國(guó)六之戰,重重隘關。過(guò)關斬將,去弱留強。
“朔風凜冽”的國六排(pái)放標準將至,順之(zhī)則昌。而在這個“標準”的(de)曆史長河中,有過“喜怒哀樂”,但絕沒有像今年這般絕望過。弱者無助,強者自強。要想活下去,就得砥礪前行(háng)。
作為國(guó)五標準的升級版,引入中國(guó)特殊的工況,再結合歐洲和(hé)美國等標(biāo)準,國六排放標準大幅度加嚴。在汽油發動機領域,國(guó)六標準相(xiàng)比國五標準,必須要克服以五大技術(shù)難點和五種物質排(pái)放要求為代表的(de)新難題,才能在國六之(zhī)戰中(zhōng)順利地過關斬(zhǎn)將。
上述難關並(bìng)非能如此輕易攻破(pò),因為從限值水平來(lái)看,國六a標準階段限值略嚴於(yú)歐洲第六階段排放標準限值水平,而國六b標準階段限值基本相當於美國Tier3排放標準(zhǔn)中規定的2020年(nián)平均限值。換(huàn)句話說,國六標準是目前(qián)世界上最嚴格的(de)排放標準之一也不為過。
如此更高要求的排放標準自然需要車企在相關零部件、係統(tǒng)上進行升級,詳細到諸如三(sān)元催化器中催化劑(主要為價格高昂(áng)的貴金屬)的用量、引(yǐn)擎燃燒室構造的優化、燃料噴射方式和噴油量的調整、以及擴大活性炭罐容積、增強(qiáng)燃油係統(tǒng)密(mì)封性、調整ECU電控單元和(hé)強化OBD係統等。
說到底,國六之戰就(jiù)是一場車企間的技術較量,對車企有著生死存亡的意義。
“氣”和“油(yóu)”的問題(tí)
首(shǒu)先來說說“氣”和“油(yóu)”的(de)問題。通(tōng)俗一點地說,如果將(jiāng)發動機的運作比作成人吃飯能量攝入的話,那(nà)麽油品問題就意味著我們可以(yǐ)選擇相對較好的食物(wù)或食材,這樣更容易被(bèi)人(rén)體吸(xī)收營(yíng)養從而轉化能量。標準更嚴格的油品中所含(hán)有的有害物(wù)質更少,並且(qiě)有助(zhù)於汽油在發動機內充分燃燒。
相比國五油品,國(guó)六汽油重點降低了車用汽油的烯烴、芳烴、苯等含量;指標全麵達到歐(ōu)盟現階段車用油(yóu)品標準水平,個別指標甚至超過歐盟標準。數據顯(xiǎn)示,與(yǔ)國五標準汽油(yóu)相比,國六(liù)油品一氧(yǎng)化碳排放量降低了50%,非(fēi)甲烷烴和總碳氫化合物(wù)排放限製下降(jiàng)50%,氮氧化物排放下降42%。
再說到“氣”,內燃(rán)機工作過程(chéng)中會不(bú)斷產生廢氣,無論內燃(rán)機技術如何(hé)發展,其正常工作原理都需要空氣以及燃油,油氣混合、霧化的效果越好,對(duì)提升燃效、降低排放越有(yǒu)利。這就好比是(shì)人在吃(chī)飯的時候,如何解決邊吃飯和(hé)邊(biān)喝水的(de)問題,才能最順暢地進食,促進胃部更好的消化。
影響(xiǎng)廢氣排放物的主要原(yuán)因在於燃燒情況、點火能量、進氣效果、供油(yóu)情(qíng)況、機械精度等諸多方麵。這就相當於正常吃飯時(shí),可能不喝湯都不會噎著,但吃饅頭包子時,需要更多(duō)的水才能順利下(xià)咽。但無論如何,過量(liàng)吃飯或者喝水都會給胃造成一定(dìng)的(de)負擔。
一氧化(huà)碳含量過高就是(shì)發動機的負擔。這主要是(shì)混(hún)合氣濃(nóng)時,由於進氣量不足引起的。在通常情況下,發動機怠速空轉時(shí),以及高速(sù)大負荷情況下會產生過量的一氧化碳。由於燃燒不充分,汽車(chē)發動機將會產生一氧化碳、碳氫化合物和氮氧(yǎng)化物等有害氣體,其中一氧化碳占據了絕大部分。
而我們知道,國(guó)六標準中五種(zhǒng)物質(zhì)的排放要求分別為:一氧化碳的排放量由之前的1000mg/km直接“對半砍”,非甲(jiǎ)烷烴和氮氧化物的排放標準也近乎國(guó)五時的半數,PM細顆粒物由國(guó)五(wǔ)的(de)4.5mg/km減少至3mg/km,並(bìng)且(qiě)新增了PN(顆粒(lì)物的(de)粒子數量)的檢測。
因此,要降低每公裏一氧化碳排放量,就需要(yào)優化發動機的進氣係統,比如調整氣門角度、噴射壓力大小、優化噴射導向(xiàng)等。而要減少非甲烷烴的產生,則是解決“油”的問題。
非甲烷烴是燃料沒有完全燃燒或者沒有燃燒的(de)產物,包括燃油、潤滑(huá)油及其裂解的產物和(hé)部分氧化物在內的200多種複雜成分,通常(cháng)主要來自於冷車啟動階段。而在國(guó)六標準下的測試循環中(zhōng),新標準全麵考(kǎo)核(hé)冷啟動、加減速及高(gāo)速負荷狀態下的排放(fàng)。
與“噴氣”同(tóng)理,“噴油”技術的改良(liáng),也會降低(dī)非(fēi)甲烷烴的排放。比如(rú)優化(huà)燃油係統,改善燃(rán)油霧化。歧管噴射發(fā)動機可以采用多孔或(huò)者雙噴噴油器,缸內直噴發(fā)動機可以提高最大係統的油壓。
舉個例子,豐田的D-4S與大眾的第三代EA888發動機,這兩款發動機既使(shǐ)用了歧(qí)管噴射,又包含了缸內直噴的混合噴射技(jì)術。並(bìng)且D-4S發動機在部分(fèn)車型(xíng)上低(dī)負載狀(zhuàng)態采用歧管噴射,高(gāo)負載采用(yòng)歧管和缸內(nèi)直噴。這對於強勢的(de)自(zì)主品牌來說,技術壓力還是(shì)非常大的。
後處理時代
說完“氣”和“油”來說說後處理環節,尾氣後處(chù)理環節就像嬰兒的紙尿褲(kù),需要防漏、吸收性好、不滲透等(děng)效果。從(cóng)排氣歧管出(chū)來(lái)的廢氣會在三元催化器中,有害成分在裏麵進行反(fǎn)應,最終(zhōng)會(huì)變成對人(rén)體無害的物質。
氮氧化物主要依靠排氣後處理,就汽油發動機而言,尾氣後(hòu)處理(lǐ)裝置主要有轉化用的三元催化器、氧化反應的熱反應器和化合反(fǎn)應的空氣(qì)噴射器等。這三者的工作原理本質(zhì)上都是將汽車排氣係統中的有害物質碳氫化(huà)合物、一氧化碳和氮氧(yǎng)化物稀釋或者轉化掉再排出(chū)車外(wài)。
而更嚴苛的國六標準,就要求新材料的應用(yòng),通過(guò)降低材(cái)料的比熱容,提高接觸麵積,優(yōu)化氣體流場(chǎng),提高貴金屬(shǔ)使用量等手段,來提高尾氣淨化效果。
目前看來,國六的實施存在著五大技(jì)術(shù)難點:1)現有技(jì)術指標增強,如幾個主要排放物指標。2)增加新指標,如顆粒物(wù)的粒子數量(PN)。3)監測標準嚴苛(kē),WLTC循環,標準叫WLTP,對OBD限值提出更高要求。4)成本會更高(gāo),如增加顆粒捕(bǔ)捉(zhuō)器(qì)(GPF)。5)對零部件供應商有更(gèng)多要求。
其中,對於降(jiàng)低PN排放的後處理技術,可以在三元催化器中安置汽油機顆粒捕捉器(GPF)。它由(yóu)一定孔密度(dù)的蜂窩狀陶瓷組(zǔ)成(chéng),通過交替封堵蜂窩狀多孔陶瓷過濾體,排氣流被迫從孔道壁麵通過,在這個過程中,顆粒物分別經過擴散(sàn)、攔截、重力和慣性(xìng)四種方式被捕集過濾,從而達到淨化效果。
此外,國六(liù)標準還加嚴了蒸發排放控製,要求車輛安裝ORVR(車載加油油氣回收係統)油氣(qì)在線(xiàn)回收裝置。它能夠收集加油過程中從(cóng)油箱中揮發(fā)出來(lái)的燃油蒸氣,它對於新車通過國六排放法規中汽油(yóu)蒸發量標準大有幫助。
而根據“國六”排放法規中的OBD診(zhěn)斷要求以及北美排放法規中的OBD II的要求,需要對曲(qǔ)軸箱通風係統進行管路接頭(tóu)的完整性診斷。國內零部件公司有電流回路的診斷方式、國外有壓力傳感器方案,在非(fēi)發動(dòng)機技術變革中,更多的零部件企業開始參與國六標準當中。
不僅如此,通過控製各個管理(lǐ)模(mó)塊的ECU的(de)數據提供,也可以追溯至(zhì)各零部件企業,其作為外部供應商可以為車(chē)企(qǐ)節約(yuē)大量(liàng)的標定開發時間,也可以通過(guò)批量生產降(jiàng)低零部件成本,從而為(wéi)車企降低單車成本。
總體來說,國五升級到國六,不僅僅是提升發(fā)動機技術來達到排放標準,還要通(tōng)過綜合優化各種途徑(jìng)才能達到(dào)最終要求,給整(zhěng)車廠商及供應商都帶來了極大的挑戰。
記者經在各車(chē)企采(cǎi)訪中得知,一套符合國六標準的排放係統(tǒng)相較於國五的成(chéng)本,根據不同廠家的應對策略以及供應商(shāng)的(de)異同,將花費1,200~5,000元不等。這筆費用對於有的車企來說是一筆不小的(de)開銷(xiāo),但是參與到國六標準中,除(chú)了改善環境空氣(qì)質量,確實有助於汽(qì)車企業淘汰落後產能、引領產業升級,還(hái)將參與國際市場競爭,推動汽車產業發展。
國六裹挾著將一切撕裂的姿態,全行業必要經曆一次攻克難(nán)關、研發創新、直麵(miàn)競爭的洗禮。這(zhè)不僅是(shì)藍天保衛戰的呐喊,也是產業韶華再起的新開端。而2019年注定是(shì)中國汽車行業濃墨重彩的一筆。所(suǒ)有的參與者(zhě)唯(wéi)有努力奔跑,才能不被留在原地。