汽油机颗粒捕集器

尽管数字很宽泛，但最近的数据表明空气污染每年导致全球超过550万人过早死亡。 根据报道，主要的罪魁祸首是来自发电厂、工厂、汽车尾气及煤炭和木材燃烧产生的小颗粒排放。

在车辆尾气排放中，大部分的颗粒物由烟炱构成，这是由不完全燃烧造成。其次，润滑油和燃料衍生的烃类残余物也可以形成颗粒。

颗粒物排放限值

若干国家已引入法规来限制车辆尾气中的这些小颗粒排放。根据欧洲排放标准，柴油车辆的颗粒物质量（PM）限值已经变得更为严苛，从1992年欧1标准的0.14克/公里降低至欧5和欧6标准的0.005克/公里，因此车辆需要配备柴油机颗粒捕集器（DPF）。

由于传统的进气道燃油喷射（PFI）发动机不会释放大量的颗粒物，所以最初没有规定汽油发动机的颗粒排放限值。然而，汽油直喷（GDI）发动机现已成为一项关键技术，既可以提高扭矩和功率输出，又可以降低二氧化碳排放量。但是，据报道与传统的PFI发动机相比，GDI发动机排放的颗粒物更小更多。

因此，在2009年，欧5标准引入了汽油机车辆的PM限值，尽管当时只对柴油机车辆的颗粒物数量（PN）进行了规定。欧6标准对汽油发动机逐步实施PN限值规定，在2017年9月生效的欧6c标准中，GDI发动机的指标为6×1011＃/ km，代替了最初的6x1012 #/km限值。

虽然最新的GDI发动机可以在传统的(NEDC或WLTC)标准测试循环中满足更低的PN限值，但欧洲6c标准引入了真实驾驶排放(RDE)测试程序，包含在发动机不同运行条件下的颗粒物计数。此外，轿车不仅要在控制底盘测力计测试中进行检测，而且还要在真实生活条件下通过便携式排放测量系统进行测试。无论定义为什么条件，RDE都将引入更大的温度范围、发动机负荷变化和其他变量。

除欧洲法规外，我们还看到印度和中国正在实施严苛的排放限值规定。

从2017年1月1日起，相当于欧5的中国国5标准在全国范围内生效。在印度，相当于欧4的Bharat IV标准于2017年在全国范围内实施，从2020年4月起引入相当于欧6的Bharat VI标准，将在全国范围内针对新车实施。

颗粒捕集器技术

DPF多年来一直被用于降低柴油车辆的颗粒物排放。

随着颗粒物限值规定被延伸至装配GDI发动机的车辆，我们可以期待基于DPF经验开发的汽油机颗粒捕集器(GPF)技术将在新车中得到更广泛的应用。

GPF与DPF非常相似，一般来说，其工作方式也类似。过滤器为蜂窝状结构，通常由堇青石（一种合成陶瓷）制成，交替封堵蜂窝状过滤体的出口和入口排气流被迫从孔道壁面流过，从而捕集到烟炱。由于每平方英寸约有200到350个通道，因此，GPF的通道密度几乎和DPF一样。这两种过滤器的主要区别在于GPF因为基质更轻，其孔隙度更高，。尽管这使得气体更易通过基质，但这也意味着GPF比DPF更脆弱。

通常，GPF的基质与三效催化剂(TWC)集成，然后变成四效催化剂。另一种方法是在气缸头部附近仍放置一个TWC，并在底部下方引入另一个四效催化剂。

再生

颗粒捕集器非常高效，据报道其能够去除90%以上的颗粒物排放。然而，这种效率也带来挑战。随着时间的推移，在过滤器内累积起来的烟炱，如果不去除的话，会导致背压增加。去除烟炱的最佳方法是有氧状态下温度大于600℃时就地燃尽；此过程称为再生。

与氧含量过高的柴油发动机不同，汽油发动机通常以化学计量混合物运行，这意味着当发动机处于高负荷状态时，尾气中没有氧气来燃烧烟炱。

因此，对于汽油发动机来说，只有在无动力和车辆减速情况下，再生过程才会发生，当发动机启动时，氧气通过发动机泵入。汽油发动机的另一个主要区别为再生是被动的过程，因为没有必要故意增加尾气温度。

为启动再生过程，催化剂转化器会被短时供应空气。氧气在高的尾气温度(400 - 700°C)下可导致烟炱燃烧。发动机长时间运行而不减速时（例如，在没有任何下坡的高速公路上驾驶时），需要控制发动机来启动再生过程。在这种情况下,通过延迟点火来提高尾气温度，通过制造贫燃料/空气混合物而获得氧气。

一个完整的DPF装置可包含大约8克烟灰/每升（g/l），正好为启动再生过程所需。对于堇青石 的GPF基底，其过滤容量约为1 g/l。然而，存储容量低不是真正的问题所在，因为GDI的颗粒排放量是比柴油机小10到30倍，而且被动的再生过程非常频繁。

汽车市场

GPF正越来越多地被引入到各个OEM厂商的车队中。

梅赛德斯报告说GPF已在其S 500车型中成功使用两年有余，其结构是一个双排气系统，每个排气支路都配有一个二元催化剂和一个GPF。梅赛德斯还宣布，2017年，装配了全新M 256和M 176汽油发动机的S-Class车型将配备这项GPF技术。然后会逐渐将过滤器引入其他新车型、外观翻新车型和新一代发动机中。最终，梅赛德斯表示其计划在当前的车型系列中使用GPF。梅赛德斯报告其将投资约30亿欧元来确保未来和当前车辆的油耗和尾气排放得到进一步改善。

大众集团于2016年宣布所有直喷TSI和TFSI发动机将逐步安装GPF装置，以减少高达90%的微小烟炱颗粒排放。2017年6月开始，在新大众途观1.4L TSI发动机和奥迪A5的2.0 TFSI发动机开始装配。然后将在其他车辆和发动机中装配GPF装置。大众集团表示到2022年，每年将有700万辆汽车配备这一技术。

PSA集团也宣布将GPF纳入其直喷汽油车的计划。他们报告说其技术在捕获颗粒物数量方面可实现75%的效率改善。这一过滤器已在1.2L三缸涡轮Pure Tech汽油发动机中使用，PSA集团表示到2017年底该过滤器将装配至其所有直喷汽油发动机（无论三缸涡轮发动机系列还是四缸类型）。PSA集团说正在升级这些发动机，以提高性能和产量，从而进一步提高燃油经济性。

据报道，沃尔沃已表示其可能会引入GPF来实现排放目标，但其也在考虑增加电气化动力总成的使用。沃尔沃认为电动化是满足立法目标的一种更具成本效益的方式，尤其是在零部件价格和性能下降的情况下。

未来升级

随着OEM厂商在其发动机中测试GPF后处理系统，该技术是否会对未来的行业规格和/或OEM润滑油规格和发动机试验带来任何变化仍有待观察。

很有可能的是，随着PN排放限值被更广泛地引入，业务涵盖欧洲、中国和印度市场的车厂将会更多地使用GPF技术。

润英联亦在密切关注GPF的引入，并与OEM厂商保持持续沟通，以评估润滑油配方对GPF性能的影响。我们将在日后的Insight文章中分享评估结果。