導(dǎo)讀

您的愛車上是否安裝了GPF（汽油車尾氣顆粒捕捉器）？可以去翻翻隨車配備的使用說明書，如果在目錄頁發(fā)現(xiàn)了GPF警報(bào)、GPF再生等字樣，那么恭喜您，您需要認(rèn)真和GPF打交道了：）眾所周知，懸浮在空中的細(xì)小顆粒污染物對環(huán)境和人類健康有著極大的危害。隨著中國汽車保有量突飛猛進(jìn)，汽油車排放的細(xì)小顆粒物也在增加。《GB18352.6-2016輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》（以下簡稱國六）b階段的推進(jìn)，對汽車尾氣中顆粒物的排放限值做出了嚴(yán)格要求。

真正的國六標(biāo)準(zhǔn)

2020年7月1日起，國六標(biāo)準(zhǔn)a階段已在全國全面實(shí)施，國六b階段預(yù)計(jì)2023年開始正式實(shí)施。為什么要實(shí)施兩步走的路線，主要原因當(dāng)然是一步到國六的技術(shù)難度較大，給汽車廠商、零部件供應(yīng)商等提出了嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)。

國六a相比國五，氣體排放污染物（CO、CH、NOx等）僅取國五最嚴(yán)值。而國六b相對國六a：1、氣體排放限值又嚴(yán)格了50%左右，2、增加了細(xì)小顆粒物排放的要求。3、技術(shù)中性，即輕型車不分燃料種類和發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)路線，都需要滿足相同的氣態(tài)污染物和顆粒物排放要求。4、實(shí)際駕駛排放（RDE），對車輛污染物在實(shí)際工況下的排放水平也進(jìn)行了監(jiān)管和限值要求。可以說國六b階段才是真正意義的國六新標(biāo)準(zhǔn)。 

國六汽車中為什么要裝這個(gè)GPF

柴油車上早已部署尾氣顆粒捕捉器（DPF）。雖然汽油車的顆粒物排放不如柴油車顯著，但近年的研究發(fā)現(xiàn)，之前為了降低燃油消耗和CO2排放而從進(jìn)氣道噴射（PFI）改進(jìn)為缸內(nèi)直噴（GDI）技術(shù)，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)油氣混合時(shí)間變短，容易形成局部濃區(qū)，導(dǎo)致細(xì)小顆粒物的排放量增大。

汽油車顆粒捕捉器（GPF）是當(dāng)前有效地控制汽油車顆粒排放的技術(shù)手段，已經(jīng)在滿足國六b排放標(biāo)準(zhǔn)的汽車上得到廣泛應(yīng)用。

GPF的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

GPF（汽油車尾氣顆粒捕捉器）技術(shù)過濾機(jī)理與DPF（柴油車尾氣顆粒捕捉器）基本相同，由蜂窩狀陶瓷組成，通過交替封堵蜂窩狀多孔陶瓷過濾體，使排氣氣流從孔道壁面穿過，通過擴(kuò)散、碰撞和攔截等方式過濾和減緩顆粒物排放，使之有時(shí)間能夠在高溫GPF中進(jìn)一步燃燒分解。

在國五車輛升級國六過程中，僅升級GPF可能會(huì)引起其他污染物排放的惡化，在設(shè)置上，需搭配改進(jìn)的三元尾氣催化劑（TWC）同時(shí)使用。采用壁面涂覆的GPF產(chǎn)生部分的三元催化效果是一個(gè)很好的設(shè)計(jì)。

什么是再生，怎么再生

長時(shí)間市區(qū)低速行駛，可能會(huì)使GPF壁面上沉積大量顆粒物，導(dǎo)致車輛出現(xiàn)“怠速抖動(dòng)，油耗上升，動(dòng)力下降”等問題，這就是被國六車主吐槽的GPF老化報(bào)警問題。

再生過程也不復(fù)雜，只需要高速行駛并滑行交替，使GPF核心溫度高于650℃，有了足夠的氧氣，就會(huì)燃燒沉積的顆粒物，自動(dòng)再生。一般推薦的做法，把車開上高速，油門踩到底加速，讓車輛高速運(yùn)轉(zhuǎn)起來，隨后松開油門滑行，減少燃料供應(yīng)，保證排氣中有足夠的氧氣以燃燒沉積顆粒，如此循環(huán)幾次，就可達(dá)到GPF再生的能力。

島津電子探針測試GPF

使用島津電子探針分析了某GPF試樣，電子圖像觀察顯示，此GPF載體為蜂窩型空隙狀陶瓷，壁面兩側(cè)有明顯涂覆層（圖1）。

圖1 GPF背散射電子像

隨后對GPF外表面的涂覆層進(jìn)行了微區(qū)成分定性測試（圖2），發(fā)現(xiàn)了Rh、Pd等貴金屬活性催化成分，以及作為儲(chǔ)氧劑、分散劑、穩(wěn)定劑等作用的金屬和稀土氧化物成分。

圖2 GPF涂層微區(qū)成分定性分析結(jié)果

對主要元素進(jìn)行了面分布特征測試，結(jié)果（圖3）顯示Mg、Al、Si、Fe等硅鋁酸鹽成分主要分布于陶瓷載體基體，載體有一定的孔隙度，這是GPF的主體結(jié)構(gòu)。在壁面兩側(cè)的涂覆層中，Al、Zr（一般是其氧化物）作為熱穩(wěn)定劑和分散劑，Rh、Pd等是有效的活性催化貴金屬，La、Ce等稀土（一般是其氧化物）作為儲(chǔ)氧劑使用。一般來說，Rh可對汽油車尾氣中的NOx進(jìn)行還原催化，尾氣氣體中的HC和CO可通過Pd催化氧化反應(yīng)，改善尾氣排放污染?？梢姡捎猛扛驳?/span>GPF可產(chǎn)生類似三元催化劑的效果，是一個(gè)很好的設(shè)計(jì)。

圖3 元素面分析結(jié)果

具有涂覆層GPF的測試特點(diǎn)

出于成本考慮，貴金屬活性成分一般含量很低，所以在測試時(shí)對儀器的靈敏度要求較高，同時(shí)由于添加的稀土元素特征X射線峰位之間非常接近，一般的能譜儀（EDS）也不足以滿足能量分辨率的需求，島津電子探針對此類樣品的測試有著足夠的優(yōu)勢，同時(shí)滿足靈敏度和分辨率的測試要求。

島津電子探針（EPMA-1720& EPMA-8050G）

島津電子探針EPMA通過配置統(tǒng)一四英寸羅蘭圓半徑的、兼具靈敏度和分辨率的全聚焦分光晶體，以及52.5°的特征X射線高取出角，使之對于微量貴金屬元素如Pd、Rh等以及稀土元素如Ce、La等都能夠輕松地測試和表征。

如果您對汽車尾氣催化劑TWC感興趣，或者對電子探針測試微量元素、稀土元素對比掃描電鏡上的能譜儀測試效果感興趣，可參考擴(kuò)展閱讀。

結(jié)語

使用島津電子探針對汽車尾氣顆粒捕捉器GPF試樣進(jìn)行了觀察和解析，確認(rèn)了其具有涂覆層的結(jié)構(gòu)。結(jié)果顯示GPF載體為有一定孔隙度的硅鋁酸鹽陶瓷材料，而涂覆層含有La、Ce等稀土和Rh、Pd等貴金屬活性成分，具有三元催化效用。島津電子探針兼具高靈敏度、高分辨率特性，可對GPF微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效表征。

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