GPF颗粒捕捉器安装布置检测方案.docx

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GPF颗粒捕捉器安装布置检测方案

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

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！