DOC 軽量触媒コンバーター: 重量、サイズ、選択ガイド

8 kg のセラミックコア ディーゼル酸化触媒を搭載して工場から出荷される 3.0 L ターボ ディーゼルは、多くの場合、4.6 kg の金属製ユニットを再装着することができ、それでもベンチ テストで同じ一酸化炭素および炭化水素変換目標を達成できます。その理由は、特殊な化学というよりもむしろ熱算術です。基板の質量が少ないということは、コールドスタートのたびに加熱する材料が少ないことを意味し、チャネルが薄いということは、同じ前面領域全体の背圧が低いことを意味します。

同じ算術で両方の方法が得られます。質量の 40 パーセントを除去すると、アイドル状態、軽負荷、および低温の周囲条件下で触媒を動作ウィンドウ内に維持する熱慣性の大部分も除去されます。あ DOC軽量触媒コンバーター 同じ部品の単なる軽量版ではありません。これは別の熱マシンであり、1 つの熱マシンとしてサイズを設定し、取り付け、検証する必要があります。

この記事の実践的な答えは、基板、フォイル、ハウジングから重量を取り出し、それをコーティングの接着力、取り付け仕様、およびフローベンチの証拠に費やします。

実際に DOC を軽量化するもの

ディーゼル酸化触媒の最終的な重量のほとんどは 3 つの設計上の決定によって決まります。最も軽い 2 つのオプションは使用中の挙動が大きく異なるため、秤で数値を比較する前にディーゼル酸化触媒がどのように機能するかを明確にしておく価値があります。

基板の材質と壁の厚さ

壁が 6.5 ミル、約 0.165mm の 400 cpsi の標準セラミック ハニカムが通常の基準点です。 ４ミルの壁（約０．１０ｍｍ）に落とすと、細胞密度や幾何学的表面積を変えることなく、基板質量のおよそ３分の１が除去される。 3 ミルの壁で 600 cpsi にすると、質量の約半分が取り除かれ、表面積が増加しますが、圧壊強度は壁とともに低下します。金属基板は厚さ 0.03 ～ 0.05mm のステンレス箔から巻かれます。通常、同じ体積のセラミックコアよりも重量が 30 ～ 50% 軽く、幾何学的表面積は 1.5 ～ 2 倍です。

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缶、コーンおよび取り付け金具

筐体金属は静かな重さです。シェルとコーンのステンレス シートを 2 mm から 1.2 mm に変更し、鋳造入口フランジを打ち抜き溶接されたものに交換し、入口​​コーンを 20 mm 短くすることで、触媒自体がまったく変更される前に、中型ユニットで 1.5 ～ 2 kg を節約できます。

ウォッシュコートと貴金属配合

典型的なディーゼル酸化触媒には、1立方フィートあたり80～150 g/Lのウォッシュコートと30～90 gの白金およびパラジウム、つまり約1.1～3.2 g/Lが含まれています。追加のコーティングは質量を追加し、背圧を追加し、作業を行う貴金属部位を埋める可能性があるため、ウォッシュコートをさらに重ねても変換不足が解決されることはほとんどありません。

トレードオフ: 保温性と耐久性に対する着火ゲイン

ライトオフが最大の利点です。セラミックコアの熱質量が半分の金属コアは、一酸化炭素の酸化が著しく早く始まる 150 ～ 200 °C の範囲に到達し、コールドスタートテストでは多くの場合数十秒早く、その間、より均一な半径方向温度プロファイルを保持します。その利益とともに 3 つのペナルティが適用されます。

• クールダウンが速くなります。アイドル状態および軽負荷では、低質量コアはより早く熱を排気流に失います。一日の大半を低負荷で過ごす配送車両では、60 °C のクーラーで動作するユニットが、交換されたより重い部品よりも長い時間、200 ～ 250 °C の炭化水素消火窓の下に置かれる可能性があります。
• 経年劣化に対する余裕が少ない。 750 °C で 100 時間の水熱老化が一般的な耐久性のベンチマークです。薄い箔や壁はその温度に早く均一に到達するため、経年変化マージンは古い設計から推測するのではなく、新しい設計でテストする必要があります。
• COやHCだけでなくNO2も発生します。フィルターが下流にある場合、触媒は受動的すすの再生をサポートするのに十分な量の二酸化窒素を生成する必要があります。重量やコストを節約するためにプラチナ含有量を削減すると、NO2 排出量が減少し、フィルターがより頻繁に積極的に再生されるようになり、燃料が燃焼してフィルターの寿命が短くなります。

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カウンタウェイトは位置です。コンバーターをターボチャージャーに 300 mm 近づけると、より高いピーク温度とより速い熱老化を犠牲にして、クールダウンのペナルティの大部分が取り戻されます。そのため、直結合型軽量ユニットには通常、より高品質のフォイルまたはより厚い取り付けマットが必要になります。

素材オプションを並べて表示

以下の表は、2 ～ 3 L ディーゼル アプリケーションの実用的なオプションを比較しています。質量と背圧は、基準として扱われる 400 cpsi、6.5 ミルのセラミック コアに対して相対的に与えられます。

実際に重量がかかる場所

どの部分が重いのかがわかれば、マスターゲットは攻撃しやすくなります。代表的な 7 kg 中型ディーゼル酸化触媒は、おおよそ次のように分割されます。

代表的な 7 kg 中型ディーゼル酸化触媒の重量分布。バーの長さは最も重いコンポーネントに合わせて調整されます。

アセンブリの約 60% は触媒作用を持たない金属です。そのため、通常は、貴金属の含有量ではなくハウジングの設計が、変換性能に影響を与えることなく、より軽量なコンバーターを実現する最速のルートとなります。

機能するかどうかを決定するサイジング数値

軽量ユニットは、素材ではなくサイズで失敗することがほとんどです。図面を承認する前に、これらの図を確認してください。

1. 触媒のボリューム。軽量ディーゼルの場合、エンジン排気量の 0.5 ～ 1.0 倍の計画量が一般的な開始点です。発電機セットと定置式エンジンは、排気量よりも排気質量流量に基づいてサイズを決定するのが適切です。
2. 空間速度。定格流量の空間速度を 1 時間あたり約 25,000 ～ 80,000 の間に保ちます。その帯域を超えると、ユニットが受け取る流量に対して小さすぎるため、一酸化炭素と炭化水素の変換は急速に低下します。
3. 面速度。基材の直径は、定格流量で入口面速度を約 20 m/s 未満に保つ必要があります。短くて幅の広いコアはハウジング金属のコストがかかります。細長いコアには背圧がかかります。
4. 細胞密度。ほとんどのディーゼル酸化触媒の負荷には 200 ～ 400 cpsi が適しています。密度が高くなると表面積が増えて背圧がかかり、壁が 3 ミルになると耐久性もかかります。
5. 貴金属の積み込み。プラチナとパラジウムを合わせた量は、立方フィートあたり 30 ～ 90 g が一般的です。低温での使用や、パッシブフィルターの再生に NO2 に依存するシステムの場合は値を上げます。
6. バックプレッシャーバジェット。新しいユニットは通常、定格排気流量で 5 kPa 未満に指定されますが、8 kPa を超える数値は出荷前に調査されます。これは、下流のフィルターによって最初からペナルティが倍増されるためです。
7. 取り付け。 1立方センチメートルあたり0.4〜0.7グラムの範囲の膨張性マットは、セラミックコアの通常の範囲です。金属コアはセラミックとは膨張の仕方が異なるため、通常は非膨張マットまたは溶接アセンブリで保持されます。
8. 位置。直列に接続されたユニットはより早く温度に達します。床下ユニットで同じ結果を得るには、より多くの貴金属またはより多くの体積が必要です。

ディーゼル排気後処理用 DOC ディーゼル酸化触媒 DOC コンバーターは、排気温度を上昇させながら CO、HC、SOF を酸化します。軽量バージョンは、スペースと重量に制限のあるディーゼル設備に適しています。 製品を見る→

軽量化が功を奏する場所

コンバーターを持ち運んだり、移動する機械に取り付けたり、すでにいっぱいになった封筒に入れたりする必要がある場合には、重量が最も重要になります。

• 道路以外の機械。より軽量なユニットをフレームに取り付ける代わりにエンジンに取り付けることができるため、排気経路が短縮され、定常負荷で動作することがほとんどない農業機械や建設機械の着火性が向上します。
• マリン。エンジン ルームの高い位置に質量が配置されると、トリムやサービスへのアクセスに影響が生じます。また、金属製のコアは、薄壁のセラミックよりも海洋任務の振動や熱サイクルにうまく対処します。
• 発電機セット。コンテナに取り付けられたセットは持ち上げられ、輸送され、横滑りするため、触媒 1 キログラムごとに複数回の費用が支払われます。これらのユニットは、小型フレームから超大型ハウジングまで、排気流量に応じてサイズが決定されます。
• 後付け車両やスペースに限りのある車両。短くて軽量なコンバーターにより、下流側のフィルターを取り付けるために必要な 150 ～ 250 mm の直管が解放されることがよくあります。

調達リスクと確認事項

低コストの軽量ユニットは通常、見積書では目に見えない方法で重量を削減しているため、検証は仕様の一部である必要があります。

• 貴金属の使用量は g/L または立方フィートあたりの g で宣言されており、家族平均ではなくバッチ分析によって裏付けられています。
• 基板のグレードと寸法公差: セル密度、壁または箔の厚さ、直径と長さはプラスまたはマイナス 1 ～ 2 mm 以内に保たれます。
• 強熱減量や熱衝撃サイクルデータなどのコーティング密着性の証拠。ウォッシュコートの剥がれは、安価な軽量コンバーターで最も一般的な故障です。
• 公称テストポイントではなく、実際に実行するフローで測定された背圧曲線。
• マットのタイプ、密度、圧縮。ここで不一致があると、触媒自体が摩耗するかなり前にセラミックコアに亀裂が入ります。
• 特に質量を節約するためにフランジの厚さを薄くした場合の、組み立てられたハウジングの溶接の完全性と漏れテストの記録。
• 満たさなければならない基準に関する排出量文書に加え、保証請求のためのバッチからユニットまでのトレーサビリティ。

軽量設計は仕様の練習であり、ショッピングフィルターではありません。最初にライトオフターゲット、背圧バジェット、耐久性サイクルを決定し、次に最小質量で 3 つすべてを満たす基板、フォイル、およびハウジングを選択します。熱衝撃試験に合格しない軽量コンバーターは、耐久性のある重量コンバーターよりも高価であるため、重量の数値を受け入れる前にフローベンチ データとコーティング分析を依頼してください。

そのプロセスを実行する購入者にとって、これらの製品の背後にある触媒コーティングと組み立て作業は、セラミックおよび金属形式のディーゼル酸化触媒をカバーし、同じコーティングラインが下流にあるフィルターと選択的接触還元触媒を供給します。排気量、定格排気流量、満たさなければならない排出基準を送信すると、推測ではなく測定された流量データと照らし合わせてサイジングをチェックできます。