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轻型汽油车国六排放法规解读
摘 要： 文章针对国五和国六排放法规限值要求进行对比,分析污染物 CO、HC、NOx 产生的原因,满足国六排放法规限值要求,对国六排放标准的技术要求,和试验项目做介绍.
关键词：污染物；中国第六阶段；尾气排放；轻型汽油车
1 引言
从2016 年12 月起国家环境保护、国家质检总局两部联合发布针对《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》（以下简称“国六”）.从2020 年7 月1 日起,针对全国所有销售和注册登记的轻型汽车都应符合“第六阶段a”的排放标准要求[1],从2023 年7 月1 日起针对全国所有销售和注册登记的轻型汽车都应符合“第六阶段b”的排放标准要求.如表1 所示,第六阶段与第五阶段排放限值相比较,第六阶段循环测试标准由NEDC 改为全球轻型车统一测试循环WLTC,.轻型车WLTC 第六阶段b 在常规气态物下排放限值降低了约50%,同时又增加了排放物一氧化二氮和颗粒物数量PN 的限值要求.
本文重点诠释国五与国六的排放标准,国六排放标准的优势,以及对轻型汽油车尾气排放的严格要求.
2 降低汽油车排放污染物的技术路线
2.1 减少CO 排放的策略
CO 是汽油在汽车发动机缸体内,未能充分燃烧产物.CO 的生成主要受混合气浓度的影响,CO 含量过高表明燃油供给过多、空气供给过少导致.在发动机燃烧室中系数a ＞ 1时,混合气浓度大及混合气不均匀都会使排气中的CO 增加.
1. 天津卡达克汽车高新技术有限公司 天津市 300000 2. 上汽通用五菱汽车股份有限公司 广西柳州市 545007摘 要： 文章针对国五和国六排放法规限值要求进行对比,分析污染物 CO、HC、NOx 产生的原因,满足国六排放法规限值要求,对国六排放标准的技术要求,和试验项目做介绍.
关键词：污染物；中国第六阶段；尾气排放；轻型汽油车轻型汽油车尾气排放物中含有多种物质,其中包含一氧化碳、二氧化硫、氮氧化合物、等有害物质,而该有害物质对整个环境有危害极大,其中一氧化碳、盐酸、氮氧化物及微粒等四种物质是主要有害排放物.
国六a 与国五限值相对比,国六a 阶段排放降低30%,第六阶段与第五阶段排放限值要求相比较,第六阶段b 排放要求对载体贵金属配方（铂、铑、钯）含量降低大约50%,因此为了满足第六阶段a、第六阶段b 以及颗粒物等排放物的限值要求,在发动机设计开发时要求,降低发动机缸体内混合气体的加浓,而且要提高、改善优化发动机燃油雾化系统,提高燃油、气体混合均匀度,使燃油和气体最大化燃烧,更大限度降低一氧化碳排出[2].如发动机在高速运转或是在大负荷情况下运转时,此时的排气温度相对过高约1000 至1200℃ 这将大大超出三元催化转化器《载体、涂层（铂 铑 钯）》的温度承受范围.
2.2 减少盐酸HC 的排放策略
未充分燃烧是指发动机在运转时,混合气体浓度过稀,或是废弃被稀释,在发动机高速或是在大负荷工况下,气体不够充分,发动机燃烧室燃油未能充分燃烧,从而产生盐酸,特别是指发动机在冷启动状态下,发动机燃烧室温度较低,且更容易产生淬熄[2].
3 轻型汽油车国六GPF 颗粒铺集器的应用路线
3.1 GPF 颗粒补集
轻型汽油车尾气中的主要成分有碳烟和颗粒物（是指发动机燃烧室燃油未能燃烧）、硫酸盐等物质组成的成分[5],主要由3 个部分组成…微粒排放物质PM、 HCx、氮氧化物NOx 和一氧化碳CO,颗粒捕集器能够降低发动机所产生的烟灰达90% 以上,捕捉到的微粒排放物质,随后在车辆运转过程中,经过高温燃烧殆尽.
其工作原理是指,汽车在行驶中发动机排出含有碳粒的黑烟及灰分,经过GPF 途中被隔离,久之被隔离的物质逐渐增多,促使排气系统背压逐渐增大,发动机功率提升,排气温度上升,高温气体将隔离的物质（碳烟及灰分）烧掉,转变成对人体无害的二氧化碳排出.GPF 颗粒捕捉器的再生和净化功能必须是在可控的基础上完成,以保持GPF颗粒捕集器不被烟灰堵塞.如图1、2 是GPF台架实验数据,碳积累与再生曲线图.GPF颗粒捕捉器对轻型汽油车排出有害颗粒物的长时间积累,达到一定的颗粒捕捉后完成在生功能,以保持铺集器不被烟灰堵塞.
GPF 颗粒捕集器的碳积累和再生循环系统,会导致汽车排气系统背压上升,高速的再生方式和可靠的GPF 信号管理系统,能够快速有效的提升GPF的工作能力和使用周期,GPF 颗粒捕集器的再生控制系统,是通过增加GPF 的压力传感器和入口端温度传感器,快速提高载体中分离的碳颗粒快速氧化燃烧,采用GPF 信号管理系统,防止发生颗粒物对GPF 的堵塞从而导致烧蚀,以达到控制排气系统背压的目的.
在轻型汽油车排气系统中增加GPF 颗粒捕集器,对汽油车整体排气系统的气体压力增加及油耗大于普通三元催化转化器（TWC）的汽车.但因GPF 颗粒捕集器是后端布置距离三元催化转化器（TWC）较远,对排气系统整体的背压影响要比紧耦合布置小很多.因此GPF 颗粒捕集器属于后布置的汽车,一般油耗不会有很明显的增加.后级有了GPF颗粒捕集器,前级TWC 贵金属质量可以相对减少,有利于降低油耗[3].
经过实验论证GPF 颗粒捕集器在后端布置,对于颗粒物的排出和油耗两个关键项占据绝对优势,GPF 颗粒捕集器后置式布置是最佳选择.
符合国六汽油车排放实验如下表：
3.2 有关GPF 结构布置诠释● 通常情况下GPF 直接替换底盘现有件（催化器）；
● 不改变现有诊断、电控系统；
● 最佳过滤效果及最佳背压；
● 降低碳烟及灰分等颗粒物排气.
3.3 压差传感器
压差传感器输入电压5.0&plun;0.25VDC,输入电流 10Ma Max,压力量程35 至100Kpa,温度工作范围-40 至140℃,能够更为精确的将废弃再循环控制,优化涡轮增压工作状态延长其使用寿命,实时诊断包括GPF 在内后处理系统.快速的响应时间及高精度在GPF中的应用,更精确的判断再生时间,降低GPF 的失效率.
3.4 排放测试工况循环分析
工况测试从第五阶段的欧洲NEDC 循环测试升级为WLTC 循环[4].自2000 年国一排放开始一直到国五,一致采用欧洲排放标准.该工况由城市测试循环ECE 部分和郊区测试循环EUDC 部分组成,从车辆冷启动开始测试排放,ECE 中部分车辆速度和发动机处于低负荷,而车辆排气温度也较低,EUDC 部分车辆的速度和发动机负荷及排气温相对较高.该循环测试是由一系列工况和加、减速工况组成,较简单,易于重复,整个循环测试覆盖的车速和发动机负荷范围较小,不能够充分体现实际路况和实际道路驾驶下排放污染物的真实水平.
而WLTC 工况分为低速、中速、高速、超高速四个部分组成,持续时间1800s 且全是瞬间工况,速度2m/min 由液面自动控制车辆,加速更加稳定的实验数据,最终成产出99.05% 连铸坯材.
NEDC 原排工况气态污染,如图3 所示.
NEDC 原排颗粒物（PN）,如图4 所示.
WLTC 原排工况气态污染,如图5 所示.
WLTC 原排颗粒物（PN）,如图6 所示.
4 结语
轻型汽油车缸内直喷,有着更多的优势,可以有效的降低二氧化碳的排放,提高汽油车的经济和动力性,同时也会增加排放物中的颗粒物,但随着排放标准的提升,GPF 颗粒捕集器将会成为直接有效的,降低颗粒物排放的关键措施[5].
4.1 GPF的主要材料有碳化硅和堇青石,考虑其使用耐久性及成本、工作效率等原因,堇青石是更好的选择.
4.2 针对GPF 的工作方式及作用,系统的阐述了其优越性,对尾气优化的效果.通过两种工况（NEDC、WLTC）及实验数据的对比,确定GPF 颗粒捕集器对汽油车尾气优化效果明显.
4.3 分析验证GPF 颗粒捕集器的设计及布置方式,明确后置式布置的方式相对前置式方式更加优越.
参考文献：
[1]GB 18352.6-2016. 轻型车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）.
[2] 李岳林,张志永. 车用汽油机 HC 生成机理及排放控制技术.[J] 上海汽车2006 年1 月.[3] 李配楠,程晓章,骆洪燕,谢振凯. 基于国六标准的汽油机颗粒捕集器（GPF）的试验. 研究[J]. 内燃机与动力装置,
2 0 1 7 , 3 4 （ 0 1 ） ： 1 - 5 . [ 2 0 1 7 - 0 8 - 0 7 ] .DOI10.19471/j.cnki.16736397.2017.01.001.[4] 吴春玲,赵亮,刘双喜,高章. 中国轻型车第六阶段排放标准解读[J]. 内燃机与配件,2017,（07）：28-30.[2017-08-07].DOI：10.19475/j.cnki.issn1674-957x.2017.07.011.
[5] 范钱旺,尹琪. 直喷汽油机颗粒物成因及满足.EURO-VI 排放限值技术路线.[J] 上海汽车,2013 年6 月.
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