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

摘 要：本文主要介绍了国六法规限值要求，催化器、载体的基本结构及其原理，通过搭载超轻载体的催化器进行WLTC排放测试，对比标准载体的测试情况，在整车在启动阶段，由于载体温度升温较快，气态排放污染物（HC、CO、NOx）有所降低，具有一定的性能优势。

关键词：超轻载体 排放测试

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

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）。

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

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CO₂和H₂O（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）。

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。

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。

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）。

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，更能滿足国六B法规的要求（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。

参考文献：

[1]GB18352.6-2016 轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）.2016.

[2]高伟.汽车实用技术.车用催化转化器起燃特性的数值模拟.2015.

[3]肖丹妮.西安文理学院学报（自然科学版）.催化转化器的研究进展.2015.7D4E8B41-F00E-443A-8331-D4EBF9E01BFA