顆粒捕集器（GPF/DPF）

1. 定義與功能定位

顆粒捕集器係安裝喺引擎排氣系統入面，用於捕集尾氣中固態同液態顆粒物（PM）嘅過濾裝置。根據適配燃料類型分為：汽油機顆粒捕集器（GPF）——用於汽油直噴（GDI）引擎，柴油機顆粒捕集器（DPF）——用於柴油引擎。其核心功能係透過物理過濾降低顆粒物質量（PM）同數量（PN）排放，以滿足日益嚴格嘅排放法規，國六 b 及歐 7 標準均對其性能提出嚴格要求。

2. 結構類型與過濾原理

• 壁流式蜂巢陶瓷：主流結構，採用堇青石或碳化矽材料。載體兩端孔道交替堵塞，排氣被迫從壁面微孔穿過，顆粒物被截留於壁面及孔道內部。過濾效率可達90% 以上。

• 金屬纖維氈式：採用金屬纖維燒結氈，具有良好嘅導熱性同抗熱震性，適用於再生頻率較高嘅應用場景。

• 過濾機制：包括擴散攔截（<100nm 粒徑）、慣性碰撞（>1μm 粒徑）及重力沉降（大顆粒）等多種物理作用。隨著載體壁面顆粒物層嘅累積，過濾效率喺捕集一定量顆粒物後會進一步提高，但排氣背壓隨之上升，需要透過再生嚟清除累積物。

3. 再生機制與觸發條件

再生係指將捕集器內部積聚嘅顆粒物（碳煙）透過高溫氧化清除，使捕集器恢復過濾功能嘅過程。

• 被動再生：喺正常行駛條件下，利用排氣中嘅 NO₂喺較低溫度（約 250-450℃）下持續氧化碳煙，屬於連續、非受控嘅再生形式，常見於 DPF 系統。

• 主動再生：當 ECU 透過壓差傳感器檢測到碳載量達到閾值後，主動觸發再生程序，透過以下方式提升排氣溫度：

  • 缸內後噴或推遲點火角，喺排氣管內燃燒 HC 以提升溫度

  • 進氣節流限制進氣量

  • 電加熱器輔助升溫（GPF 常用）
    再生溫度一般需達到550-650℃，持續約 10-20 分鐘，將碳煙氧化為 CO₂排出。

4. 常見故障模式與診斷

• 堵塞失效：長期短途行駛導致被動再生不充分、主動再生頻次不足，或碳載量超過再生閾值，均可能導致捕集器完全堵塞，排氣背壓大幅升高，引擎動力下降、油耗增加。

• 熱損傷：主動再生過程中若溫度失控（超過載體耐受極限），可能導致載體燒穿或燒結，過濾效率永久性下降。

• 灰分累積：潤滑油中嘅金屬添加劑燃燒後形成不可燃灰分（主要為硫酸鹽灰分），喺捕集器內長期累積無法透過再生清除。灰分累積至約 100g/L 時，需拆卸清洗或更換 DPF；GPF 因引擎特性不同，灰分累積速度較慢，通常在 15 萬公里以上才需重點關注。

• 診斷方式：透過壓差傳感器信號、排氣溫度傳感器及碳載量模型進行綜合判斷，故障碼通常涉及再生抑制、壓差超限或再生失敗等事件。

5. 維護與使用壽命

• DPF：視駕駛工況同燃油品質，正常使用壽命約15-20 萬公里。需使用低灰分機油，避免長期短途行駛，定期進行高速行駛以觸發被動再生。

• GPF：因汽油車顆粒物排放低於柴油車，灰分累積速度較慢，使用壽命通常更長。配備 GPF 嘅車輛應避免長期低速擁堵工況，保障主動再生條件。

• 油品要求：建議使用滿足國六標準嘅低硫燃油同低灰分機油，以減少灰分沉積同硫中毒風險。

6. 發展趨勢

• 四元催化+GPF 一體化塗層技術：喺 GPF 載體上塗覆三元催化塗層，使其同時具備催化轉化同顆粒捕集功能，減少排氣系統體積同成本，並提升冷啟動階段嘅起燃特性。

• DPF 主動再生策略優化：透過智能聯網同地圖數據預判前方路況，提前啟動再生程序，避免喺城市擁堵區域進行高排溫再生，兼顧排放控制同駕駛體驗。

• 非侵入式灰分檢測：基於無線射頻傳感器或壓差信號特徵分析，實現灰分累積量嘅在線估算，避免拆卸檢查嘅高成本。

• PN10 技術升級：為滿足歐 7 標準將 PN 檢測粒徑下限從 23nm 收窄至 10nm（PN10），壁流式過濾體嘅微孔結構需進一步細化，同時對再生策略嘅細化程度提出更高要求。