淺析輕型載貨車國(guó)Ⅵ排放

楊波，劉軍

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230022）

淺析輕型載貨車國(guó)Ⅵ排放

楊波，劉軍

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230022）

整車開發(fā)過(guò)程中，環(huán)境的壓力不斷傳遞到整車制造企業(yè)。導(dǎo)致整車開發(fā)過(guò)程中，整車排放要求在不斷加嚴(yán)。文章闡述了后期整車國(guó)Ⅵ排放的技術(shù)路線及國(guó)Ⅵ與國(guó)Ⅴ排放的不同點(diǎn)。

排放；整車；國(guó)Ⅵ；國(guó)Ⅴ；技術(shù)路線

CLC NO.: U461.99 Document Code: B Article ID: 1671-7988 (2017)10-255-03

引言

目前汽車激增，同時(shí)能源短缺、環(huán)境惡化等情況愈來(lái)愈嚴(yán)重。節(jié)能減排是擺在世界各國(guó)面前的一大問(wèn)題。目前汽車成為消耗石油能源主體。國(guó)家基于環(huán)境保護(hù)的戰(zhàn)略方向，對(duì)整車制定了越來(lái)越嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。2020年國(guó)家將實(shí)行國(guó)Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)。后期整車需要實(shí)施的國(guó)Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)于目前的國(guó)Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)，整車技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生了很大的變動(dòng)，同時(shí)整車的排放技術(shù)路線發(fā)生了變化。

1、國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)概述

1.1 國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)制定背景

作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一，我國(guó)汽車工業(yè)取得快速發(fā)展。據(jù)中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2015 年我國(guó)全年累計(jì)生產(chǎn)汽車 2450.33 萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng) 3.3%，銷售汽車 2459.76萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng) 4.7%。截至 2015 年底，全國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量達(dá) 2.79 億輛，其中汽車 1.72 億輛，汽車保有量的快速增加，對(duì)我國(guó)能源、環(huán)境帶來(lái)巨大壓力。

圖1 我國(guó)汽車保有量發(fā)展趨勢(shì)

圖2 我國(guó)汽車保有量環(huán)保水平

從 2000 年我國(guó)開始實(shí)施輕型汽車國(guó) I 排放標(biāo)準(zhǔn)開始，逐步經(jīng)歷了國(guó) I、國(guó) II、國(guó) III、國(guó) IV 和國(guó) V 排放標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施。從排放控制效果來(lái)講，2000 年開始汽車排放控制技術(shù)采用閉環(huán)電噴加三元催化器技術(shù)以來(lái)，又歷經(jīng)國(guó) II、國(guó) III、國(guó)IV和國(guó)V排放階段，單車各項(xiàng)污染物降低幅度都高達(dá)90%以上。與2000年相比，2014年我國(guó)汽車保有量增長(zhǎng)9.0倍，CO、HC、NOx 和 PM 排放量分別增加39.5%、 34.6%、62.5%和 13.5%，遠(yuǎn)低于保有量增長(zhǎng)幅度。

圖3 全國(guó)汽車污染物排放量變化趨勢(shì)

圖4 2000-2014年 汽車排放量

未來(lái)五到十年我國(guó)汽車特別是輕型汽車的產(chǎn)量和保有量仍會(huì)快速增長(zhǎng)，排放總量仍會(huì)不斷增加，因此應(yīng)適時(shí)收嚴(yán)輕型車排放標(biāo)準(zhǔn)，有效減緩機(jī)動(dòng)車污染物排放增加幅度。

1.2 輕型車國(guó)Ⅵ制定思路

考慮與歐洲排放標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)性，采用歐盟的WLTP測(cè)試規(guī)程（歐洲2017年起歐6標(biāo)準(zhǔn)從NEDC工況進(jìn)入WLTC工況過(guò)渡期），同時(shí)附加實(shí)際道路循環(huán)RDE測(cè)試（PEMS），增加低溫Nox排放要求(含柴油機(jī)），在VOC控制方面，借鑒美國(guó)ORVR測(cè)試流程方法等相關(guān)內(nèi)容，對(duì)加油、晝間燃油蒸發(fā)污染物進(jìn)行控制。所以輕型商用車國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)是綜合歐標(biāo)、美標(biāo)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)勢(shì)部分，單從標(biāo)準(zhǔn)上看要嚴(yán)于歐6標(biāo)準(zhǔn)。具體如下圖（圖6）

圖6 國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)制定思路

1.3 輕型車國(guó)Ⅴ與國(guó)Ⅵ排放限值對(duì)比

新修訂的國(guó)Ⅵ與國(guó)Ⅴ排放限值相比，主要變化如下：

1）變更了測(cè)試循環(huán)；——WLTC工況取代NEDC工況，瞬態(tài)工況基本取代了穩(wěn)態(tài)工況；

2）柴油和汽油統(tǒng)一限值，不再區(qū)分燃料類型；——限值相對(duì)國(guó)Ⅴ加嚴(yán)，取小值；

3）加載質(zhì)量，采用測(cè)試質(zhì)量（TM）替代原有的基準(zhǔn)質(zhì)量（RM)；——在RM增加負(fù)載；

4）增加了汽油車粒子數(shù)量PN的要求；——汽油機(jī)增加顆粒數(shù)要求；

表1 排放限值要求

5）增加了汽油機(jī)PM要求（國(guó)Ⅴ僅直噴汽油機(jī)有要求）；——汽油機(jī)增加顆粒限值；

6）增加了N2O要求；——增加了排放物種類，國(guó)Ⅴ沒(méi)有此項(xiàng)污染物；

7）國(guó)6b在國(guó)6a的基礎(chǔ)上對(duì)汽、柴油車的NOx、THC以及NMHC加嚴(yán)了40%-50%。

3、國(guó)Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)路線

3.1 排放路線簡(jiǎn)介

目前國(guó)Ⅵ輕型柴油車發(fā)動(dòng)機(jī)后處理路線基本統(tǒng)一：EGR+DOC+DPF+SCR。

圖7 輕型車后處理主流方案：缸內(nèi)后噴燃油+DOC+DPF+SCR(+ASC)

目前國(guó)Ⅴ輕型柴油車路線為EGR+DOC+POC，國(guó)Ⅵ相對(duì)于國(guó)Ⅴ排放限值中變化最大的是NOX，限值從280mg/km下降到82mg/km，必須增加SCR后處理來(lái)降低NOX排放。ASC（CUC）主要國(guó)Ⅵ(b)排放階段時(shí)NOX限值進(jìn)一步降低，尿素噴射需要過(guò)量來(lái)保證反應(yīng)效率，而對(duì)于過(guò)量的NH3需要通過(guò)ASC（CUC）處理。

圖8 國(guó)Ⅵ輕型車主流方案系統(tǒng)圖

目前歐6主流路線均采用EGR+DOC+DPF+SCR，部分發(fā)動(dòng)機(jī)雖然可以通過(guò)非主流路線EGR+DOC+DPF+NSC等措施達(dá)到歐6(a)標(biāo)準(zhǔn)，但是排放升級(jí)到歐6(b)/ 歐6(c)時(shí)則無(wú)法達(dá)標(biāo)，排放路線延續(xù)性不好。

輕型車柴油車國(guó)Ⅵ/歐6后處理路線主要通過(guò)如下化學(xué)反應(yīng)降低排放污染物：

圖9 國(guó)Ⅵ/歐6后處理化學(xué)反應(yīng)示意

4、排放實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)

4.1 行駛工況

國(guó)Ⅵ相對(duì)于國(guó)Ⅴ排放除了限值加嚴(yán)以外，排放工況也采用了全新的WLTC工況，其中運(yùn)行時(shí)間、最高車速、行駛里程、怠速時(shí)間、最大加速度均較NEDC工況加大，原有NEDC路譜主要為折線偏向穩(wěn)態(tài)工況，但是WLTC工況路譜基本上為波浪線更偏向瞬態(tài)工況。另外WLTC工況沒(méi)有明確的換擋時(shí)間和檔位要求。

由于加速度變大(發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷加大)、最高車速加大均會(huì)導(dǎo)致排放污染物增加，加之輕型商用車本身的自重較大，排放難度相對(duì)于小型的乘用車排放難度增加更大。

圖10 國(guó)Ⅵ試驗(yàn)循環(huán)與NEDC循環(huán)區(qū)別

4.2 車重及阻力變化

國(guó)Ⅵ相對(duì)于國(guó)Ⅴ排放除了限值加嚴(yán)、排放試驗(yàn)工況變化以外，加載質(zhì)量也有較大變化。對(duì)于輕型商用車（客車、貨車）均需按照載荷的一定比例進(jìn)行加載，預(yù)計(jì)整車質(zhì)量增加150kg～300kg，造成整車阻力變大、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷增加，排放難度增加。

表2 國(guó)Ⅴ與國(guó)Ⅵ加載質(zhì)量區(qū)別

除了加載質(zhì)量增大以外，車輛進(jìn)行試驗(yàn)阻力也有了較大變化，國(guó)Ⅴ之前輕型商用車主要采用的是查表法進(jìn)行排放認(rèn)證，原因是查表阻力低速時(shí)阻力明顯偏小，更加有利于排放和油耗達(dá)標(biāo)。國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)阻力測(cè)試更加則避免該問(wèn)題，采用的阻力測(cè)試方法基本接近實(shí)車行駛阻力。

表3 國(guó)Ⅴ與國(guó)Ⅵ加載阻力區(qū)別

國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)中還增加了RDE試驗(yàn)，使用PEMS車載尾氣分析系統(tǒng)進(jìn)行的道路實(shí)車測(cè)試（車載法），避免了實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和整車道路實(shí)際行駛工況排放不一致的情況出現(xiàn)。所以輕車汽車生產(chǎn)廠家必須保證實(shí)車排放同時(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)室、道路測(cè)試。

圖11 WLTC與NEDC工況區(qū)別

國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)由于工況、測(cè)試車重、阻力以及變速箱使用檔位的變動(dòng)，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)和整車標(biāo)定工作都提出了新的挑戰(zhàn)，由于工況變化和車輛負(fù)荷增加，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況更加靠近高轉(zhuǎn)速和大負(fù)荷區(qū)，發(fā)動(dòng)機(jī)需要標(biāo)定的排放點(diǎn)較國(guó)Ⅴ大幅增加，標(biāo)定難度和工作量加大。加之后處理路線EGR+DOC+ DPF+SCR標(biāo)定的復(fù)雜性，整個(gè)車輛的標(biāo)定開發(fā)周期和費(fèi)用都大幅增加，根據(jù)目前與各主機(jī)廠的對(duì)接，單個(gè)車型整車及發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定費(fèi)用約為1500～2000萬(wàn)左右。

4.4 其它變化點(diǎn)

國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)還對(duì)環(huán)境溫度和海拔進(jìn)行了要求：普通海拔條件700m；普通溫度條件 環(huán)境溫度高于或等于0℃，低于或等于30℃，針對(duì)不同環(huán)境和海拔條件的排放也有了要求，而國(guó)Ⅴ及之前排放并未有此方面要求。高海拔地區(qū)由于空氣稀薄，為保證整車排放，需要對(duì)空燃比、噴油量等進(jìn)行限制，對(duì)于以承載為主要用途的輕型商用車來(lái)說(shuō)動(dòng)力性損失可能會(huì)很大，動(dòng)力不足問(wèn)題在高海拔地區(qū)可能更加明顯。

● 擴(kuò)展海拔條件：海拔高度高于700m，不高于1300m。

● 擴(kuò)展溫度條件：環(huán)境溫度高于或等于-7℃，且低于30℃，或高于30℃且低于35℃。

● 進(jìn)一步擴(kuò)展的海拔條件：海拔高度高于1300m，但不高于2400m。

國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)汽油車的加注蒸發(fā)、靜置燃油蒸發(fā)等均進(jìn)行大幅加嚴(yán)，汽油車燃油加注系統(tǒng)、燃油箱和燃油管材質(zhì)及結(jié)構(gòu)、碳罐的尺寸可能都需要做較大變動(dòng)。

此外國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)-7℃冷起動(dòng)排放限值進(jìn)行了加嚴(yán)，CO和THC限值加嚴(yán)33%，同時(shí)新增NOX排放要求，國(guó)Ⅴ階段只汽油車有要求，國(guó)Ⅵ階段汽、柴油車均需進(jìn)行測(cè)試。

5、結(jié)論

輕型汽車國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)基于全球技術(shù)法規(guī)基礎(chǔ)，引入了歐洲標(biāo)準(zhǔn)和美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)內(nèi)容，考慮了我國(guó)的環(huán)境質(zhì)量改善需求，形成了一個(gè)全新的自主技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。僅從限值水平來(lái)看，輕型汽車國(guó)6a階段限值略嚴(yán)于歐洲第六階段排放標(biāo)準(zhǔn)限值水平，比美國(guó)Tier3排放標(biāo)準(zhǔn)限值要求寬松；國(guó)6b階段限值基本相當(dāng)于美國(guó)Tier3排放標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的2020年車隊(duì)平均限值。如果考慮到測(cè)試程序的不同，以及RDE法規(guī)和PN限值的引入，可以說(shuō)國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)是目前世界上最嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)之一。

國(guó)Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)雖然是比較先進(jìn)的排放標(biāo)準(zhǔn)，不但對(duì)整車排放限值進(jìn)行了加嚴(yán)，同時(shí)通過(guò)整車車載法RDE和美標(biāo)OBD系統(tǒng)的運(yùn)用，避免了實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和整車實(shí)際排放不同排放作弊行為。

[1] GB 17691-2005 《車用壓燃式、氣體燃料點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)與汽車排氣污染物排放限值及測(cè)量方式（中國(guó)Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ階段）》.

An Analysis on the National VI emission of Light Truck

Yang Bo, Liu Jun
（Technological Center,Anhui Jianghuai Automobile Group Co., Ltd, Anhui Hefei 230022）

In the development process of complete vehicle, the pressure of the environment continues to be transmitted to the vehicle manufacturing enterprises, resulting in a stricter emission requirement. This paper describes the later technical route of national Ⅴ emission standard on completer vehicle, and the differences between national VI and Ⅴ emissions standard.

emission; vehicle; the National VI emission; the NationalⅤemission; emissions standard

U461.99

B

1671-7988 (2017)10-255-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.10.087

楊波，就職于江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心總布置設(shè)計(jì)工程師，從事整車底盤及車身總布置工作。

劉軍，就職于江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心總布置設(shè)計(jì)工程師，從事整車動(dòng)力匹配工作。