度，影响转化效率，还可能对周边零部件造成热损伤。

3、针对上述问题，现有技术多采用单一改进方案，如单独优化涂层配方、单独改进衬垫材质或单独增加隔热层，未能实现封装结构、载体结构与催化性能的一体化协同优化，难以同时解决低温起燃、成本控制、封装可靠性及气流分布等多重痛点，无法满足国六b及未来更严排放法规的要求，因此，研发一种低温高活性、低成本、高可靠性的三元催化器一体化封装集成结构具有重要的现实意义和应用价值。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种低温高活性三元催化器一体化封装集成结构，解决现有三元催化器低温起燃差、贵金属用量高、封装可靠性低、气流分布不均、隔热性能差的技术痛点，实现低温快速起燃、高效转化、低成本、长耐久的技术目标，适配国六b及未来更严排放法规，同时适配混动、增程车型的低温工况需求。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种低温高活性三元催化器一体化封装集成结构，包括筒体、蜂窝陶瓷载体、弹性衬垫、前后端锥及连接法兰；所述蜂窝陶瓷载体沿轴向分为前段低温活化区、中段主催化区、后段稳流区三区一体结构，无需拼接，减少气流泄漏，提升结构稳定性；前段低温活化区负载纳米铈锆固溶体+低铂钯复合涂层，贵金属负载量≤0.8g/l，通过纳米铈锆固溶体的储氧能力，提升低温催化活性，降低贵金属用量，使起燃温度≤220℃，快速实现冷启动阶段的排放净化；中段主催化区采用梯度孔道结构，孔径沿气流方向由0.8mm渐变至1.2mm，既保证了气流的顺畅通过，降低排气背压，又增加了催化涂层与排气的接触面积，提升主催化阶段的转化效率，中段负载铂钯铑三元涂层，进一步提升co、hc、的综合转化效率；后段稳流区设有周向螺旋导流槽，槽深2–3mm，导流角15°–25°，可有效梳理排气气流，避免涡流产生，使气流均匀分布，同时降低排气背压，保护载体不受局部气流冲击损伤。

4、载体外部包裹三层复合弹性衬垫：内层氧化铝纤维、中层不锈钢丝网、外层膨胀石墨，压缩率控制在25%–35%；内层氧化铝纤维具有良好的隔热性能和弹性，中层不锈钢丝网提升衬垫的结构强度和抗拉伸能力，外层膨胀石墨具有优异的密封性能和热膨胀补偿能力，三层复合结构协同作用，既能实现良好的径向支撑，防止载体松动，又能起到有效的隔热密封作用，减少排气泄漏和热量散失；所述三层复合弹性衬垫在400–700℃下热膨胀率≤5%，径向支撑力≥0.3mpa，确保在高温工况下仍能保持稳定的结构性能，满足长期使用需求。

5、筒体采用双层真空隔热结构，夹层间距5–8mm，该筒体套置在三层复合弹性衬垫的外侧，筒体两端分别与端锥和连接法兰焊接密封，真空夹层可有效阻断热量传导，减少筒体的热量散失，保证催化器内部的工作温度，提升催化转化效率，同时避免高温对周边零部件造成热损伤；端锥内壁设有扰流凸台阵列，凸台高度3–5mm，呈梅花形排布，可对进入催化器的排气进行预扰流，使排气均匀分布进入载体，避免局部气流集中，进一步提升催化转化效率，同时减少气流冲击对载体的损伤。

6、进一步的，所述前段低温活化区长度占总载体长度20%–25%，中段主催化区占50%–60%，后段稳流区占15%–20%，该比例经过多次试验优化，可实现低温活化、主催化、稳流的协同配合，达到最佳的催化效果和流体力学性能。

7、进一步的，所述蜂窝陶瓷载体为堇青石材质，目数为400目/平方英寸，整体尺寸为φ118mm×l150mm，堇青石材质具有良好的耐高温性能、热稳定性和机械强度，适配汽车排气的高温工况，400目/平方英寸的目数可在保证气流顺畅的同时，增加催化涂层的负载面积。

8、进一步的，所述端锥与筒体的焊接采用氩弧焊，焊缝宽度3–4mm，焊接强度≥200mpa，无漏气现象，确保封装结构的密封性和可靠性，避免排气泄漏影响催化效果和周边环境。

9、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

10、（1）低温起燃性能优异：前段低温活化区采用纳米铈锆固溶体+低铂钯复合涂层，起燃温度降至≤220℃，较现有技术降低60℃以上，可快速实现冷启动阶段的排气净化，有效降低冷启动排放，满足国六b排放法规对冷启动排放的要求；

11、（2）贵金属用量大幅降低：贵金属负载量≤0.8g/l，较现有技术降低30%以上，大幅降低制造成本，同时保证催化转化效率；

12、（3）封装可靠性高：三层复合弹性衬垫具有优异的支撑、密封和隔热性能，配合双层真空隔热筒体，可有效防止载体松动、开裂和排气泄漏，冷热循环稳定性好，冷热循环500次无松动开裂，封装抗振耐久≥15万公里；

13、（4）催化转化效率高：梯度孔道载体+扰流结构设计，使气流均匀分布，提升催化涂层与排气的接触面积，co、hc、综合转化效率≥98%，同时降低排气背压≤12kpa，不影响发动机动力性能；

14、（5）适配性广：可直接适配现有汽油车、混动汽车及增程式汽车的排气系统，无需对现有产线进行大额改造，可落地性强，具有广泛的应用前景。

1.一种低温高活性三元催化器一体化封装集成结构，包括筒体、蜂窝陶瓷载体、弹性衬垫、端锥及连接法兰；其特征在于：

2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于：所述前段低温活化区长度占总载体长度20%–25%，中段主催化区占50%–60%，后段稳流区占15%–20%。

3.根据权利要求1所述的一种低温高活性三元催化器一体化封装集成结构，其特征在于：所述三层复合弹性衬垫在400–700℃下热膨胀率≤5%，径向支撑力≥0.3mpa。

4.根据权利要求1所述的一种低温高活性三元催化器一体化封装集成结构，其特征在于：所述蜂窝陶瓷载体为堇青石材质，目数为400目/平方英寸，整体尺寸为φ118mm×l150mm。

5.根据权利要求1所述的一种低温高活性三元催化器一体化封装集成结构，其特征在于：所述端锥与筒体的焊接采用氩弧焊，焊缝宽度3–4mm，焊接强度≥200mpa，无漏气现象。