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为何采用GPF来实现排放要求,对改装有什么影响

2021-06-24 07:34    艾森ECU升级(北京运营中心)

随着排放要求,越来越多的车企都开始着手新排放技术的升级。然而许多细心的小伙伴可能会发现,同样的发动机,国六版本会比国五的动力有所缩小,这是因为许多车企为了满足排放标准,而采用GPF的缘故。
 

发动机的工作原理就是碳基化合物与氧气产生的一种氧化反应是燃烧,它在产生热量的同时也会以极大的速率消耗氧气,当氧气供应不足的时候,氧化过程就会进入“半反应”状态,即非饱和氧化,会产生大量未完全燃烧的碳分子颗粒以及一氧化碳、氰化物、氮氢化合物等有毒有害气体,污染大气层。这也是燃油汽车的主要污染物,当车辆在拥堵或低速工况时,由于节气门开度非常小,因此进入汽缸内部的空气严重不足,为了保证燃烧的稳定性,ECU往往会采用过量喷油的方式保证燃烧能够正常进行,而这就加剧了燃烧不充分的情况,导致一氧化碳等有害气体与碳化颗粒物大量排出。
为了改善燃油车的排放,在环保法规的限制下,各家主机厂采用含有贵重金属的三元催化装置来辅助处理发动机排出的有害气体,将一氧化碳以及一氧化氮变成无害的二氧化碳和二氧化氮。但是那些颗粒排放物就被忽略掉,直接排放到大气当中,造成大量的粉尘污染(雾霾)。
有能力的主机厂可以通过高轨压、改良的多孔喷油器等诸多技术来改善汽油的雾化性,让单位体积内的汽油与空气混合得更加均匀,燃烧更加充分,从而减少有害气体的排放,但这些技术对发动机技术储备的要求较高,需要在内燃机上投入大量的研发经费。对于那些研发经费有限,技术储备又不充足的车企来说,汽油机颗粒捕集器可以在不改变发动机软硬件的情况下,从废气排放后处理的角度来降低颗粒物排放的技术,其过滤效率高达90%,能有效控制颗粒物数目。

 

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。
 


通过以上分析,可以看出GPF是能提高颗粒物排放标准最简单也是成本最低廉的解决方式,因此许多主机厂都选择给车辆排气中增加GPF来符合严苛的国六B排放标准。只是由于GPF会对排气系统造成堵塞,减小排气效率,因此我们看到第一批满足国六标准的燃油车的功率都有一定下降,这也是对燃油车的一种新的限制,若想消除这种限制,还需要车企从发动机的燃烧工况入手,改善汽缸内的燃效,从根本上减少废气颗粒物。




 

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