导读

您的爱车上是否安装了GPF（汽油车尾气颗粒捕捉器）？可以去翻翻随车配备的使用说明书，如果在目录页发现了GPF警报、GPF再生等字样，那么恭喜您，您需要认真和GPF打交道了：）众所周知，悬浮在空中的细小颗粒污染物对环境和人类健康有着极大的危害。随着中国汽车保有量突飞猛进，汽油车排放的细小颗粒物也在增加。《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）》（以下简称国六）b阶段的推进，对汽车尾气中颗粒物的排放限值做出了严格要求。

真正的国六标准

2020年7月1日起，国六标准a阶段已在全国全面实施，国六b阶段预计2023年开始正式实施。为什么要实施两步走的路线，主要原因当然是一步到国六的技术难度较大，给汽车厂商、零部件供应商等提出了严峻的现实挑战。

国六a相比国五，气体排放污染物（CO、CH、NOx等）仅取国五最严值。而国六b相对国六a：1、气体排放限值又严格了50%左右，2、增加了细小颗粒物排放的要求。3、技术中性，即轻型车不分燃料种类和发动机技术路线，都需要满足相同的气态污染物和颗粒物排放要求。4、实际驾驶排放（RDE），对车辆污染物在实际工况下的排放水平也进行了监管和限值要求。可以说国六b阶段才是真正意义的国六新标准。 

国六汽车中为什么要装这个GPF

柴油车上早已部署尾气颗粒捕捉器（DPF）。虽然汽油车的颗粒物排放不如柴油车显著，但近年的研究发现，之前为了降低燃油消耗和CO2排放而从进气道喷射（PFI）改进为缸内直喷（GDI）技术，汽油发动机缸内油气混合时间变短，容易形成局部浓区，导致细小颗粒物的排放量增大。

汽油车颗粒捕捉器（GPF）是当前有效地控制汽油车颗粒排放的技术手段，已经在满足国六b排放标准的汽车上得到广泛应用。

GPF的结构特点

GPF（汽油车尾气颗粒捕捉器）技术过滤机理与DPF（柴油车尾气颗粒捕捉器）基本相同，由蜂窝状陶瓷组成，通过交替封堵蜂窝状多孔陶瓷过滤体，使排气气流从孔道壁面穿过，通过扩散、碰撞和拦截等方式过滤和减缓颗粒物排放，使之有时间能够在高温GPF中进一步燃烧分解。

在国五车辆升级国六过程中，仅升级GPF可能会引起其他污染物排放的恶化，在设置上，需搭配改进的三元尾气催化剂（TWC）同时使用。采用壁面涂覆的GPF产生部分的三元催化效果是一个很好的设计。

什么是再生，怎么再生

长时间市区低速行驶，可能会使GPF壁面上沉积大量颗粒物，导致车辆出现“怠速抖动，油耗上升，动力下降”等问题，这就是被国六车主吐槽的GPF老化报警问题。

再生过程也不复杂，只需要高速行驶并滑行交替，使GPF核心温度高于650℃，有了足够的氧气，就会燃烧沉积的颗粒物，自动再生。一般推荐的做法，把车开上高速，油门踩到底加速，让车辆高速运转起来，随后松开油门滑行，减少燃料供应，保证排气中有足够的氧气以燃烧沉积颗粒，如此循环几次，就可达到GPF再生的能力。

岛津电子探针测试GPF

使用岛津电子探针分析了某GPF试样，电子图像观察显示，此GPF载体为蜂窝型空隙状陶瓷，壁面两侧有明显涂覆层（图1）。

图1 GPF背散射电子像

随后对GPF外表面的涂覆层进行了微区成分定性测试（图2），发现了Rh、Pd等贵金属活性催化成分，以及作为储氧剂、分散剂、稳定剂等作用的金属和稀土氧化物成分。

图2 GPF涂层微区成分定性分析结果

对主要元素进行了面分布特征测试，结果（图3）显示Mg、Al、Si、Fe等硅铝酸盐成分主要分布于陶瓷载体基体，载体有一定的孔隙度，这是GPF的主体结构。在壁面两侧的涂覆层中，Al、Zr（一般是其氧化物）作为热稳定剂和分散剂，Rh、Pd等是有效的活性催化贵金属，La、Ce等稀土（一般是其氧化物）作为储氧剂使用。一般来说，Rh可对汽油车尾气中的NOx进行还原催化，尾气气体中的HC和CO可通过Pd催化氧化反应，改善尾气排放污染。可见，采用涂覆的GPF可产生类似三元催化剂的效果，是一个很好的设计。

图3 元素面分析结果

具有涂覆层GPF的测试特点

出于成本考虑，贵金属活性成分一般含量很低，所以在测试时对仪器的灵敏度要求较高，同时由于添加的稀土元素特征X射线峰位之间非常接近，一般的能谱仪（EDS）也不足以满足能量分辨率的需求，岛津电子探针对此类样品的测试有着足够的优势，同时满足灵敏度和分辨率的测试要求。

岛津电子探针（EPMA-1720& EPMA-8050G）

岛津电子探针EPMA通过配置统一四英寸罗兰圆半径的、兼具灵敏度和分辨率的全聚焦分光晶体，以及52.5°的特征X射线高取出角，使之对于微量贵金属元素如Pd、Rh等以及稀土元素如Ce、La等都能够轻松地测试和表征。

如果您对汽车尾气催化剂TWC感兴趣，或者对电子探针测试微量元素、稀土元素对比扫描电镜上的能谱仪测试效果感兴趣，可参考扩展阅读。

结语

使用岛津电子探针对汽车尾气颗粒捕捉器GPF试样进行了观察和解析，确认了其具有涂覆层的结构。结果显示GPF载体为有一定孔隙度的硅铝酸盐陶瓷材料，而涂覆层含有La、Ce等稀土和Rh、Pd等贵金属活性成分，具有三元催化效用。岛津电子探针兼具高灵敏度、高分辨率特性，可对GPF微观结构进行有效表征。

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