汽车GPF/OPF的原理、改装方面您该知道的那些事
2021-03-23 07:57 艾森ECU升级(北京运营中心)
GPF到底是什么?
GPF(Gasoline Particle Filter)简称为GPF、PPF或OPF,是指汽油车颗粒捕集器。(GPF)是从柴油机驱动的新型车辆中发现的柴油颗粒过滤器(DPF)衍生而来的,是用于降低汽车的颗粒物排放的后处理装置,它的过滤效率能达到90%以上。由于国六排放法规中新增了对于颗粒物排放的限制,而且国六b阶段比国六a阶段的排放限制严格了10倍,因此加装GPF成为了几乎所有主机厂不得不走的路。
GPF的主题结构是堇青石,就在它的堇青石上涂覆的载体上,通常是铂、铑、钯三种或者铂、铑两种组成,一般量产车出于控制成本的考虑,每L载体的贵金属含量大概在1g/L以内。
GPF过滤机理与柴油机的DPF基本相同,排气以一定的流速通过多孔性的壁面,这个过程称为“壁流”(Wall-Flow)。壁流式颗粒捕集器由具有一定孔密度的蜂窝状陶瓷组成。通过交替封堵蜂窝状多孔陶瓷过滤体,排气流被迫从孔道壁面通过,颗粒物分别经过扩散、拦截、重力和惯性4种方式被捕集过滤。
GPF vs DPF
但GPF和DPF之间还是有着许多的不同之处,最主要的区别就是汽油和柴油机尾气之间存在实质差异。与现代轻型柴油相比,汽油机排放的颗粒物排放量大约降低10-30倍,这种差异推动了最佳过滤技术的不同选择。
(1)汽油机排气温度相对高于柴油。在城市驾驶条件下,发动机输出温度介于300和500℃之间,但在高速行驶时可达到700°C。尽管这些温度足够高以维持GPF的被动再生,但运行在化学计量比下GDI发动机的排气里,氧气通常是不足的。因此,GPF再生通常发生在车辆减速期间,此时减少燃料供应,来保证排气中有充足的氧气。具有氧气存储能力的GPF可以在短时间内实现主、被动再生。
(2)相比于柴油机而言,GDI的烟灰排放少,其烟灰氧化的速度也比柴油机要快得多。所以GPF中烟灰的负载率不会太高,不会因为烟灰氧化而导致的过高的放热率,所以热耐久性不被认为是一个问题。
(3)低烟灰负载还允许使用更紧凑和更便宜的过滤器,因为体积较小,可以使用较少的贵金属材料。在柴油车中,过滤器的体积通常为发动机排量的1.5至2.5倍,而GPF的体积可以做到小于排量。
位置选择
GPF在汽油机排气管上的布置主要由三种形式,一种是和TWC集成到一块安装,距离排气歧管较近,即紧耦合式布置(Closed-coupled)。另一种是直接安装在TWC下游位置,即后置式布置(Under-floor),还有一种是在三元催化剂涂在GPF的基材上,以形成“四元催化剂”。
GPF再生
当车辆驾驶一段时间后,GPF里的颗粒物逐渐增加会引起发动机背压升高,导致发动机性能下降,所以需要定期除去沉积的颗粒物,恢复GPF的过滤性能。即让其中的碳发生化学反应氧化燃烧,称为GPF的再生。GPF再生可以用以下几个化学方程式表达。GPF内部温度在600ºC以上且氧浓度大于0.5%时,发生化学放热反应:C+O2=CO2
GPF的再生有被动再生和主动再生两种:被动再生指的是在日常驾驶工况下通过驾驶员松踏板时,发动机断油,大量氧气进入GPF,实现再生。主动再生指的是在被动再生无法满足的情况下,车辆去跑特殊工况(例如:保持80KM/h跑高速30分钟),利用ECM给发动机指令,后推点火角,使得尾气温度升高,待GPF温度升高后,再减稀空燃比(过量氧气),实现GPF再生。需要注意的是GPF再生无法移除灰分(CaO,P2O5,ZnO,SO3,Fe2O3),随着时间的累积,积满后,需要到维修站更换GPF。
GPF的设计及应用主要考虑的问题是:过滤效率、排气背压、再生、使用成本、耐久性及对燃油经济性的影响等。在保证较高的过滤效率以满足排放法规的前提下,尽量降低排气背压以降低油耗和CO2排放,保证周期性可靠的再生,提高GPF的使用寿命,降低使用成本成为当前的主要研究热点。
可以完全删除GPF吗?
当然,可以使用一些工具,需要一点时间就能解决这个问题。或者你可以购买一个删除文件通道''非公路使用'。去除DPF/GPF将允许废气更自由地流动,从而可能提高性能。但是,删除GPF很有可能会检测到您的汽车在道路上是非法的,由于汽车将不再符合某些国家/地区设定的排放标准。并且拆卸也会触发EML / ECU警告。
删除GPF将认为您的汽车违法,很可能会触发EML / ECU警告
对于许多ECU调教厂家而言,始终建议删除基于排放的组件肯定是一个非常容易的选择,因为相对与设计出与GPF兼容并提升动力的产品相比,删除它的成本要便宜省时得多。
然而,如果这是一辆公路车,您不管怎样无论如何都不考虑,并且你打算把它作为日常使用,你注定会遭遇到一些问题。因为如果相关政府对制造商或车管机构采取严厉排查措施,他们将会注意到人们在购买车辆后将其移除,所以本人认为ECU厂家开发软件原本的使命,是开发具有法律意义的产品,并且不需要客户违反相关法律去享受程序升级带来的便利。
您还需要考虑到,如果确实删除了GPF,或者曾经需要更换GPF,根据DPF更换的已知成本,这可能是一项昂贵的工作。所以ECU软件开发厂家要必须将保护GPF纳入考虑范围。
GPF真正的影响到ECU调校了吗?
GPF导致额外的气流限制流入——这是它们带来的关键限制因素。从本质上讲,汽车通过气缸获得的空气量并不相同(与相同增压水平下的非GPF车型相比),当然气流对产生动力当然至关重要。
但是,这是不可移除的法律限制,为了从软件获得最佳效果,必须配合使用,当经过广泛的测试后,通过数据来看,实际上并没有我们最初预期的那样具有限制性(在提高性能方面)。
当然GPF还使汽车的排气变得静音,作为汽车改装爱好者,肯定在意令人上瘾的排气音浪,幸运的是一些排气厂家生产了“ GPF / OPF中后排气系统”,因此您可以通过改装来改善音浪,该方案仍可保留GPF并遵守必要的法律法规。
GPF应该如何养护?
由于GPF是通过将载体封装在管道内,来起到密封的作用,所以无法直接更换载体,只能连同三元催化或者排气管一同更换。一旦灰分和碳累积过多,就会导致通道积满而只能更换GPF,这样一来势必造成车主需要花费较高的金额。
所以车主在日常使用过程中应该保持良好的驾驶习惯,减少积碳的产生,尤其是低温地区,减少怠速的驾驶场景。其次还要注意颗粒捕集器警告灯是否点亮。安装了GPF的车辆会配置颗粒捕集器警告灯。
当该警告灯点亮时表示颗粒捕集器饱和到了一定程度需要进行再生,车主可以在高速公路上驾驶车辆保持在80公里/小时以上,直到该灯熄灭表示车辆恢复正常。当该警告灯闪烁时,表示颗粒捕集器已满,主动再生和被动再生均无法有效清除烟尘,这时控制器会限制发动机的输出扭矩,如果同时发动机故障警告灯也点亮的话,需要到维修站进行驻车再生,如果忽略这个报警,可能降低车辆性能,甚至导致发动机无法起动,最终更换GPF。
所以总的来说对于GPF的保养,需要注意的两个要点是:减少怠速,多跑高速。