柴油机国六时代即将到来,需要哪些技术实现?

发布时间:2016-11-05

记者从环保部网站获悉,环保部办公厅今日发布“关于征求国家环境保护标准《车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)(征求意见稿)》意见的函”,正式就柴油、燃气发动机国六标准公开征求意见。

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从征求意见稿可以看出,2020年1月1日起,不满足柴油机国六标准要求的新车不得生产、销售、注册登记,不满足柴油机国六标准要求的新发动机不得生产、销售和投入使用。

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与将在2017年7月1日起全面实施的重型车国五标准不同,国六标准加严了污染物排放限值,增加了粒子数量排放限值,变更了污染物排放测试循环;增加了非标准循环排放测试要求和限值(WNTE);增加了整车实际道路排放测试要求和限值(PEMS);提高了耐久性要求;增加了排放质保期的规定;对车载诊断系统的监测项目、阈值及监测条件等技术要求进行了修订;修订了生产一致性和在用符合性的检查判定方法;增加了新生产车的达标监管要求;增加了双燃料发动机的型式检验要求;增加了替代用污染控制装置的型式检验要求;增加了整车底盘测功机测量方法。

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此外,柴油、燃气发动机国六标准的适用范围也更加广泛,征求意见稿中指出,“本标准适用于基准质量大于 2610kg 的 M1、M2、N1、N2类及所有 M3和 N3类机动车装用的压燃式(含气体燃料点燃式)发动机及其车辆的型式检验、新生产车排放监督检查和在用车符合性检查。”

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有业内人士对记者透露,柴油、燃气发动机国六标准在限值和督查方面的加严,提出最短质保期的规定,将对不少企业的标定和开发工作提出挑战,希望企业尽早着手相关工作。

国六需要那些升级?

回顾过去国三标准到国四的升级,是第一次革命性改变,由只有发动机本体到加装SCR后处理系统;国四到国五标准时,发动机本体不需要改变,但需增加SCR系统里尿素的喷射量;而从国五再到国六,是发动机与后处理系统的又一次革命,发动机本体再次发生变化,需要引入涡轮增压和更高的压力共轨系统,后处理系统还要增加DPF(颗粒物捕集器)来降低悬浮颗粒个数。

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以欧Ⅵ产品开发为例,首先是国六后处理系统设计非常复杂。比如,采用DOC+DPF+SCR技术路线后,整个系统中温度传感器从一个增加到五个,氮氧化物传感器从一个增加到两个,同时还要引入压力传感器和悬浮颗粒传感器。此外,排放标准升级到欧Ⅵ后,OBD在线诊断的复杂程度急剧上升。欧Ⅳ、欧Ⅴ在线诊断参数大概有几千个,而欧Ⅵ系统里总参数有十多万个,其中大部分是OBD参数。因此,从整个系统来看,欧Ⅵ后处理系统设计非常复杂,本身的价值翻了一倍不止。这给整车企业、发动机公司和后处理公司都带来了极大的挑战。

重型车在国五阶段的技术路线通常采用的是SCR技术路线,由于国六对排放排放限值、耐久性和一致性的高要求,所以对SCR要求也会随着提高。

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国六标准要求SCR在控制成本的前提下,更加关注道路实际排放的同时提高耐久里程。并且通过添加欧六品质的尿素,满足对OBD更高的要求。

除了SCR的技术要求,对于DPF的要求也在提高,要求要有更好的油品适应性和环境适应性的同时方便拆卸保养缩短维护周期。

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那么,怎样才能满足国六排放标准呢?让我们回顾前不久举行的一场讲座,看看能否找到一些答案。

国六可比欧六 NSC技术是解决方法

如何应对越发严格的排放要求?优美科汽车催化剂(苏州)有限公司的工程师陈超给出了自己一些想法和观点。一直致力于柴油催化剂技术应用的陈工认为国六排放标准已经不比欧六落后,甚至在一些地方更加严苛。面对这种高标准离不开NSC技术的研发和应用。

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优美科汽车催化剂(苏州)有限公司工程师陈超

NSC即氮氧化物存储催化还原技术,主要由载体、催化剂和吸附材料构成,和用于汽油机上的三元催化器类似。NOx存储催化剂是由贵金属( Pt) 、碱金属( Ba) 和稀土金属( Rh) 组成,吸附材料为碱土金属氧化物( BaO) ,载体为氧化铝(Al2O3)。NSC 在正常情况下工作效率高达 90%以上,不需要额外的还原剂及其存储装置。NSC降低NOx分为吸附和再生两大步。NSC技术在低温时也能进行工作,减少了尿素的使用量,保证后处理系统的可靠性。

排放提高 DPF技术要革新

作为特殊玻璃和陶瓷材料的全球领导厂商-康宁公司不断加大对汽车排放控制的研发力度。来自康宁的何苏浩博士也参加该次讲座,何博士在后处理方面有着10多年的研发经验,相关专利申请10多个,是我国后处理技术方面的权威人士。

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康宁公司何苏浩博士

何博士表示随着法规的不断加严,国家的排放标准对于发动机产生的微粒数量要求会更高。这势必会对DPF(柴油颗粒过滤器设计)势必是一个挑战。康宁通过一系列的技术攻关,其DPF具备一流的压降性能,满足苛刻的二氧化碳排放要求并保证发动机性能不受影响;而且可在出色的压降下带来高催化剂上载量,实现极佳的催化性能。

后处理的封装马虎不得 空间和温度都要兼顾

有了技术,有了设备,满足高要求的排放需求还需要科学的后处理密封技术。无锡威孚力达催化净化器有限公司的代表陈增响对此进行了介绍。他表示借鉴欧六技术,我国的国六阶段需将EGR+DPF技术和DOC+SCR技术结合起来。欧六的排放的技术一般都是采用的是SCR+DOC+DPF技术路线,所以在国六技术中DOC不可缺少,但也是技术难点之一。在DOC的设计中首先要保证DPF主动再生时HC燃油的起燃能力,常规运行时NO2的生成能力的同时也要保证抗热老化能力及机械强度和抗硫中毒能力。但这个技术路线对后处理封装技术提出了新的要求。

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无锡威孚力达催化净化器有限公司代表陈增响

对此无锡威孚力达提出紧耦合结构的设计,该设计首先能解决国六标准下传感器增多,如何布局稳定,并防止管道进水;其次采用非气助喷嘴,混合器适配,预防尿素结晶;还有采用双层保温设计,保证稳定在200度以下,从而保障尿素的正常工作。

现在随着社会对环保的越发关注,机动车的尾气排放标准势必要加强。虽然目前在我国大部分地区还是以国四标准为主,国五标准刚刚开始,国六标准2020年实行,但是当下无论是各主机厂还是零部件企业都已经在积极储备国六技术。

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未来的后处理系统要具有超高的转化效率、紧凑的设计、超低的购买成本和使用成本。其中,后处理系统氮氧化物转化率将来要有很大提升,国四产品转化率约为75%,国五转化率约为80%,到国六产品转化率将进一步提高。

在开发生产国四和国五产品时,整车企业、发动机企业和后处理企业在前期做产品规划时没有做到协同一致,导致成本增加。

如果在实施国六产品前期规划过程中各个企业能够联合起来协同开发,那么,国六产品的开发成本将会极大降低。

在排放标准升级的过程中,整车企业、发动机企业和后处理系统企业应该协同一致,进行整体规划,最大限度地减少产品变种,降低系统开发维护成本,创造更大的价值。

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