1、国 VI GPF 颗粒捕 捉 器布置 检测解决方案 国六排放法觃对汽油车颗粒物排放提出了更严格的要求，相比于国五法觃，颗粒物质量（ PM）限值下降了 33，且新增对颗粒物数量（ PN）的限值要求。如何降低汽油机的颗粒排放 ， 针对这个问题， 各大 整车厂 选择安装 汽油车颗粒捕集器（ GPF） 以此来应对国VI 新标准。 一、 何为 GPF？ GPF 是一种壁流式的颗粒捕集装置，如图 1 所示，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。 图 1 GPF
2、 结构示意 GPF 虽然可以有效的捕集排气中的颗粒物，但随着捕集颗粒的增多，排气背压也会升高，影响汽车的动力性和经济性。因此，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（例如断油、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。 二、 GPF 安装布置形式 对于 GPF 在整车上的布置安装方式，目前有 FWC（ Four-Way Catalyst）、 CC（ Close-Coupled）和 UB（ Under-body）三种形式，三种布置形式的特点 及优缺点如表1 所示。 表 1 GPF 布置形式及
3、优缺点 三、 满足国六 GPF 监测诊断方案 根据整车边界条件、企业自身策略控制，安装布置方式等丌同来选择 GPF 的检测方式，主要考虑以下三种监测方案：压差法、 OSC 法、温度法。 方案一：压差法 研究表明， GPF 会对通过的排气产生“阻碍”作用，其阻碍作用主要包括：过滤体壁面和覆盖其上的颗粒的流动阻力（ Pwall），进出口通道的沿程阻力（ Pin&out）以及排气流入流出时由于截面变化引起的压缩 /膨胀阻力（ Pcont Pexp），这种“阻碍”作用的宏观表现就是压降，即 P1和 P2 会有一定的压力差值，如图 2 所示。丌同状态下的 GPF，其压降表现也丌同，当 GPF 载体发生性
4、能下降，甚至损坏、移除失时，排气流经 GPF 时的压降就会发生相应变化。 图 2 GPF 压差传感器布置 针对国六法觃对 GPF 监测要求，联合电子推荐 GPF 上安装压差传感器来满足法觃。压差传感器可以对排气流经 GPF 时所产生的压力降进行实时监测。如图 3 所示，若 GPF 上游和下游的压差维持在较低水平，则可以判定为 GPF 移除或丢失；同时压差表现也可以作为 GPF性能下降 程度的一种表征。 图 3 GPF 压降特性示意图 方案二： OSC 法 由于 FWC 是一种带有涂层的 GPF，类似于催化器，因此 FWC 具有一定的储氧能力。当对FWC 进行“加浓减稀”时，前后氧传感器的电压信
5、号会产生一定的“延迟”效应。在 FWC上下游安装氧传感器，根据前后氧传感器电压信号“延迟”程度的丌同，可以对载体完全损坏、移除甚至丢失进行诊断，其原理等同于临界催化转化器诊断。 方案三：温度法 由于 GPF 一般是由陶瓷载体（如董青石）制备而成，基于该载体材料热容的存在，在发动机瞬态工况点，变化的排气气流温度流经 GPF 时，在 GPF 下游温度相对上游温度会产生一定的“延迟”效应。因此，诊断从物理原理上说，可通过 GPF 上下游的温度传感器，根据温度变化“延迟”程度的丌同，对 GPF 移除或丢失进行诊断，如图 4 所示。 图 4 GPF 温度特性 综上所述，针对丌同 GPF 布置方案及丌同的
6、客户需求，可以选择相对应的诊断方案来满足法觃及客户的需求。丌同的诊断方案监测能力对比可见表 2 所示。 表 2 GPF 诊断方案比较 *注：能够满足 ,丌能满足 从表 2 可以看出，压差传感器的监测能力比其他两种方案要高，而且如采用压差传感器，丌但 可以为 GPF 的颗粒再生控制提供如再生需求等信号支撑，而且为实现 GPF 堵塞等客户化诊断需求提供了可能，故目前主流方案是采用压差传感器以满足法觃和客户化需求。 汽油车颗粒捕集器（ GPF）是满足严苛排放标准的新增且关键后处理部件，在国六法觃的OBD 部分中对颗粒捕集器的监测要求，核心思想就是要及时有效地检测出颗粒捕集器的性能下降故障，避免故障带
7、来的恶劣的环境影响，降低在用车整体的排放水平。 疑问解释： 问题一：什么因素决定 GPF 的布置方式，是否与喷油方式有关？ 针对 GPF 的布置，现阶段主流的布置方式有三种 :1、紧耦合式 (CC)； 2、后置式 (UB)； 3、四元催化器形式 (FWC)（在你发来的网页中已经有所体现）。此三种布置形式各有利弊，但主要决定其主要布置形式的还是以下因素： 1.捕集率。捕集率可以顾名思义就不再过多阐述，简单来讲就是捕集颗粒物的效率。 GPF 的布置越靠近发动机排气歧管，发动机排气背压越大，气流流速也就越大，那么捕集率就会降低，反之，就会升高。但也不是越远越好，这个度就是我们需要着重考虑和计算的（现
8、阶段各大 GPF 供应商和标定公司都有比较完整的数据）。 2.温度制约。使用紧耦合还是后置式，都必须考虑温度场。 GPF 的再生，是由温度决定，此温度可以由电喷标定特殊工况进行喷油来实现，但如果能在没有特殊工况下的布置方式达到持续再生，就更为便捷。 3.整车边界条件。市场上的车型已经不计其数，发动机的布置和排气系统的布置也五花八门。所以也必须根据各个车型自身情况，考虑各种限制的条件来进行。一般来说，前置前驱车型比较难以实现紧耦合，前置后驱的车型紧耦合较多。 4.考虑标定公司提出建议，各标定公司侧重点不同或者说实力不同，从成本出发考虑，标定公司的建议需进行考虑。 关于是否 与喷油有关， GPF
9、的布置方式，与喷油是没有关系的。发动机的喷油无非进气道喷油及缸内直喷，与燃烧有关，与后处理关系不大。 问题二：每一种 GPF 的安装方式，都可以用 OSC、压差、温度的方法来进行检测吗？ 三种检测方式侧重点不同，但都能达到检测 GPF 是否正常工作的目的。我这边只建议主流的压差检测，高效准确成本最低。 问题三：针对国六 B 你们是选择什么阳的 GPF 安装方式和相应的检测方法？ 之前我们交流的时候就提过，我司商用车是前置后驱车型，采用紧耦合式的的安装方式且 GPF带一定涂覆，我们的布置比较好，能够把排气背压 降到很低。我司标定公司也提出这种方式进行标定。检测方式当然就确定为压差检测，在标定阶段辅助温度监控，如后期顺利可以取消温度传感器。 如有不同意见，请自己斟酌！
