GPF颗粒捕捉器安装布置检测方案

国VIGPF颗粒捕捉器布置检测解决方案国六排放法规对汽油车颗粒物排放提出了更严格的要求，相比于国五法规，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1GPF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-WayCatalyst）、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1GPF布置形式及优缺点三、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，安装布置方式等不同来选择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（ΔPwall），进出口通道的沿程阻力（ΔPin&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（ΔPcontΔPexp），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。不同状态下的GPF，其压降表现也不同，当GPF载体发生性能下降，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2GPF压差传感器布置针对国六法规对GPF监测要求，联合电子推荐GPF上安装压差传感器来满足法规。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3GPF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”程度的不同，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”程度的不同，对GPF移除或丢失进行诊断，如图4所示。图4GPF温度特性综上所述，针对不同GPF布置方案及不同的客户需求，可以选择相对应的诊断方案来满足法规及客户的需求。不同的诊断方案监测能力对比可见表2所示。表2GPF诊断方案比较*注：√能够满足,×不能满足从表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，不但可以为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规和客户化需求。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，在国六法规的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！