关于超轻载体在国六排放中的应用

卢恒 赖先涛 张浩华 李瑞珂 覃仁豪

上汽通用五菱汽车股份有限公司 广西柳州市 545007

随着国六排放法规的实施，对整车排放的要求越来越严格，对处理排放尾气的催化器的性能也提出了更高的要求。催化器转对排放尾气的转化性能的提升，能帮助整车更好的满足排放法规的要求。

1 排放法规

在2023年7月1日即将实施的国六b阶段轻型汽车排放法规中，对气态污染一氧化碳（CO）、碳氢化合物（THC）、非甲烷碳氢化合物（NMHC）、碳氧化物和（NOx）等的排放限值，相比国六a阶段分别降低30%～50%，要求更加严格，同时实施RDE（实际行驶污染物排放），对整车的排放要求更加苛刻，而催化器是转化整车排放污染物起到决定作用的，其性能的高低直接影响整车排放是否满足法规的要求。

2 催化器原理及性能

国六催化器主要结构为催化剂、GPF（颗粒捕集器）（图1所示），其中对整车排放尾气起到催化转化作用的主要是催化剂，其组成主要包括：载体、涂层、贵金属（图2）。

图1

图2

载体：圆柱状多孔陶瓷结构

涂层：涂覆在载体小孔内壁，承载贵金属

贵金属：起催化转化尾气的作用铂、钯、铑等贵金属

表1

催化器处理排放尾气的主要化学反应为：涂覆在催化器载体涂层中的钯、铑等贵金属在其中起到催化剂作用，在一定高温环境下，将汽车发动机排放尾气中的污染物HC、NOx、CO转化为CO和HO（图3）。

图3

由于催化器在常温下，催化器涂层中的钯、铑等贵金属并不起作用，需要在温度上升至一定高温，催化器才开始以一定的速度，随着温度的上升，逐渐开始正常工作。催化器的转换性能与温度的关系曲线如下图所示（图4）。

图4

如下图所示，催化器的转化效率随温度的升高而升高，催化器在低于190℃基本没有起到转化作用，在温度上升至260℃达到50%的转化效率，温度达到290℃可以达到90%以上的转化效率。

3 超轻载体的应用

3.1 对于国六排放循环WLTC排放结果分析

对某轻型汽车在国六WLTC循环排放测试试验的主要气态排放污染物THC、CO、NOx，进行秒采数据分析，如下图5、图6、图7所示，可见0～70秒左右的时间为整车发动机启动阶段，排放污染物最多，占整个排放循环阶段全部污染物的60～80%，针对这个阶段的排放污染物采取有效措施，可以大大降低整个排放循环的排放污染物总量。

图5

图6

图7

采集整车WLTC循环催化器载体温度的秒采数据（如下图8），在整车发动机启动至第一个加时段（车速0～40km/h），发动机的排气温度较低，传递到催化器载体的热量，并不能使其立即达到催化器转化效率较高的300℃。催化器在这一阶段是无转化作用或者低转化效率的，整车排放污染物相当于未经转化直接排放。催化器载体如果能够更快的升温，就能更快的提高转化效率，缩短不转化排放污染物的时间，对整车排放将有极大的优势。

图8

3.2 超轻载体应用

目前行业内常用的国六催化器标准载体为750目、壁厚2mil规格，而超轻载体为800目、壁厚2mil，具有质量更小、比热容更低的优势，在同样的车辆相同工况条件下，催化器载体就能够更快的升温，快速达到催化器的起燃温度，从而提升催化器的转化效率。

对比750目标准载体，800目超轻载体的基本性能，可见超轻载体更具有优势（图9）。

图9

分别制作750目标准载体，800目超轻载体两种不同载体方案，涂覆相同贵金属含量方案的催化器样件，搭载相同车辆进行按国六b排放标准的WLTC循环进行整车排放测试试验。对比750目标准载体方案，800目超轻载体方案的样件整车排放测试结果，超轻载体方案的排放更低，更能满足国六B法规的要求（表2）。

表2

采集整车排放WLTC循环下两个不同载体方案测试的CO、NOx、THC排放污染物秒采数据，同时收集对应工况下的催化器载体温度数据，对比两种方案在整车启动至第一个加速阶段的数据。

从上图10～图11可见，使用超轻载体的催化器方案，相比标准载体的催化器方案，在国六WLTC排放测试循环中，在车辆启动阶段，由于催化器载体升温更快，催化器转化效率得到更快的提升，各项气态排放物（CO、THC、NOx）有了明显下降，在整个WLTC循环的排放污染物总量也有了显著降低，可见超轻载体在更加严格的国六B排放法规中具有更大的优势。

图10

图11