根據環(huán)保部最新發(fā)布的國六。第六階段排放要求的主要挑戰(zhàn)是常規(guī)氣體排放限值加嚴且更新了測試循環(huán)并引入了RDE，針對缸內直噴以及氣道噴射汽油機都提出了PN以及PM的排放要求，蒸發(fā)排放限值加嚴，OBD診斷要求加嚴。如圖1所示，與國五相比較，國六的b階段要求的常規(guī)氣體排放限值降低了約50%。應對國六b階段的氣體排放最大的挑戰(zhàn)就是CO，其次是NMHC。本文將分別針對常規(guī)氣體排放，顆粒物排放，蒸發(fā)排放探討相關的系統(tǒng)應對策略。

圖1 中國輕型車排放法規(guī)路線圖（汽油機）

降低氣體排放的應對措施

1.1

降低CO的措施

產生CO的根本原因是混合氣過濃，因此為了滿足國六的CO排放要求，電噴系統(tǒng)必須盡可能的減少混合氣加濃，比如高速大負荷區(qū)的加濃保護，瞬態(tài)加濃，起動及暖機過程的加濃。如圖2所示，為某1.4T進氣道噴射發(fā)動機（原機滿足國五排放）的CO排放曲線（WLTC循環(huán)），尤其是在高速大負荷區(qū)，由于排氣溫度過高為了保護催化器，往往會通過加濃混合氣來降低排氣溫度，這種加濃操作會導致CO排放顯著增加。

圖2某1.4T進氣道噴射發(fā)動機的CO排放曲線（WLTC循環(huán)）

為了避免高速大負荷區(qū)域混合氣加濃，可能的解決措施有：

排氣歧管集成冷卻水套→降低排氣溫度

低壓冷卻EGR→抑制爆震，降低排氣溫度

噴水技術→抑制爆震，降低排氣溫度

48V系統(tǒng)→避免內燃機工作在高速大負荷區(qū)

降低起動和暖機過程的混合氣加濃程度，則需要通過改善混合氣制備，使燃油與空氣更好地混合，相應的措施有：

優(yōu)化進氣系統(tǒng)，對于增壓發(fā)動機可以改進進氣系統(tǒng)增大滾流比

增大氣門重疊角，利用內部EGR加熱混合氣改善冷機階段的燃油霧化條件

降低噴油器的SMD：提高冷機階段的系統(tǒng)壓力，采用多孔噴油器

優(yōu)化噴射導向

1.2

降低HC的措施

碳氫排放較高的原因通常是催化器起燃時間太長以及部分燃油未參與燃燒所導致的。通常碳氫排放主要來自于冷機階段，如圖3所示，為某1.5L 自然吸氣進氣道噴射發(fā)動機（原機滿足國五排放）的非甲烷碳氫排放曲線（WLTC循環(huán)）。

圖3某1.5L自然吸氣進氣道噴射發(fā)動機的NMHC排放曲線（WLTC循環(huán)）

降低碳氫排放的措施通常是從優(yōu)化催化器起燃以及改善燃油霧化著手，常見的降低HC的措施為：

優(yōu)化催化器

提高貴金屬含量

優(yōu)化催化器的布置位置，采用緊耦合催化器

增加催化器目數（比如600目或750目）

對于渦輪增壓發(fā)動機，采用電子廢氣門或負壓控制廢氣門

優(yōu)化燃油系統(tǒng)，改善燃油霧化

-采用DECOS系統(tǒng)，冷機狀態(tài)下

提高系統(tǒng)油壓，改善燃油霧化

-優(yōu)化噴射導向

-采用多孔噴油器

-采用雙噴油器也是可選方案之一

-提高最大系統(tǒng)油壓

-優(yōu)化噴射導向

對于PFI 發(fā)動機

對于GDI發(fā)動機

優(yōu)化空氣系統(tǒng)

對于增壓發(fā)動機，增大發(fā)動機滾流比，并合理選擇增壓器

采用雙VVT，在冷機狀態(tài)下采用較大的氣門重疊角獲得更大的內部EGR率，有效加熱混合氣，改善燃油霧化

優(yōu)化匹配

對于GDI發(fā)動機，合理匹配多次噴射，最大程度做好推遲點火角與怠速穩(wěn)定性的平衡，以加速催化器起燃

對于GDI發(fā)動機，提高冷機階段的系統(tǒng)油壓，改善燃油霧化

優(yōu)化氣門重疊角

降低顆粒排放物的措施

值得關注的是，國六對GDI發(fā)動機和PFI發(fā)動機都提出了顆粒排放物的限值要求，而且實際測試也發(fā)現有些PFI發(fā)動機的PN排放較高（高于國六排放限值）。如圖4所示，為某1.4T 進氣道噴射發(fā)動機（原機滿足國五排放）的顆粒排放物曲線（WLTC循環(huán)）；如圖5所示,為某2.0T 缸內直噴發(fā)動機（原機滿足國五排放）的顆粒排放物曲線（WLTC循環(huán)）。

圖4 某1.4T進氣道噴射發(fā)動機的顆粒排放物曲線

圖5 某2.0T 缸內直噴發(fā)動機的顆粒排放物曲線（WLTC循環(huán)）

2.1

GDI 降低顆粒排放物的措施

顆粒排放物形成的原因是，缸內存在液態(tài)油膜或局部較濃區(qū)域。通常GDI發(fā)動機的PN來源為：

氣閥（進氣閥）濕壁

活塞濕壁

氣缸濕壁

噴油器頭部濕壁

火力岸堆積的液態(tài)燃油

混合氣局部過濃

降低GDI顆粒排放物的系統(tǒng)應對策略通常有三類：

改進高壓噴射系統(tǒng)

P-DI（氣道及缸內雙噴系統(tǒng)）

GPF（顆粒捕集器）

改進高壓噴射系統(tǒng)，具體的措施包括提高系統(tǒng)油壓，改進噴油器噴孔設計減少噴油器頭部濕壁，優(yōu)化噴射導向減少氣閥、缸壁及活塞頂濕壁；而P-DI 雙噴系統(tǒng)，在中低負荷中小區(qū)域時使用氣道噴射或組合噴射模式，減少缸內濕壁現象，從而達到減少顆粒排放物的目的；排氣系統(tǒng)添加GPF，對發(fā)動機改動較小，相對容易實現，但是目前GPF價格較貴，而且新鮮GPF的過濾效率大至為65~80%左右，如果原機的PN原始排放太高，那么添加GPF之后很可能仍然無法滿足國六的PN排放要求；此外GPF的再生要求其入口溫度達到600攝氏度左右，因此需要將GPF的布置位置盡量靠近前催。當然改進發(fā)動機充氣運動，使進氣與燃油更好的混合，也可以改進PN排放；此外合理標定VVT位置以及燃油噴射策略，對于降低PN也有一定的效果。

2.2

PFI 降低顆粒排放物措施

研究表明，PFI發(fā)動機的PN來源主要為：

進氣閥濕壁

氣缸濕壁

混合氣局部過濃

而對于PFI降低PN的措施通常為：

改進噴油器、改善噴射導向

提高冷機起動噴射油壓

優(yōu)化匹配

優(yōu)化冷機階段VVT位置

優(yōu)化噴油相位

優(yōu)化混合氣控制，盡量避免混合氣過濃

值得一提的是，為了深入分析不同發(fā)動機產生顆粒排放物的根本原因，最有效的手段基于光學測量進行分析，比如利用缸內內窺鏡進行高速拍照。

降低蒸發(fā)排放的措施

由于國六規(guī)定的蒸發(fā)排放限值更低，測試條件更加惡劣，因此必須改進蒸發(fā)排放系統(tǒng)以提高駕駛循環(huán)下的沖洗流量。如下圖所示，列舉了4種蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)方案。

對于自然吸氣發(fā)動機，通常采用單回路的沖洗方案，如果想進一步提高碳罐沖洗流量，可以通過增大碳罐控制閥流量、增大碳罐沖洗回路的氣管內徑以及優(yōu)化碳罐沖洗匹配數據來實現。

而對于增壓小型化發(fā)動機，首先應當考慮的方案就是雙回路+文丘里管，該方案與單沖洗回路相比，可以讓發(fā)動機在中大負荷時仍然能夠進行沖洗；如果雙回路+文丘里管仍然無法滿足沖洗流量的要求，則需要考慮采取其他方案，如沖洗泵方案或壓力油箱方案；沖洗泵的作用是強制建立外界環(huán)境與沖洗管路之間的壓差，增大沖洗流量；而壓力油箱通常應用于混合動力車輛，當發(fā)動機停機時，通過截止閥強制切斷油箱與碳罐之間的管路，將燃油蒸氣憋在油箱內，當發(fā)動機重新運轉時再打開截止閥，使油箱內的燃油蒸氣進入碳罐，并激活碳罐沖洗控制，將燃油蒸氣引入發(fā)動機氣缸內參與燃燒。

圖6 蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)方案

本文僅僅是針對國六的挑戰(zhàn)提出了一些可能的應對策略，而各車企不同發(fā)動機、不同車型所面對的問題各不相同，如何在這些可能的應對策略中找出合適的方案，才是更大的挑戰(zhàn)。