都说"国六"难度大 究竟难在哪?一文解答

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  虽然距离“国五”排放标准的全面实施仅过去两年时间,但鉴于2016年底环境保护部、国家质检总局发布的《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》(以下简称“国六”)以及国务院发布的《打赢蓝天保卫战三年行动计划》中的相关规定,“国六”已提前进入倒计时。据盖世汽车不完全统计,目前全国已有十余个省级行政单位宣布在2019年7月1日提前执行国六标准。

  而众所周知,“国六”被称为史上“最严”的排放标准,作为国五标准的升级版,多维度加严了要求。业界也普遍认为,对于车企来说,“国六”的难度确实大幅增加。那么,“国六”究竟难在哪儿?又应如何去解决?此篇一起来看看!

  一、国六排放法规概要

  

  国六排放法规与欧六的区别:

  1.对I型试验的测试程序进行了修改,采用全球技术法规轻型车测试程序(WLTP);

  2.II型试验改为RDE试验,并对IV型试验进行了修改;

  3.VI型试验增加对柴油车以及NOx的控制要求;

  4.增加了对加油过程污染物排放试验要求并加严了各项污染物排放限值;

  5.增加了炭罐有效容积和初始工作能力的试验要求;

  6.增加了催化转化器载体体积、贵金属总含量及贵金属比例的试验要求;

  7.修订生产一致性检查的判定方法,新增催化转化器、炭罐的生产一致性检查要求;

  8.在用符合性增加了蒸发排放和加油过程污染物排放的检查要求;

  9.增加了对型式检验样车的确认检查;

  10.修改了OBD以及试验用基准燃料的技术要求。

  国六排放法规与国五的区别:

  1.测试循环不同:全面考核冷启动、加减速及高速负荷状态下排放。

  2.新增实际行驶排放(RDE):首次将排放测试转移至实际道路,避免排放作弊。RDE的引入是为了控制车辆的实际驾驶排放,它将汽车尾气检测从实验室扩展到实际驾驶路面,实际道路排放测试过程考虑到了包括驾驶工况、交通状况、驾驶风格、环境温度和海拔等影响实际驾驶排放结果的因素,能更真实的反映汽车在实际使用过程中的排放水平。

  3.测试程序要求不同:为了避免实验室测试数据与实际使用不一致。

  4.增加排放保质期:车辆3年或6万公里内因故障排放超标,车企承担费用。

  5.限值要求更加严格:加严40%-50%,且对柴油车限值要求相同。

  

  6.加严政法排放控制:要求车辆安装ORVR油气在线回收装置。

  7.提升车辆排放实时监控:引入美国车载诊断系统,及时发现排放故障。

  8.提高低温试验要求:CO碳氮化合物限值加严1/3,新增碳氮化合物控制。

  9.新增测量要求:增加了汽油排放颗粒物测量要求。

  10.曲轴箱污染物排放试验新增要求:

  a. 增加柴油车曲轴箱的控制要求;

  b. 不允许曲轴箱通风系统有任何污染物排入大气;

  c. 对没有采用曲轴箱强制通风系统的汽车,I型试验过程中,应将曲轴箱气体引入CVS,计入排气污染物总量。

  11.换挡策略:国六排放测试时的换档时间和档位是不固定,换档点是基于为克服行驶阻力和加速度所需要的功率与所有可能档位下发动机能提供的功率两者之间取得平衡来确定。而国五(NEDC)的换档时间和档位是固定不变的,无论是A0级微型车,还是D级豪华车,也无论发动机功率扭矩是大是小,转速是高是低,都只能在同一条跑道上起跑,并在规定车速下在同一时刻换档。

  12.新增测试适用范围:增加了混合动力电动汽车的试验要求。混合动力汽车在诊断OBD的过程增加8个监测要求。

  二、国六排放法规应对方案

  降低CO

  产生CO的根本原因是混合气过浓,因此为了满足国六的CO排放要求,电喷系统必须尽可能的减少混合气加浓,比如高速大负荷区的加浓保护,瞬态加浓,起动及暖机过程的加浓。

  某1.4T进气道喷射发动机(原机满足国五排放)的CO排放曲线(WLTC循环),正高速大负荷区,由于排气温度过高为了保护催化器,往往会通过加浓混合气来降低排气温度,这种加浓操作导致CO排放显著增加。

  

  某1.4T进气道喷射发动机CO排放曲线(WLTC循环)

  高速大负荷区域混合气加浓解决措施:

  · 排气歧管集成冷却水套→降低排气温度

  · 低压冷却EGR→抑制爆震,降低排气温度

  · 喷水技术→抑制爆震,降低排气温度

  · 48V系统→避免内燃机工作在高速大负荷区

  燃油与空气更好混合解决措施:

  · 优化进气系统,对于增压发动机可以改进进气系统增大滚流比

  · 增大气门重叠角,利用内部EGR加热混合气改善冷机阶段的燃油雾化条件

  · 降低喷油器的SMD:提高冷机阶段的系统压力,采用多孔喷油器

  · 优化喷射导向

  降低HC

  碳氢排放较高的原因通常是催化器起燃时间太长以及部分燃油未参与燃烧所导致的,通常碳氢排放主要来自于冷机阶段。

  降低碳氢排放的措施

  · 优化催化器

  ①提高贵金属含量

  ②优化催化器的布置位置,采用紧耦合催化器

  ③增加催化器目数(比如600目或750目)

  ④对于涡轮增压发动机,采用电子废气门或负压控制废气门

  · 优化燃油系统,改善燃油雾化

  对于PFI 发动机

  ①提高系统油压,改善燃油雾化

  ②优化喷射导向

  ③采用多孔喷油器

  ④采用双喷油器

  对于GDI发动机

  ①提高最大系统油压

  ②优化喷射导向

  ·优化空气系统

  ①对于增压发动机,增大发动机滚流比,并合理选择增压器

  ②采用双VVT,在冷机状态下采用较大的气门重叠角获得更大的内部EGR率,有效加热混合气,改善燃油雾化

  ·优化匹配

  ①对于GDI发动机,合理匹配多次喷射,最大程度做好推迟点火角与怠速稳定性的平衡,以加速催化器起燃

  ②对于GDI发动机,提高冷机阶段的系统油压,改善燃油雾化

  ③优化气门重叠角

  降低PN排放措施

  PFI发动机PN排放的来源主要有以下三个方面:

  1.进气气阀内表面及其阀座和燃烧室顶部油膜。PFI发动机中,通常燃油被喷油器喷入进气道,在进气道内同进气充量进行混合。当出现一些不利因素如喷油量较大,温度较低时,燃油和空气混合不充分,容易在进气阀附近的进气道壁面形成较多的液态油膜堆积。当进气阀打开时,部分液态燃油随进气气流进入气缸内,分布在进气气阀内表面、进气气阀阀座以及燃烧室顶部区域,当燃烧发生时,这些区域的液态燃油油膜不完全燃烧,是形成PN的主要来源之一。

  2.排气侧气缸缸壁油膜。在某些工况下开阀喷射,燃油喷雾和空气气流混合不充分,部分液态燃油颗粒被进气气流带到排气侧的气缸缸壁积聚,形成液态油膜,后续不完全燃烧,形成颗粒排放物。

  3.排气侧气缸缸壁油膜。在某些工况下开阀喷射,燃油喷雾和空气气流混合不充分,部分液态燃油颗粒被进气气流带到排气侧的气缸缸壁积聚,形成液态油膜,后续不完全燃烧,形成颗粒排放物。

  PFI发动机降低PN排放的措施

  1.喷油器雾化设计优化

  当PFI发动机中燃油被喷入发动机进气道时,同进气道中的空气充分混合,随后混合气被吸入气缸中参与后续的燃烧过程。中小负荷下,较少的喷油量被喷入进气道,在进气道内有足够的时间进行蒸发,能够和空气充分混合,进气过程中较易形成混合充分均匀的混合气,在后续燃烧中充分燃烧,产生的PN排放水平较低。这是PFI发动机在中小负荷条件下PN排放通常优于GDI发动机的主要原因。但当处于大负荷区域时,随着喷油量的增加,燃油在进气门附近形成越来越多的液态油膜,被带入气缸内造成较高的PN排放。此时,如何优化喷油器喷雾形状,促进燃油喷雾和进气道空气充分混合,就变得十分重要。

  2.喷油时刻的优化

  在大负荷工况下,还可以通过对喷油器喷油时刻的优化降低PN排放。通常PFI发动机的喷油时刻被控制在进气阀打开之前,燃油在进气道被喷射并和空气混合,即所谓的闭阀喷射(CVI)。在大负荷工况下,可以尝试开阀喷射的喷射策略(OVI),即当进气阀打开开始进气过程时,燃油同时喷入气缸内。这样,可以利用燃油喷雾和进气气流运动的配合达到混合气良好混合的目的,以降低PN排放。

  3.VVT控制的优化

  PFI发动机的PN排放很大一部分来自于起动和暖机过程,此过程中发动机进气道壁面温度较低,喷油器喷雾雾化条件较差,在冷的进气阀附近壁面产生较多的液态油膜积聚,成为大量颗粒排放物的来源。此时,控制VVT产生较大的气门重叠角,由于压差的作用产生内部EGR(废气再循环)效应,反流的EGR气体会冲刷进气阀上的液体油膜,使之蒸发和进气充量再次混合,达到减少油膜促进混合气混合的目的,最终降低PN排放。需要注意的是,加大气门重叠角和内部EGR,往往会造成燃烧的恶化,燃烧稳定性降低。所以,采取此措施需要同时评估对燃烧稳定性的影响,找到VVT控制的优化点,有效降低PN排放,同时也保证对燃烧的负面影响较小。

  4.提高系统喷油压力

  提高系统喷油压力,可以降低起动和暖机时的PN排放。其机理是,提高系统喷油压力,可以降低喷油喷雾油滴SMD,促进混合气的均匀混合过程,从而改善起动和暖机过程中的PN排放。由于生产和测试条件的限制以及燃油系统耐压能力的限制,系统压力只能提高到一定限度,对排放的改善有限。另外,该措施对PN排放的改善程度因不同PFI发动机而异。

  5.大进气滚流比的进气道设计

  研究发现,PFI发动机采用大滚流比的进气道设计,能够强化进气气流运动,增强燃油和进气充量的均匀充分混合,减少缸内液态油膜的产生,从而降低PN排放。需要指出的是,对于自然吸气的PFI发动机,进气道采用大滚流比设计,可能降低全负荷工况下的进气效率,影响到最大扭矩的发挥,需要对两个影响因素进行综合考虑。对于增压PFI发动机,由于增压系统的帮助,对最大扭矩往往影响较小。

  6.排气后处理技术GPF(汽油机颗粒捕捉器)

  和GDI发动机类似,对于降低PN排放的后处理技术,PFI发动机也可以应用GPF技术。GPF可以有效捕捉发动机排气中的颗粒物,从而降低PN排放。

  GDI发动机降低PN排放的措施

  GDI发动机PN排放的来源:GDI汽油机燃烧室内颗粒物主要来源有两类,一是喷油器端部的燃油湿壁,二是燃烧室壁面的燃油湿壁。这两种燃油湿壁由于油膜不能完全蒸发,均在燃烧过程中产生过浓的扩散火焰燃烧,从而导致缸内碳烟的生成。可以通过优化喷油器的喷孔几何形状及内流场、优化喷雾油束与燃烧室的匹配、以及提高喷油压力等方法,降低发动机的PN排放。

  三、国六排放法规成本费用增加分解

  经环保部测算:由国五升级到国六,轻型汽油车单车升级成本约需1200元,轻型柴油车单车升级成本约需500元,具体体现在:

  

  四、国六法规提前实施影响总结

  ①提前实施国六标准的省市基本涵盖了国内汽车消费的主要区域,这些区域最迟将在2019年7月提前实施国六,较国家规定(2020年7月1日)提前了一年;

  ②各汽车厂家需做好最迟2019年7月前国内大部分城市提前实施国六的准备;

  ③为了避免二次开发,各汽车厂家可以考虑直接开发满足国六b的发动机;

  ④能满足国六的发动机排量基本都在1.4L以上,随着小排量发动机的增多,各车企需重点考虑小排量发动机如何满足国六标准;

  ⑤随着双积分、限购限行及国六标准提前实施,后续部分地区和城市划定“零排放试验区”成为可能,因此各汽车厂商需加快向新能源汽车转型的步伐;

  ⑥对于二手车经销商,提前实施国六标准的地方政府,肯定会出台更严格的政策,限制达不到标准的二手车迁入,并且国五车型保值率将会大打折扣;

  ⑦对于消费者,如果计划购入新车,需开始考虑是否满足国六标准或者可以考虑新能源汽车。

  本次的介绍就到这里啦,如果您对本文有任何疑问或是对于“国六”还有其他相关问题,欢迎在下方评论区留言讨论!

  本文技术支持:盖世汽车研究院

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