导读
您的爱车上是否安装了GPF(汽油车尾气颗粒捕捉器)?可以去翻翻随车配备的使用说明书,如果在目录页发现了GPF警报、GPF再生等字样,那么恭喜您,您需要认真和GPF打交道了:)众所周知,悬浮在空中的细小颗粒污染物对环境和人类健康有着极大的危害。随着中国汽车保有量突飞猛进,汽油车排放的细小颗粒物也在增加。《GB18352.6-2016轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》(以下简称国六)b阶段的推进,对汽车尾气中颗粒物的排放限值做出了严格要求。
真正的国六标准
2020年7月1日起,国六标准a阶段已在全国全面实施,国六b阶段预计2023年开始正式实施。为什么要实施两步走的路线,主要原因当然是一步到国六的技术难度较大,给汽车厂商、零部件供应商等提出了严峻的现实挑战。
国六a相比国五,气体排放污染物(CO、CH、NOx等)仅取国五最严值。而国六b相对国六a:1、气体排放限值又严格了50%左右,2、增加了细小颗粒物排放的要求。3、技术中性,即轻型车不分燃料种类和发动机技术路线,都需要满足相同的气态污染物和颗粒物排放要求。4、实际驾驶排放(RDE),对车辆污染物在实际工况下的排放水平也进行了监管和限值要求。可以说国六b阶段才是真正意义的国六新标准。
国六汽车中为什么要装这个GPF
柴油车上早已部署尾气颗粒捕捉器(DPF)。虽然汽油车的颗粒物排放不如柴油车显著,但近年的研究发现,之前为了降低燃油消耗和CO2排放而从进气道喷射(PFI)改进为缸内直喷(GDI)技术,汽油发动机缸内油气混合时间变短,容易形成局部浓区,导致细小颗粒物的排放量增大。
汽油车颗粒捕捉器(GPF)是当前有效地控制汽油车颗粒排放的技术手段,已经在满足国六b排放标准的汽车上得到广泛应用。
GPF的结构特点
GPF(汽油车尾气颗粒捕捉器)技术过滤机理与DPF(柴油车尾气颗粒捕捉器)基本相同,由蜂窝状陶瓷组成,通过交替封堵蜂窝状多孔陶瓷过滤体,使排气气流从孔道壁面穿过,通过扩散、碰撞和拦截等方式过滤和减缓颗粒物排放,使之有时间能够在高温GPF中进一步燃烧分解。
在国五车辆升级国六过程中,仅升级GPF可能会引起其他污染物排放的恶化,在设置上,需搭配改进的三元尾气催化剂(TWC)同时使用。采用壁面涂覆的GPF产生部分的三元催化效果是一个很好的设计。
什么是再生,怎么再生
长时间市区低速行驶,可能会使GPF壁面上沉积大量颗粒物,导致车辆出现“怠速抖动,油耗上升,动力下降”等问题,这就是被国六车主吐槽的GPF老化报警问题。
再生过程也不复杂,只需要高速行驶并滑行交替,使GPF核心温度高于650℃,有了足够的氧气,就会燃烧沉积的颗粒物,自动再生。一般推荐的做法,把车开上高速,油门踩到底加速,让车辆高速运转起来,随后松开油门滑行,减少燃料供应,保证排气中有足够的氧气以燃烧沉积颗粒,如此循环几次,就可达到GPF再生的能力。
岛津电子探针测试GPF
使用岛津电子探针分析了某GPF试样,电子图像观察显示,此GPF载体为蜂窝型空隙状陶瓷,壁面两侧有明显涂覆层(图1)。
图1 GPF背散射电子像
随后对GPF外表面的涂覆层进行了微区成分定性测试(图2),发现了Rh、Pd等贵金属活性催化成分,以及作为储氧剂、分散剂、稳定剂等作用的金属和稀土氧化物成分。
图2 GPF涂层微区成分定性分析结果
对主要元素进行了面分布特征测试,结果(图3)显示Mg、Al、Si、Fe等硅铝酸盐成分主要分布于陶瓷载体基体,载体有一定的孔隙度,这是GPF的主体结构。在壁面两侧的涂覆层中,Al、Zr(一般是其氧化物)作为热稳定剂和分散剂,Rh、Pd等是有效的活性催化贵金属,La、Ce等稀土(一般是其氧化物)作为储氧剂使用。一般来说,Rh可对汽油车尾气中的NOx进行还原催化,尾气气体中的HC和CO可通过Pd催化氧化反应,改善尾气排放污染。可见,采用涂覆的GPF可产生类似三元催化剂的效果,是一个很好的设计。
图3 元素面分析结果
具有涂覆层GPF的测试特点
出于成本考虑,贵金属活性成分一般含量很低,所以在测试时对仪器的灵敏度要求较高,同时由于添加的稀土元素特征X射线峰位之间非常接近,一般的能谱仪(EDS)也不足以满足能量分辨率的需求,岛津电子探针对此类样品的测试有着足够的优势,同时满足灵敏度和分辨率的测试要求。
岛津电子探针(EPMA-1720& EPMA-8050G)
岛津电子探针EPMA通过配置统一四英寸罗兰圆半径的、兼具灵敏度和分辨率的全聚焦分光晶体,以及52.5°的特征X射线高取出角,使之对于微量贵金属元素如Pd、Rh等以及稀土元素如Ce、La等都能够轻松地测试和表征。
如果您对汽车尾气催化剂TWC感兴趣,或者对电子探针测试微量元素、稀土元素对比扫描电镜上的能谱仪测试效果感兴趣,可参考扩展阅读。
结语
使用岛津电子探针对汽车尾气颗粒捕捉器GPF试样进行了观察和解析,确认了其具有涂覆层的结构。结果显示GPF载体为有一定孔隙度的硅铝酸盐陶瓷材料,而涂覆层含有La、Ce等稀土和Rh、Pd等贵金属活性成分,具有三元催化效用。岛津电子探针兼具高灵敏度、高分辨率特性,可对GPF微观结构进行有效表征。
本文内容非商业广告,仅供专业人士参考。
[来源:岛津企业管理(中国)有限公司/岛津(香港)有限公司]
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