姚慧，张盼盼

(中国汽车技术研究中心，天津 300300)

国产合资进口汽车催化剂贵金属的分布及其对排放影响的研究

姚慧，张盼盼

(中国汽车技术研究中心，天津 300300)

对592辆国五轻型汽油耐久封样车辆的贵金属按照国产车、合资车和进口车类型分别进行统计分析，结合贵金属含量、比例进行耐久排放比较。结果表明：目前国五轻型汽油车催化器大多采用二单元的载体单元分布模式，催化剂多采用Pd/Rh贵金属组合形式，贵金属含量与排量成正比，使用Pd/Rh贵金属比例多在7∶1～15∶1的区间内；国产车、合资车和进口车所用催化剂贵金属含量、比例不同：在相同排量下，贵金属含量进口车>合资车>国产车，Pd/Rh比例是进口车>合资车>国产车；在相同贵金属含量比例下，同排量的进口车排放优于国产车和合资车。

贵金属；国产车；合资车；进口车；排放

0 引言

随着汽车保有量的增加，汽车尾气成为空气污染的主要来源之一[1]。三元催化转化器可有效地控制汽车尾气中有害物质的排放。三元催化转化器通常以铂、钯、铑等贵金属元素作为其活性成分，其中铂、钯主要对CO、HC起催化氧化作用，铑主要对NOx起催化还原作用[2]。其中贵金属的含量和比例是影响三元催化转化器催化性能的主要因素[3]。

目前我国汽车主要由国产车、合资车和进口车构成，国产车是融合了各国车系的优点、自主研发形成并制造的。合资车则采用进口车的技术，在国内加工制造而成。进口车主要由美国车系、欧洲车系和日本车系构成，价格较合资车和国产车要高许多[4]。

文中通过对592辆国五轻型汽油耐久[5]封样车辆的贵金属进行分析，并根据国产车型、合资车型、进口车型进行分类比较，研究其贵金属含量及比例的分布，最后选取部分车辆排放信息进行研究，分析贵金属对排放的影响。

1 催化剂贵金属分布

1.1 催化器载体单元分布

根据催化转化器中载体单元个数进行分类，大体有以下4种类型：含有一个催化单元的单级催化转化器；含有两个催化单元的催化转化器，包括前后两级类型和左右两级类型；含有3个催化单元的催化转化器，包括两个前级和一个后级类型，或3个催化器串联类型；含有4个催化单元的催化转化器，基本是左右两个排气管各包含一个前后级的催化转化器。

此次抽检的592辆车全部为汽油车，其中含有一个催化单元的汽车有125辆，含有两个催化单元的汽车有364辆，含有3个催化单元的汽车有68辆，含有4个催化单元的汽车有35辆。可以看出含有两个催化单元是目前比较常见的催化模式。

1.2 催化剂贵金属种类分布

载体中以贵金属作为催化剂对汽车尾气起到净化作用。贵金属多选取Pt、Pd、Rh三种元素。其中使用Pt和Pd作为氧化反应的催化剂，将汽车尾气中的HC和CO氧化成为H2O和CO2，Rh作为还原反应的催化剂，将汽车尾气中的NOx还原成为N2。

据相关研究资料显示：Pd对尾气中氧化反应的催化转换效率要明显高于Pt，再加上贵金属Pd的价格要比贵金属Pt低很多，因此，作为催化器中氧化反应的催化剂，贵金属Pd从催化效果上和成本上都要优于贵金属Pt，这也是催化器中所使用的贵金属Pt要少于贵金属Pd的主要原因。根据统计数据发现：汽油车催化剂多采用Pd/Rh的贵金属组合形式，Pt/Pd/Rh的贵金属组合形式也存在，数量相对较少。多单元催化器中前级多采用Pd/Rh的贵金属组合形式，后级多采用Pt/Rh的贵金属组合形式[6]。Pd的热稳定性较好，但抗中毒能力不如Pt，高温下易烧结，抗硫性能差[7-8]，所以以Pt元素为主。此次592辆车中，采用Pd/Rh的贵金属组合形式的共有553辆，采用Pt/Pd/Rh的贵金属组合形式的共有39辆，具体分布见图1。

图1 催化剂贵金属分布

1.3 催化剂贵金属含量分布

根据单元数目进行贵金属总含量的统计，发现一个单元的催化剂贵金属总含量为0.408～6.926 g，两个单元的催化剂贵金属总含量为0.129～11.040 g，3个单元的催化剂贵金属总含量为2.969～13.800 g，4个单元的催化剂贵金属总含量为4.882～22.792 2 g。一般车辆主要含一个单元或者两

个单元催化载体，含有3个单元或4个单元催化载体的一般多为合资车或进口车且排量大，所以可以看出：随着单元数量的增加，贵金属总含量范围在增大，含量也在增大。

1.4 催化剂贵金属比例分布

Pd/Rh贵金属组合形式在汽油车催化剂中最为常见。在此次抽检的592辆汽油车，Pd/Rh组合形式占了93.5%。所以，如何配比Pd元素和Rh元素，使其添加量最少但效果最好，是目前催化剂厂主要研究的问题之一。通过对592辆车Pd/Rh比例的统计，发现大多数车Pd/Rh比例在7∶1～15∶1之间，如图2所示。

图2 催化剂贵金属比例分布

2 国产车、合资车与进口车贵金属比较

国产车是指由中国自己设计并制造的汽车。合资车是指由中方和外国投资方共同合作，由国外提供技术、品牌等，在国内组装的汽车。进口车是指经专业渠道直接从海外市场购买，并引入中国市场进行销售的汽车。国产车大多采用中国所产催化器，合资车的催化器基本以国外品牌为主，进口车的催化器基本由国外提供。

2.1 排量分布

汽车排量与贵金属含量密切相关，理论上来说，排量越大，所需的贵金属含量越大。图3—5分别给出了抽检的车中，国产车、合资车和进口车的排量分布情况。

图3 国产车排量分布 图4 合资车排量分布 图5 进口车排量分布

可以发现：进口车排量大于4.0 L的轿车比例最高，高级、中高级车占总车辆数1/2；合资车排量在1.6～2.5 L内的车辆较多；而国产车主要以普通轿车和中级轿车为主，比例在95%之上。

2.2 贵金属总含量范围

根据排放量将汽车分为微型轿车、普通级轿车、中级轿车、中高级轿车和高级轿车，其分类如表1所示[9]。

根据分类发现微型轿车数量较少不列入统计，分别统计了其他类型轿车的总贵金属含量。发现贵金属的总含量与汽车排量成正比关系，从表2可明显看出：随着排量的增加，贵金属总含量也在增加，并且同排量下进口车较国产车和合资车贵金属总含量范围要大。

表1 排量分类

表2 贵金属总含量分布

2.3 贵金属比例分布

分别对国产车、合资车和进口车统计贵金属mPd∶mRh比例，见图6—8。

图6 国产车贵金属比例分布

图7 合资车贵金属比例分布

图8 进口车贵金属比例分布

发现国产车总贵金属mPd∶mRh比例在9∶1分布较多，合资车和进口车总贵金属mPd∶mRh比例在12∶1分布较多；国产车总贵金属mPd∶mRh比例在16∶1之后分布较少，进口车却有部分大比例的mPd∶mRh存在。

2.4 同含量比例贵金属下的比较

选取了A、B、C、D 4辆车，其中A车和B车所含的贵金属含量和比例相同，A车和B车信息见表3，C车和D车所含的贵金属含量和比例相同，两两比较其在160 000 km整车耐久试验[5]的排放数据，每10 000 km记录一次排放数据，分别比较CO、THC、NMHC、NOx、CO2这5种排放物的数据。

选取国产车A和合资车B进行比较，两辆车的排量均为1.58 L，贵金属比例相同，总量也相差不多。图9—13比较了国产车A和合资车B的排放数据，可以看出在贵金属总量与比例均相同的状况下，合资车的排放较国产车要好些。

表3 A车和B车信息表

图9 A车和B车CO排放比较

图10 A车和B车THC排放比较

图11 A车和B车NMHC排放比较

图12 A车和B车NOx排放比较

图13 A车和B车CO2排放比较

选取进口车C和合资车D进行比较，见表4。两辆车排量均为3.47 L，贵金属比例相同，总量也相同。

表4 C车和D车信息表

图14—18比较了进口车C和合资车D的排放数据，可以看出在贵金属总量与比例均相同的状况下，进口车和合资车相差不多，进口车的排放较合资车相对好些。

图14 C车和D车CO排放比较

图15 C车和D车THC排放比较

图16 C车和D车NMHC排放比较

图17 C车和D车NOx排放比较

图18 C车和D车CO2排放比较

从以上数据可以看出：即使在贵金属含量比例完全相同的情况下，排放结果也不尽相同。影响排放的因素，除了贵金属催化剂之外，涂层技术、发动机原排以及催化器的位置都可能影响最终的排放值。所以单凭贵金属一项不足以评定催化剂的好坏，也不能完全解决尾气排放原因。但研究一个合适的含量比例还是非常有必要的。

3 结论

(1)目前汽油车以二单元Pd/Rh贵金属组合形式的催化器为主。

(2)贵金属含量与排量成正比，mPd∶mRh值以(7∶1)～(15∶1)为主。

(3)我国目前国产车合资车和进口车以排量区分，所占比例不同，国产车、合资车以中低排量为主，进口车以中高排量为主。

(4)国产车、合资车和进口车所用催化剂贵金属含量不同，在相同排量下，按照贵金属含量大小比较，进口车>合资车>国产车。

(5)国产车、合资车和进口车所用催化剂贵金属比例不同，在相同排量下，按照贵金属Pd/Rh比例大小比较，进口车>合资车>国产车。

(6)相同贵金属含量比例下，同排量的国产车合资车和进口车，排放数据也不同，进口车优于合资车和国产车。

【1】王小霞．道路机动车尾气污染物排放量的预测与控制措施研究[D]．西安:长安大学，2012．

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Distribution of Precious Metals in Catalysts and Their Effects on the Emission of Domestic Vehicles, Joint Venture Vehicles and Imported Vehicles

YAO Hui，ZHANG Panpan

(China Automotive Technology and Research Center, Tianjin 300300,China)

The precious metals of 592 gasoline vehicles which finished the durable tests and followed the national emission standards V were counted and domestic vehicles, joint venture vehicles and imported vehicles were analyzed as well. The results show that: so far the catalytic converters of gasoline vehicle followed the national emission standards V use two units of carrier unit distribution pattern. The combination of Pd/Rh is used frequently. The content of precious metals is proportional to the displacement. Pd/Rh ratio is from 7∶1 to 15∶1. The content and proportion of precious metals in catalysts in domestic vehicles and joint venture vehicles are different from which in imported vehicles. In the same displacement, the precious metal content of imported vehicle is large than that of joint venture vehicle which is large than that of domestic vehicle, Pd/Rh ratio of imported vehicle is large than that of joint venture vehicle which is large than that of domestic vehicle. In the same content and ratio of precious metals, the emissions of imported vehicles are better than domestic vehicles’ and joint venture vehicles’ with the same displacement.

Precious metal; Domestic vehicle; Joint venture vehicle; Imported vehicle; Emission

2016-09-19

姚慧(1984—)，女，硕士，工程师，研究方向为汽车后处理及贵金属分析。E-mail：yaohui@catarc.ac.cn。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.01.015

U473.9

B

1674-1986(2017)01-058-05