對PM和GPF的介紹_對顆粒捕集器的介紹

為了改善燃燒質(zhì)量，很多汽車廠都使用了直噴發(fā)動機。目前來看，直噴發(fā)動機和進氣道噴射發(fā)動機相比，燃燒產(chǎn)生的顆粒物會有所上升，那么我們目前有什么方法去減少？

直噴汽油發(fā)動機產(chǎn)生的有害排放物與傳統(tǒng)的進氣道式噴射的汽油發(fā)動機無太大差異。主要有，碳氫（HC）、一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）和顆粒物（PM：Particlematter）。其中HC、CO和NOx可以通過三元催化器轉化為二氧化碳（CO2）和水（H2O）。但是PM怎么辦？

要治理PM，就要先了解PM。

所以，首先介紹一下顆粒排放物產(chǎn)生的原因吧。

在汽油發(fā)動機中，顆粒物主要產(chǎn)生于直噴式的汽油發(fā)動機。這是為什么呢？

原來，汽油機燃油直噴后，主要燃油的噴射是在點火前的進氣和壓縮階段完成，相對于進氣道式噴射，燃油的蒸發(fā)、霧化時間減少。之后點火燃燒時，可能仍會有部分燃油以液滴形式存在，液態(tài)燃油不如氣態(tài)燃油燃燒的充分，所以會產(chǎn)生比進氣道噴射式發(fā)動機更多的顆粒。其次，由于燃油在缸內(nèi)噴射，若噴射方向和噴射時刻選取不當，就會有燃油噴射到汽缸壁或活塞頂可能。由于汽缸壁，活塞頂?shù)臏囟认鄬θ紵覂?nèi)的溫度較低，噴射到這些位置的燃油就不容易燃燒完全，進而產(chǎn)生顆粒。雖然直噴發(fā)動機采用了高壓噴射，目的是想讓噴出的燃油霧化效果更好，達到了200個大氣壓，但還是無法完全避免顆粒物的生成。

那么PM是由什么樣的成分組成的呢？

PM主要由三部分組成，分別是炭黑、碳氫化合物和硫酸鹽。其中炭黑是主要成分，大概占55%，碳氫化合物占35%，硫酸鹽占10%。如下圖

發(fā)動機生成的顆粒物一般按其粒徑大小分為：

核態(tài)顆粒物： 《 50nm

聚集態(tài)顆粒物：50nm ~ 1000nm

粗粒子態(tài)顆粒物：》1000nm

可見直噴發(fā)動機排放的顆粒物直徑都在2.5微米之內(nèi)，即PM2.5指標就包含這些顆粒。我們只有帶上3M口罩才能有效避免PM2.5的吸入。

以上我們了解了PM的產(chǎn)生原理和組成成分。同樣的，降低顆粒物的排放主要有“控制原排”和“后處理”兩種方案。

在“控制原排”方面，技術人員們用了提高噴油壓力，優(yōu)化噴油策略，更精確的噴油控制，進氣渦流控制等等手段。

在這里主要介紹“后處理”的方案，即汽油機顆粒捕集器——GPF（Gasoline Particle Filter）。顧名思義，GPF就是將發(fā)動機排放出來的顆粒物捕集起來，不讓它們跑到大氣中，當然也不讓它們跑到我們的口罩上。

汽油機相對于柴油機顆粒物排放很低，但是國家對汽油機顆粒物排放的限值也很低，只有4.5mg/km。使用GPF的車輛，在一個測試循環(huán)中比未使用GPF的車輛，顆粒物排放可降低約90%。是不是很可觀？？？

隨著環(huán)境保護的日益窘迫，我國制定了越來越嚴格的車輛排放限值法規(guī)。所以為了我們的環(huán)境著想，各大整車廠生產(chǎn)的新車使用GPF是一個必然趨勢。

GPF長什么樣子呢？

GPF外形是圓柱體，和我們傳統(tǒng)的“三元催化器”外形并無差異。所以對于車輛底盤并沒有什么新的改造要求。不同的是內(nèi)部氣流流通的通道，GPF的通道是蜿蜒的，曲折的，優(yōu)雅的，如是下面這個樣子。

顆粒在通過側壁時就會被捕集起來，相當于過濾。一般來說，GPF能夠捕集99%的顆粒物。在顆粒捕集的同時，GPF內(nèi)也在發(fā)生著再生。因為顆粒捕集到GPF中后，會存留在其中，相當于堵塞了車輛的排氣通道。如果捕集的顆粒過多，就會提高排氣的阻力，進而提高油耗，這是不利的。幸好當車輛跑高速時由于排氣溫度也較高，顆粒會與排氣中的氧氣燃燒，消耗殆盡，這就是GPF的再生。就是這么簡單?。?！

如果在GPF中，涂上可以將其他有害的氣態(tài)排放物轉化的涂層，就成了“四元催化器”（NMHC，CO，NOx，PM）。“四元催化器”可以同時轉化四種有害排放物，是不是很神奇？！！雖然“四元催化器”聽起來牛，但是制作它所需要的技術和工藝還是很高端的。

有的車型選擇兩級的催化器。前級采用傳統(tǒng)的“三元催化器”，用來轉化NMHC，CO，NOx，后級采用GPF，只捕集顆粒。這樣搭配，也能同時降低四種有害排放物。但是這樣搭配的缺點是，后級的GPF溫度可能會較低，不利于再生。如果采用一級的“四元催化器”，就可以盡量把它放在離發(fā)動機排氣近的地方，這樣就可以利用排氣的高溫來使GPF再生。