為何采用GPF來實現排放要求,對改裝有什么影響
2021-06-24 07:34 艾森ECU升級(北京運營中心)
隨著排放要求,越來越多的車企都開始著手新排放技術的升級。然而許多細心的小伙伴可能會發現,同樣的發動機,國六版本會比國五的動力有所縮小,這是因為許多車企為了滿足排放標準,而采用GPF的緣故。
發動機的工作原理就是碳基化合物與氧氣產生的一種氧化反應是燃燒,它在產生熱量的同時也會以極大的速率消耗氧氣,當氧氣供應不足的時候,氧化過程就會進入“半反應”狀態,即非飽和氧化,會產生大量未完全燃燒的碳分子顆粒以及一氧化碳、氰化物、氮氫化合物等有毒有害氣體,污染大氣層。這也是燃油汽車的主要污染物,當車輛在擁堵或低速工況時,由于節氣門開度非常小,因此進入汽缸內部的空氣嚴重不足,為了保證燃燒的穩定性,ECU往往會采用過量噴油的方式保證燃燒能夠正常進行,而這就加劇了燃燒不充分的情況,導致一氧化碳等有害氣體與碳化顆粒物大量排出。
為了改善燃油車的排放,在環保法規的限制下,各家主機廠采用含有貴重金屬的三元催化裝置來輔助處理發動機排出的有害氣體,將一氧化碳以及一氧化氮變成無害的二氧化碳和二氧化氮。但是那些顆粒排放物就被忽略掉,直接排放到大氣當中,造成大量的粉塵污染(霧霾)。
有能力的主機廠可以通過高軌壓、改良的多孔噴油器等諸多技術來改善汽油的霧化性,讓單位體積內的汽油與空氣混合得更加均勻,燃燒更加充分,從而減少有害氣體的排放,但這些技術對發動機技術儲備的要求較高,需要在內燃機上投入大量的研發經費。對于那些研發經費有限,技術儲備又不充足的車企來說,汽油機顆粒捕集器可以在不改變發動機軟硬件的情況下,從廢氣排放后處理的角度來降低顆粒物排放的技術,其過濾效率高達90%,能有效控制顆粒物數目。
GPF到底是什么?
GPF(Gasoline Particle Filter)簡稱為GPF、PPF或OPF,是指汽油車顆粒捕集器。(GPF)是從柴油機驅動的新型車輛中發現的柴油顆粒過濾器(DPF)衍生而來的,是用于降低汽車的顆粒物排放的后處理裝置,它的過濾效率能達到90%以上。由于國六排放法規中新增了對于顆粒物排放的限制,而且國六b階段比國六a階段的排放限制嚴格了10倍,因此加裝GPF成為了幾乎所有主機廠不得不走的路。
GPF的主題結構是堇青石,就在它的堇青石上涂覆的載體上,通常是鉑、銠、鈀三種或者鉑、銠兩種組成,一般量產車出于控制成本的考慮,每L載體的貴金屬含量大概在1g/L以內。
GPF過濾機理與柴油機的DPF基本相同,排氣以一定的流速通過多孔性的壁面,這個過程稱為“壁流”(Wall-Flow)。壁流式顆粒捕集器由具有一定孔密度的蜂窩狀陶瓷組成。通過交替封堵蜂窩狀多孔陶瓷過濾體,排氣流被迫從孔道壁面通過,顆粒物分別經過擴散、攔截、重力和慣性4種方式被捕集過濾。
GPF再生
當車輛駕駛一段時間后,GPF里的顆粒物逐漸增加會引起發動機背壓升高,導致發動機性能下降,所以需要定期除去沉積的顆粒物,恢復GPF的過濾性能。即讓其中的碳發生化學反應氧化燃燒,稱為GPF的再生。GPF再生可以用以下幾個化學方程式表達。GPF內部溫度在600ºC以上且氧濃度大于0.5%時,發生化學放熱反應:C+O2=CO2
GPF的再生有被動再生和主動再生兩種:被動再生指的是在日常駕駛工況下通過駕駛員松踏板時,發動機斷油,大量氧氣進入GPF,實現再生。主動再生指的是在被動再生無法滿足的情況下,車輛去跑特殊工況(例如:保持80KM/h跑高速30分鐘),利用ECM給發動機指令,后推點火角,使得尾氣溫度升高,待GPF溫度升高后,再減稀空燃比(過量氧氣),實現GPF再生。需要注意的是GPF再生無法移除灰分(CaO,P2O5,ZnO,SO3,Fe2O3),隨著時間的累積,積滿后,需要到維修站更換GPF。
GPF的設計及應用主要考慮的問題是:過濾效率、排氣背壓、再生、使用成本、耐久性及對燃油經濟性的影響等。在保證較高的過濾效率以滿足排放法規的前提下,盡量降低排氣背壓以降低油耗和CO2排放,保證周期性可靠的再生,提高GPF的使用壽命,降低使用成本成為當前的主要研究熱點。
可以完全刪除GPF嗎?
當然,可以使用一些工具,需要一點時間就能解決這個問題?;蛘吣憧梢再徺I一個刪除文件通道''非公路使用'。去除DPF/GPF將允許廢氣更自由地流動,從而可能提高性能。但是,刪除GPF很有可能會檢測到您的汽車在道路上是非法的,由于汽車將不再符合某些國家/地區設定的排放標準。并且拆卸也會觸發EML / ECU警告。
刪除GPF將認為您的汽車違法,很可能會觸發EML / ECU警告
對于許多ECU調教廠家而言,始終建議刪除基于排放的組件肯定是一個非常容易的選擇,因為相對與設計出與GPF兼容并提升動力的產品相比,刪除它的成本要便宜省時得多。
然而,如果這是一輛公路車,您不管怎樣無論如何都不考慮,并且你打算把它作為日常使用,你注定會遭遇到一些問題。因為如果相關政府對制造商或車管機構采取嚴厲排查措施,他們將會注意到人們在購買車輛后將其移除,所以本人認為ECU廠家開發軟件原本的使命,是開發具有法律意義的產品,并且不需要客戶違反相關法律去享受程序升級帶來的便利。
您還需要考慮到,如果確實刪除了GPF,或者曾經需要更換GPF,根據DPF更換的已知成本,這可能是一項昂貴的工作。所以ECU軟件開發廠家要必須將保護GPF納入考慮范圍。
GPF真正的影響到ECU調校了嗎?
GPF導致額外的氣流限制流入——這是它們帶來的關鍵限制因素。從本質上講,汽車通過氣缸獲得的空氣量并不相同(與相同增壓水平下的非GPF車型相比),當然氣流對產生動力當然至關重要。
但是,這是不可移除的法律限制,為了從軟件獲得最佳效果,必須配合使用,當經過廣泛的測試后,通過數據來看,實際上并沒有我們最初預期的那樣具有限制性(在提高性能方面)。
當然GPF還使汽車的排氣變得靜音,作為汽車改裝愛好者,肯定在意令人上癮的排氣音浪,幸運的是一些排氣廠家生產了“ GPF / OPF中后排氣系統”,因此您可以通過改裝來改善音浪,該方案仍可保留GPF并遵守必要的法律法規。
GPF應該如何養護?
由于GPF是通過將載體封裝在管道內,來起到密封的作用,所以無法直接更換載體,只能連同三元催化或者排氣管一同更換。一旦灰分和碳累積過多,就會導致通道積滿而只能更換GPF,這樣一來勢必造成車主需要花費較高的金額。
所以車主在日常使用過程中應該保持良好的駕駛習慣,減少積碳的產生,尤其是低溫地區,減少怠速的駕駛場景。其次還要注意顆粒捕集器警告燈是否點亮。安裝了GPF的車輛會配置顆粒捕集器警告燈。
當該警告燈點亮時表示顆粒捕集器飽和到了一定程度需要進行再生,車主可以在高速公路上駕駛車輛保持在80公里/小時以上,直到該燈熄滅表示車輛恢復正常。當該警告燈閃爍時,表示顆粒捕集器已滿,主動再生和被動再生均無法有效清除煙塵,這時控制器會限制發動機的輸出扭矩,如果同時發動機故障警告燈也點亮的話,需要到維修站進行駐車再生,如果忽略這個報警,可能降低車輛性能,甚至導致發動機無法起動,最終更換GPF。
通過以上分析,可以看出GPF是能提高顆粒物排放標準最簡單也是成本最低廉的解決方式,因此許多主機廠都選擇給車輛排氣中增加GPF來符合嚴苛的國六B排放標準。只是由于GPF會對排氣系統造成堵塞,減小排氣效率,因此我們看到第一批滿足國六標準的燃油車的功率都有一定下降,這也是對燃油車的一種新的限制,若想消除這種限制,還需要車企從發動機的燃燒工況入手,改善汽缸內的燃效,從根本上減少廢氣顆粒物。
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