集成化趨勢明顯：柴油機國Ⅵ技術基本就緒

本刊記者 于占波 崔柳青 文/圖

集成化趨勢明顯：柴油機國Ⅵ技術基本就緒

本刊記者 于占波 崔柳青 文/圖

A Review of Domestic Diesel Engine of National Standard Ⅵ on Right Track

根據2016年10月環(huán)保部發(fā)布的《車用壓燃式、氣體燃料點燃式發(fā)動機與汽車排氣污染物排放限值及測量方法(中國第六階段)(征求意見稿)》，我國計劃在2020年1月1日全面實施國Ⅵ排放標準。如果按期執(zhí)行的話，那么意味著在剛剛全面實施國Ⅴ之后，距離國Ⅵ升級只有不到3年時間。從技術升級難度和開發(fā)周期來看，整車制造商、發(fā)動機企業(yè)以及柴油噴射及后處理相關系統(tǒng)提供商都將面臨著新的挑戰(zhàn)。在近期舉行的一個專業(yè)展會上，記者對多家參展企業(yè)進行了走訪，相關信息表明，各方對于國Ⅵ升級的準備情況要比預期樂觀。

從技術角度來看，柴油機國Ⅴ升級到國Ⅵ，對發(fā)動機與后處理系統(tǒng)提出了更高的要求。發(fā)動機本體需要采用更高壓力的共軌和噴射系統(tǒng)，重型柴油機還要增加EGR(廢氣再循環(huán))裝置；在后處理系統(tǒng)方面，重型柴油機需要在SCR(選擇性催化還原)基礎上增加DOC(氧化催化器)和DPF(顆粒物捕捉器)來降低顆粒物，還需提高SCR的尿素噴射量；之前采用DOC+DPF的國Ⅴ輕型柴油機則必須要增加SCR系統(tǒng)。

增加EGR系統(tǒng)升級到國Ⅵ排放標準的華菱漢馬柴油機

當然，增加的這些系統(tǒng)和裝置并不是簡單的機械疊加，需要對車輛整體設計及工況進行綜合考慮。由于目前國內柴油機已經升級到國Ⅴ，在這一基礎上發(fā)動機企業(yè)的升級難度相對較低。據華菱星馬汽車發(fā)動機研究所所長助理劉世峰介紹：國Ⅴ升級國Ⅵ，除了增加后處理系統(tǒng)，發(fā)動機本體也有相應變化。華菱從國Ⅳ升級國Ⅴ時就已經對國Ⅵ進行技術儲備，預留了很多國Ⅵ方案。采用原有國Ⅴ平臺升級，縮短了國Ⅵ產品的開發(fā)周期。目前在12 L國Ⅴ發(fā)動機平臺上，華菱通過增加EGR系統(tǒng)，提高共軌系統(tǒng)壓力，優(yōu)化渦輪增壓技術，升級到國Ⅵ排放。其中，EGR系統(tǒng)相對復雜。需要根據EGR效率選擇單通道或雙通道EGR，還要對廢氣進行中冷。

隨著排放技術不斷升級，柴油噴射及后處理系統(tǒng)所起的作用越來越大，在這一領域，歐美企業(yè)的整體技術水平要領先于國內企業(yè)。

以國Ⅵ排放升級為契機，博世柴油將業(yè)務拓展至尾氣后處理系統(tǒng)

成立于2004年的博世汽車柴油系統(tǒng)有限公司在國內商用車市場一直以柴油噴射技術見長，其生產的柴油共軌、噴射器等產品占據了極高的市場份額。據悉，博世目前已經推出了噴射壓力可達200 MPa的高壓共軌系統(tǒng)，可滿足輕型和重型商用車國Ⅵ排放法規(guī)需要。據博世柴油系統(tǒng)開發(fā)部工程師陳澤介紹：博世每年會對國內燃油品質做調查，然后根據調查結果來進行柴油系統(tǒng)的設計開發(fā)，而不是把歐洲的產品直接拿到中國市場。博世針對中國燃油品質，對共軌、噴油器等部件采取加強措施或新工藝，以滿足中國用戶的實際使用需求。此外，博世柴油還充分考慮到國Ⅵ共軌系統(tǒng)在發(fā)動機接口上與上一代產品的延續(xù)性，以降低客戶的升級成本。

近年來，博世發(fā)現(xiàn)在排放升級時，很多國內企業(yè)在采用博世柴油共軌和噴射產品后，還要單獨采購SCR系統(tǒng)，于是，以國Ⅵ排放升級為契機，博世柴油將業(yè)務拓展至尾氣后處理系統(tǒng)的研發(fā)、匹配和制造，從而實現(xiàn)了從柴油噴射到后處理封裝的排放升級整體解決方案，一方面可以降低客戶的采購成本，同時在技術一致性和整體性方面更有優(yōu)勢。

博世柴油后處理系統(tǒng)研發(fā)工程師董泗維告訴記者：國Ⅵ升級需要對后處理催化劑的配方和尿素噴射策略升級，同時增加了多個傳感器，對后處理工作狀態(tài)監(jiān)控更加嚴格。博世SCR系統(tǒng)專門針對中國市場設計，在研發(fā)階段通過流體力學計算，采用新型混合器之后可以減少結晶。博世在臺架上模擬尿素用完的情況進行嚴格的高溫測試，保證在缺少尿素時不會因高溫損壞尿素泵。博世的SCR系統(tǒng)還具有倒吸功能，防止冬季低溫存留在噴射針閥中的尿素溶液凍裂尿素泵。此外，如果客戶采用博世全套系統(tǒng)，還可以將SCR控制系統(tǒng)集成在發(fā)動機ECU上，不用采用單獨的DCU(尿素噴射及控制系統(tǒng))。

此外，針對顆粒再生影響發(fā)動機功率的問題，博世柴油研發(fā)出了DPM裝置作為選裝，當車輛每行駛1 000～2 000 km時，DPF中的壓差傳感器會發(fā)出堵塞信號，DPM裝置噴射柴油到DPF中，對里面的積碳和顆粒物進行燃燒。

據悉，目前博世柴油無錫工廠的本土化程度正在不斷提高。在保證品質優(yōu)勢的同時，博世柴油希望通過提升本土化能力，調整自己的研發(fā)節(jié)奏，以適應中國市場的快速反應要求。

與博世柴油不同，天納克(蘇州)排放系統(tǒng)有限公司是一家專注于商用車后處理系統(tǒng)的企業(yè)，高度的集成化能力是天納克的最大特點。據該公司技術工程師趙孟冬介紹，天納克現(xiàn)階段開發(fā)的全部為國Ⅵ產品，覆蓋輕型和重型商用車。根據輕客、中客等車型布置空間有限的需求，特別推出把SCR與DPF集成在一起的SDPF系統(tǒng)，在DPF上面涂上SCR涂層，在DOC之后噴射尿素，體積更加緊湊，便于車輛布置。

天納克研發(fā)出全新集成式尿素噴射系統(tǒng)

根據在國Ⅳ和國Ⅴ方面積累的經驗，天納克研發(fā)出全新集成式尿素噴射系統(tǒng)應用于國Ⅵ后處理，該系統(tǒng)集成了尿素泵、電機、噴嘴、控制器、傳感器，省略了加熱裝置等部件，安裝方便，維護簡單，便于布置，其可靠性經過大量測試驗證，可滿足國Ⅵ重卡100萬km的使用要求，成本可降低50%。該系統(tǒng)根據不同車型噴射量不同，通過改變噴嘴孔直徑就可以覆蓋所有車型，其他零件全部通用。據天納克(蘇州)先進工程及控制工程系統(tǒng)集成經理楊振球介紹，該技術是天納克結合全球研發(fā)資源，在中國主導開發(fā)的產品，實際開發(fā)近3年時間，主要面向國Ⅵ升級，目前已有五六輛車在做耐久試驗。一旦量產會首先推向歐洲、北美市場。

因為尿素噴射量增加，而且發(fā)動機的排放溫度降低，國Ⅵ升級面臨的最大問題之一就是后處理尿素結晶，結晶會導致系統(tǒng)報廢，發(fā)動機出現(xiàn)故障。只有提高尿素霧化效果，才能使得粒徑小的尿素變成氨氣蒸發(fā)而防止結晶。據楊振球介紹，天納克的尿素霧化和混合技術獨步全球。其他企業(yè)通常靠增加噴射壓力來提升霧化效果，天納克在保持0.55 MPa壓力的前提下，靠獨有的特殊結構的噴嘴霧化技術實現(xiàn)更好的霧化，平均粒徑在45～65 um，而行業(yè)數值平均約在75 um左右。

根據中國用戶的使用習慣不同，經常會出現(xiàn)不加尿素的情況。天納克SCR系統(tǒng)采用發(fā)動機冷卻液冷卻，即使不噴射尿素也可以保證冷卻效果，避免損壞尿素泵。此外，天納克后處理封裝結構形式很多，客戶可以從產品庫中找到各種相應的產品。在成本控制方面，設計部門從圖紙設計的第一筆就開始考慮成本問題，采購部門從源頭控制零部件成本。天納克正在將技術領先優(yōu)勢轉化為成本優(yōu)勢。

雖然在后處理系統(tǒng)的技術研發(fā)方面博世和天納克具有明顯優(yōu)勢，但是在國內市場占有率方面，以威孚、凱龍為代表的國內企業(yè)卻占據了一半以上的份額，這些企業(yè)除了價格優(yōu)勢，還具有更快更靈活的市場反應能力。

作為國內最早研發(fā)催化劑涂層的廠家，無錫威孚高科技集團股份有限公司在后處理技術方面布局更早，且技術成熟。據該公司的劉晉南介紹，無錫威孚的優(yōu)勢就在于產品線全，除了催化劑載體和尿素箱，其他產品都自己生產。無錫威孚擁有正向開發(fā)能力，具有完善的試驗開發(fā)設備，可以為客戶提供個性化產品。目前，在后處理系統(tǒng)方面無錫威孚主要走平臺化集成化路線，產品更可靠更成熟。國Ⅵ產品的封裝項目已經處于開發(fā)末尾階段，即將量產。據悉，威孚曾與國外廠家的后處理產品一同競標，雙方技術水平基本相近，主要差距還是在控制系統(tǒng)部分。

與威孚同位于無錫的凱龍高科技有限公司也是一家專注于后處理系統(tǒng)的企業(yè)，該公司的產品線非常全，包括了尿素罐、計量泵、噴射系統(tǒng)、后處理封裝以及DOC、DPF等各種載體。這也形成了無錫凱龍的一大特點。

據無錫凱龍應用工程師謝佩介紹，國Ⅵ后處理系統(tǒng)開發(fā)難度主要是增加了載體，外形更大，整車廠很多都是在原有國Ⅴ平臺產品上升級，布置空間沒有變化，要求在設計時要相當緊湊。所以，無錫凱龍在國Ⅵ階段采用產品集成化設計方案，后處理的DCU控制系統(tǒng)與計量泵和尿素罐集成設計，將很多管路集成到尿素罐內部，省掉了很多需要單獨安裝的支架和連接管路，此外，泵罐總成中的零件為可拆卸，便于單獨更換檢修。

博世柴油后處理系統(tǒng)組件示意圖

從走訪總體情況來看，相關企業(yè)對于國Ⅵ技術儲備已經到位，而且體現(xiàn)出鮮明的集成化趨勢。就主要技術難點來看，由于國Ⅵ排放限值更高，對催化劑轉化效率要求提高，SCR系統(tǒng)需要加大尿素噴射量，既要混合均勻充分反應，又不能讓尿素過量噴射，如果溫度和流量偏低就容易出現(xiàn)結晶，因此尿素混合流道的設計是開發(fā)中的難點之一。雖然上述各企業(yè)展出的后處理產品封裝外形大同小異，但里面的結構、流道設計以及載體和催化劑都具有各自不同的技術特點。

無錫凱龍研發(fā)的國Ⅵ尿素泵罐總成

無錫威孚生產的各種催化劑載體

通常來說，在每一次法規(guī)升級中都是技術領先型公司最好的市場機會，因為客戶初期開發(fā)更加依賴技術領先公司，并提供一定的訂單作為回報。隨著技術的普及以及后進入者的增加，會有更多競爭對手加入進來。由于國Ⅵ后處理系統(tǒng)的技術壁壘更高，對整個行業(yè)都是一個挑戰(zhàn)，整個行業(yè)或許會因此而完成一次洗牌。

At a professional exhibition held recently, reporter of magazine interviewed a few of participating corporations and learned that the preparing process for further upgrading of National Standard VI of domestic diesel engine products are better than expected in many aspects. Concerning the difficulties and developing cycle, the whole-vehicle manufactures and diesel producers, as well as diesel injection systems suppliers are currently facing a great challenge from the upgrading.