颗粒捕捉器进化史：从初登场到成汽车“标配”

在汽车行业迈向绿色发展的征程中，颗粒捕捉器成为了车辆减排的重要利器，不过，它也给不少车主带来了油耗增加、动力减弱等困扰，大家也由此开始期待它能早日“退场”。但从实际情况来看，颗粒捕捉器在短期内很难被去除，因为背后有着诸多复杂颗粒捕捉器的发展历程，是汽车行业不断适应环保需求、持续技术革新的过程，其出现时间因柴油和汽油发动机的不同而有所差异：

首先柴油颗粒

捕集器（DPF）：DPF最早可追溯到1985年 ，当时梅塞德斯奔驰将其应用在3.0L涡轮增压发动机中，采用被动再生策略，即利用发动机正常运行产生的热量来燃烧捕捉到的颗粒物。但这次尝试不算成功，因尾气背压过大，导致发动机功率明显降低，影响了车辆性能，所以在随后多年里，DPF技术没有得到足够重视。随后到了90年代后期，情况出现转机。瑞典颁布的Environment Zones法案要求重型卡车必须配备DPF，这促使该技术迎来发展契机。车企和科研人员开始深入研究，改进DPF的设计和再生技术，以克服早期出现的问题。

进入21世纪，全球环保意识持续增强，欧美日等国家和地区逐步出台更为严格的排放法规，对柴油车尾气中的颗粒物质量（PM）排放提出了极高要求。例如，欧四/五法规要求尾排PM低于0.02g/kwh 。在这样的背景下，DPF技术得到了广泛应用，成为柴油车满足排放标准的关键设备。如今，壁流式颗粒捕捉器是DPF的主流类型，其载体采用封闭式壁流式结构，能高效拦截捕捉颗粒，再生方式分为主动再生和被动再生两种。主动再生是通过外加能量，如电加热、喷油助燃等方式提高排气温度，使颗粒物燃烧；被动再生则是利用催化剂降低颗粒物的燃烧温度，使其在发动机正常运行的排气温度下就能燃烧。

随后汽油机颗粒捕集器（GPF）问世：在早期，传统的进气道燃油喷射（PFI）发动机颗粒物排放较少，所以并没有针对汽油发动机的颗粒排放限值规定。但随着汽油直喷（GDI）发动机技术的兴起，它在提高扭矩和功率输出、降低二氧化碳排放量方面表现出色，逐渐成为主流。然而，GDI发动机的颗粒物排放问题也随之凸显。

2009年，欧5标准引入了汽油机车辆的颗粒物质量（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，但这是对汽油发动机颗粒物排放管控的开端。此后，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发动机的颗粒物数量指标为6×10¹¹＃/km ，代替了最初的6×10¹²＃/km限值。并且，欧洲引入了真实驾驶排放（RDE）测试程序，要求轿车不仅要在控制底盘测力计测试中进行检测，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，这对汽油机的颗粒物排放控制提出了更高挑战。

为了应对这些严苛的排放标准，各大整车厂开始选择安装汽油车颗粒捕集器（GPF）。GPF是一种壁流式的颗粒捕集装置，过滤体内有很多平行孔道，相邻的两个孔道内一个只有进口开放，另一个只有出口开放。排气从开放的进口孔道流入，通过GPF载体多孔壁面至相邻孔道排出，而颗粒物被滞留在孔道内，从而实现捕集作用。当GPF中的颗粒累积到一定程度时，通过调节发动机运行工况，如断油、推迟点火角等，使GPF中的颗粒氧化燃烧，即GPF的再生，去除GPF中的颗粒物，最终实现“捕集－再生－捕集”的良性循环。

中国从2017年6月开始颁布国六排放标准。首先新大众途观1.4L TSI发动机和奥迪A5的2.0 TFSI发动机率先装配GPF，随后，越来越多的车企在旗下车型上应用这一技术 。

一、政策法规：高悬的“紧箍咒”

如今，全球都在大力推行愈发严格的汽车尾气排放标准。就拿我国来说，国六标准对颗粒物排放有着严苛限制，其中国六b阶段的颗粒物数量限值相比国六a进一步加严。对于车企而言，要想让车辆符合这些标准，颗粒捕捉器就成了关键手段，不可或缺。在欧洲，欧六排放标准同样要求车辆配备类似装置来控制颗粒物排放。比如德国，其国内的汽车要想上路行驶，必须满足欧六标准，这使得德国车企如大众、宝马、奔驰等，旗下大部分车型都安装了颗粒捕捉器。在美国，加利福尼亚州作为美国环保要求最为严格的地区之一，实施的排放标准对车辆颗粒物排放限制严格，促使汽车制造商广泛采用颗粒捕捉器技术来满足法规要求。只要这些高标准的排放法规持续存在，颗粒捕捉器就会一直肩负使命，难以退场。

二、技术发展：突破的“艰难路”

虽然目前部分先进技术已经在降低颗粒物排放方面取得进展，但要完全替代颗粒捕捉器仍有很长的路要走。马自达研发的SPCCI火花控制压燃技术，通过精准调控燃烧室的温度和压力，让汽油在部分工况下实现压燃，减少了汽油机的颗粒物排放。但该技术目前还未大规模应用，并且在实际应用中可能还会面临诸多挑战，比如对燃油品质要求较高、发动机控制系统更加复杂等。混动技术也是近年来的热门发展方向，像丰田的THS混动系统、本田的i - MMD混动系统，通过电机辅助发动机工作，使发动机保持高效运行区间，减少了颗粒物的产生。不过混动技术成本相对较高，电池的回收处理也面临环保压力，在普及过程中需要车企和消费者共同适应。所以，在没有成熟、低成本且能广泛应用的替代技术出现之前，颗粒捕捉器依旧会是车辆排放控制的重要保障。

三、燃油品质：关键的“绊脚石”

油品质量对颗粒捕捉器的使用有着重要影响。在欧洲，由于汽油的硫含量已经降到很低，像挪威等国家，其油品质量高，这使得车企在满足排放要求方面有更多的技术选择，甚至可以取消颗粒捕捉器。然而在国内，油品硫含量相对较高，部分地区的油品质量参差不齐。高硫含量的燃油燃烧后会产生更多的颗粒物，并且其中的硫还会与颗粒捕捉器中的催化剂发生反应，降低催化剂的活性，导致颗粒捕捉器更容易堵塞。如果要取消颗粒捕捉器，就需要加速油品升级，让燃油燃烧更加充分，减少颗粒物的产生。但油品升级涉及到炼油技术改进、基础设施建设等多方面的问题。炼油技术改进需要投入大量资金进行研发和设备更新；而基础设施建设方面，加油站需要更换储油罐、加油设备等，以适应新的油品标准。这些都不是短期内能够实现全面突破的。

尽管颗粒捕捉器目前还无法被去除，但车企也在积极采取措施来优化其性能，降低负面影响。比如，大众通过采用缸内直喷技术，将喷油压力提升至三百五十帕，使汽油燃烧更充分，从根本上减少颗粒捕捉器的再生频率；更改颗粒捕捉器的位置，使其更靠近发动机，利用发动机排出的尾气热量对颗粒捕捉器进行再生，提高再生效率；还对再生程序进行了优化，让车辆基本行驶在三十千米左右就可以实现再生。宝马则在发动机管理系统中加入了更为智能的算法，根据车辆的行驶工况、尾气排放情况等实时调整发动机的工作参数，减少颗粒物的产生，同时优化颗粒捕捉器的再生时机，确保其高效运行。这些优化措施在一定程度上缓解了颗粒捕捉器带来的问题，也为未来技术的进一步发展提供了方向。