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欧6排放法规与后处理系统分析

摘　要：国家排放法规不断升级,新法规实施对我司开发新产品有一定影响,通过对最新的欧 6 法规进行分析,确定其难点所在,为我司新产品适应新法规提出参考处理意见.

关键词：欧六；排放；法规；催化器

1　引言

国家排放法规不断升级,新法规实施对我司开发的新车型有一定影响,通过对最新的欧 6 法规进行分析,确定其难点所在,为我司新车型适应新法规提出参考处理意见.

2　欧洲排放法规介绍

2.1　欧洲法规路线介绍及国内实施时间汽车排放污染物的欧盟新指令（EC）No.715/2007 于2007 年7 月2 日开始生效,明确了实施欧5、欧6 排放的要求.2009 年9月1 日开始,欧盟要求新车型需满足欧5 排放要求；2011 年9 月1 日开始,欧盟要求新车型需满足欧5+ 排放要求；2014 年9 月1 日开始,欧盟要求新车型需满足欧6 排放要求.2.2　不同排放法规限值对比

欧5 和欧6 与欧4 排放法规在各项试验的试验项目一致,但其I 型排放试验（表2）、OBD 限值等存在较大差异,详细如下表3、表4、表5 所示：

从表3 可以看出,欧5、欧6 与欧4 的污染物限值没有明显变化,一氧化碳（CO）以及碳氢化合物（HC）的限值要求没有变化,氮氧化合物（NOx）限值下降25%.欧5、欧6 增加了对非甲烷碳氢化合物（NMHC）的限值要求.在欧5、欧6 排放法规首次明确了对装配直喷汽油机（GDI engine）车辆排放颗粒物质量（PM）的限值要求.

注：对于双怠速试验和低温排放试验规定,欧4、欧5、欧6 试验方法与限值完全一致.欧6 再次加严 EOBD 极限值.

2.3　不同排放法规基准燃料对比根据国家标准,中国第五阶段车用汽柴油硫含量标准已经降至10ppm 以下,此次制定国Ⅵ 标准硫含量方面或难以再大幅度下降,预计后期汽油将硫含量维持不变,进一步加严汽油中的烯烃、芳烃、苯、蒸气压、馏程和柴油中的多环芳烃、密度等主要环保指标.2.4　V 型试验耐久里程

欧5/ 欧6 的排放耐久性试验里程为16 万公里,远大于欧4 的10 万公里的里程要求.3　欧6 主要技术难点

3.1　催化剂技术难点（1）从上表4 可知,虽然欧6 污染物限值、劣化系数及耐久性试验里程和欧5 一致,但是OBD 限值更加严格.如果单从I 型和V型排放限值来看,保持欧5 和欧6 的催化剂技术水平一样都可以满足法规要求.但是结合OBD 限值和标定,如果催化剂的性能在目前的水平没有进一步提高,则对OBD 精确标定会造成困难,甚至会导致欧6 车型的OBD系统无法正常亮灯情况.主要原因在于：欧6的氮氧（NOx）-OBD 限值只有I 型排放的限值1.5 倍,氮氧（NOx）的I 型排放值为0.06,

OBD 限值为0.09.即OBD 限值和V 型排放限值的差别很小.从催化剂的原理来看,催化剂的催化转化性能与催化剂的储氧量直接相关,储氧量越高,其催化转化性能越好,催化剂性能越好,排放结果越好.但是欧六V 型排放限值和OBD 限值差别较小,导致两

者对应的催化器储氧量相差较小.另外储氧量与排放的性能关系不是线性关系,而是呈一定曲线关系（如下图1 所示）,这就造成了V 型排放和OBD 对应催化器储氧量差值更小.而OBD 标定系统根据催化器的储氧量大小来判断催化器是否处于临界状态,当催化器的储氧量变化很小时,OBD 系统有可能无法准确判断催化器处于何种状态.

说明：纵坐标为单位体积储氧量含量,横坐标为I 型排放限值的百分比.曲线的含义为,新鲜催化剂的储氧量为最高值,排放最好,随着车辆不断行驶,催化剂不断老化,其储氧量不断下降,排放逐渐变差,直至催化剂无储氧能力.

从上图可以看出,当排放达到限值的100% 时（另称老化催化器,以下用此术语表示）,其储氧量大概在350mg/L 左右,而排放达到OBD 限值时（另称临界催化器,下文用此术语表示）,其储氧量大概在290mg/L左右,两者相差只有60mg/L.根据目前的标定水平,老化和临界催化器的储氧量差值必须大于200mg/L,标定系统才能准确识别催化器处于何种状态.因此,老化催化器和临界催化器只有60mg/L 的差值无法满足标定系统的要求,导致OBD 系统在此差值范围内无法精确判断催化器是处于老化态还是临界态,从而有可能出现OBD 系统乱报故障,影响客户正常使用.因此,催化剂的难点在于,如何保证在催化剂性能不降低的情况下,大幅度增加老化催化剂的储氧量,也就是提高催化剂的性能.

（2）对于缸内直喷发动机,欧6 法规新增颗粒物限值要求.对于颗粒物,目前常用的催化剂无法对其进行催化转化.因此,对于颗粒物污染物,需要在后处理系统中新增技术才能有效处理,否则会出现无法满足法规的可能.

（3）从（1）条可以看出,老化催化器和临界催化器对应的储氧量差值很小.由此带来的另一个难题是如何制备临界催化器的难题.按照之前制备方法,临界催化器采用炉子高温加热制备,但此种方法制备出来的临界催化器性能不稳定,偏差较大.如果采用这种方法制备欧六临界催化器,其稳定性很难满足标定要求.当然除了炉子制备之外,还有采用发动机台架和实车两种制备方法,这两种制备方法制备出来的临界催化器比较稳定,但其制备成本很高,台架制备费用至少在20 万元以上,实车制备费用至少在100万元以上.因此,对于欧六临界催化器,其难题在于如何寻找到新的制备方法,即能满足标定要求,又能节省制备成本.

3.2　标定系统技术难点

根据目前的标定策略,对于欧6 排放法规,其排放标定不存在难题,主要难题在于对OBD 的标定.OBD 根据临界和老化催化器的储氧量和氧振幅差别进行标定.但根据目前的催化剂水平,老化催化器和临界催化器的储氧量相差很小,则标定系统有可能出现无法有效识别老化催化器和临界催化器.因此,标定系统的难题在于如何精确识别老化催化器和临界催化器,提高标定精度.4　对策

根据上文分析的技术难题,主要在于催化剂水平、标定精度、颗粒物处理等方面.针对这下难题,可采用如下对策：（1）催化剂技术：根据目前的催化剂性能水平,其老化催化剂的储氧量不够高,从而无法拉开老化催化剂和临界催化剂的储氧量差值.因此,对于催化剂厂家,要开发新的涂层技术,提高老化催化剂的储氧量水平,保证老化催化剂和临界催化剂的储氧量差值在200mg/L 以上.未来的目标储氧量水平与排放关系如下图2 所示；对于整车厂来说,为催化剂匹配整车之后老化催化剂的储氧量水平满足要求,则可以适当增加催化剂含量,以改善老化催化剂和临界催化剂的储氧量关系.

（2）颗粒物处理技术：对于颗粒物,根据目前欧洲的经验,最简单有效的方法为提高发动机的燃烧效率,降低发动机的颗粒物原始排放,从而直接达到法规标准.如果发动机的颗粒物原始排放不好,要增加后处理才能满足法规要求,在后处理中增加一个颗粒捕集器GPF 即可,如下图所示.但是,增加GPF 后,会大幅度增加排气系统的背压,从而对整车的动力性和经济性产生一定影响.发动机三元催化器颗粒捕集器

TWC GPF

（3）标定技术：对于标定技术,由于之前对OBD 标定都采用氧振幅进行标定,而氧振幅无法满足欧6 的标定要求.按照目前欧洲的标定技术,采用储氧量进行标定可以提高标定精度要求；

（4）氧传感器布置：对于双级催化器,为了提高老化催化器和临界催化剂的储氧量差值,可采用后氧传感器布置在前催后面的布置方法.

5　建议

（1）根据前期与催化剂厂家技术交流的结果,对于欧六法规要求的颗粒物限值,欧洲有些整车厂通过控制发动机原始排放就可以达到法规限值要求.因此,从整车成本考虑,建议国内的缸内直喷发动机,考虑通过发动机控制原始排放来实现欧六法规的颗粒物要求.

（2）根据最新的国家节能补贴政策,要求达到国五排放水平的车辆才具备补贴条件,由此推测,在未来的节能补贴政策中,排放有可能是节能补贴的一个必备条件.且京6将借鉴美国加州的排放法规标准,加州排放法规与目前的欧6 法规完全不同.这将对我司的三元催化转化器封装开发等方面存在一定的挑战.

参考文献：

[1]GB 18352.5-2013.《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第五阶段）》.

[2]GB 18352.5-2005.《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国Ⅲ、Ⅳ阶段）》.[3]（EC）No 715/2007.

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