隨著全球?qū)Νh(huán)境的日益關(guān)注，內(nèi)燃機(jī)排氣污染物的控制被廣泛的探索研究，國六排放法規(guī)推出后，嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)引起了行業(yè)的廣泛關(guān)注，不但在降排指標(biāo)上的標(biāo)準(zhǔn)十分嚴(yán)苛，還增加了在用車排放一致性檢測(PEMS)，排放保質(zhì)期要求，以及與國家油耗排放三階段標(biāo)準(zhǔn)同步等條件。本期推文中，我們將針對乘用車淺析國六排放法規(guī)及技術(shù)路徑。

1

國五國六排放要求的差異

從 2016 年 12 月起國家環(huán)境保護(hù)、國家質(zhì)檢總局兩部聯(lián)合發(fā)布針對《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”）。從 2020 年 7 月 1 日起，針對全國所有銷售和注冊登記的輕型汽車都應(yīng)符合“第六階段 a”的排放標(biāo)準(zhǔn)要求，從 2023 年 7 月 1 日起針對全國所有銷售和注冊登記的輕型汽車都應(yīng)符合“第六階段 b”的排放標(biāo)準(zhǔn)要求。如表 1 所示。

表1 排放限值

國六相對于國五不僅僅在測試循環(huán)和排放污染物限值做了變更，而且修訂了車載診斷系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)要求、生產(chǎn)一致性檢查相關(guān)要求、試驗(yàn)用燃料技術(shù)要求、混合動力電動車試驗(yàn)要求等。

01
I型實(shí)驗(yàn)測試循環(huán)及排放限值

I型試驗(yàn)是指常溫下冷起動后排氣污染物排放試驗(yàn)，I 型試驗(yàn)測試循環(huán)從NEDC（New European Driving Cycle，新歐洲行駛工況）變?yōu)閃LTC（Worldwide harmonized Light-duty Test Cycle 世界輕型汽車測試循環(huán)）。WLTC 是發(fā)動機(jī)瞬態(tài)排放測試循環(huán)，其在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、功率和怠速比例等循環(huán)特征參數(shù)方面與北京城市公交道路工況特征參數(shù)更接近，圖 1 為WLTC與NEDC試驗(yàn)循環(huán)對比圖。

圖1 WLTC與NEDC試驗(yàn)循環(huán)對比圖

不僅測試循環(huán)發(fā)生了變化，且加嚴(yán)了污染物排放限值。相對于國五，國六 a 的 CO 限值加嚴(yán) 56%，國六 b 相對于國六 a 的CO、THC、NMHC 以及 NOX限值分別下降了 26%、50%、50%、42%。國六新增加了N2O的限值要求，并要求對CO2的排放結(jié)果進(jìn)行申報(bào)。尾氣顆粒物方面，國五僅對汽油直噴發(fā)動機(jī)有 PM 的要求，國六范圍擴(kuò)大到所有的點(diǎn)燃式汽車，國六b的PM限值又比國六a下降33%。新增PN限值要求。具體數(shù)據(jù)可參見表1。

02
增加了II型試驗(yàn)

II型試驗(yàn)是指實(shí)際行駛污染物排放試驗(yàn)RDE，所有汽車均應(yīng)進(jìn)行實(shí)際行駛污染物排放試驗(yàn)，市區(qū)行程和總行程污染物排放均不得超過I型試驗(yàn)排放限值與符合性因子的乘積。國六a階段只進(jìn)行檢測并報(bào)告結(jié)果，國六b階段提出強(qiáng)制性限制要求。

03
加嚴(yán)VI型試驗(yàn)項(xiàng)目和限值

VI型試驗(yàn)是指低溫下冷起動后排氣中CO、THC和NOX排放試驗(yàn)，-7℃環(huán)境下，按 WLTC 的低速段和中速段循環(huán)進(jìn)行試驗(yàn)，監(jiān)控 CO、THC、NOX。增加了 NOX的排放限值要求，CO和THC的限值分別降低1/3，且每次試驗(yàn)測得的排氣污染物排放量均不應(yīng)超過限值。

2

降低排放污染物的技術(shù)路線

01
降低 CO 排放的技術(shù)

相比國五限值要求，國六 a 階段 CO 排放降低 30%，國六 b 階段降低 50%，因此，為了滿足國六階段的 CO 排放限值要求，發(fā)動機(jī)開發(fā)要求盡可能減少混合氣加濃，并且盡可能優(yōu)化燃油霧化，改善油氣混合均勻度。而混合氣加濃主要發(fā)生在發(fā)動機(jī)高速大負(fù)荷工況下，此時(shí)的發(fā)動機(jī)熱負(fù)荷大，排氣溫度較高（高達(dá) 1100℃），會超過三效催化器中載體和催化劑涂層的承受范圍，通過加濃混合氣降低排氣溫度保護(hù)催化器。而燃油霧化不良，主要發(fā)生在發(fā)動機(jī)冷啟動時(shí)的暖機(jī)過程。降低排氣溫度，避免加濃混合氣的技術(shù)選擇有：采用排氣歧管集成冷卻水套；采用低壓冷卻 EGR，抑制爆震；噴水技術(shù)，抑制爆震；采用混合動力系統(tǒng)，避免內(nèi)燃機(jī)工作在高速大負(fù)荷區(qū)。改善燃油霧化的技術(shù)選擇有：優(yōu)化進(jìn)氣系統(tǒng)，對于增壓發(fā)動機(jī)可以改進(jìn)進(jìn)氣系統(tǒng)增大滾流比；增大氣門重疊角，利用內(nèi)部 EGR 加熱混合氣改善冷機(jī)階段的燃油霧化條件；降低噴油油霧液滴直徑（如采用多孔噴油器，提高冷機(jī)階段的噴油壓力）等。

02
降低 HC 排放的技術(shù)

國六 a 階段 THC 和 NMHC 排放限值保持與國五階段一致，到國六 b 階段，限值下降約 50%?？紤]到排放測試循環(huán)從以穩(wěn)態(tài)工況為主的 NEDC 循環(huán)改變成完全瞬態(tài)工況的WLTC 循環(huán)，減排難度更大。降低 HC 排放的主要技術(shù)措施有：優(yōu)化標(biāo)定，合理匹配多次噴射，優(yōu)化氣門重疊角；優(yōu)化燃油霧化，改善混合氣形成，例如提高冷機(jī)狀態(tài)下噴油壓力，優(yōu)化噴射導(dǎo)向減少氣閥、缸壁及活塞頂濕壁，采用多孔噴油器，改善燃油霧化，也可以采用雙噴油器；機(jī)外排放控制技術(shù)主要是采用催化器快速起燃，采用緊耦式催化器或增加催化器載體目數(shù)（減小壁厚）便于催化器快速升溫，從而實(shí)現(xiàn)快速起燃。

03
降低 NOx 排放的技術(shù)

國六 a 階段限值保持與國五一致，在國六b 階段NOx 限值收緊了 42%。參考了美國溫室氣體排放標(biāo)準(zhǔn)和限值，國六階段引入了N2O 限值要求，而歐六 b 對此無限值要求。N2O 是溫室氣體，其溫室效應(yīng)潛勢是 CO?的 298 倍，也是我國《大氣污染防治法》規(guī)定要求管控的溫室氣體。降低 NOx 排放的技術(shù)主要有：采用廢氣再循環(huán)技術(shù) EGR，將廢氣冷卻后引入進(jìn)氣系統(tǒng)中，能有效降低燃燒最高溫度，抑制或者減少 NOx 的生成；對富氧稀燃發(fā)動機(jī)，可以采用 NOx 吸附還原催化劑進(jìn)行后處理。

04
降低顆粒物（PM/PN）排放物的技術(shù)

國五階段僅對缸內(nèi)直噴汽油機(jī) PM 排放有限值要求，而對 PN 無限值要求；到國六階段，對氣道噴射和缸內(nèi)直噴汽油機(jī)都提出了 PM 和 PN 排放限值要求，并且國六 b 階段限值從 4.5mg/km 收緊到 3mg/km，加嚴(yán) 33%。降低顆粒物（PM/PN）排放的技術(shù)主要有：（1）燃燒系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)，優(yōu)化進(jìn)氣道、燃燒室、噴油器及火花塞結(jié)構(gòu)和布置，從而實(shí)現(xiàn)合理組織進(jìn)氣氣流，提高缸內(nèi)混合氣均勻度，提高噴油壓力，優(yōu)化噴霧貫穿距離、噴霧錐角、減小噴霧粒徑，從而減小噴霧撞壁發(fā)生，特別是要減小活塞頂部和缸壁油膜形成；（2）標(biāo)定及控制策略優(yōu)化，可以多次噴射燃油，優(yōu)化噴油時(shí)刻；（3）提升燃油油品，合理控制蒸汽壓力，降低苯含量，禁止加入 MMT；（4）優(yōu)化曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)，提高油氣回收效率，降低潤滑油燃燒消耗；（5）快速暖機(jī)，如汽缸蓋加熱（缸蓋和缸套雙水道）；（6）后處理技術(shù)，加裝顆粒物捕集器（GPF）。

總結(jié)

國六排放法規(guī)從測試循環(huán)到污染物排放限值全面加嚴(yán)，新增加了對 N2O 和 PN 的限值，為了應(yīng)對法規(guī)升級的挑戰(zhàn)，汽車行業(yè)應(yīng)做好從發(fā)動機(jī)的機(jī)內(nèi)排放控制到機(jī)外排放凈化技術(shù)的技術(shù)儲備。