JBT 15137-2025 汽油机 颗粒捕集器蜂窝陶瓷载体标准立项发展报告

汽油机颗粒捕集器蜂窝陶瓷载体StandardizationDevelopmentReport:GasolineEngineParticulateFilterHoneycombCeramicSubstrate摘要关键词：汽油机颗粒捕集器；蜂窝陶瓷载体；行业标准；排放控制；后处理系统Keywords:GasolineParticulateFilter;HoneycombCeramicSubstrate;IndustryStandard;EmissionControl;AftertreatmentSystem1引言随着全球范围内对机动车排放污染问题的日益关注，各国相继出台了日趋严格的汽车排放法规。我国于2016年发布了《轻型车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》（GB18352.6-2016），并在2023年进一步实施了更为严格的重型车国六b阶段排放标准。在此背景下，汽油机颗粒捕集器（GasolineParticulateFilter,GPF）作为降低汽油机颗粒物排放的关键技术路径，已被广泛应用于满足国六排放法规的各类汽油乘用车和轻型商用车中。GPF的核心功能组件为蜂窝陶瓷载体，其性能优劣直接决定了颗粒捕集效率、再生特性、排气背压及发动机动力经济性。目前，柴油机颗粒捕集器（DPF）用蜂窝陶瓷载体已有较为成熟的产品标准和行业规范，而汽油机颗粒捕集器载体因使用工况（较高排气温度、较高空速、灰分来源与沉积特性不同等）与DPF存在显著差异，在产品设计、性能要求和评价方法上具有自身特点。然而，国内外尚缺乏专门针对GPF蜂窝陶瓷载体的统一标准，导致各生产企业的产品规格混乱、性能参差不齐，用户选型困难，行业缺乏有效的质量监管依据。为解决上述问题，响应《国家标准化发展纲要》中关于提升装备制造标准化水平的要求，由行业权威单位牵头，联合多家骨干企业和科研院所，共同制定了JB/T15137-2025《汽油机颗粒捕集器蜂窝陶瓷载体》行业标准。本标准属于机械行业标准（JB），分类号为内燃机领域，由工业和信息化部发布，于2025年5月9日正式发布，并将于2025年11月1日起实施。本报告就该标准的立项背景、编制过程、技术内容和实施意义进行全面阐述。2行业发展现状与标准需求分析2.1排放法规驱动下的GPF技术发展我国自2020年7月1日起全面实施轻型车国六a排放标准，2023年7月1日起实施国六b排放标准。国六标准对汽油机颗粒物数量（PN）排放限值提出了严格要求（不超过6×10¹¹个/km），这一指标远超国五标准的要求。在国六法规的驱动下，绝大部分汽油乘用车均需配备GPF方能满足PN排放限值要求。据中国汽车工业协会统计，2024年我国汽油乘用车产量约2200万辆，其中配备GPF的车型占比已超过95%。从全球范围来看，欧盟已实施欧6d排放标准，对汽油直喷发动机的PN排放提出了同样严格的限值要求（不超过6×10¹¹个/km），欧洲主要汽车制造商同样普遍采用GPF技术路线。美国EPATier3排放标准也对颗粒物排放提出了严格要求。可以预见，在未来的国七排放标准中，颗粒物排放限值将进一步收紧，GPF的应用将从汽油直喷发动机扩展到部分进气道喷射发动机，市场需求将持续增长。2.2蜂窝陶瓷载体技术现状蜂窝陶瓷载体是GPF的核心部件，其技术发展经历了从堇青石（2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂）到碳化硅（SiC）等多材料体系的演进过程。目前，商用GPF载体主要有以下技术路线：（1）堇青石载体。堇青石材料具有热膨胀系数低、抗热震性能好、成本低廉等优点，是当前GPF载体的主流材料。为满足GPF高过滤效率和低背压的需求，载体制造商开发了多种壁流式孔道结构设计，通过对载体壁面微观孔隙率、孔径分布及壁厚进行优化，实现了较高的过滤效率和较低的排气阻力。（2）碳化硅载体。碳化硅材料具有更高的热导率、更好的耐高温性能和更高的机械强度，在高负荷工况下具有更好的可靠性。但其成本较高，且热膨胀系数较大，通常需要采用分段式结构以降低热应力。目前，碳化硅载体主要应用于对耐久性要求极高的大排量及高性能车型。（3）新型材料体系。包括钛酸铝、莫来石等新型材料也在积极研发中，旨在兼顾优良的过滤性能、力学性能和成本优势。在载体结构设计方面，目前商用GPF载体的典型技术参数为：孔道密度300~400CPSI，壁厚6~8mil，孔隙率50%~65%，平均孔径10~25μm。较高的孔隙率有利于降低初始压降，但会降低机械强度；而较低的孔隙率则有利于提升过滤效率，但会增加排气背压。因此，载体性能优化需要综合考虑过滤效率、压降特性和结构强度等多方面因素。2.3标准需求分析从标准供给现状来看，目前我国已发布实施的相关标准主要包括：-GB/T25984-2010《汽车排气消声器总成技术条件和试验方法》，涉及后处理封装总成的部分基础要求；-QC/T1039-2016《柴油机颗粒捕集器用壁流式蜂窝陶瓷载体》，专门针对DPF用载体；-HJ438-2008《车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车车载诊断（OBD）系统技术要求》等排放控制相关标准。然而，专门针对汽油机颗粒捕集器用蜂窝陶瓷载体的国家标准或行业标准尚属空白。GPF与DPF在以下关键方面存在显著差异，决定了其不能简单套用DPF载体标准：（1）使用工况不同。GPF通常安装于紧耦合位置，距发动机较近，工作温度较高（正常行驶时载体入口温度可达500~700°C），且排气流量波动大，对载体的热稳定性要求更高。（2）灰分来源不同。汽油机使用无灰分添加剂，灰分主要来源于发动机磨损金属和燃料中的杂质，灰分含量较柴油机低，但灰分沉积特性有所不同。（3）再生策略不同。GPF主要采用被动再生为主、主动再生为辅的策略，再生频率较DPF更高，对载体的热疲劳耐久性提出了更高要求。（4）性能评价方法不同。GPF载体侧重于常温及高温条件下的过滤效率和压降特性评价，需要在更宽的温度窗口内考核其综合性能。因此，制定专门针对GPF蜂窝陶瓷载体的行业标准，明确其产品分类、技术要求、试验方法和检验规则，对于引导行业规范化发展、保障产品质量、促进技术创新和国际贸易都具有重要的现实意义。3标准编制原则与依据3.1编制原则JB/T15137-2025的编制遵循以下基本原则：（1）科学性。标准技术内容的确定以大量试验数据为基础，充分考虑了GPF载体在实际装车运行中的性能表现和失效模式，确保各项技术指标科学合理。（2）先进性。标准瞄准国际先进技术水平，参考了国内外主要载体生产企业（如NGK、Corning、揖斐电及国内骨干企业）的产品技术规范，确保标准技术指标具有一定的前瞻性和引领性。（3）协调性。标准在术语定义、试验方法等方面与现行有效的国家标准、行业标准保持协调一致。涉及的引用的标准包括GB/T3730.1《汽车和挂车类型的术语和定义》、GB/T17651《内燃机排气颗粒物测量方法》、GB/T38245《内燃机蜂窝陶瓷载体》等。（4）适用性。标准充分考虑我国GPF载体生产企业的技术水平和检测条件，试验方法尽量采用较为通用的设备和仪器，确保标准具有可操作性和可检验性。（5）规范性。标准编写格式和表述规则严格遵循GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的要求。3.2编制依据本标准依据的主要法规和技术文件包括：-《中华人民共和国标准化法》-《国家标准化发展纲要》-《工业和信息化部关于印发<机械行业标准管理办法>的通知》-GB18352.6-2016《轻型车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》-GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》-国内外相关企业标准和公开技术文献4标准主要技术要求JB/T15137-2025的主要技术内容包括产品分类、技术要求、试验方法、检验规则和标志、包装、运输及贮存等方面。标准的核心技术内容集中在以下几个方面：4.1产品分类与标记标准根据GPF载体的材料体系、结构形式及用途进行科学分类。按材料分为堇青石质载体、碳化硅质载体等类型；按孔道结构形式分为壁流式载体和过滤式载体等；按载体外形结构分为圆柱体载体和椭圆体载体等。标准的分类体系见表1。表1GPF蜂窝陶瓷载体分类|分类维度|类别|典型参数或说明||---------|------|--------------||材料体系|堇青石质|热膨胀系数低，成本较低|||碳化硅质|耐高温性好，热导率高||孔道结构|壁流式|相邻孔道交替封堵，强制过滤||外形结构|圆柱体/椭圆体|根据封装空间要求选择|4.2技术要求标准对GPF蜂窝陶瓷载体规定了全面的技术要求，主要包括以下几个方面：（1）外观质量要求。载体表面应无裂纹、无缺损、无明显的变形和杂质附着，端面应平整，孔道应通畅无明显堵塞。（2）几何尺寸及偏差。标准对载体的外径、长度、圆度、垂直度、端面平行度等几何参数规定了尺寸公差要求，以及孔道密度（CPSI）、壁厚、单元尺寸等微观结构参数的允许偏差范围。（3）物理性能指标。标准对载体的吸水率、体积密度、热膨胀系数、比热容等基础物理性能规定了技术指标。其中，热膨胀系数直接关系载体抗热震性能，是载体材料选择的考核重点。（4）力学性能指标。标准规定了载体的抗压强度（轴向和径向）、抗弯强度等力学性能指标要求，确保载体在封装、振动和热应力作用下的结构完整性。（5）过滤性能指标。这是GPF载体区别于一般蜂窝陶瓷载体的关键性能考核项目。标准规定了初始过滤效率、压降特性（初始压降及指定流速条件下的压降上限）等技术指标，同时对载体的壁面微观孔隙率、平均孔径及孔径分布等微观过滤特性参数进行了规定。（6）热学性能指标。包括耐热冲击性能（急冷急热试验后载体不应产生贯穿性裂纹）、热膨胀系数及热稳定性等。考虑到GPF紧耦合安装的严苛热工况，该指标是确保载体可靠性的重要考核项。（7）抗热老化性能。标准规定了载体在规定温度下经历一定时间的热老化试验后，其机械性能和过滤性能的保持率要求，以评价载体在长期高温服役条件下的性能稳定性。4.3试验方法标准针对上述技术要求，规定了相应的试验方法，主要试验项目包括：-几何尺寸检测：采用三坐标测量仪、专用量具等进行测量；-孔道结构参数测量：采用光学显微镜或扫描电子显微镜（SEM）观测载体端面和断面，统计孔道密度、壁厚等参数；-抗压强度测试：采用万能材料试验机沿轴向和径向分别施加压力，测定载体破坏时的最大载荷；-热膨胀系数测定：采用热膨胀仪在规定的温度范围内测定载体的线膨胀系数；-过滤效率和压降测试：采用标准颗粒物发生装置和颗粒物计数系统，在规定气流速度和颗粒物浓度条件下测量载体的过滤效率和压降；-耐热冲击试验：将载体加热至规定温度后迅速置于室温空气中冷却，反复数次后检查载体是否产生裂纹或破损；-热老化试验：将载体在高温炉中于规定温度下保温规定时间后，测试其性能变化。4.4检验规则标准将检验分为出厂检验和型式检验两类。出厂检验项目包括外观质量、几何尺寸、孔道结构参数等，逐件或按批次抽样进行。型式检验则涵盖标准规定的全部检验项目，在下列任一情况下应进行型式检验：新产品定型或产品转产时；正式生产后如结构、材料、工艺有较大变更可能影响产品性能时；正常生产时每两年至少进行一次；停产一年以上恢复生产时；国家质量监督机构提出型式检验要求时。5标准的创新性与预期效益5.1标准主要创新点JB/T15137-2025作为国内首项针对GPF蜂窝陶瓷载体的行业标准，具有以下创新性特征：（1）建立了GPF载体专用评价体系。区别于传统的DPF载体标准，本标准首次系统性地建立了面向GPF应用特点的载体性能评价体系，涵盖过滤效率、压降特性、热稳定性及抗老化性等多项核心技术指标，填补了国内相关标准空白。（2）提出了反映GPF实际工况的试验方法。标准中的过滤效率和压降测试方法充分考虑了GPF在汽油机排气条件下的气流量、温度和颗粒物特征，更真实地反映载体在实际装车工况下的性能表现。（3）技术指标具有先进性和引领性。标准的各项技术指标在对标国际先进产品技术水平的基础上，兼顾了国内产业的技术基础和质量管理水平，既具有可操作性，又能推动行业技术进步。5.2预期的经济和社会效益本标准的发布和实施预期将在以下方面发挥重要作用：-社会效益方面：通过保障GPF载体产品的性能和质量，助力机动车颗粒物排放的有效控制，改善大气环境质量；支撑国家排放法规的有效实施，服务国家"双碳"战略和蓝天保卫战。-产业引领方面：为新型材料体系、新结构GPF载体的研发和产业化提供技术导向，也为未来制定相关国家标准和参与国际标准制定奠定基础。6标准实施与推广应用JB/T15137-2025将于2025年11月1日起正式实施。为确保标准的顺利实施和有效应用，需要做好以下工作：（1）标准宣贯与培训。由全国内燃机标准化技术委员会组织标准宣贯会，面向载体生产企业、后处理系统集成商、整车企业及相关检测机构，对标准的技术内容、试验方法和实施要点进行系统解读和培训。（2）检测能力建设。引导具备条件的检测机构建立和完善GPF载体性能检测能力，加强过滤效率测试台架、热冲击试验设备等专业装置的建设和计量溯源，为标准的落地实施提供检验技术支撑。（3）配套标准协同推进。本标准将与在研的G