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不能只靠三元催化 国六排放如何达标

2018-12-07
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  [沈阳爱车网 新鲜技术解读]  不知不觉,距离2018年结束只剩下不到30天了。每次到了这个时间节点,就是各类颁奖活动以及总结过往、制定来年计划。当然,新的一年也会有很多新政策上台,比如汽车圈瞩目的国标GB18352.6-2016《轻型汽车污染物及测量方法(中国第六阶段)》,也就是我们常说的国6排放标准即将实施。那么,我们与其拿着年终奖被销售忽悠买台国5的车,为什么不涨涨知识,看看新车要达到国6需要哪些技术呢?

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■ 为何如此紧张?

  相比于国5而言,国6法规要求更为严格。举个例子,国六b阶段标准的CO(一氧化碳)、THC(总碳氢化合物)、NMHC(非甲烷碳氢化合物)、NOX(氮氧化物)、PM(颗粒物)排放限值相比国五阶段分别加严了50%、50%、49%、42%、33%,并且对PN(粒子数量)也有了限值规定。同时实验方法上也有改变,从而使其一跃成为目前世界上最为严格的尾气控制标准。因此,想要达到标准,需要从技术层面进行升级。

国六排放标准升级点
优化措施简介
1、测试循环由NEDC升级为WLTC新标准将测试循环由欧洲的NEDC循环改为了全球轻型车统一测试程序WLTC,后者对车辆的冷启动、加减速以及高速大负荷状态下的排放进行了更全面的考核,覆盖了更大的发动机工作范围,对车辆的排放控制性能提出了更高的要求
2、测试过程要求更严格测试程序要求更严格,例如提高试验车辆的重量、要求轮胎规格必须与量产车一致等措施,有效避免车企利用标准漏洞在实验室测试中作弊
3、增加实际道路行驶排放测试新增实际道路行驶排放测试,首次将排放测试从实验室转移到了实际道路。这项升级将改善车辆在实际使用状态下的排放控制水平,利于监管,有效避免类似大众排放门之类的排放作弊行为
4、污染物限值更严苛污染物限值更严苛,国六相比国五加严了40-50%左右,并且根据燃料中立原则,对汽柴油车采用了相同的限值要求,对柴油车的氮氧化物和汽油车的颗粒物不再设立较松限值;低温试验要求加强,CO和HC限值相比国五加严三分之一,NOx的控制要求加强,有效控制冬天冷启动时的排放
5、强化VOCs排放控制全面强化对VOCs(挥发性有机物)的排放控制,引入48小时蒸发排放试验以及加油过程VOCs排放试验,将蒸发排放控制水平提高到90%以上。将中欧环境差异考虑在内,国六对高温天气下汽油蒸发排放控制提出了严格要求,并且还要求车辆安装ORVR油气在线回收装置,增加对加油过程的油气控制
6、强化OBD系统引入严格的美国车载诊断系统(OBD)控制要求,全面提升了对车辆排放状态的实时监控能力,能够及时发现车辆排放故障,保证车辆得到及时和有效的维修。增加永久故障代码存储要求以及防篡改措施,有效防止车辆在使用过程中超标排放
7、增设排放质保期增加排放质保期的要求。在3年/6万公里内,如果车辆的排放相关出现故障和损坏,导致排放超标,汽车生产企业需要承担相应的维修和零部件更换费用
8、优化管理部门工作方式8、简化主管部门进行环保一致性和在用符合性监督检查的规则和判定方法,使操作更具有可实施性。
……

■ 这些技术就是宝

  想要通过正常的技术手段,通过更严苛的排放法规,我们很容易的想到通过尾气处理技术,实际上这仅仅是技术升级的一部分。只有标本兼治才能顺利通过国6以及之后更为严苛的法规。因此咱们下面就从“本”——燃烧环节看起。

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- 指标还得治本

  无论内燃机如何发展,其正常工作都需要新鲜空气以及燃油,油气混合、雾化的效果越好,对提升燃效、降低排放越有利。因此,近些年车企们新推出的各种排量的发动机一方面有着明显的小型化趋势,另一方面喷油方式出现了直喷化趋势。

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  这些年汽油发动机的供油方式呈现着明显的直喷化趋势,这种油气混合更充分的方式可谓笑傲江湖。但随着排放法规的进一步升级,它的上限慢慢显现。

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- 反刍解救世界?

  从发动机的发展趋势看,效率的提升可谓永恒的主题,这是以燃烧室温度提升作为代价的,随之而来的就是爆震几率提升。为了解决这类问题,废气再循环技术开始逐步搭载。我个人喜欢将这项技术理解为——反刍。

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  利用发动机冷却液对废气进行冷却,然后再导入气缸中参与燃烧,能够显著降低燃烧室温度,从而让发动机可以工作在更高的压缩比,提升热效率,可在高负载工况下改善油耗表现。此外,更重要的是,废气再循环技术还能够降低发动机氮氧化物的排放,因此面对国6排放法规要求,很多工程师也将它放在发动机技术升级菜单中。

- 从三元到四元

  终于到了大家首先想到的尾气后处理环节了,我们熟悉的三元催化器其实工作原理属于触媒转换。其中反应器中装有催化剂,从排气歧管出来的废气会在引导下通过这些催化剂,其中有害成分在里面进行反应,最终会变成对人体无害的物质。

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  排放法规进一步严苛,自然对尾气后处理环节提出了更高的要求,因此巴斯夫、佛吉亚等供应商也在谋求着技术突破。从技术上看,开发人员开始尝试应用新材料,通过降低材料的比热容,提高接触面积,优化气体流场,提高贵金属使用量等手段提高尾气净化效果。

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  另外,催化器的工作效果还与温度息息相关,需要指出的是这里说的温度更多的指排气温度。具体而言,只有在温度超过350℃的条件下,三元催化反应器才能进行催化反应。因此,发动机刚起动前后催化反应几乎不能进行。聪明的您一定也想到了为了达到目标,排气歧管也会进行优化。

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- 他山之石可以攻玉

  当传统技术无法满足法规需求时,往往会催生新技术诞生。前面我们说到,发动机的污染主要来自4个组成部分—— 微粒排放物质(PM)、碳氢化合物(HCx)、氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO),即将实施的国6法规对废气微粒排放物提出了更高要求,而现有技术难以达标。

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  这个结构会被布置在三元催化装置中,废气会以一定的流速通过这个颗粒捕集器,它由一定孔密度的蜂窝状陶瓷组成,气体会被引导通过交替封堵蜂窝状多孔陶瓷过滤体,被迫从孔道壁面通过,在这个过程中,颗粒物分别经过扩散、拦截、重力和惯性四种方式被捕集过滤,从而达到净化效果。

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- 一个都不能少

  无论是燃油车,还是纯电动车都有储能系统,前者是油箱,里面储存汽油或柴油,后者是动力电池组,其中储存的是电力。而在测试环节中,储存系统的渗漏量以及燃油加注环节的蒸发标准也会被进一步提高。 

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  对燃油系统的技术升级还包括燃油系统材料增加阻隔层厚度,减少燃油系统的开口,将油箱的上的附件尽量内置,开口件焊接增加阻隔层,采用高密度锁紧环,以及碳罐采用高规格碳粉等等。

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  ORVR(Onboard Refueling Vapor Recovery)全称是车载加油油气回收系统,它能够收集加油过程中从油箱中挥发出来的燃油蒸气,美国已逐步在整车上强制实施。它对于新车通过国6排放法规中汽油蒸发量标准大有帮助。

全文总结:

  随着机动车保有量的大幅增多,尾气污染以及对石油资源的消耗问题都明显提高。这推动了排放法规快速提升。为了满足法规要求,内燃机需要从燃油喷射,到尾气处理等多个子系统协同配合升级。当然,想要满足要求亦需包括提升燃油品质在内的其他配套服务,另一方面在车价逐年下探的大趋势中,技术升级引发的价格上涨如何分摊也将是车企面临的难题。(文/图 汽车之家 唐朝 漫画 张玥玥)

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