關于超輕載體在國六排放中的應用

盧恒 賴先濤 張浩華 李瑞珂 覃仁豪

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545007

隨著國六排放法規的實施，對整車排放的要求越來越嚴格，對處理排放尾氣的催化器的性能也提出了更高的要求。催化器轉對排放尾氣的轉化性能的提升，能幫助整車更好的滿足排放法規的要求。

1 排放法規

在2023年7月1日即將實施的國六b階段輕型汽車排放法規中，對氣態污染一氧化碳（CO）、碳氫化合物（THC）、非甲烷碳氫化合物（NMHC）、碳氧化物和（NOx）等的排放限值，相比國六a階段分別降低30%～50%，要求更加嚴格，同時實施RDE（實際行駛污染物排放），對整車的排放要求更加苛刻，而催化器是轉化整車排放污染物起到決定作用的，其性能的高低直接影響整車排放是否滿足法規的要求。

2 催化器原理及性能

國六催化器主要結構為催化劑、GPF（顆粒捕集器）（圖1所示），其中對整車排放尾氣起到催化轉化作用的主要是催化劑，其組成主要包括：載體、涂層、貴金屬（圖2）。

圖1

圖2

載體：圓柱狀多孔陶瓷結構

涂層：涂覆在載體小孔內壁，承載貴金屬

貴金屬：起催化轉化尾氣的作用鉑、鈀、銠等貴金屬

表1

催化器處理排放尾氣的主要化學反應為：涂覆在催化器載體涂層中的鈀、銠等貴金屬在其中起到催化劑作用，在一定高溫環境下，將汽車發動機排放尾氣中的污染物HC、NOx、CO轉化為CO和HO（圖3）。

圖3

由于催化器在常溫下，催化器涂層中的鈀、銠等貴金屬并不起作用，需要在溫度上升至一定高溫，催化器才開始以一定的速度，隨著溫度的上升，逐漸開始正常工作。催化器的轉換性能與溫度的關系曲線如下圖所示（圖4）。

圖4

如下圖所示，催化器的轉化效率隨溫度的升高而升高，催化器在低于190℃基本沒有起到轉化作用，在溫度上升至260℃達到50%的轉化效率，溫度達到290℃可以達到90%以上的轉化效率。

3 超輕載體的應用

3.1 對于國六排放循環WLTC排放結果分析

對某輕型汽車在國六WLTC循環排放測試試驗的主要氣態排放污染物THC、CO、NOx，進行秒采數據分析，如下圖5、圖6、圖7所示，可見0～70秒左右的時間為整車發動機啟動階段，排放污染物最多，占整個排放循環階段全部污染物的60～80%，針對這個階段的排放污染物采取有效措施，可以大大降低整個排放循環的排放污染物總量。

圖5

圖6

圖7

采集整車WLTC循環催化器載體溫度的秒采數據（如下圖8），在整車發動機啟動至第一個加時段（車速0～40km/h），發動機的排氣溫度較低，傳遞到催化器載體的熱量，并不能使其立即達到催化器轉化效率較高的300℃。催化器在這一階段是無轉化作用或者低轉化效率的，整車排放污染物相當于未經轉化直接排放。催化器載體如果能夠更快的升溫，就能更快的提高轉化效率，縮短不轉化排放污染物的時間，對整車排放將有極大的優勢。

圖8

3.2 超輕載體應用

目前行業內常用的國六催化器標準載體為750目、壁厚2mil規格，而超輕載體為800目、壁厚2mil，具有質量更小、比熱容更低的優勢，在同樣的車輛相同工況條件下，催化器載體就能夠更快的升溫，快速達到催化器的起燃溫度，從而提升催化器的轉化效率。

對比750目標準載體，800目超輕載體的基本性能，可見超輕載體更具有優勢（圖9）。

圖9

分別制作750目標準載體，800目超輕載體兩種不同載體方案，涂覆相同貴金屬含量方案的催化器樣件，搭載相同車輛進行按國六b排放標準的WLTC循環進行整車排放測試試驗。對比750目標準載體方案，800目超輕載體方案的樣件整車排放測試結果，超輕載體方案的排放更低，更能滿足國六B法規的要求（表2）。

表2

采集整車排放WLTC循環下兩個不同載體方案測試的CO、NOx、THC排放污染物秒采數據，同時收集對應工況下的催化器載體溫度數據，對比兩種方案在整車啟動至第一個加速階段的數據。

從上圖10～圖11可見，使用超輕載體的催化器方案，相比標準載體的催化器方案，在國六WLTC排放測試循環中，在車輛啟動階段，由于催化器載體升溫更快，催化器轉化效率得到更快的提升，各項氣態排放物（CO、THC、NOx）有了明顯下降，在整個WLTC循環的排放污染物總量也有了顯著降低，可見超輕載體在更加嚴格的國六B排放法規中具有更大的優勢。

圖10

圖11