对PM和GPF的介绍_对颗粒捕集器的介绍

为了改善燃烧质量，很多汽车厂都使用了直喷发动机。目前来看，直喷发动机和进气道喷射发动机相比，燃烧产生的颗粒物会有所上升，那么我们目前有什么方法去减少？

直喷汽油发动机产生的有害排放物与传统的进气道式喷射的汽油发动机无太大差异。主要有，碳氢（HC）、一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）和颗粒物（PM：Particlematter）。其中HC、CO和NOx可以通过三元催化器转化为二氧化碳（CO2）和水（H2O）。但是PM怎么办？

要治理PM，就要先了解PM。

所以，首先介绍一下颗粒排放物产生的原因吧。

在汽油发动机中，颗粒物主要产生于直喷式的汽油发动机。这是为什么呢？

原来，汽油机燃油直喷后，主要燃油的喷射是在点火前的进气和压缩阶段完成，相对于进气道式喷射，燃油的蒸发、雾化时间减少。之后点火燃烧时，可能仍会有部分燃油以液滴形式存在，液态燃油不如气态燃油燃烧的充分，所以会产生比进气道喷射式发动机更多的颗粒。其次，由于燃油在缸内喷射，若喷射方向和喷射时刻选取不当，就会有燃油喷射到汽缸壁或活塞顶可能。由于汽缸壁，活塞顶的温度相对燃烧室内的温度较低，喷射到这些位置的燃油就不容易燃烧完全，进而产生颗粒。虽然直喷发动机采用了高压喷射，目的是想让喷出的燃油雾化效果更好，达到了200个大气压，但还是无法完全避免颗粒物的生成。

那么PM是由什么样的成分组成的呢？

PM主要由三部分组成，分别是炭黑、碳氢化合物和硫酸盐。其中炭黑是主要成分，大概占55%，碳氢化合物占35%，硫酸盐占10%。如下图

发动机生成的颗粒物一般按其粒径大小分为：

核态颗粒物： 《 50nm

聚集态颗粒物：50nm ~ 1000nm

粗粒子态颗粒物：》1000nm

可见直喷发动机排放的颗粒物直径都在2.5微米之内，即PM2.5指标就包含这些颗粒。我们只有带上3M口罩才能有效避免PM2.5的吸入。

以上我们了解了PM的产生原理和组成成分。同样的，降低颗粒物的排放主要有“控制原排”和“后处理”两种方案。

在“控制原排”方面，技术人员们用了提高喷油压力，优化喷油策略，更精确的喷油控制，进气涡流控制等等手段。

在这里主要介绍“后处理”的方案，即汽油机颗粒捕集器——GPF（Gasoline Particle Filter）。顾名思义，GPF就是将发动机排放出来的颗粒物捕集起来，不让它们跑到大气中，当然也不让它们跑到我们的口罩上。

汽油机相对于柴油机颗粒物排放很低，但是国家对汽油机颗粒物排放的限值也很低，只有4.5mg/km。使用GPF的车辆，在一个测试循环中比未使用GPF的车辆，颗粒物排放可降低约90%。是不是很可观？？？

随着环境保护的日益窘迫，我国制定了越来越严格的车辆排放限值法规。所以为了我们的环境着想，各大整车厂生产的新车使用GPF是一个必然趋势。

GPF长什么样子呢？

GPF外形是圆柱体，和我们传统的“三元催化器”外形并无差异。所以对于车辆底盘并没有什么新的改造要求。不同的是内部气流流通的通道，GPF的通道是蜿蜒的，曲折的，优雅的，如是下面这个样子。

颗粒在通过侧壁时就会被捕集起来，相当于过滤。一般来说，GPF能够捕集99%的颗粒物。在颗粒捕集的同时，GPF内也在发生着再生。因为颗粒捕集到GPF中后，会存留在其中，相当于堵塞了车辆的排气通道。如果捕集的颗粒过多，就会提高排气的阻力，进而提高油耗，这是不利的。幸好当车辆跑高速时由于排气温度也较高，颗粒会与排气中的氧气燃烧，消耗殆尽，这就是GPF的再生。就是这么简单！！！

如果在GPF中，涂上可以将其他有害的气态排放物转化的涂层，就成了“四元催化器”（NMHC，CO，NOx，PM）。“四元催化器”可以同时转化四种有害排放物，是不是很神奇？！！虽然“四元催化器”听起来牛，但是制作它所需要的技术和工艺还是很高端的。

有的车型选择两级的催化器。前级采用传统的“三元催化器”，用来转化NMHC，CO，NOx，后级采用GPF，只捕集颗粒。这样搭配，也能同时降低四种有害排放物。但是这样搭配的缺点是，后级的GPF温度可能会较低，不利于再生。如果采用一级的“四元催化器”，就可以尽量把它放在离发动机排气近的地方，这样就可以利用排气的高温来使GPF再生。