六问六答汽车颗粒捕捉器

　　采编 | 李响
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　　近日，汽车预言家注意到网络针对＂汽油车颗粒收集器＂相关问题展开激烈争论。从满足国六排放标准，到影响发动机性能，舆论已经形成两种鲜明的对立观点。
　　一种声音认为，颗粒捕捉器是企业为满足国六排放的投机取巧；另一种声音则认为，颗粒捕捉器有效提升了车辆排放的环保水平。为什么要增加颗粒捕捉器？颗粒捕捉器是如何工作的？安装颗粒捕捉器是不是企业的投机取巧？此次颗粒捕捉器问题出现在哪个环节？发生故障几率如何？如何解决这一问题？
　　汽车预言家经过各方面信息的梳理，通过采访清华大学汽车工程开发研究院常务副院长、汽车安全与节能国家重点实验室副主任宋健，中国质量认证中心交通与车辆首席技术专家、教授级高工谢鹏鸿，北京航空航天大学汽车工程系科研副主任徐向阳，天津大学教授、原内燃机燃烧学国家重点实验室副主任姚春德四位专家，尝试解读外界对颗粒捕捉器以及环保质检关注的话题。
　　在四位专家看来，颗粒捕捉器是全球车企面对排放法规时的普遍行为，并非投机取巧，但对于消费者而言颗粒捕捉器的概念很新，也需要注意颗粒捕捉器本身并非长效零件，堵塞问题是一件企业与车主相互配合就能解决的小问题。
　　一问：颗粒捕捉器是不是企业投机取巧？
　　为了使汽车排放达标，企业采用SCR和EGR方法进行设计，简单来说，SCR是通过添加尿素的方式进行催化还原降低排放，EGR通过在排放端增加颗粒催化器进行物理拦截降低排放。最初，颗粒捕捉器是柴油车型必要的减排措施，被大规模应用，随着国六实施，这项技术同样被应用在汽油车上。在国五过渡国六的过程中，汽油车排气端形成了TWC三元催化+GPF颗粒捕捉的技术。
　　中国质量认证中心交通与车辆首席技术专家、教授级高工谢鹏鸿表示：＂增加颗粒捕捉器是全球车企面对高标准排放法规做出的相同技术选择。在排放环节，三元催化器与颗粒捕捉器形成化学加物理的双重减排。同时，颗粒捕捉器在柴油车上已经有充分的的应用，国六放到汽油车是企业的必然选择。＂
　　与此同时，清华大学汽车工程开发研究院常务副院长、汽车安全与节能国家重点实验室副主任宋健指出，车企之所以在排放端增加颗粒捕捉器，极大程度上是由于社会进步速度与企业技术储备之间的差层导致的，从整体来看，国五切换国六速度很快，企业跟不上转变速度。
　　二问：颗粒捕捉器是如何工作的？
　　汽油机颗粒捕集器（GPF），是由流通式三效催化器演变而来，安装在汽油发动机排放系统中的陶瓷过滤器，外型一般为圆柱体。PM颗粒物通过拦截、碰撞、扩散、重力沉降等方式被捕集在载体的壁面内以及壁面上，从而实现在微粒排放物质进入大气之前将其捕捉。
　　当颗粒物积存到一定程度后，燃烧器会自动点火燃烧，将吸附在上面的炭烟微粒烧掉，变成二氧化碳排出，优化自身的性能。这一过程，称之为＂再生＂。
　　三问：颗粒捕捉器为什么会失效？
　　颗粒捕捉器在长期使用中，如果未能实现自主再生，较多颗粒物停留在拦截仓里就会造成颗粒捕捉器的堵塞。北京航空航天大学汽车工程系科研副主任徐向阳认为，颗粒捕捉器不属于汽车长效零部件，同样存在寿命问题，根据不同车主驾驶习惯与使用环境、用车工况息息相关，需要定时清洁或更换。
　　此外，徐向阳表示：＂企业应对国六排放在汽车尾气端增加零部件的同时，需要对发动机进行重新标定，配合GPF进行一定程度上的调整。＂对此，原内燃机燃烧学国家重点实验室副主任姚春德指出，颗粒捕捉器再生分为主动、被动两种，未达到再生装置启动条件，就会造成堵塞。
　　据了解，当颗粒捕捉器中的温度达到550℃、氧浓度大于5%时，沉积的颗粒物就会氧化燃烧，若不足550 ℃，过多的沉积物就会堵塞捕捉器，这时就需要利用外加能源(例如电加热器，燃烧器或发动机操作条件的改变)来提高DPF内的温度，使颗粒物氧化燃烧。
　　另外，姚春德表示：＂发动机标定同样影响GPF效果。对于GPF而言，进气歧管混合喷射相比直喷的效果要好，直喷压力不足会出现较大的燃油颗粒，很多品牌的缸内直喷压力已经达到350bar，喷油压力影响雾化效果。在汽油成分层面，芳香烃含量也会影响颗粒物数量。＂
　　四问：不同品牌的颗粒捕捉器有何差别？
　　一般而言，GPF内部以壁流式蜂窝陶瓷为载体，载体体内有很多平行的轴向蜂窝孔道，相邻的两个孔道内一个只有进口开放，另一个只有出口开放。排气从开放的进口孔道流入，通过GPF载体多孔壁面至相邻孔道排出。
　　姚春德指出，不同品牌在颗粒捕捉器应用上会针对车型、工况选择是否配置主动再生装置。他表示：＂GPF自身成本较高，主动再生装置更高，对于一些中高档车型，GPF对终端价格的影响并不明显，主动再生装置包含多个传感器，需要对场景、燃烧进行判断，因此对整体要求较高，但从使用层面来看，主动再生装置并非必要，因此部分低价车型只装配颗粒收集器单体。＂
　　与此同时，谢鹏鸿指出，目前国家对于颗粒捕捉器并未设立统一标准，因此不同企业在材料选择、通道设计、目标工况是完全自主的。在宋健看来，颗粒捕捉器与企业成本挂钩，质量参差不齐。
　　五问：颗粒捕捉器堵塞的后果是什么？
　　捕捉器里的颗粒物逐渐增加会引起发动机背压升高，导致发动机性能下降。此外，汽车预言家通过相关网站获悉，颗粒捕捉器堵塞后会市区工况油耗会出现近乎翻倍的增加。
　　清华大学汽车工程开发研究院常务副院长、汽车安全与节能国家重点实验室副主任宋健在采访中向汽车预言家表示：＂颗粒捕捉器在正常工作的时候，是环保、有效的，一旦失效也就意味着车辆达不到环保排放标准，环保是有代价的。＂
　　汽车预言家注意到，由于颗粒捕捉器实效造成的动力问题、油耗问题已经不是某品牌个例，谢鹏鸿指出，国六阶段几乎全部上市车辆都会存在这个问题，只不过由于不同工况、不同的用车环境，结果不同。
　　六问：如何解决颗粒捕捉器再生的问题？
　　对于颗粒捕捉器再生，车企针对国六车型在说明书上都有标注。在使用层面，需要车主维持一段高速巡航，当车辆时速超过100公里时，排气温度将超过700℃，满足燃烧条件，尽量避免长期短途、长期拥堵的工况。此外，姚春德与宋健共同指出，企业增加颗粒捕捉器后，需要对整车动力系统进行重新标定，发动机需要配合GPF标定，在车辆上形成整体的协同。
　　在四位专家看来，颗粒收集器堵塞并不是个大问题，与车辆使用工况、车主行为存在关联，定期清洁、维修、更换可以避免问题产生。