一文读懂颗粒捕集器(GPF)

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最近因为某车的关系，“颗粒捕集器”、“GPF”再次进入大众的视野。

有一说一，其实GPF并不是原罪。国6法规也用了快2年了，目前市面上有70~80%的车都装了GPF，为什么偏偏爆出问题就那么几个呢？！所以我认为不能因为某些车型爆出的问题就否定了GPF的积极作用。

但是作为汽车生产厂家，如果不是因为法规的原因，大部分，或者可以说全部的厂家是不会给汽车加装GPF的，因为GPF比一般的三元催化剂贵，开发也费时费力。

为什么需要GPF？

这个问题就不得不提国六法规了。

上关于国五国六的对比图表很多。气体类的，比如一氧化碳，氮氧化物等等的法规，只是常规升级，这类升级并不会让厂家加装GPF。真正让厂家坐不住的是颗粒物的法规升级。

颗粒物的法规要求直接提升了一个量级。除了要求的提升，还有一个王炸的东西，就是接下来我国要参考欧洲的欧6标准，从2023年7月开始，排放测试不仅要在实验室里做，还要搬到实际道路上做。这就是RDE(Real Drive Emission)。

换言之，以前实验室的排放实验，就是跑一个固定的工况，叫WLTC（国五是NEDC），这就类似大学考试给你划了考试范围，你看着这些范围背就好了。但是搬到实际道路上去测试，就相当于老师在考前告诉你，整本书都是重点，你品，你细品。(实际测试样图如下)

车后面的就是尾气测量装置

车后面的就是尾气分析设备

这里补充一个知识点，颗粒物是怎么产生的。简单点来说，就是汽油不完全燃烧产生的，主要成分是碳(煤)和灰。不完全燃烧产生的原因如下

1.发动机冷启动/2.高负荷运转 → 汽油附着在缸壁上 → 汽油雾化不好 → 不完全燃烧

1. 发动机冷启动：冷启动的时候缸壁冷，燃油喷到缸壁上时容易产生凝结(下图红色区域)。
2. 高负荷运转：高负荷是需要的汽油量多，直喷式的发动机会提高燃油喷射压力，喷射压力大的时候，喷出的汽油速度快，也会打在壁面上，影响汽油雾化质量(下图红色区域)。进气道喷射会好很多。

不良原因产生的原因就是部分汽油没有很好地雾化

文接上上段，目前在国内多个法规认证中心都开始寻找RDE的排放测试路线。RDE的组成分为低速，中速，高速三种速度，分别对应市内，郊外和高速公路。在实际道路的加速，频繁地加减速，长时间地高速行驶会因为上述第二点的工况产生大量颗粒物，这就不得不采用GPF来吸收颗粒物，以达到严格地排放法规。

GPF是什么？

我在 上找了个形象地图片来介绍GPF。图片如下

GPF的内部结构中的路径上，一头是导通的，一头是堵住的，这样就让气体通过颗粒吸附层，达到过滤颗粒物的作用。类似于生活中的滤 。GPF的过滤效果很强，实际上能够达到99%以上。这就为达到法规的要求提供了一个很强的实现方法。

GPF对我们用车有什么影响？

在阐述这个问题之前，我想先简单说明一下车子对于GPF都做了哪些特殊的控制。从这些特殊的控制中来分析GPF对我们用车的影响。

1. GPF的控制逻辑是什么样子的？

GPF的控制逻辑是基于GPF中堆积了多少颗粒物来进行的。因为PM的堆积多少直接影响了尾气排放是否顺畅。堆积太多，尾气不能及时排出的话，会对发动机的正常工作产生直接影响，甚至损坏发动机。

前文也说过，颗粒物的组成成分大部分是可燃物，所以通过控制逻辑，可以将堆积的颗粒物直接烧掉，这个过程被称为颗粒物的再生。

GPF的控制逻辑大体来说可以分为三个阶段：

在描述各个工况的具体控制逻辑之前，首先要了解发动机是如何知道GPF里面堆积了多少颗粒物的。目前最常见的是在GPF前面加装压力传感器。其工作原理是，颗粒物堆积会导致排气压力变高，通过压力传感器把排气压力测出来传给ECU。在ECU内部因为有提前标定好的压力和堆积量的关系，这样就可以通过压力把堆积量推测出来了。

下面来具体阐述控制逻辑。

(1)少量堆积

少量的颗粒物堆积不会对尾气的排放产生较大的阻力，这一时期尾气排放还是顺畅的，所以并不需要特殊处理。而且，想象一下，生火的时候，柴火少的时候燃烧的不会很剧烈。同样的道理，当颗粒物堆积比较少的时候，即使进入再生工况，燃烧速率也会很慢。下文也会讲再生工况下会对驾驶性能产生影响，利弊均衡之下，少量堆积的情况下一般不会进行再生。

(2)中量堆积

中量堆积时的处理时GPF控制的核心。目前就是把颗粒物燃烧掉。燃烧的三要素，和初中物理学过的一样，需要可燃物，氧气和燃点。

所以在中量堆积的时候，会出现空燃比变高，GPF温度升高的情况。当然，这些我们时感觉不到的。

(3)大量堆积

这个时候的堆积量已经超过正常值了，通过正常的燃烧工况已经不足以应对这种情况了。这个时候发动机故障灯会点亮，并会提示驾驶员“把车送到4s店维修”的信息。

接下来是重点，如果你的车还没有跑十几万或者更高的里程,4s店的工作人员告诉你GPF坏了，需要换新的，那么他们肯定是想坑你的钱。其实把车拿到4s店，他们的常规操作是运用厂家的专用软件，强制让汽车进入再生工况，并把你的车开出去跑一段时间。强制进入的再生工况可比我们平时的再生工况要厉害很多。当然，两个方式都不伤车！

燃烧的三要素不变，所以控制上也是一样的东西，只是通过更改变速箱传动比，在中低速行驶的时候，也能使发动机保持中高转速和中高负荷，GPF的温度相比我们平时用车会处于更高的水平，燃烧速率更快，基本在一小时内就可以解决问题。

2.对我们有什么影响呢？

(1)少量堆积：没有影响。注意用车习惯就好，下文会说。

(2)中量堆积：

A)进入再生模式的时候，会出现诸如下图亮图标或者文字“颗粒捕集器正在再生”的提示，告诉驾驶员目前正处在再生工况下。如果出现这样的图标，不要担心，这只是一个正常的工况。但是在这个工况下，因为空燃比不是最合适的，所以发动机的动力输出会稍稍减弱，加速时要稍微加点油门。标定不好的话，可能还会感觉到车辆有轻微的震动。

B）油耗会变高。这是投诉最多的。

为什么油耗会变高。因为GPF升温控制降低了做功效率，那么要达到同样的发动机扭矩，就需要总量更多的汽油，这个时候油耗就会升高。而且我也只是讲了一个延迟点火角的方法，其实还有多喷油，让未燃烧的汽油在排气管中燃烧的方法。总之，GPF温度升高的能量是来自于汽油的。根据能量守恒定理，GPF温度升高所需要的能量是来自汽油的，油耗会升高。

同时，排气压力升高，会增加发动机的排气阻力，同样的油门，输出的动力会下降。要达到没有颗粒物堆积时的动力就需要更深的油门，也就是更多的汽油。

当堆积量过大的时候，为了防止再生的时候GPF温度过高(颗粒物燃烧产生热量)，特别是涡轮增压的发动机，在中高堆积量的时候，断油指令是被禁止的，所以减速的时候发动机不断油，油耗也会升高。

(3)大量堆积

这个好理解。让我们跑去4S店，浪费时间和金钱。同时我们的车子会被工作人员开出去半小时到一小时，汽车里程会增加，汽油会减少。

用车建议

知道了GPF控制情况，那对我们平时开车有什么指导意义呢。

说在前面，各大厂商的开发水平不一，但是开发目标都是一样的。就是不管大家用车习惯如何，都在平时的行驶过程中达到堆积和再生的平衡，让顾客不去4S店做处理。

一直低速用车的消费者以及北方的消费者需要特别注意

(当然了，北方的一直低速用车的消费者是最需要特别注意的人群)。

每天上班距离一两公里的，等两个红灯就到公司的。或者上班距离超过一两公里，但是出门堵车，速度根本上不来的，这两类人需要特别注意。因为你们的通勤状况，GPF较难到达再生工况的条件，所以基本处于一直堆积的状态，很快就会被请到4s店去。

解决办法就是，比如出去玩，购物，旅游等等的时候，把车子开起来，将车辆尽量跑起来(50km/h以上)。每周出去跑一点,4S店离我远一点。在GPF开发不出问题的情况下，是不需要刻意保持频率和保持车速的，大家有意无意地注意一下就好了。

北方的消费者除了上述的车速的注意事项，还需要养成一个好习惯：热车。当然，这个不局限于北方的消费者。只要气温低于0度，就需要注意。热车就是大家说的把发动机启动之后，停在原地，等发动机热了再开。刚才说的都是颗粒物再生的，其实我们消费者也是可以从减少颗粒物的排出来降低堆积量的。

从实际测量的数据来看，发动机冷启动之后直接开走，排出的PN就是do re mi fa so La xi xi xi xi，排出量非常高，这些颗粒物可都是被GPF吸收的。而热车时候的PN是do re do do do do。水温升起来之后再开走就不会有很多的颗粒物排出了。

以上就是我对GPF的认识(错别字还在查找，更改中)。从目前市场反馈来看，整体上，GPF的标定都是合格的。可不能因为个别车子的问题对GPF产生偏见。何况GPF更是未来的发展趋势。