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摩托车尾气催化消音器
催化净化系统是摩托车尾气排放控制的最有效方法。在催化剂涂层中，一般添加稀土La、Ce和Ba、Zr等基本金属作为稳定剂和助催化剂，以改善涂层的热稳定性和增加储氧功能。所用贵金属活性组成分多为Pt、Rh。为了保证摩托车催化剂的催化效果，必须进行发动机化油器的技术匹配，以改善空燃比，降低原始排放；在应用催化转化器时，须考虑催化剂的工作特性和有必要配装二次空气产品。
随着我国经济的高速发展，机动车的生产量和保有量迅速增长。我国作为世界第一大摩托车生产国，摩托车的年产量已近1500万辆，摩托车的排放问题日益突出。2004年，我国开始实行第2阶段摩托车排放标准(欧II标准)，从而在政策法规方面，为摩托车催化净化技术的实际应用提供了根本保证。
与汽车闭环电喷发动机(EFI)不同，摩托车发动机由化油器提供混合气。而大多数摩托车化油器结构简单，没有加速系统和加浓系统，为了保证摩托车在全工况范围内的稳定工作，发动机的混合气一般很浓。此外摩托车发动机的转速远高于汽车发动机，其排气空速和热冲击均很大。因此摩托车催化器产品和使用条件与汽车三元催化器相比有很大的差异。在解决摩托车排放问题时，需要了解摩托车发动机的特点和摩托车催化器的产品特性和技术原理，进行发动机与催化器的系统匹配，才能保证排放控制效果。笔者综述了摩托车催化净化系统的产品技术和应用特点，在实际应用的试验基础上，对催化剂的老化及失效原因进行分析，对二次空气产品技术和整车系统匹配进行了技术讨论，以其为摩托车排放污染的治理工作提供参考。
1、摩托车催化系统的技术介绍
1.1摩托车催化剂的催化反应原理
在影响摩托车排气污染物浓度的诸多因素中，进入发动机气缸的燃油(Fuel)和空气(Air)的比例，简称为空燃比(A/F)，是最显著的因素。
A/F为理论空燃比14.7时，混合气燃烧最完全；当A/F<14.7时，混合气偏浓，称为贫氧燃烧，CO，HC排放增加，而NOX较少；当A/F>14.7时，混合气偏稀，为富氧燃烧，此时CO，HC排放减少，但NOX增加。在应用摩托车催化剂时，其转化率与尾气中的氧含量即A/F密切相关。
在催化剂的作用下，发动机的排气发生以下氧化和还原反应：
CO+O2→CO2
HC+O2→CO2+H2O
NOX+CO→N2+CO2
当排气中的氧含量和NOX浓度比较低，不足以氧化CO和HC时，CO、HC将进行以下反应：
水煤气反应：CO+H2O→CO2+H2
烃——水蒸气重整反应：HC+H2O→CO+H2
由此可见，如果摩托车发动机混合气较浓，而排气中的氧含量又不足，会发生烃－水蒸气重整催化反应，则可能发生HC排放降低，而CO则不减反增的现象，不利于摩托车的排放达标。
催化剂在以上化学反应中，对参与化学反应的分子起一种活化作用，使反应物分子的化学结构发生有利于化学反应变化，催化剂本身并不参与最终反应产物，借助催化作用，使上述反应的活化能降低，从而加快反应速度。
因摩托车发动机的空燃比A/F一般小于14.7，其排放以CO、HC为主，NOX较少，用于化油器发动机的摩托车催化剂均为氧化型(二元催化剂)，主要催化CO与HC的氧化反应。只有摩托车采用闭环控制电喷发动机后，三元催化剂才有可能在摩托车排放控制上得到应用。因为只有在发动机以理论空燃比运行时，三元催化剂才可能同时具有高效净化CO、HC和NOX三种有害气体的能力。而闭环控制发动机能精确控制空燃比在理论空燃比范围内。
1.2摩托车催化转化器的产品技术
摩托车催化转化器由载体、高比表面积涂层和含贵金属活性组分的催化材料组成。根据载体材质，分为金属载体和陶瓷载体两种，其中金属载体又可按结构分为蜂窝式和热管式。
金属蜂窝载体催化剂因其较大的比表面积和较高的转化率，一般作为主催化剂在摩托车上得到广泛应用，其安装在摩托车消声器内，距发动机较远。热管式催化剂具有较低的排气背压，便于安装到靠近发动机排气管位置，可改善催化剂的起燃和减轻蜂窝催化剂的负担，成本低但转化效率也低，可配合蜂窝主催化剂的使用。
1.2.1金属蜂窝载体
蜂窝载体是催化剂的骨架，催化剂分散在蜂窝载体的内孔表面上，可改善催化剂的热传导性和机械强度。与汽车三元催化器不同，摩托车催化剂主要采用金属蜂窝载体，其材质为Fe、Cr、Al和稀土添加剂Ce、Y的高温合金。与陶瓷载体相比，金属载体具有耐热冲击，排气阻力小，机械强度高，热容量小等优点。
金属蜂窝载体对催化剂的性能有以下影响：
a)几何参数：几何表面积越大，越有利于催化反应的进行；开口率越大，排气背压越小；孔密度越大，可提升催化剂的空速特性和转化率，但排气背压加大。
b)物理参数：热容量越小，催化剂起燃越快；热导率越大，催化剂越易被加热起燃。
根据发动机的性能参数和排放控制目标，在设计催化剂技术方案，选定金属载体的尺寸和孔密度时，既要考虑发动机的动力性和经济性，又要满足催化剂的转化率指标和空速特性。
1.2.2涂层
涂层是把一种由多孔物质(γ-Al2O3)与稳定剂和助催化剂组成的混合物浆料，涂覆在蜂窝载体的内孔表面上，经烘干焙烧而成的高比表面积的衬底材料。其作用为：
a)增加催化剂的有效面积，提高催化剂的热稳定性；
b)提供合适的微孔结构和催化活性中心；
c)高度分散贵金属活性组分，节省贵金属用量，降低成本。
对氧化铝涂层的要求：分布均匀，表面积大，与金属载体有很高的附着力，热稳定性好。
由于催化剂浆料与金属载体材质不同，热膨胀系数有很大的差异，若浆料配方和涂覆工艺不合适，会影响催化剂与金属载体的结合强度，在催化剂使用过程中，容易造成涂层脱落，从而影响催化剂的性能和寿命。在进行催化剂浆料涂覆时，通常需要对金属载体进行预处理，并调整浆料配方。
涂层中的γ-Al2O3，在800℃以上易发生相变形成α相，使微孔烧结，晶粒变粗，导致涂层的比表面积降低，催化活性下降。大量研究表明，在浆料中添加稀土La、Ce和贱金属Ba、Zr、Ca等氧化物稳定剂，可提高涂层的耐温能力，阻止晶粒团聚，可提高氧化铝涂层的相变温度。同时，稀土Ce通过氧化铈的变价反应，可作为储氧材料，在富氧气氛中储氧，在贫氧气氛中释氧，从而改善贫氧状态下的CO、HC的氧化反应。另外，稀土铈还促进水煤气反应，并对铂族贵金属具有助催化剂作用，可降低贵金属的用量。
