国六柴油车发动机系统的匹配探讨

梁小刚

摘 要：在国六汽车产品开发中，国六发动机系统的匹配是很重要的。本文通过介绍主要国六发动机的技术路线、外围系统的组成部分和匹配内容，对产品开发起到推进作用。

关键词：国六柴油车 发动机外围系统

Study on Matching of Engine System of National Six Diesel Vehicles

Liang Xiaogang

Abstract：In the development of National six automobile products， the matching of national six engine system is very important. This paper introduces the technical route， components and matching content of the peripheral system of the main national six engine， which will promote the product development.

Key words：National six diesel vehicles   Engine peripheral system

1引言

国六柴油车主要装配满足国六b阶段排放的发动机，目前以高压共轨+EGR的发动机为主，后处理的技术路线采用DOC+DPF+SCR+ASC。在国六汽车产品开发中，外围系统、后处理系统若与整车匹配不好，就不能起到好的减少排放的作用。甚至会增加油耗，影响车辆的动力性。因此为使整车在性能不影响的情况下，排放尾气满足国六排放标准，就必须通过合理的设计，使后处理装置对发动机燃烧后的尾气进行有效处理。

国六排放标准是国家第六阶段机动车污染物排放标准，国六分为a阶段和b阶段。与a阶段相比，在b阶段，增加了整车试验PN（粒子数量）要求，增加远程监控车载终端要求，提升了海拔高度以及扩大了PEMS测试的载荷范围。详见表1。

排放污染物主要有HC（碳氢化合物）、NOx（氮氧合物）、CO（一氧化碳）、PM（微粒）等，通过更好的催化转化器的活性层、二次空气喷射以及带有冷却装置的排气再循环系统等技术的应用，控制和减少汽车排放污染物到规定数值以下的标准。

从图1可以看出，从国五到国六，不但对NOx的排放要求更严，从2.0g/kWh降低到0.4g/kWh。而且对PM的排放也要求更严，从0.02g/kWh降低到0.01g/kWh。

2 发动机外围系统的组成部分

国六的发动机外围系统相比国五，发动机本体上增加了EGR系统，后处理器总成增加了DOC，DPF，ASC及相关的传感器等零部件。涉及发动机系统、进气系统、排气系统、冷却系统、后处理系统等都发生较大的变化。

2.1 发动机及悬置系统

进气节流阀、空气流量传感器、排气节流阀、集成式后处理器总成、铸铝飞轮壳、降噪空压机、发动机前后悬置软垫、前后悬置支架等。

2.2 进气系统

空气滤清器、进气稳流装置、进气流量传感器、中冷器、进气温度传感器等。

2.3 排气系统

排气管总成（带包裹层）、波纹管、后处理器总成支架等。

2.4 冷却系统

进出管、散热器、中冷器、节温器、膨胀水箱、电控硅油离合器风扇等。

2.5 后处理器系统

从图2中可以看出，后处理系统主要由尿素泵、尿素箱总成、尿素溶液、尿素品质温度传感器等组成。

3 发动机外围系统的匹配

国六发动机及外围系统在设计时，要根据规划的平台系列车型，统一规划零部件，尽可能实现标准化、通用化、模块化，尽可能减少零部件的品种，保证生产的一致性。以下将主要系统在整车设计中的匹配做个简要介绍：

3.1 发动机及悬置系统

国六发动机在整车布置时，一定要与周围各系统留有足够的空间，以保证在发动机启动和运行过程中，相互之间的零部件不发生干涉，进气管、中冷管、线束等不被热源烘烤，各油品的加注及观察方便，管路走向布置合理美观。

为提高车辆的舒适性，发动机悬置的布置选点，悬置软垫的隔振都有了较高的要求，目前轻卡普遍采用A+D，中卡采用A+C，重卡采用A+B+D。

A：发动机前端 B：发动机后端 C：变速箱前端 D：变速箱后端

3.1.1 动力总成悬置系统设计的基本原则如下：

a.悬置系统设计应保证发动机与飞轮壳的连接面弯矩不超过发动机厂家的允许值;

b.悬置系统能够支撑动力总成在整车上维持相对稳定的空间定位，能在所有工况下承受动、静载荷，并使发动机总成在所有方向上的位移处于可接受的范围内，不与底盘上的其它零部件发生干涉。同时在发动机大修前，不出现零部件损坏;

c.悬置系统减振垫、支架等零部件强度足够，在各种极端工况和长期振动环境下系统可靠有效，悬置系统各零部件间固定连接的螺栓等配合防松性能好;

d.设计应当充分地发挥系统隔离发动机产生的振动向车架及驾驶室的传递作用，要求悬置系统各方向的解耦率和隔振率应能满足设计要求;

e.动力悬置系统设计应选取合适的刚度值，并具有适当的阻尼。这样既能满足悬置的支撑还能将振动隔离的最小。

3.2 进气系统

重点是布置空滤器进气口的位置和管路的走向，注意进气口不能设计在车辆行驶时产生的负压区，要防止吸入发动机舱产生的热空气，還要注意排水。重点是通过空滤器过滤后的空气量是否满足发动机的需求，同时进气温度，压力都会检测，进气阻力是否过大等。

3.3 排气系统

为保证国六PEMS测试结果符合国家标准要求，在设计排气管路时，管路要尽可能的短，与增压器排气口的距离越近越好。排气管路需保证密封，不允许漏气（尤其是再生漏烟现象），防止再生燃油渗漏产生危险。因后处理总成的重量增加很多，对吊架的承载能力要求就比较高，而且还要注意因为后处理器总成重量增加而对车架腹面造成的承载力也要一并加强。另外重点还要看发动机燃烧后排出的废气经过排气管路是否顺畅，是否排气背压过大影响发动机的动力，排气的温度是否散热过快，排气管路的长度过长对排气温度的影响等。

为防止排气管路的硬连接损坏增压器的排气端口和后处理总成的进气端口，需要在有相对运动的部件之间增加波纹管。排气管总成带波纹管的密封性一定要好，泄漏率不能超过1.5SCFM@31KPa。排气管从增压器出口到后处理器总成的进气口温度不得超过20℃。

3.4 冷却系统

通过闭式循环冷却来降低发动机的温度，保证发动机在适宜的温度下工作，发动机的理想工作温度范围为80℃～95℃之间。国六车型对缓速器的需求增多，要考虑产生的额外热量，应能通过冷却防止发动机产生高温引起限扭等故障。相比国五机型，国六增加了EGR系统对冷却的要求要更高，散热能力需求更大，看整车的冷却能力是否适合发动机，过冷或过热都不利于发动机的正常工作，因此整车热平衡试验就十分重要。

3.5 后处理系统

国六的后处理相比国五是变化最大的，为满足国六b阶段的排放限值要求，后处理在国五SCR的基础上增加了DOC（Diesel Oxidation Catalyst 柴油机氧化催化器）、DPF（Diesel Particulate Filter 柴油机颗粒净化器）、ASC（Ammonia Slip Catalyst 氨净化催化器）。向尿素箱中加注的32.5%尿素溶液一定是正规满足国家标准规定的，若加注不合格溶液则会出现堵塞喷射泵，尿素喷嘴的风险，还会导致SCR催化剂永久性中毒，造成催化转化器效率降低。32.5%尿素溶液其冰点最低为-11.5℃，该浓度的尿素溶液对环境温度有更好的适应性。

国六车辆增加了驻车再生功能，主要作用是通过高温烧掉载体里的细小颗粒物，防止堵塞载体。因再生过程中，发动机的转速会提升，排气温度非常高，可以达到600～800℃，为避免火灾，财产损失，以及人身伤害等严重事故的发生，需要记住如下内容：

a.将车辆远离加油（气）站，开启驻车制动，停放在空旷无易燃物的区域;

b.后處理总成的排气口不能离人过近，相互之间至少有1.5m的距离;

c.驻车再生开始时，禁止使用PTO充电设备，再生之前，必须将设备全部断电;

d.整个再生过程，需要人员在现场观察，确保再生顺利进行;

e.若有危险情况，请立即关闭再生，此时，排气系统的高温仍会持续3-5分钟。

3注意事项

a.在布置环境温度传感器的位置时，推荐为驾驶室前面板处或后视镜上;

b.切勿踩踏及拔插发动机上的传感器及接插件，防止影响发动机的正常工作;

c.改装过程中防止破坏线束完整性，如果线束有破损，注意保护防止漏电或进水;

d.设计时注意防止发动机及其他涉及环保公开信息标识被遮挡，避免上户出现问题;

e.进行焊接等带电操作前需断开ECU线束接插件，在插拔线束接插件前关闭总电源。

4 结论

本文通过介绍国六车辆排放的技术路线、国六发动机外围重要系统的组成部分、外围系统匹配注意事项等内容，对国六产品在设计开发中起到借鉴指导的作用。近两年来，各大主机厂都在加快国六产品的升级换代，开发满足市场需求的拳头产品，开展国六车辆的“三高”标定，排放测试和可靠性的验证工作，为国六产品全面进入市场做好充分的准备。

参考文献：

[1]刘维信.汽车设计[M].北京：清华大学出版社，2001.

[2]李兴虎.柴油车排气后处理技术[M].北京：国防工业出版社，2016.