都說“國六”難度大，究竟難在哪？一文解答！

雖然距離“國五”排放標準的全面實施僅過去兩年時間,但鑒于2016年底環(huán)境保護部、國家質檢總局發(fā)布的《輕型汽車污染物排放限值及測量方法(中國第六階段)》(以下簡稱“國六”)以及國務院發(fā)布的《打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃》中的相關規(guī)定,“國六”已提前進入倒計時。據(jù)蓋世汽車不完全統(tǒng)計,目前全國已有十余個省級行政單位宣布在2019年7月1日提前執(zhí)行國六標準。

而眾所周知,“國六”被稱為史上“最嚴”的排放標準,作為國五標準的升級版,多維度加嚴了要求。業(yè)界也普遍認為,對于車企來說,“國六”的難度確實大幅增加。那么,“國六”究竟難在哪兒?又應如何去解決?此篇一起來看看!

一、國六排放法規(guī)概要

國六排放法規(guī)與歐六的區(qū)別:

1.對I型試驗的測試程序進行了修改,采用全球技術法規(guī)輕型車測試程序(WLTP);

2.II型試驗改為RDE試驗,并對IV型試驗進行了修改;

3.VI型試驗增加對柴油車以及NOx的控制要求;

4.增加了對加油過程污染物排放試驗要求并加嚴了各項污染物排放限值;

5.增加了炭罐有效容積和初始工作能力的試驗要求;

6.增加了催化轉化器載體體積、貴金屬總含量及貴金屬比例的試驗要求;

7.修訂生產一致性檢查的判定方法,新增催化轉化器、炭罐的生產一致性檢查要求;

8.在用符合性增加了蒸發(fā)排放和加油過程污染物排放的檢查要求;

9.增加了對型式檢驗樣車的確認檢查;

10.修改了OBD以及試驗用基準燃料的技術要求。

國六排放法規(guī)與國五的區(qū)別:

1.測試循環(huán)不同:全面考核冷啟動、加減速及高速負荷狀態(tài)下排放。

2.新增實際行駛排放(RDE):首次將排放測試轉移至實際道路,避免排放作弊。RDE的引入是為了控制車輛的實際駕駛排放,它將汽車尾氣檢測從實驗室擴展到實際駕駛路面,實際道路排放測試過程考慮到了包括駕駛工況、交通狀況、駕駛風格、環(huán)境溫度和海拔等影響實際駕駛排放結果的因素,能更真實的反映汽車在實際使用過程中的排放水平。

3.測試程序要求不同:為了避免實驗室測試數(shù)據(jù)與實際使用不一致。

4.增加排放保質期:車輛3年或6萬公里內因故障排放超標,車企承擔費用。

5.限值要求更加嚴格:加嚴40%-50%,且對柴油車限值要求相同。

6.加嚴政法排放控制:要求車輛安裝ORVR油氣在線回收裝置。

7.提升車輛排放實時監(jiān)控:引入美國車載診斷系統(tǒng),及時發(fā)現(xiàn)排放故障。

8.提高低溫試驗要求:CO碳氮化合物限值加嚴1/3,新增碳氮化合物控制。

9.新增測量要求:增加了汽油排放顆粒物測量要求。

10.曲軸箱污染物排放試驗新增要求:

a. 增加柴油車曲軸箱的控制要求;

b. 不允許曲軸箱通風系統(tǒng)有任何污染物排入大氣;

c. 對沒有采用曲軸箱強制通風系統(tǒng)的汽車,I型試驗過程中,應將曲軸箱氣體引入CVS,計入排氣污染物總量。

11.換擋策略:國六排放測試時的換檔時間和檔位是不固定,換檔點是基于為克服行駛阻力和加速度所需要的功率與所有可能檔位下發(fā)動機能提供的功率兩者之間取得平衡來確定。而國五(NEDC)的換檔時間和檔位是固定不變的,無論是A0級微型車,還是D級豪華車,也無論發(fā)動機功率扭矩是大是小,轉速是高是低,都只能在同一條跑道上起跑,并在規(guī)定車速下在同一時刻換檔。

12.新增測試適用范圍:增加了混合動力電動汽車的試驗要求?；旌蟿恿ζ囋谠\斷OBD的過程增加8個監(jiān)測要求。

二、國六排放法規(guī)應對方案

降低CO

產生CO的根本原因是混合氣過濃,因此為了滿足國六的CO排放要求,電噴系統(tǒng)必須盡可能的減少混合氣加濃,比如高速大負荷區(qū)的加濃保護,瞬態(tài)加濃,起動及暖機過程的加濃。

某1.4T進氣道噴射發(fā)動機(原機滿足國五排放)的CO排放曲線(WLTC循環(huán)),正高速大負荷區(qū),由于排氣溫度過高為了保護催化器,往往會通過加濃混合氣來降低排氣溫度,這種加濃操作導致CO排放顯著增加。

某1.4T進氣道噴射發(fā)動機CO排放曲線(WLTC循環(huán))

高速大負荷區(qū)域混合氣加濃解決措施:

· 排氣歧管集成冷卻水套→降低排氣溫度

· 低壓冷卻EGR→抑制爆震,降低排氣溫度

· 噴水技術→抑制爆震,降低排氣溫度

· 48V系統(tǒng)→避免內燃機工作在高速大負荷區(qū)

燃油與空氣更好混合解決措施:

· 優(yōu)化進氣系統(tǒng),對于增壓發(fā)動機可以改進進氣系統(tǒng)增大滾流比

· 增大氣門重疊角,利用內部EGR加熱混合氣改善冷機階段的燃油霧化條件

· 降低噴油器的SMD:提高冷機階段的系統(tǒng)壓力,采用多孔噴油器

· 優(yōu)化噴射導向

降低HC

碳氫排放較高的原因通常是催化器起燃時間太長以及部分燃油未參與燃燒所導致的,通常碳氫排放主要來自于冷機階段。

降低碳氫排放的措施

· 優(yōu)化催化器

①提高貴金屬含量

②優(yōu)化催化器的布置位置,采用緊耦合催化器

③增加催化器目數(shù)(比如600目或750目)

④對于渦輪增壓發(fā)動機,采用電子廢氣門或負壓控制廢氣門

· 優(yōu)化燃油系統(tǒng),改善燃油霧化

對于PFI 發(fā)動機

①提高系統(tǒng)油壓,改善燃油霧化

②優(yōu)化噴射導向

③采用多孔噴油器

④采用雙噴油器

對于GDI發(fā)動機

①提高最大系統(tǒng)油壓

②優(yōu)化噴射導向

·優(yōu)化空氣系統(tǒng)

①對于增壓發(fā)動機,增大發(fā)動機滾流比,并合理選擇增壓器

②采用雙VVT,在冷機狀態(tài)下采用較大的氣門重疊角獲得更大的內部EGR率,有效加熱混合氣,改善燃油霧化

·優(yōu)化匹配

①對于GDI發(fā)動機,合理匹配多次噴射,最大程度做好推遲點火角與怠速穩(wěn)定性的平衡,以加速催化器起燃

②對于GDI發(fā)動機,提高冷機階段的系統(tǒng)油壓,改善燃油霧化

③優(yōu)化氣門重疊角

降低PN排放措施

PFI發(fā)動機PN排放的來源主要有以下三個方面:

1.進氣氣閥內表面及其閥座和燃燒室頂部油膜。PFI發(fā)動機中,通常燃油被噴油器噴入進氣道,在進氣道內同進氣充量進行混合。當出現(xiàn)一些不利因素如噴油量較大,溫度較低時,燃油和空氣混合不充分,容易在進氣閥附近的進氣道壁面形成較多的液態(tài)油膜堆積。當進氣閥打開時,部分液態(tài)燃油隨進氣氣流進入氣缸內,分布在進氣氣閥內表面、進氣氣閥閥座以及燃燒室頂部區(qū)域,當燃燒發(fā)生時,這些區(qū)域的液態(tài)燃油油膜不完全燃燒,是形成PN的主要來源之一。

2.排氣側氣缸缸壁油膜。在某些工況下開閥噴射,燃油噴霧和空氣氣流混合不充分,部分液態(tài)燃油顆粒被進氣氣流帶到排氣側的氣缸缸壁積聚,形成液態(tài)油膜,后續(xù)不完全燃燒,形成顆粒排放物。

3.排氣側氣缸缸壁油膜。在某些工況下開閥噴射,燃油噴霧和空氣氣流混合不充分,部分液態(tài)燃油顆粒被進氣氣流帶到排氣側的氣缸缸壁積聚,形成液態(tài)油膜,后續(xù)不完全燃燒,形成顆粒排放物。

PFI發(fā)動機降低PN排放的措施

1.噴油器霧化設計優(yōu)化

當PFI發(fā)動機中燃油被噴入發(fā)動機進氣道時,同進氣道中的空氣充分混合,隨后混合氣被吸入氣缸中參與后續(xù)的燃燒過程。中小負荷下,較少的噴油量被噴入進氣道,在進氣道內有足夠的時間進行蒸發(fā),能夠和空氣充分混合,進氣過程中較易形成混合充分均勻的混合氣,在后續(xù)燃燒中充分燃燒,產生的PN排放水平較低。這是PFI發(fā)動機在中小負荷條件下PN排放通常優(yōu)于GDI發(fā)動機的主要原因。但當處于大負荷區(qū)域時,隨著噴油量的增加,燃油在進氣門附近形成越來越多的液態(tài)油膜,被帶入氣缸內造成較高的PN排放。此時,如何優(yōu)化噴油器噴霧形狀,促進燃油噴霧和進氣道空氣充分混合,就變得十分重要。

2.噴油時刻的優(yōu)化

在大負荷工況下,還可以通過對噴油器噴油時刻的優(yōu)化降低PN排放。通常PFI發(fā)動機的噴油時刻被控制在進氣閥打開之前,燃油在進氣道被噴射并和空氣混合,即所謂的閉閥噴射(CVI)。在大負荷工況下,可以嘗試開閥噴射的噴射策略(OVI),即當進氣閥打開開始進氣過程時,燃油同時噴入氣缸內。這樣,可以利用燃油噴霧和進氣氣流運動的配合達到混合氣良好混合的目的,以降低PN排放。

3.VVT控制的優(yōu)化

PFI發(fā)動機的PN排放很大一部分來自于起動和暖機過程,此過程中發(fā)動機進氣道壁面溫度較低,噴油器噴霧霧化條件較差,在冷的進氣閥附近壁面產生較多的液態(tài)油膜積聚,成為大量顆粒排放物的來源。此時,控制VVT產生較大的氣門重疊角,由于壓差的作用產生內部EGR(廢氣再循環(huán))效應,反流的EGR氣體會沖刷進氣閥上的液體油膜,使之蒸發(fā)和進氣充量再次混合,達到減少油膜促進混合氣混合的目的,最終降低PN排放。需要注意的是,加大氣門重疊角和內部EGR,往往會造成燃燒的惡化,燃燒穩(wěn)定性降低。所以,采取此措施需要同時評估對燃燒穩(wěn)定性的影響,找到VVT控制的優(yōu)化點,有效降低PN排放,同時也保證對燃燒的負面影響較小。

4.提高系統(tǒng)噴油壓力

提高系統(tǒng)噴油壓力,可以降低起動和暖機時的PN排放。其機理是,提高系統(tǒng)噴油壓力,可以降低噴油噴霧油滴SMD,促進混合氣的均勻混合過程,從而改善起動和暖機過程中的PN排放。由于生產和測試條件的限制以及燃油系統(tǒng)耐壓能力的限制,系統(tǒng)壓力只能提高到一定限度,對排放的改善有限。另外,該措施對PN排放的改善程度因不同PFI發(fā)動機而異。

5.大進氣滾流比的進氣道設計

研究發(fā)現(xiàn),PFI發(fā)動機采用大滾流比的進氣道設計,能夠強化進氣氣流運動,增強燃油和進氣充量的均勻充分混合,減少缸內液態(tài)油膜的產生,從而降低PN排放。需要指出的是,對于自然吸氣的PFI發(fā)動機,進氣道采用大滾流比設計,可能降低全負荷工況下的進氣效率,影響到最大扭矩的發(fā)揮,需要對兩個影響因素進行綜合考慮。對于增壓PFI發(fā)動機,由于增壓系統(tǒng)的幫助,對最大扭矩往往影響較小。

6.排氣后處理技術GPF(汽油機顆粒捕捉器)

和GDI發(fā)動機類似,對于降低PN排放的后處理技術,PFI發(fā)動機也可以應用GPF技術。GPF可以有效捕捉發(fā)動機排氣中的顆粒物,從而降低PN排放。

GDI發(fā)動機降低PN排放的措施

GDI發(fā)動機PN排放的來源:GDI汽油機燃燒室內顆粒物主要來源有兩類,一是噴油器端部的燃油濕壁,二是燃燒室壁面的燃油濕壁。這兩種燃油濕壁由于油膜不能完全蒸發(fā),均在燃燒過程中產生過濃的擴散火焰燃燒,從而導致缸內碳煙的生成?？梢酝ㄟ^優(yōu)化噴油器的噴孔幾何形狀及內流場、優(yōu)化噴霧油束與燃燒室的匹配、以及提高噴油壓力等方法,降低發(fā)動機的PN排放。

三、國六排放法規(guī)成本費用增加分解

經(jīng)環(huán)保部測算:由國五升級到國六,輕型汽油車單車升級成本約需1200元,輕型柴油車單車升級成本約需500元,具體體現(xiàn)在:

四、國六法規(guī)提前實施影響總結

①提前實施國六標準的省市基本涵蓋了國內汽車消費的主要區(qū)域,這些區(qū)域最遲將在2019年7月提前實施國六,較國家規(guī)定(2020年7月1日)提前了一年;

②各汽車廠家需做好最遲2019年7月前國內大部分城市提前實施國六的準備;

③為了避免二次開發(fā),各汽車廠家可以考慮直接開發(fā)滿足國六b的發(fā)動機;

④能滿足國六的發(fā)動機排量基本都在1.4L以上,隨著小排量發(fā)動機的增多,各車企需重點考慮小排量發(fā)動機如何滿足國六標準;

⑤隨著雙積分、限購限行及國六標準提前實施,后續(xù)部分地區(qū)和城市劃定“零排放試驗區(qū)”成為可能,因此各汽車廠商需加快向新能源汽車轉型的步伐;

⑥對于二手車經(jīng)銷商,提前實施國六標準的地方政府,肯定會出臺更嚴格的政策,限制達不到標準的二手車遷入,并且國五車型保值率將會大打折扣;

⑦對于消費者,如果計劃購入新車,需開始考慮是否滿足國六標準或者可以考慮新能源汽車。