颗粒捕捉器,又被称作汽油机颗粒捕集器,英文名称为GasolineParticulateFilter,简称GPF,其功能是在微粒排放物质进入大气之前将其捕捉,从而达到国家或地方规定的排放标准。
在很长一段时间里,法规严格限制的是尾气中的一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化合物,它们都可以通过三元催化器进行氧化还原反应,生成二氧化碳、氮气以及水。
新国六b排放法规新增了对以碳为主的颗粒物的排放要求后,这些颗粒物无法通过传统三元催化器净化,而需要在三元催化器后端增加一个颗粒捕集器GPF模块,其内部由蜂窝状的陶瓷材料制成,蜂窝表面有许多细小的平行孔道供尾气流通。这相当于是在发动机排气系统中放置了一个过滤器,用以阻止微小颗粒物直接排放到大气中。
资料显示,GPF能够捕捉发动机产生的90%以上的烟灰,颗粒物的吸附量达到一定程度之后,可在车辆高速运转情况下燃烧并变成无害的二氧化碳排出。
如此一来,车企就可以在不升级发动机技术的条件下,实现排放达标。
简单来说,颗粒捕捉器就像一个口罩,它可以把发动机排出的废气进行过滤,以达到目前国家排放标准。
全球变暖、空气颗粒物污染等环保问题正在改变的人们生活,越来越多的气候问题也开始出现。这与汽车上颗粒捕捉器又有什么关系呢?请往下看。
为解决石油安全问题,兑现碳达峰、碳中和的国家承诺,作为碳排放的重要来源之一——汽车,被推到了治污减排的聚光灯下。
实际上,早在上世纪九十年代初期,汽车生产企业就遇到了排放法规越来越严苛的问题。当时,欧洲的车企发现,自己的自然吸气发动机无论如何升级都无法解决排放问题。于是,欧洲的动力产业分化成了两个流派:一个是清洁柴油动力,另一个是汽油发动机的小排量涡轮增压。这其中,大众汽车以更大的体量成为这一轮科技发展重要推动力量。
与此同时,日本的车企也分化成了两个流派:一个是以丰田为代表的全面混动化;另一个是以马自达为代表的,通过改善自然吸气发动机和进排气方式,实现排放性能提升的方案,这个技术路线推进了阿特金森循环和米勒循环和普及。
以现在的视角来看,当时欧洲车企所提出的清洁柴油和小排量涡轮增压技术路线,多少有钻政策空子的意思。
柴油动力迎合了欧盟更关注二氧化碳排放量的需求,但是带来了氮氧化物排放的增加,最终导致了几年前大众系列柴油排放门在北美的集中爆发;小排量涡轮增压技术则是钻了当时欧盟采用的NEDC测试规程中稳态工况占比多的情况,在稳态工况下,小排量涡轮增压动力所表现出来的是更经济和低排放。但小排量涡轮增压动力有一个明显短板,即在发动机大负荷、节气门开度大,或者是工况多变时,排放水平和燃油经济性会迅速恶化。
作为目前全球最严的排放法规,国六b法规全面加强了排放要求,除了一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物,更有非常严苛的颗粒物排放要求,相比于国五提升了33%。这也是横在国内所有汽车企业面前最为困难的一项指标。
要降低颗粒物排放水平,有两种方案:一是从源头上改变发动机的燃烧效率,避免出现不完全燃烧的情况,从而降低颗粒物的排放水平。二是从排气层面入手,通过颗粒物捕捉器这样的方式降低尾气颗粒物,实现达标。
从技术路线上就可以看出来,前者是标本兼治,而后者是治标不治本。
以部分车企现阶段的发动机燃烧技术来看,根本无法达到国六b排放的标准要求,而且新技术的开发需要周期,且成本高昂。因此,加装颗粒捕捉器成了时下更多车企应付国六b排放标准的“捷径”。
据不完全统计,目前奔驰、宝马、奥迪、凯迪拉克、大众、本田、斯巴鲁、马自达、雪铁龙等品牌都在各自车辆的排气端加装了颗粒捕捉器,这些资料可以在机动车环保网公众查询平台查询。
当然也有部分车企的发动机虽然没有加装颗粒捕捉器,照样能满足国六b排放标准。比如丰田亚洲龙、凯美瑞、亚洲狮等车型上搭载M20系列发动机,卡罗拉、雷凌上搭载M15系列三缸发动机,日产MR20、QR25发动机等。值得一提的是,日产最新的VC-TURBO发动机是第一个在不加装颗粒捕捉器的情况下,符合国六b排放标准的涡轮增压发机。
有意思的是,一汽-大众探岳380TSI所搭载的EA888-DKX发动机也没有配备颗粒捕捉器,但满足国六b排放标准。
实际上,加装GPF颗粒捕捉器的车型大多为缸内直喷+涡轮增压的形式,由于低转速工况下燃油与空气混合效果较差,导致燃烧不充分,颗粒物排放增加,因此才需要颗粒捕捉器改善废气排放。
而对于那些拥有歧管喷射系统的发动机来说,在中低速时燃油在进气道内有足够的空间和时间与空气进行混合,而进气道内的湍流也让汽油雾化效果更好,燃烧较为彻底,颗粒排放物更少,在不使用颗粒捕捉器的情况下也可能会满足国六b排放标准。
不管黑猫白猫,能抓到老鼠都是好猫,即便没有升级发动机而只是加装了颗粒捕捉器,如果能有效减的汽车尾气中的颗粒物,且安全实用,倒也能成功解决尾气问题。
我们再回顾下颗粒捕捉器的工作原理。
很多人都知道,三元催化是有寿命的。特别在油品不好、长期冷车短途行驶、添加辛烷值过高的产品的情况下,还会提早堵塞损坏。
前面说到,颗粒捕捉器像是一个口罩,能把发动机排出的废气进行一次过滤,让排放能够达到目前国家规定的国六b排放标准。而颗粒捕捉器简单粗暴直接截留颗粒物,物理上沉积的颗粒物只会越来越多,令排气越来越堵。而排气背压的赠加,会导致发动机动力性降低,油耗增加。
那么问题来了,口罩用脏了可以换一个,成本低更换快,但颗粒捕捉器可不是口罩,由于价格昂贵,显然不能一丢了之。
既然导致颗粒捕捉器被堵的罪魁祸首是颗粒物,而颗粒物中的主角是碳颗粒,碳是可以烧掉的,那就好办了,通过调节发动机参数,让颗粒捕捉器里的碳颗粒“烧掉”,GPF不就干净了?就原地复活了?
从实际情况来看,这种再生过程有两种,一种是被动,另种是主动。
当颗粒捕捉器高于一定温度时,其沉积的碳和尾气发生一系列的反应,最后变成气体排出,这叫被动再生。
当然,指望被动再生来完全解决颗粒捕捉器积碳的问题是不可能的,所以当颗粒捕捉器碳载量达到一定程度时,车辆会对颗粒捕捉器进行主动再生。这个过程类似于偏时点火,通过提升空燃比或退点火角让排温提高,烧掉排气管内的积聚颗粒物。
但是你想过没有?再生的时候,发动机点火滞后,排气温度猛烈上升,但此时发动机的动力是很肉很差的,油耗是很高很高的。车主原本正常开着车,需要加速的时候,一脚油门踩下去,结果却看到自己爱车的颗粒捕捉器报警灯亮了,然后听到自己爱车发动机嗷嗷叫、疯狂运转,油耗蹭蹭往上蹿,车子动力却异常疲软,这让人情何以堪?
从设计上说,厂家也考虑到了颗粒捕捉器的自我净化问题,不过这要在发动机达到比较高热的工况才行,比如转速两三千甚至更高,而且还需要持续一定的时间,也就是说跑高速时它的自我净化最好。不过事实却是,大多车主都是在市区低速短途行驶,这就没有了燃烧颗粒捕捉器中颗粒物的场景,不能净化、无法再生。
目前一般厂家给出解决方法有两种:
一是让车辆维持一定的高转速跑几十分钟,也就是去高速跑80km/h以上一段时间,然后滑行一段时间,如此反复几次才能消除堵塞。
二是到4S店里强行执行颗粒捕捉器再生操作,即车辆空挡原地打火,踩油门让车辆保持3000转,约30分钟左右,让排气温度达到800多度来燃烧掉部分颗粒,达到再生的目地。
还有一种说法是,颗粒捕捉器堵塞问题比较严重的车型,是因为颗粒捕捉器安装位置离发动机排气口较远,排气抵达颗粒捕捉器时温度较低,导致再生困难,最终出现频繁阻塞。
相比之下,同样加装了颗粒捕捉器的奥迪A4L40TFSI车型的颗粒捕捉器安装位离排气口较近,因而堵塞问题反馈较少。
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