基于超声波清洗的三元催化器回收工艺可行性研究

杨向前 黄云波

摘 要： 针对汽车维修企业特点，本文讨论了一种基于超声波清洗技术的三元催化器回收工艺，通过试验和数据分析，验证了回收工艺的可行性，得出关于超声波清洗介质、温度、时间等参数的最佳数值，供企业进行参考使用。

关键词： 三元催化器、超声波清洗技术、回收工艺、汽车维修企业、双怠速测试

【中图分类号】 TH6022 【文献标识码】 A【文章编号】 2236-1879（2017）20-0202-02

0引言

随着汽车产业的飞速发展，汽车尾气排放带来的环境污染日益严重，三元催化器成为汽车上必不可少的设备，它将汽车排放的尾气转化成无毒无害的气体，大大减少了汽车尾气对环境的污染。对于由三元催化器失效引起的尾气不达标车辆状况，汽车维修企业一般采用更换新配件来解决，旧产品则荒废于仓库中，造成较大的浪费。引起三元催化器失效的原因有高温失活、化学中毒、积碳、堵塞等，通过适当的处理，大部分废旧三元催化器可再次利用，节约企业及车主维修成本。因此，课题组设计了一种适合于汽车维修企业的三元催化器回收工艺，并进行了试验。

1.超声波清洗技术简介

超声波是一种频率大于20千赫兹，人耳无法识别的声波，它在液体中能够以纵向波的形式进行传递，并引起质点的振动，且振动强度随着超声波频率的增加而极速增加，产生较大的非线性作用力。在这个过程中，液体介质会在负压区形成无数个微小气泡，而在正压区突然闭合破裂，产生上千个大气压力，这称之为“空化效应”。在这种效应的連续作用下，附着在清洗件表面的污物被反复冲击、剥离、乳化，最终脱落。由于“空化效应”能够渗入物件表面的凹槽、微孔等常规清洗方法不能企及的隐蔽处，因此，超声波清洗技术能够将工件进行更为彻底的清洗，而且整个过程完全属于物理效应过程，对工件设备及周围环境无任何污染作用。通过超声波清洗机的发生器产生电磁信号，换能器再将这些振动信号转变为超声振动，传入超声波清洗槽中，对物件进行清洗，此即超声波清洗机的作用过程。

2.三元催化剂回收工艺可行性试验设计

2.1 设计理念。

通过文献查阅及企业实地考察，课题组发现，超声波清洗技术在汽车零配件的清洗（如喷油器）方面具有低成本、易于批量化操作且清洗效果好的特点，并且，已有不少小型零配件企业尝试利用超声波清洗做为三元催化转换器回收加工工艺的前期处理手段。因此，课题组尝试结合现代汽车维修企业的一些常用设备、工具，设计一套基于超声波清洗技术的三元催化器回收工艺，并进行试验分析，验证其可行性。

2.2 试验准备及过程设计。

试验选择在温州交通技校进行，结合校实训设备特点及对比汽车维修企业设备配置情况，课题组选择了尾气分析仪和试验车辆进行双怠速测试，利用故障解码器数字转速显示功能，控制双怠速排放检测时的发动机转速，超声波清洗机用于对三元催化器进行参数选择清洗试验，举升机、常用拆装工具等，另外，需要对氧传感器进行检查，以保证空燃比控制的准确性。整个试验过程按照设备准备与检查→样品筛选→初始双怠速试验→超声波参数选择及双怠速试验→数据分析→结果确认 等几个工序来进行。

2.3 主要试验过程。

2.3.1 样品的初步筛选。

本次催化器样品由合作企业提供，为了能让试验顺利进行，首先要对废旧三元催化器进行初步筛选，通过观察、查看贴标，确定三元催化器的里程数及外部构造。对于行驶里程达10万公里以上的废旧三元催化器，由于考虑到可能已经达到使用有效期限，很难达到清洗效果，所以不予考虑。另外，对有明显机械破损、手摇有明显脱落物声音以及表面有热烧结现象的三元催化器，也不予考虑。最终筛选出了10个失效催化器样品，加上企业提供的10个普通催化器，共计20个样品。

2.3.2 超声波清洗参数选择试验。

本试验采用的超声波清洗机是珠海飞鹰电器有限公司的产品，驱动功率为2600W，额定功率6000W，考虑到人力、物力、时间的投入问题，课题组不对频率进行细化筛选，选择常用的小颗粒清洗频率—40KHZ。用10个失效样品和10个正常样品，分别进行温度、介质、时间三种参数的清洗试验对比。

试验分为三个阶段，第一个阶段，对20个样品进行清洗前双怠速测试，记录数据，保持时间、温度等参数不变的情况下，分别使用专用清洗剂和水溶液，对1号、2号失效样品进行清洗后，再进行双怠速测试，对比清洗前后数值变化。第二阶段，采用第一阶段效果较好的介质，保持其他参数不变，分别在40℃、50℃、60℃、70℃、80℃五种温度情况下对3-7号样品进行清洗和双怠速测试，对比分析清洗前后的双怠速测试数值。第三阶段，采用前两个阶段确定的最佳清洗参数，分别以10分钟、20分钟、30分钟的时间段对8-10号失效样品进行清洗时间效果测试和双怠速测试，同样用清洗前后双怠速测试数值进行对比分析，确定最佳参数。最后，采用相同工序对10个正常催化器进行清洗试验，对比普通催化器的清洗效果，进一步完善试验过程。

3.结果分析

根据最终数据分析可知，采用专用清洗剂，选用适当温度、清洗时间，除1号样品无明显质量提升外（该样品本身可能有内部破损或存在不可逆化学中毒情况），无论是失效或者正常使用的三元催化器，都有或多或少的转化效率提升，以高怠速试验数据为例，如图1、图2所示，其中HC的转化率最高提升了20.6%，CO的转化率最高提升了23.3%，NOX的转化率最高提升了7.3%（由于双怠速试验温度）。可以预示，日常维修保养过程中，适当的对三元催化器进行清洗保养，完全可以延长三元催化器的使用寿命。而如果选用超声波清洗技术进行清洗，参考本研究内容及研究结果，建议在超声波频率为40kHz的情况下，清洗介质选择常温下使用的专用清洗剂（如本课题研究中使用的启龙牌清洗剂），清洗温度控制在60℃左右，清洗时间控制在20分钟左右。

4.结束语

本研究针对汽车维修企业的特点设计三元催化器回收工艺，由于试验场地及设备简陋、研究人员水平有限等原因，必然会有很多实际没有考虑到的问题，试验过程也不可能涉及到所有的约束条件，需要进一步去完善。现将试验过程中的一些经验教训以及未来展望陈述如下：

1.在双怠速检测方法的运用上，由于环境湿度、大气压力等因素对测量数据结果会有影响，而本次研究在数据测试方面，都是在维修车间进行，无法对这些因素的变化加以控制，在以后的研究改善方面，运用相关实验设备对这些因素加以控制，会得到更精确的结果。

2.本研究对超声波清洗的相关参数值只做了粗略的选择测试，如在温度上，选择了40℃、50℃、60℃、70℃、80℃这几个温度进行测试，每种温度也只是选择了两个样品进行试验，如果参与同种测试试验的样品数量增加，测试的温度可以精确到1℃，整个试验的精确度都能得到大的提高。

3.对于经过特定条件控制清洗过的样品，用双怠速测试法测试其催化效果有无提升固然简单，但是这是间接由数据分析的方法反映出来，如果能够利用电子显微镜等手段对三元催化器陶瓷载体表面进行微观观察分析，就能够较为直观的对清洗结果进行说明，使结果分析更加精确。

参考文献

[1] 张弛.怠速工况下汽车三元催化器温度与排放的关系[ J].公路与汽运， 2014-07-25

[2] 钟凯彬.三元催化器的结构原理及故障诊断与维修[ J].大众科技，2009，（8）：137-139

[3] 韩军.超声波清洗工艺[ J].金属加工（冷加工），2011-07-15

[4] 袁日胜，刘培君.汽车三元催化器故障的检测和维护[ J]. 哈尔滨轴承， 2011-09-15