國六排放法規(guī)對汽油車顆粒物排放提出了更嚴(yán)格的要求，相比于國五法規(guī)，顆粒物質(zhì)量（PM）限值下降了33％，且新增對顆粒物數(shù)量（PN）的限值要求。如何降低汽油機(jī)的顆粒排放質(zhì)量和數(shù)量成為整車廠開發(fā)滿足國六標(biāo)準(zhǔn)車輛面臨的新問題。針對這個問題，基于霧霾天人們戶外出行，不少人出門帶上口罩獲得的靈感，汽車工程師們也準(zhǔn)備在汽車排氣管上帶上一個“口罩”，以減少其逸散到大氣中的顆粒物排放。這個“口罩”，行業(yè)內(nèi)稱之為汽油車顆粒捕集器（GPF）。

何為GPF？

對于這個新東東，大家一定很好奇，莫急，且聽國六哥慢慢道來。

GPF是一種壁流式的顆粒捕集裝置，如圖1所示，過濾體內(nèi)有很多平行孔道，相鄰的兩個孔道內(nèi)一個只有進(jìn)口開放，另一個只有出口開放。排氣從開放的進(jìn)口孔道流入，通過GPF載體多孔壁面至相鄰孔道排出，而顆粒物被滯留在孔道內(nèi)，從而實現(xiàn)捕集作用。

圖1 GPF結(jié)構(gòu)示意

GPF雖然可以有效的捕集排氣中的顆粒物，但隨著捕集顆粒的增多，排氣背壓也會升高，影響汽車的動力性和經(jīng)濟(jì)性。因此，當(dāng)GPF中的顆粒累積到一定程度時，通過調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)運行工況（例如斷油、推遲點火角等），使GPF中的顆粒氧化燃燒，即GPF的再生，去除GPF中的顆粒物。最終實現(xiàn)“捕集－再生－捕集”的良性循環(huán)。

對于GPF在整車上的布置安裝方式，目前有FWC（Four-Way Catalyst）、CC（Close-Coupled）和UB（Under-body）三種形式，三種布置形式的特點及優(yōu)缺點如表1所示。

表1 GPF布置形式及優(yōu)缺點

國六法規(guī)對GPF的監(jiān)測要求

國六哥在上面提到了，GPF主要通過其結(jié)構(gòu)特點對排氣中的顆粒物進(jìn)行捕集過濾，從而達(dá)到降低汽油機(jī)顆粒數(shù)量和質(zhì)量排放的目的。那么可想而知，如果GPF捕集器破損甚至移除，捕集性能下降，必然會導(dǎo)致逸散到大氣中顆粒物增加，排放性能惡化，故國六排放法規(guī)中新增了對GPF的監(jiān)測要求如下：

OBD系統(tǒng)應(yīng)對車輛上安裝的顆粒捕集器的正常工作進(jìn)行監(jiān)測，

在捕集器性能下降并導(dǎo)致顆粒排放超過OBD閾值之前，OBD系統(tǒng)應(yīng)檢測出故障；

如果顆粒捕集器性能惡化或者失效，不會使車輛的顆粒排放超過OBD閾值，OBD系統(tǒng)也應(yīng)在顆粒捕集器載體完全損壞、移除、丟失時檢測出故障；

對單獨的電子部件（如：監(jiān)測用壓力傳感器）應(yīng)按照J(rèn).4.14綜合部件監(jiān)測的要求進(jìn)行監(jiān)測。

滿足國六GPF監(jiān)測診斷要求解決方案

對GPF捕集性能的診斷要求，聯(lián)合電子針對不同的布置方式主要考慮以下三種監(jiān)測方案：壓差法、OSC法、溫度法。

方案一：壓差法

研究表明，GPF會對通過的排氣產(chǎn)生“阻礙”作用，其阻礙作用主要包括：過濾體壁面和覆蓋其上的顆粒的流動阻力（ΔPwall），進(jìn)出口通道的沿程阻力（ΔPin&out）以及排氣流入流出時由于截面變化引起的壓縮/膨脹阻力（ΔPcont+ΔPexp），這種“阻礙”作用的宏觀表現(xiàn)就是壓降，即P1和P2會有一定的壓力差值，如圖2所示。不同狀態(tài)下的GPF，其壓降表現(xiàn)也不同，當(dāng)GPF載體發(fā)生性能下降，甚至損壞、移除失時，排氣流經(jīng)GPF時的壓降就會發(fā)生相應(yīng)變化。

圖2 GPF壓差傳感器布置

針對國六法規(guī)對GPF監(jiān)測要求，聯(lián)合電子推薦GPF上安裝壓差傳感器來滿足法規(guī)。壓差傳感器可以對排氣流經(jīng)GPF時所產(chǎn)生的壓力降進(jìn)行實時監(jiān)測。如圖3所示，若GPF上游和下游的壓差維持在較低水平，則可以判定為GPF移除或丟失；同時壓差表現(xiàn)也可以作為GPF性能下降程度的一種表征。

圖3 GPF壓降特性示意圖

方案二：OSC法

由于FWC是一種帶有涂層的GPF，類似于催化器，因此FWC具有一定的儲氧能力。當(dāng)對FWC進(jìn)行“加濃減稀”時，前后氧傳感器的電壓信號會產(chǎn)生一定的“延遲”效應(yīng)。在FWC上下游安裝氧傳感器，根據(jù)前后氧傳感器電壓信號“延遲”程度的不同，可以對載體完全損壞、移除甚至丟失進(jìn)行診斷，其原理等同于臨界催化轉(zhuǎn)化器診斷。

方案三：溫度法

由于GPF一般是由陶瓷載體（如董青石）制備而成，基于該載體材料熱容的存在，在發(fā)動機(jī)瞬態(tài)工況點，變化的排氣氣流溫度流經(jīng)GPF時，在GPF下游溫度相對上游溫度會產(chǎn)生一定的“延遲”效應(yīng)。因此，診斷從物理原理上說，可通過GPF上下游的溫度傳感器，根據(jù)溫度變化“延遲”程度的不同，對GPF移除或丟失進(jìn)行診斷，如圖4所示。

圖4 GPF溫度特性

綜上所述，針對不同GPF布置方案及不同的客戶需求，可以選擇相對應(yīng)的診斷方案來滿足法規(guī)及客戶的需求。不同的診斷方案監(jiān)測能力對比可見表2所示。

表2 GPF診斷方案比較

*注：√能夠滿足,×不能滿足

從表2可以看出，壓差傳感器的監(jiān)測能力比其他兩種方案要高，而且如采用壓差傳感器，不但可以為GPF的顆粒再生控制提供如再生需求等信號支撐，而且為實現(xiàn)GPF堵塞等客戶化診斷需求提供了可能，故目前主流方案是采用壓差傳感器以滿足法規(guī)和客戶化需求。

汽油車顆粒捕集器（GPF）是滿足嚴(yán)苛排放標(biāo)準(zhǔn)的新增且關(guān)鍵后處理部件，在國六法規(guī)的OBD部分中對顆粒捕集器的監(jiān)測要求，核心思想就是要及時有效地檢測出顆粒捕集器的性能下降故障，避免故障帶來的惡劣的環(huán)境影響，降低在用車整體的排放水平。