汽油颗粒过滤器结构原理与常见故障分析.docx

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1、汽油颗粒过滤器结构原理与常见故障分析摘要：在近些年来汽车产量急剧增加与环境污染、全球变暖、气候温室效应、交通堵塞等诸多问题的存在背景下，合理应对气候变化、减少污染物排放量，在法律与法规基础上寻求有效、可行性的解决方案，使现阶段汽车废气排放限制变得越来越严格，汽油颗粒过滤器（GPF）的存在具有至关重要的意义与价值。安装GPF的车辆在此之间随之增加，然而在实际使用过程中始终存在较多故障问题，了解GPF结构原理与常见故障，是保障该装置在去除汽油直喷（GDI）发动机排气中的微粒物质体现出应有作用与价值的重要途径。本文将从这两方面进行详细探究分析，以期为实际工作形成有价值的依据支持。关键词：汽车产品；气

2、候变化；废气排放限制；GPF装置；故障分析汽油颗粒过滤器又被称之为GPF,通过过滤汽油发动机尾机中的细小颗粒物如炭灰颗粒，便于减少尾气排放对自然环境、人体健康所产生的负面影响。该装置内部具有多孔陶瓷材料，通过相邻通道被交替密封以迫使废气通过陶瓷材料过滤掉颗粒物。在日常使用过程中需要关注过滤器内部颗粒物积累至一定程度所可能产生的故障问题，否则很有可能对GPF的正常使用带来一定的不良影响作用。一、GPF装置结构及工作原理分析现阶段汽油发动机的排放物主要含颗粒物（PM）、碳氢化合物、一氧化碳以及氮氧化物等，微颗粒物肉眼难以察觉，仅仅依靠人体鼻腔黏膜和鼻毛难以阻挡微颗粒物的吸入，很有可能导致产生一系列

3、呼吸系统疾病、心脏疾病或肺部疾病等。所以各国对汽车尾气微颗粒物的排放限制在近些年来变得越来越严格，具体排放标准对比状况如表1所示：表L汽车尾气排放标准限值对比状况指标国五排放标准国六a排放标准国六b排放标准一氧化碳（mgkm）IOOO700500非甲烷烧（mgkm）686835氮氧化物（mgkm）606035颗粒重量（mgkm）4.54.53颗粒数量（个km）无要求6IO116IO11为了能够有效减少汽油发动机所排放的颗粒物，除却现阶段所应用的高压共轨、改良多孔喷油器等专业技术以外，使用GPF（汽油颗粒过滤器）装置已经成为汽车主机厂所应用的主流技术之一，具有高达90%的微颗粒物过滤效率，可以有

4、效提高对颗粒物排放的控制效果。（一）结构原理该装置一般安装于发动机排气管中，用于替换中间消音器装置，并在催化转换器后方进行安装，也可以和催化转换器一同安装在相同壳体之中。该装置由带尾气流通的颗粒过滤网通道所组成，颗粒过滤网属于堇青石材料，具有良好耐火性能，同时受热膨胀率水平相对比较低，一般以多孔式通道设计为主，颗粒过滤网中的各个通道入口和出口通常情况下有一端为封闭状态，通道周围均具有尾气过滤功能，在捕捉尾气颗粒物中，主要以粘着原理为主，可以将九成左右的尾气颗粒物吸附于通道内壁表面，从而达到过滤微颗粒物的目的。（二）再生功能在GPF装置积累较多微颗粒物后，其尾气流通水平和过滤性能会明显下降，所以

5、及时清理其中的微颗粒物尤为关键，是保障GPF装置性能的重要前提，而这一过程通常被称之为GPF再生过程。GPF再生功能一般离不开压差传感器装置的应用，可以用来对GPF前方尾气压力和环境压力进行准确测量。在发动机装置开启后，发动机控制单元通常会结合空气质量等数值将尾气质量流量计算出来，同时结合环境压力测量值，对GPF后方背压数值大小进行准确计算。结合GPF前后压力差可以表明GPF负荷状态，一般以颗粒物量捕捉量大小为准，在压差越大的情况下颗粒物越多，且GPF装置堵塞情况越明显，在超过限制负荷标准要求后，发动机控制单元会开启再生过程，且具有三种不同的再生情况，分别为自然再生、根据计算结果再生以及每10

6、0OOkm再生等三种类型。二、GPF装置常见故障及故障解决方案(一)气候变冷导致车辆冷启动困难1 .可能原因这种故障现象普遍发生在北方寒冷时节，车辆在行驶过程中因为低温因素，使发动机工作温度相对比较低，所排放尾气中的水蒸气未能够及时排出而残留于排气管上，且GPF颗粒物较多的缘故，在低温状态下停止车辆行驶后很有可能导致GPF内部水分结冰,使排气通道明显堵塞，最终引起发动机启动困难或难以起动的情况。2 .解决方案及时将车辆转移至4S店，以举升机装置将车辆举升起来，技术人员应用大功率热烘枪加热GPF装置，便于融化装置内部结冰，保障排气通道的通畅性，之后再启动发动机装置，此时可以通过所产生热量将GPF

7、装置内部结冰进行彻底融化，便于起动发动机装置。然而在实际情况下很有可能产生二次结冰的情况，所以此时还要及时借助ISTA诊断系统及时查询故障，根据如图1所示测试步骤以彻底排出GPF装置中的水分：图1:GPF彻底排水步骤(二)指示灯亮起且GPF堵塞、发动机动力下降1 .可能原因GPF装置设计使用寿命通常以车辆行驶流程为单位，即车辆行驶24104km为标准。在正常行驶及规范保养作业下无需更换GPF装置。而产生这种故障现象的主要原因和使用不当有关系。所以深入分析产生这种故障情况的具体原因，规范解决相关问题尤为关键，是避免故障频繁以更换GPF装置的重要前提。通常出现该故障的可能原因主要分为如下三种类型：

8、(1)未使用低灰分机油尽管GPF装置具备再生功能,但是仍旧难以烧尽部分尾气颗粒物，比如机油添加剂成分，其中的硫、磷、锌等成分在彻底燃烧后难以通过GPF再生功能以清除相应的生成物，比如ZnO、CaO.SO3、Fe203、P203等灰分物质。一般可以根据机油使用过程所产生灰分物质程度使机油各自分为低灰分机油与高灰分机油等两种类型，在发动机保养过程中需要选择厂家所推荐低灰分机油以便于延长GPF装置使用寿命。而错误使用高灰分机油很有可能导致发动机内部产生较多难以再生的颗粒物，很有可能引起GPF装置堵塞的情况，解决这类故障通常选择更换GPF装置的高成本支出维修方案，使车辆使用成本明显增加。(2)长期使用

9、低品质燃油大多数车辆在使用燃油的过程中，通常需要结合实际要求以选择高品质汽油，比如95号、97号、98号等汽油类型，这些高品质汽油中的硫、磷杂质含量相对比较少，并不会产生硫酸盐、磷酸盐等颗粒物成分。如果长期使用低品质燃油，不仅对发动机工作环境产生不良影响，甚至会引起GPF堵塞的情况。(3)用车习惯相对较差用车习惯同样可能会引起GPF装置堵塞情况。由于GPF再生需要满足温度在600摄氏度以上的标准要求，如果车辆处于长期怠速、短途行驶的状态，在GPF温度较低的情况下，一般仅可以捕捉颗粒物而难以开启GPF再生功能，使GPF堵塞情况发生概率得到明显上升，甚至会出现高频次GPF堵塞情况。2 .解决方案比

10、如在BMW车辆中，如果出现这种故障情况，通常可以借助ISTA诊断系统的服务功能，开启GPF强制再生功能，使发动机处于工作状态，应用故障检测仪将发动机点火提前角或部分气缸燃烧方式进行改变，从而有效提高GPF温度大小，之后将大量空气导入其中，促进尾气燃烧物的快速生成，从而实现强制再生的目的。在完成GPF再生后，结合设备检测对GPF堵塞程度进行检查，在仍旧存在严重堵塞现象的情况下，需要尽快将GPF装置进行更换以恢复相应功能。而为了避免再次发生这种故障现象，规范使用低灰分机油以及高品质燃油尤为关键，同时还要保持良好用车习惯以减少故障发生率。三、结束语在各国环保法规日益完善、愈渐严格的背景下，装置GPF

11、车辆的数量在逐渐变多，使GPF故障率明显增加，而为了尽可能减少GPF故障现象的发生，合理使用低灰分机油、规范使用高品质燃油以及减少车辆短途低温行驶成为车辆行驶的必然前提，对预防GPF装置故障具有十分重要的意义。参考文献：1张志海.汽油颗粒过滤器结构原理与常见故障分析J.汽车维护与修理，2023(08):74-77.2秋元侵佑,ffl兄直希，山本崇史.均化法仁上马排气系微粒子捕集7山夕一(D音簪透谩损失予测日本械械学会文集,2022,advpub(0).3山本和弘,青井智弥.排G流速(h粒径力；力9卓用PM7d及夕(D初期捕集率占BE授仁及泛寸影警J.自勤申技彳行会文集，2022,53(4).4RobertoM.CatalyticMaterialsforGasolineParticulateFiltersSootOxidationJ.Catalysts,2021,11(8).