國(guó)Ⅵ柴油車排放法規(guī)及排放控制技術(shù)路線簡(jiǎn)介

許昌市建安區(qū)艾莊回族鄉(xiāng)人民政府 艾會(huì)明

1 國(guó)Ⅵ柴油車排放法規(guī)簡(jiǎn)介

柴油車排放的主要有害污染物及其危害如圖1所示，其中柴油機(jī)的富氧燃燒和混合氣形成的不均勻性，導(dǎo)致柴油車氮氧化合物（NOx）和顆粒物（PM）的排放量較汽油機(jī)大得多。我國(guó)從2000年開始執(zhí)行車用柴油機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)，到2019年已經(jīng)開始實(shí)施國(guó)Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)。2018年6月，生態(tài)環(huán)境部發(fā)布了堪稱世界上最嚴(yán)的排放標(biāo)準(zhǔn)——《重型柴油車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第六階段）》（GB 17691—2018）（以下簡(jiǎn)稱國(guó)Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)，圖2），并且明確規(guī)定了該標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施時(shí)間（表1），自規(guī)定實(shí)施之日起，凡不滿足相應(yīng)階段要求的新車不得生產(chǎn)、進(jìn)口、銷售和注冊(cè)登記，不滿足相應(yīng)階段排放要求的新發(fā)動(dòng)機(jī)不得生產(chǎn)、進(jìn)口、銷售和投入使用。

表1 各階段柴油車排放限值要求及執(zhí)行日期

圖1 柴油汽車排放的主要污染物及其危害

圖2 國(guó)Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)的基本內(nèi)容

（1）國(guó)Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)柴油車污染物排放限值的要求更低（表3），并且增加了顆粒物數(shù)量（PN）的要求。

表3 發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)排放限值

（2）要求生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)確保所有的發(fā)動(dòng)機(jī)和車輛都配備有OBD系統(tǒng)。按照國(guó)Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)要求，在儀表盤上應(yīng)有MIL燈，用于提示排放系統(tǒng)相關(guān)故障。國(guó)Ⅵ的MIL燈顯示狀態(tài)更加復(fù)雜（表4），激活模式4一旦激活，對(duì)應(yīng)故障將激活永久故障代碼，但不再和排放限扭有直接聯(lián)系。

表4 國(guó)Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)MIL燈的顯示狀態(tài)

（3）國(guó)Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)增加了NOx控制（圖3，駕駛性能限制系統(tǒng)不適用于急救、軍事、民防、消防及維護(hù)公共秩序的武裝車輛發(fā)動(dòng)機(jī)或車輛），這是防止操作者作弊的工具，NOx監(jiān)控基于反作弊要求，督促用戶添加尿素和正確操作，國(guó)Ⅵ排放標(biāo)要求能夠識(shí)別人為因素造成的NOx控制系統(tǒng)相關(guān)的問題。

圖3 國(guó)Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)的NOx控制

表2 國(guó)Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)6a和6b階段的主要技術(shù)要求不同點(diǎn)

（4）對(duì)排放控制裝置的耐久性提出了要求。發(fā)動(dòng)機(jī)系族或發(fā)動(dòng)機(jī)后處理系統(tǒng)族的污染物排放控制裝置耐久性應(yīng)滿足表5規(guī)定的有效壽命期（里程或時(shí)間周期）。

表5 有效壽命周期

（5）規(guī)定了排放質(zhì)保期。國(guó)Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，排放相關(guān)零部件如果在質(zhì)保期內(nèi)由于零部件本身質(zhì)量問題而出現(xiàn)故障或者損壞，導(dǎo)致排放控制系統(tǒng)失效，或者車輛排放超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值要求的，生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)當(dāng)承擔(dān)相關(guān)維修費(fèi)用；生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)至少對(duì)與進(jìn)氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)相關(guān)的發(fā)動(dòng)機(jī)部件和后處理裝置、曲軸箱通風(fēng)閥、傳感器、電子控制單元等排放控制相關(guān)部件提供質(zhì)保服務(wù)，其排放質(zhì)保期不應(yīng)短于表6給出的最短質(zhì)保期。

表6 最短質(zhì)保期

可以說，國(guó)Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)融合了污染物要求、OBD要求、在用車符合性要求、耐久性要求及整車排放要求，并將煙度測(cè)試變?yōu)檎嚬r測(cè)試（自由加速和加載減速），增加了OBD檢查和NOx測(cè)試。為了滿足國(guó)Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)6b階段法規(guī)，在國(guó)Ⅴ柴油車的基礎(chǔ)上，電控系統(tǒng)要進(jìn)行從硬件到軟件策略進(jìn)行大規(guī)模升級(jí)，ECU需要全新硬件支持更多的傳感器和執(zhí)行器。國(guó)Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)6b階段法規(guī)對(duì)電控系統(tǒng)的提升要求見表7所列。

表7 國(guó)Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)6b對(duì)電控系統(tǒng)的提升要求

2 國(guó)Ⅵ柴油車排放控制技術(shù)路線簡(jiǎn)介

2.1 國(guó)Ⅵ柴油車典型排放控制技術(shù)路線

為了達(dá)到史上最嚴(yán)格的國(guó)Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)，僅僅通過改善機(jī)內(nèi)燃燒已經(jīng)無法實(shí)現(xiàn)，必須在改善機(jī)內(nèi)燃燒的同時(shí)，增加后處理裝置。國(guó)Ⅵ柴油車排放控制技術(shù)路線根據(jù)EGR（廢氣再循環(huán)）與SCR（Selective Catalytic Reduction，選擇性催化還原）的利用率可分為以下3種（圖4）。

（1）無EGR+高SCR，即采用進(jìn)氣節(jié)流閥+DOC（柴油機(jī)氧化催化器）+DPF（柴油機(jī)顆粒過濾器）+高效SCR。采用該技術(shù)路線的代表企業(yè)有依維柯、斯堪尼亞、沃爾沃及康明斯等。國(guó)內(nèi)的濰柴和康明斯是采用該技術(shù)路線的代表企業(yè)，典型機(jī)型有濰柴WP12發(fā)動(dòng)機(jī)（11.596 L），其技術(shù)路線為DOC+DPF+進(jìn)氣節(jié)流閥+高效SCR+ASC（氨捕捉器）；?？礗SF4.5發(fā)動(dòng)機(jī)（4.5 L），其技術(shù)路線為DOC+DPF+SCR+AMOX（氨氧化催化劑）。

（2）低/中EGR+SCR，即采用進(jìn)氣節(jié)流閥+VGT（可變截面渦輪增壓系統(tǒng)）+EGR+DOC+DPF+SCR。采用該技術(shù)路線的代表企業(yè)有戴姆勒、斯堪尼亞、沃爾沃、康明斯、曼及達(dá)夫等。該技術(shù)路線也是國(guó)內(nèi)國(guó)Ⅵ柴油機(jī)的主流技術(shù)路線，濰柴、玉柴、錫柴大多采用該技術(shù)路線，代表機(jī)型有錫柴CA6DL3發(fā)動(dòng)機(jī)（8.6 L），其技術(shù)路線架構(gòu)為EGR+進(jìn)氣節(jié)流閥+DOC+DPF+SCR；玉柴YC6L發(fā)動(dòng)機(jī)（8.424 L），其技術(shù)路線是低EGR+DOC+DPF+進(jìn)氣節(jié)流閥+排氣節(jié)流閥+SCR+AMOX；玉柴YCK11發(fā)動(dòng)機(jī)（10.8 L），其技術(shù)路線是EGR+DOC+DPF+SCR；濰柴WP7發(fā)動(dòng)機(jī)（7.47 L），其技術(shù)路線是低EGR+DOC+DPF+VGT+進(jìn)氣節(jié)流閥+SCR+ASC。

（3）高EGR+無SCR，即進(jìn)氣節(jié)流閥+VGT+EGR+DOC+DPF。采用該技術(shù)路線的代表企業(yè)是萬國(guó)汽車集團(tuán)。

以上3種技術(shù)路線的對(duì)比見表8所列。

表8 國(guó)Ⅵ柴油車排放控制技術(shù)路線對(duì)比

2.2 國(guó)Ⅵ柴油車后處理裝置整體構(gòu)成

如圖5所示，國(guó)Ⅵ柴油車后處理裝置主要由DOC、DPF、SCR、ASC、混合器、尿素供給單元、尿素噴射單元、燃油計(jì)量單元、燃油噴射單元、傳感器（排氣溫度傳感器、NOx傳感器、DPF壓差傳感器、PM傳感器）等構(gòu)成。國(guó)Ⅵ柴油車后處理裝置上集成有4個(gè)排氣溫度傳感器、2個(gè)NOx傳感器、1個(gè)PM傳感器、1個(gè)DPF壓差傳感器和1個(gè)尿素噴嘴。

圖5 國(guó)Ⅵ柴油車后處理裝置整體構(gòu)成

（1）4個(gè)排氣溫度傳感器分別位于DOC前、DPF前、SCR前、SCR后。DOC前排氣溫度傳感器用于測(cè)量DOC前的排氣溫度，作為可進(jìn)行主動(dòng)再生的判定條件；DPF前排氣溫度傳感器用于監(jiān)控DPF再生時(shí)的溫度，判定再生是否正常；SCR前排氣溫度傳感器用于測(cè)量SCR前的排氣溫度，控制尿素噴射特性；SCR后排氣溫度傳感器用于測(cè)量SCR后的排氣溫度，更加準(zhǔn)確地反映SCR的反應(yīng)溫度。4個(gè)排氣溫度傳感器在裝配過程中很容易裝錯(cuò)，裝錯(cuò)后會(huì)導(dǎo)致測(cè)溫錯(cuò)誤無法進(jìn)行主動(dòng)再生，為此采取的防錯(cuò)方法有：一是各排氣溫度傳感器座采用不同的螺紋規(guī)格；二是各排氣溫度傳感器需求的線束長(zhǎng)度不一樣，例如中國(guó)重汽國(guó)Ⅵ柴油車后處理裝置排氣溫度傳感器線束分為2支，后處理裝置進(jìn)氣側(cè)一支，排氣側(cè)一支，DOC前排氣溫度傳感器采用莫仕接插件，DPF前排氣溫度傳感器采用泰科接插件，SCR前排氣溫度傳感器采用莫仕接插件，SCR后排氣溫度傳感器采用泰科接插件。

（2）2個(gè)NOx傳感器分別位于DOC前和SCR后。SCR前NOx傳感器用于測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)原排的NOx含量；SCR后NOx傳感器用于測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣的NOx含量。國(guó)Ⅵ柴油車后處理SCR系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，通過各傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)可精確地控制尿素噴射特性，防止尿素多噴或少噴。

（3）DPF壓差傳感器（圖6）取氣口位于DPF前和DPF后。DPF壓差傳感器用于監(jiān)測(cè)DPF前后的壓差，判斷DPF是否堵塞或被移除。

圖6 DPF壓差傳感器

（4）PM傳感器位于SCR后。PM傳感器（圖7）用于測(cè)量尾氣中的PM顆粒物的含量，檢測(cè)DPF的過濾效率。

圖7 PM傳感器