缸內(nèi)直噴汽油機(jī)（GDI）因其較好的動力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、駕駛性及排放等優(yōu)點，得到愈來愈廣泛的使用。國內(nèi)外大量實驗研究表明，GDI 汽油機(jī)顆粒物排放數(shù)量明顯多于傳統(tǒng)氣道噴射汽油機(jī)和配置 DPF 的柴油機(jī)。越來越嚴(yán)苛的法規(guī)要求直噴汽油機(jī)在更寬范圍的工況點都保持穩(wěn)定而且較低的PM 排放。因此，盡管 GDI 發(fā)動機(jī)技術(shù)仍在不斷發(fā)展，單純靠機(jī)內(nèi)凈化難以滿足排放法規(guī)的升級。汽油機(jī)顆粒捕集器（GPF）被認(rèn)為是應(yīng)對 GDI 汽油機(jī)顆粒物排放限值最有效、最可靠的潛在技術(shù)。

直噴汽油機(jī)顆粒物在冷啟動、加速及穩(wěn)態(tài)催化劑加熱時產(chǎn)生最多。GDI汽油機(jī)碳煙排放主要源于附壁油膜的池火燃燒和缸內(nèi)局部區(qū)燃燒。為了應(yīng)對日益嚴(yán)峻的環(huán)境惡化挑戰(zhàn)，環(huán)境保護(hù)部于 2016 年12月發(fā)布了《輕型汽車污染物排放限值及其測量方法 （第六階段）》標(biāo)準(zhǔn)。一方面， 國六標(biāo)準(zhǔn)引入WLTP和實際道路尾氣排放RDE，另一方面加嚴(yán)了顆粒物排放限值。

缸內(nèi)直噴GDI汽油機(jī)的PM、PN是面臨國六嚴(yán)苛排放法規(guī)最大的挑戰(zhàn)，汽油機(jī)微粒捕集器GPF能有效降低其PM、PN排放,但在GPF工作過程中，累積到GPF內(nèi)的灰分無法通過再生去除，灰分的增加會影響 GPF的過濾效率、再生性能，增大排氣背壓和發(fā)動機(jī)油耗。在 GPF 累積的灰分中，約有一半的灰分來自于潤滑油的消耗，而潤滑油中的灰分很大程度上來源于潤滑油中的添加劑。

GPF中灰分的累積是較為緩慢的耐久過程。排放氣體伴隨著顆粒物進(jìn)入進(jìn)口孔道，從入口位置逐漸堆積，在進(jìn)口通道的底部被陶瓷層封堵，沿著壁面方向依次形成了微粒濾餅層、灰分濾餅層、深層微粒和壁面幾個部分。在整個氣體排放的過程中形成了碳粒和灰分的累積，如下圖所示。

灰分在微粒中所占的比例非常微小，通常小于1%，潤滑油的消耗量相對于燃油非常微量，因此，如果按照正常的消耗速度來進(jìn)行灰分的累積，勢必會消耗大量的人力物力。GPF的可靠性和耐久性評價在實車上開展試驗最能反映實際老化情境，需要開發(fā)一種快速的老化方法，來開展相關(guān)的試驗?；曳植煌赑M中的可通過再生氧化過程除去的有機(jī)成分，無機(jī)的灰分不能通過發(fā)動機(jī)和后處理管理系統(tǒng)清除，僅能通過拆除清潔技術(shù)。但是目前的法規(guī)要求后處理系統(tǒng)在排放質(zhì)保期內(nèi)保證不能通過拆除清潔技術(shù)實現(xiàn)清除灰分。GPF技術(shù)還不成熟，限制其大規(guī)模的應(yīng)用。此外，長期的耐久應(yīng)用、包括灰分累積的動力學(xué)機(jī)制還沒有完全被理解。在全生命周期應(yīng)用中得到了汽車工業(yè)界的廣泛關(guān)注。

總結(jié)近期國內(nèi)外關(guān)于灰分快速累積的方法，大致分為以下四類。

一、潤滑油摻燒，即在燃燒的汽油中摻燒一定比例的潤滑油，保障汽油與潤滑油充分混合均勻，實現(xiàn)混合有潤滑油的汽油進(jìn)入發(fā)動機(jī)燃燒室燃燒。

二、進(jìn)氣道潤滑油精準(zhǔn)噴射裝置，即實現(xiàn)潤滑油精準(zhǔn)噴射到進(jìn)氣道后進(jìn)入發(fā)動機(jī)燃燒室燃燒。此裝置包含控制器、潤滑油泵、控制閥、換熱器、潤滑油噴射器和回油油路，保障潤滑油精準(zhǔn)計量噴射。

三、改裝發(fā)動機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的方式。美國西南研究院開發(fā)了特殊形狀的活塞環(huán)（反向的活塞環(huán)）用于模擬潤滑油加速消耗方法。這種方法可以加速潤滑油竄入燃燒室，較為合理的模擬實車加速潤滑油消耗。重新設(shè)計的反向活塞環(huán)的刮油結(jié)構(gòu)可以使得附著在氣缸表層的油膜加速竄入燃燒室而非油底殼，因此可以加速潤滑油在燃燒室的消耗，從而加速灰分的產(chǎn)生。

四、基于燃燒器實現(xiàn)GPF灰分快速累積的方法。GPF灰分累積的燃燒器主要包括了潤滑油供給系統(tǒng)、空氣供給系統(tǒng)、汽油供給系統(tǒng)、燃燒器、燃燒器尾氣溫度控制系統(tǒng)、后處理系統(tǒng)、排氣分析系統(tǒng)、排氣控制系統(tǒng)等幾個方面。

潤滑油供給系統(tǒng)主要包括潤滑油泵、潤滑油換熱器、潤滑油噴嘴等幾部分組成；空氣流量計是空氣供給系統(tǒng)的主要組成部分，根據(jù)汽油供給量和氧傳感器測量的空燃比實施調(diào)整空氣進(jìn)氣量，控制油氣混合比例，保證充分燃燒。燃燒器部分是燃油、空氣、潤滑油混合燃燒的部分，形成的高溫燃燒產(chǎn)物進(jìn)入排氣系統(tǒng)，用于GPF灰分累積。燃燒器尾氣溫控系統(tǒng)還包括換熱器，用于控制燃燒器的尾氣溫度控制。GPF分別測量了入口、床體、出口的溫度和壓力，用于實時監(jiān)測尾氣的碳載量。離心式風(fēng)機(jī)主要用于氣體的及時排除，提供壓差。

綜上所述，雖然有部分國內(nèi)外學(xué)者機(jī)構(gòu)已經(jīng)開展了GPF加速老化的研究工作，但各種方法能否最大限度的模擬實際工況尚未得到廣泛的證實，因此有必要探索一種能夠模擬實際工況的加速GPF灰分累積方法并從多個角度進(jìn)行對比驗證。