聊一聊國六,。

        國六是輕型汽車污染物排放限制及測量方法（第六階段）的簡稱。該法規(guī)是國家環(huán)保部于2016年12月23日發(fā)布,，要求自2020年7月1日起,，所有銷售、注冊車輛應(yīng)滿足國六a要求,。去年年底曾經(jīng)有一段時間業(yè)內(nèi)討論得很多,，部分城市想率先實施國六機動車排放標準，但是由于種種原因,，最終還是推遲實施,。

        比起國五的排放法規(guī),，國六的排放標準可以說是“全球最嚴格”的排放法規(guī)了。歐六的排放標準在全球來講也是相當(dāng)嚴格的,，但國六比歐六還要嚴格,。

中國、歐洲和美國的排放標準路線圖

        以往中國的排放法規(guī)一直參照歐洲的排放標準制定,，而這次國六則全面采納了美國的技術(shù)路線。這次國六排放標準主要涉及到3塊內(nèi)容：常規(guī)氣體排放,，顆粒物排放,，蒸發(fā)排放及其應(yīng)對策略。也就是說汽車上目前針對國六的系統(tǒng)或零部件更改都是圍繞這三點來展開,。

        今天就羅列一下相關(guān)信息,，也自我解答一些心中的疑問。

        下面是我要想的問題：

1. 國五與國六的差異,；

2. 如何應(yīng)對國六要求,；

3. 發(fā)動機應(yīng)對策略（常規(guī)氣體排放）；

4. 排氣系統(tǒng)應(yīng)對策略（顆粒物排放）,；

5. 燃油系統(tǒng)應(yīng)對策略（蒸發(fā)排放）,；

1、國五與國六的差異

        首先,，國六排放標準分為兩個階段：國6a和國6b,，最晚實施時間分別在2020年7月1日和2023年7月1日，從標準的要求來看,，國6a應(yīng)該算是國6標準實施的過渡階段,。

        在國6標準中采用全球輕型車統(tǒng)一測試程序，全面加嚴了測試要求和標準限值（例如增加了N2O的污染物限值）,，并且采用燃料中性原則,，對柴油車的氮氧化物和汽油車的顆粒物不再設(shè)立較松的限值（增加了汽油車的PN限值）。此外還引入實際行駛排放測試（RDE）,，對車輛在實際使用狀態(tài)下的排放水平進行監(jiān)管,。

        在尾氣排放方面，測試工況采用了WLTC循環(huán),。該工況比歐洲的NEDC更貼近用戶實際工況,，增加了調(diào)校的復(fù)雜程度。

        在蒸發(fā)排放方面,，全新采納美國的ORVR要求,。以前，在加油時是允許燃油蒸汽直接排放到大氣中的,，但隨著汽車保有量的增加,，加油排放已經(jīng)開始影響空氣質(zhì)量,，國六采用了美標的ORVR要求，即在汽車加油時產(chǎn)生的汽油蒸氣都要存儲在汽車內(nèi)部,。所以,，燃油系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計上也會有較大的改動，燃油系統(tǒng)的成本也會有大幅度的增加,。

2,、如何應(yīng)對國六要求

        要知道如何應(yīng)對，就要先知道到底要控制哪些東西,，先看看汽車吃的什么,，排出的又是什么。從加油和汽車燃燒過程可以看出,，國六主要控制加油時汽油蒸氣的揮發(fā),，以及車輛行駛過程中，發(fā)動機燃燒后排出的氣體和顆粒物,。

        因此針對上述三個主要過程直接相關(guān)的汽車系統(tǒng)需要更改,，即燃油系統(tǒng)、發(fā)動機本身和尾氣處理,，以及顆粒物捕集器的應(yīng)用,。

        針對整車蒸發(fā)污染物排放限值由國五的2g/test降至0.7g/次，且測試時間為國五的2倍,，同時增加車載加油油氣回收系統(tǒng)ORVR（Onboard Refueling Vapor Recovery）,，它能夠收集加油過程中從油箱中揮發(fā)出來的燃油蒸氣，加油排放限值不超過0.05g/L,。因此供油系統(tǒng)需要有較大的改動,，涉及整個燃油系統(tǒng)的更改和升級。

        汽車運行中排放的主要污染物有一氧化碳（CO）,、碳氫化合物（HC）,、氮氧化合物（NOx）、二氧化碳（CO2）和顆粒物（PM）,。一氧化碳（CO）主要是空氣不足或混合氣體不均勻造成不完全燃燒時所產(chǎn)生的一種無色,、無味的氣體。碳氫化合物（HC）是指發(fā)動機廢氣中的未燃燒部分,。氮氧化合物（NOx）是發(fā)動機混合氣體燃燒過程中,，空氣和氧氣在高溫下生成的。顆粒物（PM）主要有不可燃物質(zhì)和可燃物質(zhì)未進行燃燒以及燃燒的生成物這三個主要來源,，主要是由炭煙,，可溶性有機物和硫酸鹽組成。

        針對上述汽車燃燒排放的氣體和顆粒物,，發(fā)動機需要做升級,，尾氣的后處理也需要升級,，如三元催化轉(zhuǎn)化器，以及針對PM和PN的要求,，增加顆粒物捕捉器等等,。

3、發(fā)動機應(yīng)對策略（常規(guī)氣體排放）

        針對發(fā)動機,，主要涉及發(fā)動機本體以及尾氣后處理即三元催化器的更改,。

        3.1 發(fā)動機本身

        針對發(fā)動機，可以通過以下三種方式的更改,。

        3.1.1 減少噴油提前角

        減少噴油提前角,，可降低發(fā)動機工作的最高溫度（1500攝氏度），使NOx的生成量減少,。

        3.1.2 EGR廢氣再循環(huán)

        將一定數(shù)量的廢氣引入發(fā)動機的進氣系統(tǒng)，使發(fā)動機混合氣體中惰性氣體（H2O,、N2和CO2）的比例增加,，降低了混合氣體中氧氣的濃度，破壞了NOx的生成條件,，有效抑制了NOx的生成,。當(dāng)然，雖然EGR的使用對于NOx的優(yōu)化有利,，但同時也影響發(fā)動機的動力性,。

        3.1.3 稀薄燃燒

        可燃混合氣中空氣質(zhì)量與燃油質(zhì)量之比為空燃比，汽油的理論空燃比大體約為14.7,，也就是燃燒1g汽油需要14.7g的空氣,。稀薄燃燒技術(shù)是將空燃比提高到15:1 ~ 27:1。隨著空燃比的增加,，尾氣中的NOX和CO濃度會明顯降低,，HC的排放也有一定降低，此技術(shù)中降低汽油機排放,、提高發(fā)動機性能的主要技術(shù)方向,。稀薄燃燒技術(shù)，通常與分層燃燒技術(shù),，緊湊的燃燒室形狀,，火花塞結(jié)構(gòu)以及布置的改善等技術(shù)協(xié)調(diào)應(yīng)用。

        3.2 三元催化器TWC

        三元催化器一直是處理汽車尾氣的重要裝置,。它的原理是在高溫下進行氧化還原反應(yīng),，將發(fā)動機燃燒排出的CO、HC和NOx等有害氣體轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害的CO2,、H2O和N2,。

        三元催化器一般由法蘭,、殼體、減振層,、載體和催化劑涂覆五部分組成,。三元催化器的核心部件是載體，因為載體上含有鉑（Pt）,、鈀（Pd）,、銠（Rh）等主要成分的貴金屬涂覆，所以三元催化器成本較高,。三元催化劑大多在350攝氏度的時候起反應(yīng),，溫度過低時，轉(zhuǎn)化效率低,，它的最佳工作溫度在400~800攝氏度,。

4、排氣系統(tǒng)的應(yīng)對策略（顆粒物排放）

        4.1 GPF的工作原理：

        針對顆粒物排放,，主要是增加汽油機顆粒捕集器GPF裝置（與之對應(yīng)的是DPF柴油機顆粒捕集器）,，實驗證明GPF可以減少90%的煙灰量。捕集的顆粒在GPF里聚集,，當(dāng)達到預(yù)定值上限時,，壓力傳感器會根據(jù)設(shè)定的壓力信號反饋到ECU，ECU會調(diào)整燃燒工況,，將顆粒物燃燒,。GPF是一種蜂窩狀的陶瓷組成，與三元催化器載體不同的是顆粒捕集器的蜂窩狀孔是交替封堵的,，這樣更容易捕集顆粒,，但同時排氣系統(tǒng)的背壓也會提高，對發(fā)動機的功率和油耗產(chǎn)生負面影響,。

GPF結(jié)構(gòu)和捕集原理

        4.2 GPF的常用材料

        常用的GPF材料有堇青石（Cd）,、碳化硅（SiC）、鈦酸鋁（AT）,、莫來石（Mullite）等,。別問我為什么是這些材料，因為我不懂,。

        4.3 GPF的布置方式

        在汽油機上,，GPF在排氣管中的布置有兩種：緊耦合布置（Closed-coupled簡稱CC）和后置式布置（Under-floor簡稱UF）。緊耦合式布置即把GPF與TWC集成在一起,，安裝在距離排氣歧管較近的地方,，后置式布置是把GPF安裝在距離TWC較遠的下游位置。

GPF兩種布置方式示意圖

        兩種布置方式，都有各自的特點,。

        底盤式（或稱為：后置式）布置排氣系統(tǒng)的背壓比緊耦合式低,，較低的背壓可以降低整車燃油消耗。底盤式（或稱為：后置式）布置時,，GPF在底盤式布置時的平均溫度和最高溫度都比緊耦合布置時低約140度,，較低的排氣溫度可以抑制PM的燃燒，有利于形成PM層,，從而提高過濾效率,。

        GPF緊耦合式布置時，排氣溫度很高,，較高的溫度下更容易實現(xiàn)GPF的再生（下文描述什么是GPF再生）,。但是在底盤式布置的情況下，GPF可能需要周期性的主動再生,，增加了后處理控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度,。

        4.4 GPF的再生

        我心中一直有個疑問，就是GPF不斷捕捉顆粒物,，時間長了不就堵了嗎,？其實前面的GPF工作原理已經(jīng)提到了再生，后來查找了相關(guān)資料,，有專門介紹GPF再生技術(shù)。

        顆粒捕集器能夠快速有效地捕集汽車尾氣中的顆粒物,，但經(jīng)過持續(xù)不斷的捕集,，顆粒物沉積在載體中，排氣系統(tǒng)的背壓也會隨之升高,，影響汽車的動力性與經(jīng)濟性,。因而需要促使顆粒捕集器中的碳煙顆粒再次氧化燃燒，去除捕集到的顆粒物,，稱為再生技術(shù),。GPF再生的溫度在600度左右。帶涂層的GPF再生溫度在450度,。

        GPF再生循環(huán)會直接影響到汽車排氣系統(tǒng)的背壓,，高效的再生方式和可靠的再生控制策略能夠提升GPF的工作能力和使用壽命。在汽油機上,，常采用加濃斷油的方式使顆粒捕集器主動再生,。在顆粒物捕集較多，系統(tǒng)背壓顯著升高時,，通過先加濃后斷油的方式將燃油和二次空氣送到載體前端,，混合氣在此處氧化升高載體溫度，高溫下顆粒物氧化燃燒，實現(xiàn)主動再生,。加濃斷油再生可控性差,，需要電控系統(tǒng)的支持，同時要控制燃燒溫度,，過高的溫度可能會燒壞GPF載體,。

5、燃油系統(tǒng)的應(yīng)對策略（蒸發(fā)排放）

        前面提到國六相對于國五其中一個改動就是增加了ORVR加油排放污染物試驗的要求,，規(guī)定加油排放不超過0.05g/L,。根據(jù)美國環(huán)保署統(tǒng)計，無ORVR系統(tǒng)車輛每加1L汽油,，會損失1.5g油氣,；而通過加裝ORVR系統(tǒng)，可將排放損失降低98%,。

        5.1 ORVR系統(tǒng)

        ORVR系統(tǒng)的作用是收集和儲存加油過程中汽油蒸氣,，然后脫附到發(fā)動機中燃燒，以節(jié)約能源,。

        ORVR系統(tǒng)工作原理見下圖,。

        在加油過程中汽油首先經(jīng)過加油單向閥（ICV）到達油箱，油箱里的汽油蒸氣和少量空氣通過加油限位通氣閥（FLVV）和通氣管到達炭罐儲存起來,，車輛行駛時脫附到發(fā)動機中燃燒,，這樣就把原來加油時逃逸到大氣中的大部分汽油蒸氣回收利用起來。

        加油管的回氣管是利用文氏效應(yīng)工作的,。文氏效應(yīng)是指流體在通過縮小的過流斷面流速增大,，流速的增大伴隨著流體壓力的降低，從而產(chǎn)生吸附作用的現(xiàn)象,?；貧夤芸梢詫⒓佑蜁r油箱中的蒸氣吹入加油管，吹的高速氣流在加油管口形成負壓,，這樣加油管口氣壓低于周圍大氣壓力,，有效防止了汽油蒸氣從加油管往外溢出。

        整個ORVR系統(tǒng)主要涉及到如下零件的變更：

ORVR系統(tǒng)零部件設(shè)計變更

        5.2 燃油箱

        首先燃油箱的六層結(jié)構(gòu)（由內(nèi)層到外層分別為高密度聚乙烯HDPE,、線性低密度聚乙烯LLDPE,、阻隔層EVOH、LLDPE,、回料層REGRIND及外層HDPE）中的阻隔層EVOH厚度將增加,，目的是為了減少燃油和蒸發(fā)泄漏。

塑料油箱的六層結(jié)構(gòu)

        另外由于采用ORVR系統(tǒng),，燃油系統(tǒng)會增加一系列閥體,，而增加的閥體會增加泄漏的風(fēng)險。因此，很多原來外置的零部件,，如濾清器,、管路、閥門等,，需要內(nèi)置在油箱內(nèi),，這就對油箱的成型工藝提出了更高的要求，尤其是針對比較扁平的油箱采用了兩片式技術(shù),。該技術(shù)長期以來被國外的供應(yīng)商壟斷,，如考泰斯（德國）、英瑞杰（法國）等企業(yè),，據(jù)說目前國內(nèi)燃油系統(tǒng)供應(yīng)商揚州亞普也攻克了這一技術(shù),。就短期內(nèi)來說，油箱的成本增加仍是國六對應(yīng)成本壓力的主要來源,。

兩片式油箱工藝（圖片來源：上汽榮威名爵家園）

        5.3 加油管

        為了ORVR加油時形成加油液封,，縮小了加油管徑，大約35mm~40mm縮小到25mm~28mm,，而加油軟管為了降低蒸發(fā)排放也更改了材料,。

        5.4 閥體

        燃油箱內(nèi)另一個改變較大的地方就是閥體。例如,，所有焊接的閥門都升級為雙層注塑閥門（簡稱2K）,，內(nèi)層由POM保證阻隔性，外層使用HDPE保證與油箱的焊接性能,，而國五的油箱閥體為單層注塑閥門（1K）,。主要涉及的閥門有FLVV閥、ICV閥等,。

        FLVV閥：為了防止加油跳槍時，燃油進炭罐,，將nipple加油回氣嘴改為FLVV控制閥,。

        FLVV保證油箱與炭罐的連接處于長通狀態(tài)。FLVV的通氣管直徑比當(dāng)前燃油系統(tǒng)蒸發(fā)管路直徑要大,，有利于減少通氣阻力,，便于汽油蒸氣進入炭罐。加油時,，主要通過FLVV排氣,，F(xiàn)LVV可以起到控制油箱液面高度和加油跳槍的作用。如有需求,，還需增加油氣分離器（LVS）,。

        ICV閥：ICV又稱加油單向閥/加油止回閥，作用是確保燃油單向通過，阻止回流,。另外針對ICV閥還增加氟化橡膠（FKM）材質(zhì)密封圈,，以避免翻轉(zhuǎn)后炭罐處出現(xiàn)燃油泄漏。

        5.5 炭罐

        ORVR系統(tǒng)要求炭罐有很強的油氣吸附和脫附能力,。為了充分吸附與脫附,，炭罐的容積也增大至原國五炭罐的2~3倍，并且從布置上更加靠近燃油箱,。

        另外,，炭罐內(nèi)部裝有對燃油蒸氣吸附和脫附能力很強的活性炭，通過吸附口與油箱連接,，用于收集油箱內(nèi)部燃油蒸發(fā)產(chǎn)生的燃油蒸氣,；通過脫附口與發(fā)動機相連，將吸附的燃油蒸氣脫附至發(fā)動機內(nèi)部進行燃燒,；通過通氣口與大氣相通,，給發(fā)動機提供新鮮空氣的同時實現(xiàn)炭罐的脫附。

        當(dāng)車輛靜止,，發(fā)動機不運轉(zhuǎn)時,，油箱內(nèi)汽油揮發(fā)產(chǎn)生燃油蒸氣經(jīng)重力閥和燃油蒸發(fā)管，通過炭罐的吸附口進入炭罐,，被炭罐內(nèi)部活性炭吸附并儲存,；

        車輛加油時，汽油揮發(fā)速度快,，產(chǎn)生較多的燃油蒸氣,，油箱內(nèi)部壓力急速升高，在壓差的作用下,，油箱內(nèi)部的燃油蒸氣進入炭罐,，被吸附并儲存；

        發(fā)動機運轉(zhuǎn)時,，通過ECU控制炭罐電磁閥的通斷,。發(fā)動機達到一定轉(zhuǎn)速時，炭罐電磁閥開啟,，發(fā)動機進氣系統(tǒng)產(chǎn)生負壓,，新鮮空氣從炭罐通氣口進入炭罐，與燃油蒸氣一起從炭罐脫附口進入進氣管,，最后進入發(fā)動機燃燒,。

        5.6 油泵

        為了降低蒸發(fā)排放，將汽油濾清器內(nèi)置在油泵中,，同時增加了容塵量,。 當(dāng)然燃油泵內(nèi)置的同時也會增加售后維修的難度,。另外，為了將傳感器,、閥體等部件集成在油泵上,，燃油泵還采用大尺寸的法蘭盤。

        5.7 燃油系統(tǒng)OBD檢測

        國六的燃油系統(tǒng)增加了OBD檢測要求,。

        針對OBD檢測,，目前主要有兩種方案，一種是從油箱抽氣產(chǎn)生負壓的DTESK方案,，另一種是往油箱打氣產(chǎn)生正壓的DMTL方案,。

負壓診斷——DTESK方案

        DTESK方案是指將炭罐通風(fēng)電磁閥CVS關(guān)閉，在怠速工況時,，通過碳罐沖洗閥與進氣歧管等真空區(qū)域連通,，使蒸發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生一個負壓，通過測量蒸發(fā)系統(tǒng)密閉環(huán)境下壓力上升的速度來判斷泄漏量,，所以需要在油箱內(nèi)加裝一個油氣壓力傳感器,。另外，該方案要求在碳罐進氣口加裝一個碳罐關(guān)閉閥,，保證必要時可通過關(guān)閉此閥來制造密閉真空,。

        該方案有一個問題就是必須利用發(fā)動機運行建立真空才能進行診斷，因此對于一些帶啟停功能的車輛,，要啟動這個功能可能會影響油耗,；另外，對于一些油箱容積較大的車輛,，要建立真空可能需要花更長的時間,，這樣將導(dǎo)致診斷周期變長，而在WLTC的工況下可能無法診斷,，這也是需要考慮的問題,。

正壓診斷——DMTL方案

        DMTL方案是在炭罐通風(fēng)口處增加了一個DMTL模塊，模塊里有一上充氣泵,、雙向閥和一個標準孔,。DMTL的原理就是往油系統(tǒng)里打氣，通過監(jiān)測充電泵往系統(tǒng)中打氣的難易程度來判斷泄漏量,，而這個難易程度是通過充氣泵的泵電流的大小計算出來的。

        DMTL由于是主動建壓,，因此可能避免DTESK方案涉及的兩個問題,，但它的問題主要是成本較高。

6,、結(jié)束語

        2018年下半年到年底,，國六被討論的很多,，原因是很多地方聲稱要提前實施，當(dāng)然最終還是沒有實現(xiàn),。

        一方面,，國內(nèi)不同的地區(qū)和城市紛紛出臺提前實施條例，毫無章法可言,，似乎提前實施就代表著城市走在了時代的前列,，似乎提前實施城市就立即變成綠水青山，國六成了各地方政府競相表演與表決心的舞臺,；另一方面,，國六的燃油排放及蒸發(fā)排放標準較嚴，國內(nèi)很多整車及零部件企業(yè)還無法在短時間內(nèi)積累相應(yīng)的技術(shù)研發(fā)水平及產(chǎn)品來支撐這樣的技術(shù)要求,。

        我們可以回顧一下前面介紹的內(nèi)容,，關(guān)于國六涉及到的零件更改，有多少零件是國內(nèi)供應(yīng)商提供的,？

        這篇內(nèi)容車三道四前前后后,、斷斷續(xù)續(xù)花了不少時間收集整理，給自己釋疑的同時也希望能夠給您帶來幫助,。