浅析汽车尾气排放控制技术

余迅+南海秋

摘要：随着我国汽车的产销量快速增长，随之而来的是对环境的影响日趋严重，给城市和区域空气质量带来巨大压力。在此背景下，国家对汽车尾气排放的要求也越来越高，排放法规更新速度也越来越快。文章结合国六排放法规的内容进行解读，结合国内市场车型现状，提出满足国六排放法规的一些思路，使车辆能更好地控制尾气排放。

关键词：国六；汽车尾气；尾气排放控制技术；排放要求；空气质量；环境保护 文献标识码：A

中图分类号：U464 文章编号：1009-2374（2017）06-0105-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.06.053

自1886年第一辆汽车发明以来，汽车已经经过130年的发展。随着我国汽车的产销量快速增长，目前中国汽车年销量已位居于世界第一，随之而来的是对环境的影响日趋严重，给城市和区域空气质量带来巨大压力。在此背景下，国家对汽车排放的要求也越来越高，排放法规更新速度也越来越快。《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》法规已于2016年12月23日发布（以下简称《国六标准》）。

本文先对国五与国六排放标准做简单介绍和对比，再对国六排放的一些具体内容进行解读，最后对整车满足国六排放標准提出一些建议措施。

1 汽车尾气排放及控制措施综述

汽车尾气排出的气体污染物主要有一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物等以及微粒污染物（或称颗粒污染物），还可能含有少量的硫化物，在大城市的许多空气质量监测点已成为左右空气污染指数的首要污染物。

排气净化系统构成包含催化净化系统、曲轴箱通风系统、燃料蒸发控制系统、排气再循环及二次空气系统等。

2 国六排放法规内容简介

2.1 国五、国六排放标准的实施情况

我国汽车行业的国五排放标准已于2013年9月17日发布，实施日期为2018年1月1日（以下简称《国五标准》）。而《国六标准》正式稿已于2016年底发布，实施日期为2020年7月1日。

2.2 国五、国六排放法规要求对比

与现行的GB 18352.5-2013中第五阶段限值相比，《国六标准》中的排放限值分国六a和国六b两个阶段加严，其中国六a阶段2020年7月1日正式实施，国六b暂定是2023年实施。内容上不仅对排气污染物加严，燃油蒸发限值也由2g/test@day加严为0.7g/test@2 days High，另外增加N2O和加油过程排放污染物限值等。本文主要针对排气系统排放限值及测试循环进行解读。

对于排气系统排放来说，变化点主要有以下几项，其中最主要的就是测试循环的变更。《国五标准》I型试验为NEDC循环，分为2部分，1部市区运转循环（含3个循环单元），2部市郊运转循环，共计1180秒，最高车速120km/h；而《国六标准》I型试验采用WLTC循环，分低速、中速、高速、超高速四部分，合计共1800秒，最高车速约131km/h。其次是各项限值加严，国六a阶段仅仅只有CO加严25%，国六b其他排放物基本上加严50%，同时反映车辆排放耐久的劣化系数值也有所加严。还有对自然吸气的发动机增加颗粒物的要求；增加进行的实际行驶污染物排放试验（RDE），在国六b阶段正式实施等。

3 《国六标准》具体内容解读

3.1 测试循环的变化

相较于之前国四、国五的NEDC测试循环，《国六标准》的WLTC循环工况覆盖的转速和负荷范围更大，将增加油耗排放达标的难度。

虽然从理论上来讲，两种测试循环的排放结果应该是相当的，只是WLTC测试循环更符合真实路况，而且在国六a阶段限值增加不多，但是由于国内长期以来标定工作的不细致，很多整车厂的电喷标定工作中的排放标定完全是为了通过标准要求而进行的，甚至更有专门应对法规的“特殊数据”。这种粗糙的标定数据导致现在国内市场上很多车为满足《国六标准》就必须重新进行大量的标定工作，根据前期对国内市场上的一些车辆进行国六排放摸底，相同条件下，WLTC测试循环的排放结果是NEDC循环的1.5～10倍，而在欧洲欧盟委员会对欧洲本土车辆的抽查情况来看，很多车型两种测试循环的结果基本相当，越是高级车越如此。

3.2 测功机阻力的确定

《国五标准》中测功机加载阻力按道路滑行法或查表法获得，这对风阻较大的微车或SUV来说查表法是很有利的方式，但正是这种原因，导致的测试结果往往与车辆实际行驶中的排放相差甚大。而《国六标准》不再使用查表法，可以使用道路滑行法、计算法、风洞测试法等。增加了：（1）基于相关车辆性能计算道路载荷的公式；（2）额外的道路载荷确定方法，如扭矩计法、车载风速仪法、道路载荷矩阵车族和风洞法。测功机阻力确定更复杂，要求更多，但也更能反映车辆实际情况。此项改变多数情况下会增加车辆油耗排放负担。

3.3 循环工况手动档车型换档点

《国五标准》中依靠NEDC循环，基于车速固定换档点（手动档车换档点都一样）。

而《国六标准》换档点不固定，根据试验车辆和发动机特性计算换档点（各车型的换档点不相同），手动档汽车的换档选择及换档点的计算方法，试验过程变得非常复杂，如果能计算得到较优的换档特性，对排放会变得有利。

3.4 自然吸气的发动机增加颗粒物的要求

《国六标准》中新增对自然吸气的发动机增加颗粒物的要求，从理论上来讲自然吸气的发动机颗粒物应该很少，只有直喷发动机（GDI）才会因为燃烧不充分导致排放中颗粒物较多，但在实际摸底中发现，很多自然吸气发动机的车辆，排放颗粒物含量也很高，有些甚至远超出排放限值。这种情况往往是由于发动机的加工工艺落后或是零件的精度不足导致的，这类车辆就必须对发动机或后处理装置进行优化，减少排放颗粒物。

3.5 劣化系数值加严

《国五标准》中CO、THC（NMHC）、NOx的劣化系数分别为1.5、1.3、1.6；而《国六标准》中分别为1.8、1.5、1.8，整车要满足更严格的劣化系数，那就需要更好的新鲜排放，即車型的原始排放值需要更低，这同样需要升级发动机或排气后处理装置。

4 对整车满足国六排放标准提出一些建议措施

从《国六标准》中的内容来看，结合现在国内的催化器供应商、电喷供应商的能力来说，目前国内市场上的车辆均有满足国六排放法规要求的能力，但要进行技术优化、升级。主要方法有优化催化剂配方、增加贵金属含量；进一步优化电喷匹配，OBD的标定；另外，发动机需要升级，重新匹配、标定；耐久试验的过程也需要重视。

4.1 动力系统需要升级，重新匹配、标定

从国内车型发动机现状来看，国内大多自主品牌车辆的自然吸气的发动机都很难直接满足《国六标准》限值。因此按需求对发动机系统进行升级，比如升级直喷增加发动机、混合动力等，现在来看48V混合动力是目前的一种发展趋势。

4.2 优化催化剂配方、增加贵金属含量

4.2.1 升级欧六催化剂技术。直接采用国五技术增加贵金属升级国六，不能满足WLTC限值要求。

通过调整贵金属方案、涂层技术升级等手段，可以有效改善催化剂处理能力，尤其是变工况下处理NOx的能力，应对NOx，可提升Rh的含量（国四/3g/ft3、国五/4～5g/ft3、国六/≥5g/ft3）。目前据供应商摸底情况来看，国6a阶段只需对催化剂优化升级，贵金属用量增加不多，但国6b阶段贵金属含量要比国五高出一倍左右。

4.2.2 改善催化器储氧能力，提高变工况NOx/CO转化率。WLTC循环变工况较多，过渡工况HC/NOx仍有改善空间。

4.2.3 催化器结构调整。为改善WLTC冷启动排放，需要考虑歧管密耦合（比现阶段紧耦合更靠近发动机）；紧耦合催化器长度应不小于90mm，建议前区涂覆长度≥35mm，提高前区贵金属利用率。

4.2.4 载体选型。如600/2、750/2、900/2；综合考虑背压问题：载体体积排量比>1.0；高目数薄壁载体可使涂层面积显著增加；降低热容，快速升温，利于低温起燃；相同壁厚，目数越高，载体强度越高等。

4.2.5 GPF（汽油机颗粒捕集器）开发。在GDI发动机平台上，开展GPF及匹配技术研究，同时应用在少量的自然吸气发动机上。

4.3 优化电喷匹配的标定

目前国内主要的几家电喷供应商（大陆、联电、德尔福）均不完全具备国六技术的开发能力，都还在进行国六技术的引进开发工作，后续可持续跟进供应商技术能力提升情况。而且由于《国六标准》对标定的工作量增加很多，而电喷供应商的资源是有限的，因此各车企特别是自主品牌需要尽早开展国六的开发工作。

4.4 耐久性试验的注意事项

国六耐久性试验高达16万公里，但与国五要求必须实车进行耐久试验相对比，《国六标准》耐久试验可以选择在道路上或台架上进行，也可以选择使用推荐劣化系数。使用劣化系数可极大缩短公告申报周期，但同时带来的是车辆上市后一致性抽查的高风险。

建议新车或搭载新发动机上市前最好进行实车耐久，但由于实车耐久里程长，就必须在整个试验过程中关注车辆状况，比如说，前期由于发动机高压线松脱发动机失火没有及时修理，会导致催化器受损，后期排放可能会急剧变差，出现催化器堵塞甚至碎裂，导致耐久试验无法继续进行。在过去，笔者所负责开发的一些车型就因车况不好导致排放在最后两万公里时差点超标。因此必须要求驾驶员定期对车辆进行保养、检查，并在行车过程中多注意车况，及时发现问题并进行维修。

5 结语

本文内容均为笔者与同事在日常工作中的一些总结和想法，由于篇幅有限，很多内容尚未深入展开。在《国六标准》的控制下，汽车尾气排放需要达到非常高的要求车辆才允许上市，笔者通过对《国六标准》中排气系统排放的内容进行了简单的分析，并提出一些满足国六法规的思路，希望能对国六车型的开发提供帮助。

参考文献

[1] 李兴虎.汽车环境保护技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.

[2] 轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）（GB 18352.6-2016）[S].

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

作者简介：余迅（1982-），男，江西都昌人，江西昌河汽车有限责任公司工程师，研究方向：汽车底盘、发动机相关系统的设计。

（责任编辑：蒋建华）