不能只靠三元催化 國六排放如何達標
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反芻拯救世界？
[汽車之家 新鮮技術解讀] 不知不覺，距離2018年結束只剩下不到30天了。每次到了這個時間節點，就是各類頒獎活動以及總結過往、制定來年計劃。當然，新的一年也會有很多新政策上臺，比如汽車圈矚目的國標GB18352.6-2016《輕型汽車污染物及測量方法（中國第六階段）》，也就是我們常說的國6排放標準即將實施。那么，我們與其拿著年終獎被銷售忽悠買臺國5的車，為什么不漲漲知識，看看新車要達到國6需要哪些技術呢？
■ 為何如此緊張？
相比于國5而言，國6法規要求更為嚴格。舉個例子，國六b階段標準的CO（一氧化碳）、THC（總碳氫化合物）、NMHC（非甲烷碳氫化合物）、NOX（氮氧化物）、PM（顆粒物）排放限值相比國五階段分別加嚴了50%、50%、49%、42%、33%，并且對PN（粒子數量）也有了限值規定。同時實驗方法上也有改變，從而使其一躍成為目前世界上最為嚴格的尾氣控制標準。因此，想要達到標準，需要從技術層面進行升級。
| 國六排放標準升級點 | |
| 優化措施 | 簡介 |
| 1、測試方法升級為WLTC | 新標準將測試循環由歐洲的NEDC循環改為了全球輕型車統一測試程序WLTC，后者對車輛的冷啟動、加減速以及高速大負荷狀態下的排放進行了更全面的考核，覆蓋了更大的發動機工作范圍，對車輛的排放控制性能提出了更高的要求 |
| 2、測試過程要求更嚴格 | 測試程序要求更嚴格，例如提高試驗車輛的重量、要求輪胎規格必須與量產車一致等措施，有效避免車企利用標準漏洞在實驗室測試中作弊 |
| 3、增加實際道路行駛排放測試 | 新增實際道路行駛排放測試，首次將排放測試從實驗室轉移到了實際道路。這項升級將改善車輛在實際使用狀態下的排放控制水平，利于監管，有效避免類似大眾排放門之類的排放作弊行為 |
| 4、污染物限值更嚴苛 | 污染物限值更嚴苛，國六相比國五加嚴了40-50%左右，并且根據燃料中立原則，對汽柴油車采用了相同的限值要求，對柴油車的氮氧化物和汽油車的顆粒物不再設立較松限值；低溫試驗要求加強，CO和HC限值相比國五加嚴三分之一，NOx的控制要求加強，有效控制冬天冷啟動時的排放 |
| 5、強化VOCs排放控制 | 全面強化對VOCs（揮發性有機物）的排放控制，引入48小時蒸發排放試驗以及加油過程VOCs排放試驗，將蒸發排放控制水平提高到90%以上。將中歐環境差異考慮在內，國六對高溫天氣下汽油蒸發排放控制提出了嚴格要求，并且還要求車輛安裝ORVR油氣在線回收裝置，增加對加油過程的油氣控制 |
| 6、強化OBD系統 | 引入嚴格的美國車載診斷系統（OBD）控制要求，全面提升了對車輛排放狀態的實時監控能力，能夠及時發現車輛排放故障，保證車輛得到及時和有效的維修。增加永久故障代碼存儲要求以及防篡改措施，有效防止車輛在使用過程中超標排放 |
| 7、增設排放質保期 | 增加排放質保期的要求。在3年/6萬公里內，如果車輛的排放相關出現故障和損壞，導致排放超標，汽車生產企業需要承擔相應的維修和零部件更換費用 |
| 8、優化管理部門工作方式 | 8、簡化主管部門進行環保一致性和在用符合性監督檢查的規則和判定方法，使操作更具有可實施性。 |
| …… | |
■ 這些技術就是寶
想要通過正常的技術手段，通過更嚴苛的排放法規，我們很容易的想到通過尾氣處理技術，實際上這僅僅是技術升級的一部分。只有標本兼治才能順利通過國6以及之后更為嚴苛的法規。因此咱們下面就從“本”——燃燒環節看起。
- 治標還得治本
無論內燃機如何發展，其正常工作都需要新鮮空氣以及燃油，油氣混合、霧化的效果越好，對提升燃效、降低排放越有利。因此，近些年車企們新推出的各種排量的發動機一方面有著明顯的小型化趨勢，另一方面噴油方式出現了直噴化趨勢。
這些年汽油發動機的供油方式呈現著明顯的直噴化趨勢，這種油氣混合更充分的方式可謂笑傲江湖。但隨著排放法規的進一步升級，它的上限慢慢顯現。
- 反芻解救世界？
從發動機的發展趨勢看，效率的提升可謂永恒的主題，這是以燃燒室溫度提升作為代價的，隨之而來的就是爆震幾率提升。為了解決這類問題，廢氣再循環技術開始逐步搭載。我個人喜歡將這項技術理解為——反芻。
利用發動機冷卻液對廢氣進行冷卻，然后再導入氣缸中參與燃燒，能夠顯著降低燃燒室溫度，從而讓發動機可以工作在更高的壓縮比，提升熱效率，可在高負載工況下改善油耗表現。此外，更重要的是，廢氣再循環技術還能夠降低發動機氮氧化物的排放，因此面對國6排放法規要求，很多工程師也將它放在發動機技術升級菜單中。
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一個細節都不能少！
- 從三元到四元
終于到了大家首先想到的尾氣后處理環節了，我們熟悉的三元催化器其實工作原理屬于觸媒轉換。其中反應器中裝有催化劑，從排氣歧管出來的廢氣會在引導下通過這些催化劑，其中有害成分在里面進行反應，最終會變成對人體無害的物質。
排放法規進一步嚴苛，自然對尾氣后處理環節提出了更高的要求，因此巴斯夫、佛吉亞等供應商也在謀求著技術突破。從技術上看，開發人員開始嘗試應用新材料，通過降低材料的比熱容，提高接觸面積，優化氣體流場，提高貴金屬使用量等手段提高尾氣凈化效果。
另外，催化器的工作效果還與溫度息息相關，需要指出的是這里說的溫度更多的指排氣溫度。具體而言，只有在溫度超過350℃的條件下，三元催化反應器才能進行催化反應。因此，發動機剛起動前后催化反應幾乎不能進行。聰明的您一定也想到了為了達到目標，排氣歧管也會進行優化。
- 他山之石可以攻玉
當傳統技術無法滿足法規需求時，往往會催生新技術誕生。前面我們說到，發動機的污染主要來自4個組成部分—— 微粒排放物質（PM）、碳氫化合物（HCx）、氮氧化物（NOx）和一氧化碳（CO），即將實施的國6法規對廢氣微粒排放物提出了更高要求，而現有技術難以達標。
這個結構會被布置在三元催化裝置中，廢氣會以一定的流速通過這個顆粒捕集器，它由一定孔密度的蜂窩狀陶瓷組成，氣體會被引導通過交替封堵蜂窩狀多孔陶瓷過濾體，被迫從孔道壁面通過，在這個過程中，顆粒物分別經過擴散、攔截、重力和慣性四種方式被捕集過濾，從而達到凈化效果。
- 一個都不能少
無論是燃油車，還是純電動車都有儲能系統，前者是油箱，里面儲存汽油或柴油，后者是動力電池組，其中儲存的是電力。而在測試環節中，儲存系統的滲漏量以及燃油加注環節的蒸發標準也會被進一步提高。
對燃油系統的技術升級還包括燃油系統材料增加阻隔層厚度，減少燃油系統的開口，將油箱的上的附件盡量內置，開口件焊接增加阻隔層，采用高密度鎖緊環，以及碳罐采用高規格碳粉等等。
ORVR（Onboard Refueling Vapor Recovery）全稱是車載加油油氣回收系統，它能夠收集加油過程中從油箱中揮發出來的燃油蒸氣，美國已逐步在整車上強制實施。它對于新車通過國6排放法規中汽油蒸發量標準大有幫助。
全文總結：
隨著機動車保有量的大幅增多，尾氣污染以及對石油資源的消耗問題都明顯提高。這推動了排放法規快速提升。為了滿足法規要求，內燃機需要從燃油噴射，到尾氣處理等多個子系統協同配合升級。當然，想要滿足要求亦需包括提升燃油品質在內的其他配套服務，另一方面在車價逐年下探的大趨勢中，技術升級引發的價格上漲如何分攤也將是車企面臨的難題。(文/圖 汽車之家 唐朝 漫畫 張玥玥)
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