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

摘 要：本文主要介紹了國六法規(guī)限值要求，催化器、載體的基本結構及其原理，通過搭載超輕載體的催化器進行WLTC排放測試，對比標準載體的測試情況，在整車在啟動階段，由于載體溫度升溫較快，氣態(tài)排放污染物（HC、CO、NOx）有所降低，具有一定的性能優(yōu)勢。

關鍵詞：超輕載體 排放測試

The Application of Low Mass Substrate in Eu6

Lu Heng，Lai Xiantao，Zhang Haohua，Li Ruike，Qin Renhao

Abstract：This paper introduces the Eu6 emission regulation limit，? the basic structure and principle of Catalyst and substrate test converters of low mass and standard substrates in WLTC criteria. Low mass substrate converter is better， as temperature rising of substrate is faster， and gaseous pollutants（HC、CO、NOx）is low.

Key words：ultra-light carrier， emission test

隨著國六排放法規(guī)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(guī)的要求。

1 排放法規(guī)

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(guī)中，對氣態(tài)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?jīng)Q定作用的，其性能的高低直接影響整車排放是否滿足法規(guī)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）。

載體：圓柱狀多孔陶瓷結構

涂層：涂覆在載體小孔內(nèi)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

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(huán)境下，將汽車發(fā)動機排放尾氣中的污染物HC、NOx、CO轉化為CO₂和H₂O（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）。

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(huán)WLTC排放結果分析

對某輕型汽車在國六WLTC循環(huán)排放測試試驗的主要氣態(tài)排放污染物THC、CO、NOx，進行秒采數(shù)據(jù)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(fā)動機啟動階段，排放污染物最多，占整個排放循環(huán)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(huán)的排放污染物總量。

采集整車WLTC循環(huán)催化器載體溫度的秒采數(shù)據(jù)（如下圖8），在整車發(fā)動機啟動至第一個加時段（車速0～40km/h），發(fā)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(jīng)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(yōu)勢。

3.2 超輕載體應用

目前行業(yè)內(nèi)常用的國六催化器標準載體為750目、壁厚2mil規(guī)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(yōu)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(yōu)勢（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(huán)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(guī)的要求（表2）。

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

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(huán)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(tài)排放物（CO、THC、NOx）有了明顯下降，在整個WLTC循環(huán)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(guī)中具有更大的優(yōu)勢。

參考文獻：

[1]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）.2016.

[2]高偉.汽車實用技術.車用催化轉化器起燃特性的數(shù)值模擬.2015.

[3]肖丹妮.西安文理學院學報（自然科學版）.催化轉化器的研究進展.2015.7D4E8B41-F00E-443A-8331-D4EBF9E01BFA